JP4938920B2 - バイオマスガス化炉及びバイオマスのガス化システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを有効利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができるバイオマスガス化炉及びバイオマスのガス化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。
【０００３】
上記バイオマスを利用することで燃料及びメタノール等の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つと共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ2の固定により生育されるので、大気のＣＯ2を増加させない。
【０００４】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法としては、例えば発酵法や熱水分解法等が提案されているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料とならず、発酵時間がかかるので大量の発酵タンクを設置する必要があると共に、後者の熱水分解法では高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【０００５】
一方、バイオマスをガス化する場合においては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用いるようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが発生し、生成したガス化ガスは、Ｈ2，ＣＯが少ないため、メタノール合成の原料とならない。また、上記発生したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、という問題がある。
【０００６】
そこで、従来においては、酸素を多量に供給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部分的に１２００℃を超える高温域が形成され、ガスにならずに、バイオマス自身が燃焼し、スート化してしまうという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができるバイオマスガス化炉及びバイオマスのガス化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、バイオマスを燃料とするバイオマスガス化炉において、平均粒径（Ｄ）が0.０５≦Ｄ≦５ｍｍのバイオマス粉砕物を供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物の燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを具備してなり、且つ、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲とし、温度を７００〜１２００℃とする噴流床型であることを特徴とする。
【０００９】
第二番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目の発明において、圧力を１〜３０気圧とすると共に、空塔速度を０．１〜５ｍ／ｓとするものであることを特徴とする。
【００１０】
第三番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目又は第二番目の発明において、前記燃焼酸化剤供給手段が、上記燃焼酸化剤をガス流れに沿って複数箇所から供給するように複数段設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第四番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目から第三番目の発明のいずれか一つにおいて、化石燃料を供給する供給手段が、上記バイオマス供給手段よりも下方側に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
第五番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第四番目の発明において、上記化石燃料が石炭であることを特徴とする。
【００１３】
第六番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガスを燃料として用いるガスタービンとを具備することを特徴とする。
【００１４】
第七番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備することを特徴とする。
【００１５】
第八番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側にガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
第九番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目又は第八番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側に脱炭酸装置を介装することを特徴とする。
【００１７】
第十番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第九番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ 2 を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであることを特徴とする。
【００１８】
第十一番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであることを特徴とする。
【００１９】
第十二番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第十一番目の発明において、バイオマスガス化炉の炉内にメタノール回収後の排ガスを供給することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給するバイオマス供給手段１３と、該バイオマス供給手段１３よりも上方側（炉下流側）に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１４を炉本体１２内供給する燃焼酸化剤供給手段１５とを備えてなる噴流床型のガス化炉である。
【００２３】
ここで、本発明では、炉本体１２内に供給するバイオマス１１としては、生産又は廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、例えばスイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等を例示することができる。
【００２４】
本発明では、上記バイオマス１１の粉砕物の平均粒径（Ｄ）は、０．０５≦Ｄ≦５ｍｍとするのが好ましい。これは、平均粒径が０．０５ｍｍ以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪くなり、好ましくないからである。一方、平均粒径が５ｍｍを超えた場合には、バイオマスの内部まで良好に燃焼がなされずに反応が促進せず、高効率のガス化が困難となるからである。
【００２５】
また、本発明では、バイオマスガス化炉に供給する燃焼酸化剤１４は、空気と水蒸気又は酸素と水蒸気の混合物であることが好ましい。
【００２６】
ここで、上記燃焼酸化剤１４は、酸素［Ｏ２］／炭素［Ｃ］のモル比率が０．１≦Ｏ2／Ｃの範囲、好ましくは０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲（特に好ましくは０．２≦Ｏ2／Ｃ＜０．５の範囲）であると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率が１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲（特に好ましくは２≦Ｈ2Ｏ／Ｃ≦６の範囲）が、タール，スートの発生が少なく、好ましい。
【００２７】
これは、上記範囲とすると水蒸気と酸素の供給により部分酸化ガス化が良好となり、生成ガス中のＨ2及びＣＯの量を向上させることができるからである。
【００２８】
また、バイオマスガスの炉本体１２の炉内温度は７００〜１２００℃のガス化条件とするのが好ましい。これは、炉内温度が７００℃未満であると、バイオマスの熱分解が良好でなく、好ましくなく、一方１２００℃を超えた場合には、バイオマス自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからである。
【００２９】
また、バイオマスガスの炉本体１２の炉内圧力は１〜３０気圧とするのが好ましい。これは、メタノール（又はジメチルエーテル）合成に直結する場合には、８０気圧近傍が好ましいが、耐圧構造のガス化炉とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからである。なお、３０気圧程度の場合には、空塔速度が低くなり、装置もコンパクト化でき、好ましい。
【００３０】
また、バイオマスガスの炉本体１２の炉内の空塔速度は０．１〜５ｍ／ｓのガス化条件とするのが好ましい。これは、空塔速度は０．１ｍ／ｓ以下では炉内滞留時間が長く、燃焼過多となり好ましくなく、一方５ｍ／ｓを超える場合には、燃焼・熱分解が完全になされずに、良好なガス化ができないからである。なお、粉砕バイオマスを好適に搬送するには、バイオマスの粒径を考慮に入れるとさらによく、特に好ましくは、バイオマスの平均粒径が０．１〜１ｍｍの場合には、空塔速度を０．４〜１ｍ／ｓとし、平均粒径が１〜５ｍｍの場合には、空塔速度を１〜５ｍ／ｓとするのが好ましい。
【００３１】
本発明のバイオマスガス化炉によれば、バイオマスを部分酸化により効率よくガス化し、スート等の発生がないクリーンなガスを得ることができる。
【００３２】
上記得られたガスはガス精製手段により精製した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用することが可能である。また、ガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整することで、メタノール（又はジメチルエーテル）製造用のガスとして利用することも可能である。以下、得られたガスをメタノール合成に利用するシステムについて説明する。
【００３３】
上記バイオマスガス化炉を用いてメタノール合成を行うガス化システム２０は、図１に示すように、バイオマスガス化炉内において発生したガス２１中の煤塵を除去する集塵装置２２と、集塵後のガスを精製する精製装置２３と、ガス中の水蒸気を除去するスクラバ２４と、ガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置２５と、ガスの圧力を向上させるブースタ装置２６と、ガス中のＨ2とＣＯ2とからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を製造するメタノール製造装置２７と、排ガス２８とメタノール２９とに分離する蒸留装置３０とを具備するものである。
【００３４】
ガス化炉の炉本体１２内に供給されたバイオマスは、燃焼酸化剤により部分燃焼され、上述した所定の炉内条件にて燃焼させることによりバイオマスのガス化の効率を向上させる。ここで発生したガス２１は、次いで集塵装置２２で除塵された後、ガス中の水蒸気を除去すべくスクラバ２４へ導かれ、ここで冷却されると共に水蒸気を除去し、次いでＣＯシフト装置でＨ2量を増大させ、ブースタ装置２６で圧力をメタノール合成の圧力まで向上させてメタノール合成装置２７へ導かれ、ここで、メタノールが製造される。その後、メタノール２９と排ガス２８とを分離する。ここで、排ガス２８にはＣＨ4が残存しているので、再度噴流ガス化炉１２に供給することで、再利用をすることができる。
【００３５】
ここで、上記バイオマスをガス化して得られるガス組成のＨ2／ＣＯの組成比について検討する。バイオマスの組成式はＣmＨ2Ｏn（ｍ＝１．０〜１．５、ｎ＝０．７〜１．１）であるが、便宜上ＣＨ2Ｏと簡略化して以下説明する。
【００３６】
一般にメタノールを合成するには、以下の反応式による。
ＣＯ＋２Ｈ2→ＣＨ3ＯＨ …（１）
ここで、従来の天然ガスであるメタン（ＣＨ4）からの合成の場合については以下のようになる。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 …（２）
次に、従来の化石燃料（石炭）からの合成の場合については以下のようになる。
ＣＨ2＋Ｈ2→ＣＯ＋２Ｈ2 …（３）
通常バイオマスを単にガス化した場合には、以下のようになり、Ｈ2／ＣＯの比率は２を超えることはない。
ＣＨ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 …（４）
本発明では、これを解消するために、炉内に燃焼酸化剤１４を投入し、部分燃焼（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）させることで、熱として利用し、後工程でＣＯ2を除去することで［Ｈ2Ｏ］／［ＣＯ］の比率を向上させている。
【００３７】
また、上述した反応は吸熱反応であるために、加熱が必要であるが、バイオマスは固体であるため、外部加熱が困難であり、部分燃焼ガス化を行うようにしている。また、部分酸化反応、熱分解、ガス化反応促進のために、バイオマスは微粒化することにより、反応表面積を増大している。本発明では、バイオマス１１の粉砕物の平均粒径（Ｄ）を０．０５≦Ｄ≦５ｍｍとすることでこれを解決している。
【００３８】
ここで、バイオマスをＣＨ2Ｏで代表した場合における、基本反応は下記の通りである。
ＣＨ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 …（５）［吸熱反応］
ＣＨ2Ｏ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2 …（６）［発熱反応］
上記反応を達成できればメタノール合成に必要なＨ2／ＣＯが２以上を達成できる。
上記反応では、生成熱２５℃基準で、
（５）では、−２６．４＋２７．７＝＋１．３ｋｃａｌ［吸熱反応］
（６）では、−９４＋２７．７＝−６６．３ｋｃａｌ［発熱反応］
となり、全体としては発熱反応となる。
一方、ＣＨ2Ｏを完全燃焼させた場合（ＣＨ2Ｏ＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）の生成熱は、−１２４．３ｋｃａｌ（発熱）である。
上記（５）及び（６）の反応が完全燃焼の場合には、以下のようになる。
−１２４．３×２≒−２５０ｋｃａｌ
従って、（５）及び（６）全体では、
−６５．３／−２５０≒０．２６
となり、約１／４を目安に燃やせばよいことになる。
但し、上記反応では、燃焼反応に比べて発熱割合が少ないため、反応場温度は、４５０〜５００℃（≒０．２６×１８００〜１９００℃）にしかならず、反応が遅くなる。
従って、反応が進行する８００〜１０００℃の燃焼温度場を保持するためには、別途４００〜５００℃の高温蒸気を付加することが肝要となる。
このため、ガス化炉１２にて生成した高温ガスの熱を熱交換した高温水蒸気（約４００〜５００℃）を導入することで解消することができる。
【００３９】
上記蒸気と酸素ガスとの併用したガス化システムでは、理想的反応であり、現実の反応系では、ＣＯ，Ｈ2の他に、ＣＨ4，Ｃ2Ｈ4〜Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ6〜及びタール、スートが生成される。上記ＣＨ4等の炭化水素系物質は、水蒸気及びニッケル触媒存在下のスチームリフォーミングにより、５５０℃以上（好適には９００℃±１００℃）で、ＣＯ，Ｈ2にすることができる。このスチームリフォーミングにより生成されたＨ2は、上述したように、メタノール合成の原料となる。
【００４０】
すなわち、水蒸気に酸素ガス化システムにスチームリフォーミングシステムを付加することにより、ＣＯ及びＨ2を製造することができる。これにより、タール，スートも基本的にはＣ系であり、十分な滞留時間を確保することでスチームリフォーミングが可能となる。具体的には、スチームリフォーミングとしては、触媒（Ｎｉ触媒を担持したハニカム式輻射交換体）を集塵装置２２と精製装置２３との間にスチームリフォーミング３１を配置し、タール，スート等をスチームリフォーミングすることで、Ｃ及びＨ2を得るようにすればよい。
【００４１】
上述したバイオマス反応の式（５）及び（６）では、内部発熱を適用した結果として、生成ガス中にＣＯ2が含まれることとなる。ＣＯ2も下記反応式（７）により、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ等の金属触媒によりメタノール合成が可能である。
ＣＯ2＋３Ｈ2→ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ …（７）
【００４２】
しかしながら、これはあくまで、生成ガス中のＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2のバランスであり、不要なＣＯ2はただ単に反応システムを大きくするに過ぎない。よって、メタノールの回収率の向上のためには、余分なＣＯ2はシステム最終段階でアミン系湿式ＣＯ2除去装置等のようなＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置を配設することにより、系内より接触的に除去することが好ましい。このため、図１において、ブースタ装置２６とメタノール合成装置２７との間にＣＯ2除去の脱炭酸装置３２を介装することにより、余分なＣＯ2を除去することができる。
【００４３】
よって、メタノール合成装置２７に供給されるメタノール原料ガスは、余分なＣＯ2が除去された結果、ＣＯ、ＣＯ2、２Ｈ2の組成とすることができ、メタノール合成が効率よく進行し、供給したバイオマスの約６０％程度のメタノールを合成することができる。なお、スチームリフォーミング手段３１を設ける場合には、Ｈ2がガス化中に豊富になるので、Ｈ2を発生させる上述したＣＯシフト反応装置２５を設置する必要はなくなる。
【００４４】
また、上記分離除去されたＣＯ2の一部はバイオマス供給手段１３の搬送用のガスとして利用することができる。これにより、搬送媒体として例えば空気等を用いた場合に炉内に供給される不要なＮ2が供給されることが防止される。
【００４５】
［第２の実施の形態］
図２は第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
本実施の形態は、炉本体１２内に供給する、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１４の供給を多段供給方式により、供給するものである。
【００４６】
図２に示すように、本実施の形態では、炉本体１２の鉛直軸方向に沿って複数箇所から燃焼酸化剤１４を供給する供給手段１５Ａ〜１５Ｄを上方に向かって所定間隔を有して順次設け、炉１２内にバイオマス１１のガス化を向上させる燃焼酸化剤１４をガス流れの下流側に順次供給するようにしている。本実施の形態ではバイオマス１１の供給はバイオマス供給手段１３により、炉本体１２の下部から供給するようにしており、該供給手段１３からの供給口１３ａを中心とする同芯円状の所定箇所に供給手段１５Ａの供給口が複数箇所（本実施の形態では２箇所）形成されている。これにより、燃焼酸化剤１４が複数段から順次供給されるので、ガス化の効率が向上することになる。
【００４７】
［第３の実施の形態］
図３は第３の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
本実施の形態は、バイオマスの燃焼に化石燃料を利用するものである。
ここで、化石燃料としては石炭，重質油等を用いることができる。
【００４８】
図３に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉４０は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給するバイオマス供給手段１３と、該バイオマス供給手段よりも下方側（炉下前流）に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１４を炉本体１２内に供給する燃焼酸化剤供給手段１５と、該燃焼酸化剤供給手段１５と対向して配設してなり、炉１２内に石炭を供給する石炭供給手段４１と、該石炭供給手段４１とバイオマス供給手段１３との中間位置に水蒸気４２を供給する水蒸気供給手段４３とを備えてなる噴流床型のガス化炉である。
【００４９】
本実施の形態では、炉本体１２の下側部分で助燃部分を形成するように、化石燃料である石炭を供給し、バイオマス１１を燃焼させることなく、化石燃料の燃焼により高温場を形成し、そこにバイオマス１１を投入することで、熱分解ガス化を効率よく行うようにしたものである。本実施の形態では、燃焼酸化剤１４は高温場形成用の燃料としても使用するようにしている。
【００５０】
この結果、バイオマス１１の発熱量が少ない場合等の反応が遅いような場合には、従来では、単に化石燃料を同時に供給していたが、本発明のように異なる位置から化石燃料とバイオマス１１とを供給することにより、バイオマス１１自身の燃焼をすることなく、助燃場で高温場を形成し、そこでガス化がなされるので、高効率のガス化が可能となる。
【００５１】
この結果、高効率及び低コストでメタノール合成に適するガスを生成することができ、炭素転換率の向上、タール付着等によるトラブルの防止、酸素或いは空気投入量の低減を図ると共に、水素量に富むガスを生成することができる。
【００５２】
化石燃料として石炭を用いた場合には、微粉炭にし、空気、酸素と水蒸気の混合ガスにより搬送するようにすればよい。また、重質油又は通常の燃焼用の油を用いて助燃する場合には、炉内に噴霧するようにすればよく、例えば空気、酸素と水蒸気との混合ガスを噴霧媒体として用いるようにすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
第一番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、バイオマスを燃料とするバイオマスガス化炉において、平均粒径（Ｄ）が0.０５≦Ｄ≦５ｍｍのバイオマス粉砕物を供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物の燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを具備してなり、且つ、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲とし、温度を７００〜１２００℃とする噴流床型であるので、バイオマスの燃焼が効率的に行うことができ、高効率のガス生成を行うことができる。
【００５４】
第二番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目の発明において、圧力を１〜３０気圧とすると共に、空塔速度を０．１〜５ｍ／ｓとするものであるので、バイオマスの燃焼が効率的となり、良好なガス化を行うことができる。
【００５５】
第三番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目又は第二番目の発明において、前記燃焼酸化剤供給手段が、上記燃焼酸化剤をガス流れに沿って複数箇所から供給するように複数段設けられているので、バイオマスのガス化の効率が更に向上する。
【００５６】
第四番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目から第三番目の発明のいずれか一つにおいて、化石燃料を供給する供給手段が、上記バイオマス供給手段よりも下方側に配設されているので、バイオマスの燃焼が良好となり、高効率のガス化が可能となる。
【００５７】
第五番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第四番目の発明において、上記化石燃料が石炭であるので、バイオマスの燃焼が良好となり、高効率のガス化が可能となる。
【００５８】
第六番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備するので、バイオマスを有効利用してガスタービンを駆動することができる。
【００５９】
第七番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備するので、バイオマスを有効利用してメタノールを製造することができる。
【００６０】
第八番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側にガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなるので、Ｈ2の割合が増加し、メタノール合成効率が向上する。
【００６１】
第九番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目又は第八番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側に脱炭酸装置を介装するので、メタノール合成が効率的に行うことができる。
【００６２】
第十番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第九番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ 2 を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであるので、別途搬送ガスを用意することが不要となると共に、窒素成分が混入することがなく、反応効率が向上する。
【００６３】
第十一番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであるので、別途搬送ガスを用意することが不要となる。
【００６４】
第十二番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第十一番目の発明において、バイオマスガス化炉の炉内にメタノール回収後の排ガスを供給するので、排ガス中のＣＨ4をガス化炉内での燃料として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【図２】 第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図３】 第３の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【符号の説明】
１１ バイオマス
１２ 炉本体
１３ バイオマス供給手段
１４ 燃焼酸化剤
１５ 燃焼酸化剤供給手段
２０ バイオマスガス化システム
２１ 生成ガス
２２ 集塵装置
２３ 精製装置
２４ スクラバ
２５ ＣＯシフト反応装置
２６ ブースタ装置
２７ メタノール製造装置
２８ 排ガス
２９ メタノール
３０ 蒸留装置
３１ スチームリフォーミング
３２ 脱炭酸装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを有効利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができるバイオマスガス化炉及びバイオマスのガス化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。
【０００３】
上記バイオマスを利用することで燃料及びメタノール等の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つと共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ2の固定により生育されるので、大気のＣＯ2を増加させない。
【０００４】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法としては、例えば発酵法や熱水分解法等が提案されているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料とならず、発酵時間がかかるので大量の発酵タンクを設置する必要があると共に、後者の熱水分解法では高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【０００５】
一方、バイオマスをガス化する場合においては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用いるようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが発生し、生成したガス化ガスは、Ｈ2，ＣＯが少ないため、メタノール合成の原料とならない。また、上記発生したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、という問題がある。
【０００６】
そこで、従来においては、酸素を多量に供給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部分的に１２００℃を超える高温域が形成され、ガスにならずに、バイオマス自身が燃焼し、スート化してしまうという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができるバイオマスガス化炉及びバイオマスのガス化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、バイオマスを燃料とするバイオマスガス化炉において、平均粒径（Ｄ）が0.０５≦Ｄ≦５ｍｍのバイオマス粉砕物を供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物の燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを具備してなり、且つ、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲とし、温度を７００〜１２００℃とする噴流床型であることを特徴とする。
【０００９】
第二番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目の発明において、圧力を１〜３０気圧とすると共に、空塔速度を０．１〜５ｍ／ｓとするものであることを特徴とする。
【００１０】
第三番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目又は第二番目の発明において、前記燃焼酸化剤供給手段が、上記燃焼酸化剤をガス流れに沿って複数箇所から供給するように複数段設けられていることを特徴とする。
【００１１】
第四番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目から第三番目の発明のいずれか一つにおいて、化石燃料を供給する供給手段が、上記バイオマス供給手段よりも下方側に配設されていることを特徴とする。
【００１２】
第五番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第四番目の発明において、上記化石燃料が石炭であることを特徴とする。
【００１３】
第六番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガスを燃料として用いるガスタービンとを具備することを特徴とする。
【００１４】
第七番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備することを特徴とする。
【００１５】
第八番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側にガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
第九番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目又は第八番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側に脱炭酸装置を介装することを特徴とする。
【００１７】
第十番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第九番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ 2 を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであることを特徴とする。
【００１８】
第十一番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであることを特徴とする。
【００１９】
第十二番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第十一番目の発明において、バイオマスガス化炉の炉内にメタノール回収後の排ガスを供給することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給するバイオマス供給手段１３と、該バイオマス供給手段１３よりも上方側（炉下流側）に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１４を炉本体１２内供給する燃焼酸化剤供給手段１５とを備えてなる噴流床型のガス化炉である。
【００２３】
ここで、本発明では、炉本体１２内に供給するバイオマス１１としては、生産又は廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、例えばスイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等を例示することができる。
【００２４】
本発明では、上記バイオマス１１の粉砕物の平均粒径（Ｄ）は、０．０５≦Ｄ≦５ｍｍとするのが好ましい。これは、平均粒径が０．０５ｍｍ以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪くなり、好ましくないからである。一方、平均粒径が５ｍｍを超えた場合には、バイオマスの内部まで良好に燃焼がなされずに反応が促進せず、高効率のガス化が困難となるからである。
【００２５】
また、本発明では、バイオマスガス化炉に供給する燃焼酸化剤１４は、空気と水蒸気又は酸素と水蒸気の混合物であることが好ましい。
【００２６】
ここで、上記燃焼酸化剤１４は、酸素［Ｏ２］／炭素［Ｃ］のモル比率が０．１≦Ｏ2／Ｃの範囲、好ましくは０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲（特に好ましくは０．２≦Ｏ2／Ｃ＜０．５の範囲）であると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率が１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲（特に好ましくは２≦Ｈ2Ｏ／Ｃ≦６の範囲）が、タール，スートの発生が少なく、好ましい。
【００２７】
これは、上記範囲とすると水蒸気と酸素の供給により部分酸化ガス化が良好となり、生成ガス中のＨ2及びＣＯの量を向上させることができるからである。
【００２８】
また、バイオマスガスの炉本体１２の炉内温度は７００〜１２００℃のガス化条件とするのが好ましい。これは、炉内温度が７００℃未満であると、バイオマスの熱分解が良好でなく、好ましくなく、一方１２００℃を超えた場合には、バイオマス自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからである。
【００２９】
また、バイオマスガスの炉本体１２の炉内圧力は１〜３０気圧とするのが好ましい。これは、メタノール（又はジメチルエーテル）合成に直結する場合には、８０気圧近傍が好ましいが、耐圧構造のガス化炉とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからである。なお、３０気圧程度の場合には、空塔速度が低くなり、装置もコンパクト化でき、好ましい。
【００３０】
また、バイオマスガスの炉本体１２の炉内の空塔速度は０．１〜５ｍ／ｓのガス化条件とするのが好ましい。これは、空塔速度は０．１ｍ／ｓ以下では炉内滞留時間が長く、燃焼過多となり好ましくなく、一方５ｍ／ｓを超える場合には、燃焼・熱分解が完全になされずに、良好なガス化ができないからである。なお、粉砕バイオマスを好適に搬送するには、バイオマスの粒径を考慮に入れるとさらによく、特に好ましくは、バイオマスの平均粒径が０．１〜１ｍｍの場合には、空塔速度を０．４〜１ｍ／ｓとし、平均粒径が１〜５ｍｍの場合には、空塔速度を１〜５ｍ／ｓとするのが好ましい。
【００３１】
本発明のバイオマスガス化炉によれば、バイオマスを部分酸化により効率よくガス化し、スート等の発生がないクリーンなガスを得ることができる。
【００３２】
上記得られたガスはガス精製手段により精製した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用することが可能である。また、ガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整することで、メタノール（又はジメチルエーテル）製造用のガスとして利用することも可能である。以下、得られたガスをメタノール合成に利用するシステムについて説明する。
【００３３】
上記バイオマスガス化炉を用いてメタノール合成を行うガス化システム２０は、図１に示すように、バイオマスガス化炉内において発生したガス２１中の煤塵を除去する集塵装置２２と、集塵後のガスを精製する精製装置２３と、ガス中の水蒸気を除去するスクラバ２４と、ガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置２５と、ガスの圧力を向上させるブースタ装置２６と、ガス中のＨ2とＣＯ2とからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を製造するメタノール製造装置２７と、排ガス２８とメタノール２９とに分離する蒸留装置３０とを具備するものである。
【００３４】
ガス化炉の炉本体１２内に供給されたバイオマスは、燃焼酸化剤により部分燃焼され、上述した所定の炉内条件にて燃焼させることによりバイオマスのガス化の効率を向上させる。ここで発生したガス２１は、次いで集塵装置２２で除塵された後、ガス中の水蒸気を除去すべくスクラバ２４へ導かれ、ここで冷却されると共に水蒸気を除去し、次いでＣＯシフト装置でＨ2量を増大させ、ブースタ装置２６で圧力をメタノール合成の圧力まで向上させてメタノール合成装置２７へ導かれ、ここで、メタノールが製造される。その後、メタノール２９と排ガス２８とを分離する。ここで、排ガス２８にはＣＨ4が残存しているので、再度噴流ガス化炉１２に供給することで、再利用をすることができる。
【００３５】
ここで、上記バイオマスをガス化して得られるガス組成のＨ2／ＣＯの組成比について検討する。バイオマスの組成式はＣmＨ2Ｏn（ｍ＝１．０〜１．５、ｎ＝０．７〜１．１）であるが、便宜上ＣＨ2Ｏと簡略化して以下説明する。
【００３６】
一般にメタノールを合成するには、以下の反応式による。
ＣＯ＋２Ｈ2→ＣＨ3ＯＨ …（１）
ここで、従来の天然ガスであるメタン（ＣＨ4）からの合成の場合については以下のようになる。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2 …（２）
次に、従来の化石燃料（石炭）からの合成の場合については以下のようになる。
ＣＨ2＋Ｈ2→ＣＯ＋２Ｈ2 …（３）
通常バイオマスを単にガス化した場合には、以下のようになり、Ｈ2／ＣＯの比率は２を超えることはない。
ＣＨ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 …（４）
本発明では、これを解消するために、炉内に燃焼酸化剤１４を投入し、部分燃焼（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）させることで、熱として利用し、後工程でＣＯ2を除去することで［Ｈ2Ｏ］／［ＣＯ］の比率を向上させている。
【００３７】
また、上述した反応は吸熱反応であるために、加熱が必要であるが、バイオマスは固体であるため、外部加熱が困難であり、部分燃焼ガス化を行うようにしている。また、部分酸化反応、熱分解、ガス化反応促進のために、バイオマスは微粒化することにより、反応表面積を増大している。本発明では、バイオマス１１の粉砕物の平均粒径（Ｄ）を０．０５≦Ｄ≦５ｍｍとすることでこれを解決している。
【００３８】
ここで、バイオマスをＣＨ2Ｏで代表した場合における、基本反応は下記の通りである。
ＣＨ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2 …（５）［吸熱反応］
ＣＨ2Ｏ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2 …（６）［発熱反応］
上記反応を達成できればメタノール合成に必要なＨ2／ＣＯが２以上を達成できる。
上記反応では、生成熱２５℃基準で、
（５）では、−２６．４＋２７．７＝＋１．３ｋｃａｌ［吸熱反応］
（６）では、−９４＋２７．７＝−６６．３ｋｃａｌ［発熱反応］
となり、全体としては発熱反応となる。
一方、ＣＨ2Ｏを完全燃焼させた場合（ＣＨ2Ｏ＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）の生成熱は、−１２４．３ｋｃａｌ（発熱）である。
上記（５）及び（６）の反応が完全燃焼の場合には、以下のようになる。
−１２４．３×２≒−２５０ｋｃａｌ
従って、（５）及び（６）全体では、
−６５．３／−２５０≒０．２６
となり、約１／４を目安に燃やせばよいことになる。
但し、上記反応では、燃焼反応に比べて発熱割合が少ないため、反応場温度は、４５０〜５００℃（≒０．２６×１８００〜１９００℃）にしかならず、反応が遅くなる。
従って、反応が進行する８００〜１０００℃の燃焼温度場を保持するためには、別途４００〜５００℃の高温蒸気を付加することが肝要となる。
このため、ガス化炉１２にて生成した高温ガスの熱を熱交換した高温水蒸気（約４００〜５００℃）を導入することで解消することができる。
【００３９】
上記蒸気と酸素ガスとの併用したガス化システムでは、理想的反応であり、現実の反応系では、ＣＯ，Ｈ2の他に、ＣＨ4，Ｃ2Ｈ4〜Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ6〜及びタール、スートが生成される。上記ＣＨ4等の炭化水素系物質は、水蒸気及びニッケル触媒存在下のスチームリフォーミングにより、５５０℃以上（好適には９００℃±１００℃）で、ＣＯ，Ｈ2にすることができる。このスチームリフォーミングにより生成されたＨ2は、上述したように、メタノール合成の原料となる。
【００４０】
すなわち、水蒸気に酸素ガス化システムにスチームリフォーミングシステムを付加することにより、ＣＯ及びＨ2を製造することができる。これにより、タール，スートも基本的にはＣ系であり、十分な滞留時間を確保することでスチームリフォーミングが可能となる。具体的には、スチームリフォーミングとしては、触媒（Ｎｉ触媒を担持したハニカム式輻射交換体）を集塵装置２２と精製装置２３との間にスチームリフォーミング３１を配置し、タール，スート等をスチームリフォーミングすることで、Ｃ及びＨ2を得るようにすればよい。
【００４１】
上述したバイオマス反応の式（５）及び（６）では、内部発熱を適用した結果として、生成ガス中にＣＯ2が含まれることとなる。ＣＯ2も下記反応式（７）により、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ等の金属触媒によりメタノール合成が可能である。
ＣＯ2＋３Ｈ2→ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ …（７）
【００４２】
しかしながら、これはあくまで、生成ガス中のＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2のバランスであり、不要なＣＯ2はただ単に反応システムを大きくするに過ぎない。よって、メタノールの回収率の向上のためには、余分なＣＯ2はシステム最終段階でアミン系湿式ＣＯ2除去装置等のようなＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置を配設することにより、系内より接触的に除去することが好ましい。このため、図１において、ブースタ装置２６とメタノール合成装置２７との間にＣＯ2除去の脱炭酸装置３２を介装することにより、余分なＣＯ2を除去することができる。
【００４３】
よって、メタノール合成装置２７に供給されるメタノール原料ガスは、余分なＣＯ2が除去された結果、ＣＯ、ＣＯ2、２Ｈ2の組成とすることができ、メタノール合成が効率よく進行し、供給したバイオマスの約６０％程度のメタノールを合成することができる。なお、スチームリフォーミング手段３１を設ける場合には、Ｈ2がガス化中に豊富になるので、Ｈ2を発生させる上述したＣＯシフト反応装置２５を設置する必要はなくなる。
【００４４】
また、上記分離除去されたＣＯ2の一部はバイオマス供給手段１３の搬送用のガスとして利用することができる。これにより、搬送媒体として例えば空気等を用いた場合に炉内に供給される不要なＮ2が供給されることが防止される。
【００４５】
［第２の実施の形態］
図２は第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
本実施の形態は、炉本体１２内に供給する、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１４の供給を多段供給方式により、供給するものである。
【００４６】
図２に示すように、本実施の形態では、炉本体１２の鉛直軸方向に沿って複数箇所から燃焼酸化剤１４を供給する供給手段１５Ａ〜１５Ｄを上方に向かって所定間隔を有して順次設け、炉１２内にバイオマス１１のガス化を向上させる燃焼酸化剤１４をガス流れの下流側に順次供給するようにしている。本実施の形態ではバイオマス１１の供給はバイオマス供給手段１３により、炉本体１２の下部から供給するようにしており、該供給手段１３からの供給口１３ａを中心とする同芯円状の所定箇所に供給手段１５Ａの供給口が複数箇所（本実施の形態では２箇所）形成されている。これにより、燃焼酸化剤１４が複数段から順次供給されるので、ガス化の効率が向上することになる。
【００４７】
［第３の実施の形態］
図３は第３の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
本実施の形態は、バイオマスの燃焼に化石燃料を利用するものである。
ここで、化石燃料としては石炭，重質油等を用いることができる。
【００４８】
図３に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉４０は、バイオマス１１を炉本体１２内に供給するバイオマス供給手段１３と、該バイオマス供給手段よりも下方側（炉下前流）に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１４を炉本体１２内に供給する燃焼酸化剤供給手段１５と、該燃焼酸化剤供給手段１５と対向して配設してなり、炉１２内に石炭を供給する石炭供給手段４１と、該石炭供給手段４１とバイオマス供給手段１３との中間位置に水蒸気４２を供給する水蒸気供給手段４３とを備えてなる噴流床型のガス化炉である。
【００４９】
本実施の形態では、炉本体１２の下側部分で助燃部分を形成するように、化石燃料である石炭を供給し、バイオマス１１を燃焼させることなく、化石燃料の燃焼により高温場を形成し、そこにバイオマス１１を投入することで、熱分解ガス化を効率よく行うようにしたものである。本実施の形態では、燃焼酸化剤１４は高温場形成用の燃料としても使用するようにしている。
【００５０】
この結果、バイオマス１１の発熱量が少ない場合等の反応が遅いような場合には、従来では、単に化石燃料を同時に供給していたが、本発明のように異なる位置から化石燃料とバイオマス１１とを供給することにより、バイオマス１１自身の燃焼をすることなく、助燃場で高温場を形成し、そこでガス化がなされるので、高効率のガス化が可能となる。
【００５１】
この結果、高効率及び低コストでメタノール合成に適するガスを生成することができ、炭素転換率の向上、タール付着等によるトラブルの防止、酸素或いは空気投入量の低減を図ると共に、水素量に富むガスを生成することができる。
【００５２】
化石燃料として石炭を用いた場合には、微粉炭にし、空気、酸素と水蒸気の混合ガスにより搬送するようにすればよい。また、重質油又は通常の燃焼用の油を用いて助燃する場合には、炉内に噴霧するようにすればよく、例えば空気、酸素と水蒸気との混合ガスを噴霧媒体として用いるようにすればよい。
【００５３】
【発明の効果】
第一番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、バイオマスを燃料とするバイオマスガス化炉において、平均粒径（Ｄ）が0.０５≦Ｄ≦５ｍｍのバイオマス粉砕物を供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物の燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを具備してなり、且つ、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲とし、温度を７００〜１２００℃とする噴流床型であるので、バイオマスの燃焼が効率的に行うことができ、高効率のガス生成を行うことができる。
【００５４】
第二番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目の発明において、圧力を１〜３０気圧とすると共に、空塔速度を０．１〜５ｍ／ｓとするものであるので、バイオマスの燃焼が効率的となり、良好なガス化を行うことができる。
【００５５】
第三番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目又は第二番目の発明において、前記燃焼酸化剤供給手段が、上記燃焼酸化剤をガス流れに沿って複数箇所から供給するように複数段設けられているので、バイオマスのガス化の効率が更に向上する。
【００５６】
第四番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第一番目から第三番目の発明のいずれか一つにおいて、化石燃料を供給する供給手段が、上記バイオマス供給手段よりも下方側に配設されているので、バイオマスの燃焼が良好となり、高効率のガス化が可能となる。
【００５７】
第五番目の発明にかかるバイオマスガス化炉は、第四番目の発明において、上記化石燃料が石炭であるので、バイオマスの燃焼が良好となり、高効率のガス化が可能となる。
【００５８】
第六番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備するので、バイオマスを有効利用してガスタービンを駆動することができる。
【００５９】
第七番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第一番目から第五番目の発明のいずれか一つのバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置とを具備するので、バイオマスを有効利用してメタノールを製造することができる。
【００６０】
第八番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側にガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなるので、Ｈ2の割合が増加し、メタノール合成効率が向上する。
【００６１】
第九番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目又は第八番目の発明において、上記メタノール合成装置の前流側に脱炭酸装置を介装するので、メタノール合成が効率的に行うことができる。
【００６２】
第十番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第九番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ 2 を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであるので、別途搬送ガスを用意することが不要となると共に、窒素成分が混入することがなく、反応効率が向上する。
【００６３】
第十一番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第七番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであるので、別途搬送ガスを用意することが不要となる。
【００６４】
第十二番目の発明にかかるバイオマスのガス化システムは、第十一番目の発明において、バイオマスガス化炉の炉内にメタノール回収後の排ガスを供給するので、排ガス中のＣＨ4をガス化炉内での燃料として再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【図２】 第２の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【図３】 第３の実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【符号の説明】
１１ バイオマス
１２ 炉本体
１３ バイオマス供給手段
１４ 燃焼酸化剤
１５ 燃焼酸化剤供給手段
２０ バイオマスガス化システム
２１ 生成ガス
２２ 集塵装置
２３ 精製装置
２４ スクラバ
２５ ＣＯシフト反応装置
２６ ブースタ装置
２７ メタノール製造装置
２８ 排ガス
２９ メタノール
３０ 蒸留装置
３１ スチームリフォーミング
３２ 脱炭酸装置
Claims (12)
- バイオマスを燃料とするバイオマスガス化炉において、
平均粒径（Ｄ）が０．０５≦Ｄ≦５ｍｍのバイオマス粉砕物を供給するバイオマス供給手段と、
酸素と水蒸気の混合物の燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段と
を具備してなり、
且つ、酸素［Ｏ2］／炭素［Ｃ］のモル比率を０．１≦Ｏ2／Ｃ＜１．０の範囲とすると共に、水蒸気［Ｈ2Ｏ］／炭素［Ｃ］のモル比率を１≦Ｈ2Ｏ／Ｃの範囲とし、温度を７００〜１２００℃とする噴流床型である
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１において、
圧力を１〜３０気圧とすると共に、空塔速度を０．１〜５ｍ／ｓとするものである
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１又は２において、
前記燃焼酸化剤供給手段が、上記燃焼酸化剤をガス流れに沿って複数箇所から供給するように複数段設けられている
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１乃至３のいずれか一項において、
化石燃料を供給する供給手段が、上記バイオマス供給手段よりも下方側に配設されている
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項４において、
上記化石燃料が石炭である
ことを特徴とするバイオマスガス化炉。 - 請求項１乃至５のいずれか一項のバイオマスガス化炉と、
上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、
上記ガス精製装置で精製したガスを燃料として用いるガスタービンと
を具備することを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 請求項１乃至５のいずれか一項のバイオマスガス化炉と、
上記バイオマスガス化炉でガス化したガスをガス精製するガス精製装置と、
上記ガス精製装置で精製したガス中のＨ2とＣＯよりメタノールを合成するメタノール合成装置と
を具備することを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 請求項７において、
上記メタノール合成装置の前流側にガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなる
ことを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 請求項７又は８において、
上記メタノール合成装置の前流側に脱炭酸装置を介装する
ことを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 請求項９において、
上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ 2 を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものである
ことを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 請求項７において、
上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものである
ことを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 請求項１１において、
バイオマスガス化炉の炉内にメタノール回収後の排ガスを供給する
ことを特徴とするバイオマスのガス化システム。
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