JP6234579B2 - 複合式バイオマス加圧熱分解方法及びシステム - Google Patents
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Description
バイオマス粒がマイクロ波を吸収した後バイオマス粒の内外が同時に昇温し、活性化し、熱分解し、高温の上昇ガスと炉内の高強度マイクロ波エネルギの作用下で、バイオマス粒が瞬間的に乾燥し、***し、また急速に昇温して高温の合成ガスを生成し、熱分解後に残るアッシュスラグと少量のコークスが固定床層を形成して下方へ移動し、
高強度マイクロ波場の電磁複合作用下で、プラズマジェットは、荷電イオンの周りのガスを持続して電離させて、高エネルギ、高活性の二次イオン場を形成し、これにより更にバイオマス粒燃料物質の伝熱および物質移動反応速度を加速させ、固定床層の底部においては、プラズマトーチの発生させた高温プラズマジェットガスがコークスまたは他の炭素含有物質を完全に高温の合成ガスに変換し、同時に、熱分解炉内を加圧動作状態に保持することによって炉内の気相の物質の濃度を継続して高めて更に反応速度を加速し、気体−固体反応接触時間を長くして、底部の固体バイオマス粒燃料を完全に高温の合成ガスに変換し、
固定床層が下方に移動すると同時に、高温の合成ガスが上に移動して固定床層に熱エネルギを提供し、同時に、上部における熱分解反応に原料ガスであるCO2を提供し、非炭素含有物質は継続して下に移動してアッシュスラグとなり、高温環境化で、アッシュスラグは液体状を呈して熱分解炉の底部に蓄積し、液体アッシュスラグを定期的または連続的に排出してスラグの液位を設定液位に維持する。
を採用する。
2 熱分解炉
3 スラグロック
4 サイクロン分離器
5 アッシュロック
6 冷却装置
7 浄化装置
8 脱炭塔
9 供給圧縮機
10 供給制御装置
11 供給管
12 マイクロ波入口
13 プラズマトーチ
14 合成ガス出口
15 熱分解炉制御装置
16 バイオマス燃料
17 供給輸送ガス
18 供給シールガス
19 スラグ
20 フライアッシュ
21 二酸化酸素ガス
22 完成品の合成ガス
Claims (10)
- 複合式バイオマス加圧熱分解方法であって、バイオマス燃料を耐圧熱分解炉内で加圧熱分解反応させ、熱分解炉を加圧動作状態に保持し、
以下の工程、
1)バイオマス燃料を破砕し篩処理し所望の粒径にし、供給シールガスを使用して濃密相静圧輸送するために、専用のパルス式加圧供給システムに送り、
2)破砕されたバイオマス粒を、パルス式加圧供給システムを経て熱分解炉内に輸送し、同時に、マイクロ波とプラズマトーチを始動させ、マイクロ波によって熱分解炉内に高強度マイクロ波場を形成し、プラズマトーチの作動ガスの一次電離によって形成された高温プラズマジェットを熱分解炉内に導入し、
バイオマス粒がマイクロ波を吸収した後バイオマス粒の内外が同時に昇温し、活性化し、熱分解し、高温の上昇ガスと炉内の高強度マイクロ波エネルギの作用下で、バイオマス粒が瞬間的に乾燥し、***し、また急速に昇温して高温の合成ガスを生成し、熱分解後に残るアッシュスラグと少量のコークスが固定床層を形成して下方へ移動し、
高強度マイクロ波場の電磁複合作用下で、プラズマジェットは、荷電イオンの周りのガスを持続して電離させて、高エネルギ、高活性の二次イオン場を形成し、これにより更にバイオマス粒燃料物質の伝熱および物質移動反応速度を加速させ、固定床層の底部においては、プラズマトーチの発生させた高温プラズマジェットガスがコークスまたは他の炭素含有物質を完全に高温の合成ガスに変換し、同時に、熱分解炉内を加圧動作状態に保持することによって炉内の気相の物質の濃度を継続して高めて更に反応速度を加速し、気体−固体反応接触時間を長くして、底部の固体バイオマス粒燃料を完全に高温の合成ガスに変換し、
固定床層が下方に移動すると同時に、高温の合成ガスが上に移動して固定床層に熱エネルギを提供し、同時に、上部における熱分解反応に原料ガスであるCO2を提供し、非炭素含有物質は継続して下に移動してアッシュスラグとなり、高温環境化で、アッシュスラグは液体状を呈して熱分解炉の底部に蓄積し、液体アッシュスラグを定期的または連続的に排出してスラグの液位を設定液位に維持し、
3)工程2)において生成される高温の合成ガスを、上昇継続させて熱分解炉頂部から導出し、配管内で循環合成ガスを使用して急冷降温後、サイクロン分離器に入れてフライアッシュを分離し、最後に、冷却装置および浄化装置に入れて、クリーンな合成ガスを生成する、
を含むことを特徴とする方法。 - 熱分解炉の合成ガス出口温度は1100℃〜1300℃以上、熱分解反応温度は1200℃以上、底部の高温のスラグプールは1300℃〜2000℃に維持し、バイオマス燃料がアッシュ溶融点の高い燃料の場合には、石灰石を融剤として添加して、スラグの溶融点温度を下げ、
熱分解炉のマイクロ波入口は、環状配置を採用し、燃料特性に応じて多層配置とし、単一のマイクロ波の出力は300kw以下、高温の合成ガスの炉内滞留時間は8〜15秒、炉内の絶対圧力は、0.1Mpa〜5Mpaとすることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 工程3)において、単位時間当たりのマイクロ波およびプラズマトーチによる総入力エネルギは、バイオマス燃料による総入力エネルギの15〜30%を占め、プラズマ作動ガスに酸素ガスを採用する場合、コークスの質量はバイオマス燃料の質量の10%以下であり、マイクロ波とプラズマトーチで消費される総電気エネルギは、バイオマス燃料の総エネルギの5〜10%であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の方法。
- 工程3)において、サイクロン分離器を出た合成ガスを、後続利用工程に応じ、徐々に冷却して水で洗浄する工程、または、水で急冷する工程によって処理することを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 工程2)において、熱分解炉の底部に蓄積する液体スラグを定期的または連続的に排出してスラグの液位を維持し、液体スラグを、水冷却または水急冷装置を備えたスラグロックを通過させた後、常温状態で、回収、利用することを特徴とする請求項3に記載の方法。
- プラズマトーチの作動ガスは、二酸化炭素ガスおよび/または水蒸気および/または酸素ガスおよび/または浄化後の合成ガスであり、プラズマトーチ作動ガスの一次電離によって形成されるプラズマジェットは、イオン、電子およびフリーラジカルを含む高エネルギ活性粒子によって構成されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- パルス式加圧供給システムは、供給輸送ガスによって供給し、供給輸送ガスは、窒素ガス、蒸気、二酸化炭素ガスまたは浄化された合成ガスであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記請求項のいずれか一つに記載の方法を使用する熱分解システムであって、熱分解炉、パルス式供給システム、サイクロン分離器、熱分解炉の頂部に設置された高温合成ガス出口、中央部の両側に設置された供給口、下部に設置された複数のマイクロ波入口およびプラズマトーチインターフェース、底部に設置されたスラグ蓄積プール、スラグ蓄積プールの下に設置されたスラグ排出口を含み、熱分解炉のマイクロ波入口とプラズマトーチインターフェースは、均等に多層に配置され、全ての層が均等間隔に配置され、
プラズマトーチインターフェースはマイクロ波入口より下でスラグ蓄積プールの液位面より上に配置され、プラズマトーチインターフェースのプラズマのジェット方向はマイクロ波入口のマイクロ波場の範囲内に入り、単一のマイクロ波入口のマイクロ波出力は300kw以下であり、
パルス式供給システムと熱分解炉の供給口は供給管を介して接続され、パルス式供給システムは供給輸送ガス配管と連通し、設置された供給制御装置によって開閉制御を行い、熱分解炉頂部の合成ガス出口はサイクロン分離器と接続され、熱分解炉底部のスラグ排出口はスラグロックと接続され、サイクロン分離器のアッシュ出口はアッシュロックと接続され、サイクロン分離器は冷却装置と接続され、冷却装置は浄化装置と接続され、熱分解炉頂部の合成ガス出口とサイクロン分離器の間には、高温合成ガス循環急冷装置が設置されることを特徴とするシステム。 - 加圧熱分解炉の炉体底部のスラグ排出口の外側に少なくとも2基のスラグロックが直列に設置され、サイクロン分離器底部のアッシュ出口の外側に少なくとも2基のアッシュロックが直列に設置されることを特徴とする、請求項8に記載のシステム。
- 浄化装置の下流にさらに脱炭塔が設置され、脱炭塔の二酸化炭素ガス出口がパルス式供給システムの供給輸送ガス配管と連通することを特徴とする、請求項8または9のいずれかに記載のシステム。
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