JP2007284476A - ガス化炉 - Google Patents

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淳 藤井
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賢一 蓬莱
Junpei Ono
淳平 大野
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Abstract

【課題】ＳＯＦＣを高いエネルギ効率で作動でき、簡単な設計でＳＯＦＣを組み込むことができるガス化炉を提供することである。
【解決手段】水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスＦの排出口１０近傍の中間筒２内に、複数のＳＯＦＣ１１を、その燃料極が露出するように配設することにより、ＳＯＦＣ１１を高いエネルギ効率で作動でき、簡単な設計でＳＯＦＣ１１をガス化炉に組み込むことができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物をガス化反応でガス化したガス化ガスを水蒸気で改質して水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスを排出するガス化炉に関する。
バイオマス等の固体や液体の有機物をガス化反応（熱分解）させてガス化するガス化炉には、ガス化されたガス化ガスを水蒸気で改質して、水素ガスや一酸化炭素を含有する改質ガスを排出するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、有機物を６００℃以上の高温水蒸気でガス化反応させてガス化するとともに、この水蒸気でガス化ガスを改質し、改質ガス中の窒素ガスの含有率を少なくして、水素ガスや一酸化炭素の含有率を高めるようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
一方、高出力、高発電効率が達成可能で、固体電解質の散逸の恐れがない燃料電池として、固体酸化物型燃料電池（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：以下、ＳＯＦＣという）が注目されている。ＳＯＦＣは、燃料ガスとして水素ガスに加えて一酸化炭素の使用が可能であり、８００〜１０００℃程度の高温で作動する。このような高温で作動するＳＯＦＣの熱源として、加熱炉や熱処理炉等の工業炉の高温雰囲気を利用し、エネルギ効率を高めるようにした工業炉とＳＯＦＣとのコンバインドシステムが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３に記載されたものでは、工業炉の炉内に、燃料極と空気極を有するＳＯＦＣの発電反応部を、断熱材で断熱したケーシングに収納して配設し、このケーシング内の発電反応部に燃料と酸化剤を導入するようにしている。燃料としてはメタン、エタン等の炭化水素系ガスを用い、これを水蒸気改質反応で水素ガスと一酸化炭素に改質したものを燃料極に送り込んでいる。なお、工業炉の炉内温度がＳＯＦＣの作動温度と近い場合は、ケーシングの断熱材の厚みを薄くできるとしている。また、特許文献３に記載されたものでは、ＳＯＦＣを工業炉の外部に配設し、工業炉の排ガスでＳＯＦＣを加熱することも提案している。
特開平６−９９６７号公報 特開２００３−２５３２７３号公報 特開２００３−１３２９０３号公報
特許文献３に記載された、ＳＯＦＣの発電反応部を工業炉の炉内に配設した工業炉とＳＯＦＣとのコンバインドシステムは、工業炉の高温雰囲気を利用してエネルギ効率を高めることができるが、ケーシングに収納された発電反応部が、その外側の炉内雰囲気で間接加熱されるので、さらなる加熱（エネルギ）効率の向上が望まれる。また、ＳＯＦＣの燃料やその改質のための水蒸気を別途に供給する必要もあり、ＳＯＦＣを組み込むための炉の設計が複雑になる問題もある。
そこで、本発明の課題は、ＳＯＦＣを高いエネルギ効率で作動でき、簡単な設計でＳＯＦＣを組み込むことができるガス化炉を提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明は、有機物をガス化反応によってガス化し、ガス化されたガス化ガスを水蒸気で改質して、水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスを排出するガス化炉において、前記水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスの排出口近傍の炉内に、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を、その燃料極が露出するように配設した構成を採用した。
すなわち、水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスの排出口近傍の炉内に、ＳＯＦＣを、その燃料極が露出するように配設することにより、ＳＯＦＣを高いエネルギ効率で作動でき、簡単な設計でＳＯＦＣをガス化炉に組み込むことができるようにした。
前記有機物を６００℃以上、好ましくは８００℃以上の高温水蒸気とガス化反応させてガス化することにより、改質ガス中の水素ガスと一酸化炭素の含有率を多くして、ＳＯＦＣの発電効率を高めることができる。
本発明のガス化炉は、水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスの排出口近傍の炉内に、ＳＯＦＣを、その燃料極が露出するように配設したので、ＳＯＦＣを高いエネルギ効率で作動でき、簡単な設計でＳＯＦＣを組み込むことができる。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。このガス化炉は、図１に示すように、コーン状の底部を除く下部が内筒１、中間筒２および外筒３から成る３重構造、上部が内筒１と中間筒２との２重構造とされ、内筒１の頂部の投入口４から投入される有機物としてのバイオマスＡが内筒１内でガス化され、ガス化ガスＢがその下端から中間筒２内へ流入するとともに、灰分等の残渣Ｃが底部の排出口５へ落下する。
また、前記外筒３の上部には水Ｄの供給口６が設けられ、その下部には誘導加熱コイル７で発熱する発熱体８が設けられており、供給された水Ｄは発熱体８との接触で８００℃以上の高温水蒸気Ｅとなってその下端から中間筒２内へ流入し、中間筒２内でガス化ガスＢを改質して、水素ガスと一酸化炭素を多く含有する改質ガスＦを生成する。生成された改質ガスＦは、フィルタ９を通して、複数のＳＯＦＣ１１が同心円上に配設された中間筒２の上部に送り込まれ、ＳＯＦＣ１１の燃料ガスとして使用されたのち、排出口１０から排出される。ＳＯＦＣ１１が配設された中間筒２の外周には、ＳＯＦＣ１１の起動時に、必要に応じてＳＯＦＣ１１を加熱する誘導加熱コイル１２が設けられている。
前記ＳＯＦＣ１１は、図２に示すように、発電反応部が、外面側に燃料極１３が露出し、内面側の空気極１４との間に電解質層１５を形成した円筒状のものとされ、その中心に挿入された空気導入管１６から送り込まれる酸化剤としての空気Ｇから、空気極１４に酸素が取り込まれる。各ＳＯＦＣ１１の空気導入管１６は、空気導入口１７ａが設けられた環状の空気導入室１７に接続され、空気極１４で酸素を取り込まれた空気Ｇは、環状の空気排出室１８に設けられた空気排出口１８ａから外部に排出される。
したがって、このガス化炉では、中間筒２内に配設されたＳＯＦＣ１１の発電反応部が直接加熱され、かつ、中間筒２内を通る改質ガスＦが、燃料ガスとして中間筒２内に露出する燃料極１３に取り込まれるので、ＳＯＦＣ１１を高いエネルギ効率で作動でき、簡単な設計でＳＯＦＣ１１を組み込むことができる。
ガス化炉の実施形態を示す縦断面図 図１のＳＯＦＣを拡大して示す縦断面図
符号の説明
Ａ バイオマス
Ｂ ガス化ガス
Ｃ 残渣
Ｄ 水
Ｅ 高温水蒸気
Ｆ 改質ガス
Ｇ 空気
１ 内筒
２ 中間筒
３ 外筒
４ 投入口
５ 排出口
６ 供給口
７ 誘導加熱コイル
８ 発熱体
９ フィルタ
１０ 排出口
１１ ＳＯＦＣ
１２ 誘導加熱コイル
１３ 燃料極
１４ 空気極
１５ 電解質層
１６ 空気導入管
１７ 空気導入室
１７ａ 空気導入口
１８ 空気排出室
１８ａ 空気排出口

Claims (2)

  1. 有機物をガス化反応によってガス化し、ガス化されたガス化ガスを水蒸気で改質して、水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスを排出するガス化炉において、前記水素ガスと一酸化炭素を含有する改質ガスの排出口近傍の炉内に、固体酸化物型燃料電池を、その燃料極が露出するように配設したことを特徴とするガス化炉。
  2. 前記有機物を６００℃以上の高温水蒸気とガス化反応させてガス化するようにした請求項１に記載のガス化炉。
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