JP4101699B2 - バイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを原料に有効利用し、燃料用、もしくはアルコール等の液体燃料製造用として使用可能なクリーンなガス原料を得ることのできるバイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法に関するものである。
【０００２】
【背景の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、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用のガスおよびメタノール等のクリーンなエネルギー源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ともに、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 を増加させないので、ＣＯ2の抑制につながるので好ましい技術である。
【０００４】
このようなバイオマスを用いて原料ガスを得るバイオマスガス化システムの従来構成を、得たガスを液体燃料の代表例であるアルコールに転換する場合について、その一例を図８に示す。
図８に示すように、バイオマス１０１を炉本体１０２内に供給するバイオマス供給手段１０３と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤１０４を炉本体１０２内に供給する酸化剤供給手段１０５とを備えてなるバイオマスガス化炉１０６と、該バイオマスガス化炉１０６でガス化した生成ガス１０７中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段１０８と、除塵されたガスを冷却する冷却器１０９と、該冷却したガスを精製するガス精製装置１１０と、該精製後のガスを用いてメタノールを合成し、排ガス１１１とメタノール１１２とに分離する蒸留装置１１３を備えたメタノール合成装置１１４とからメタノール合成システム１１２を構成している。
【０００５】
供給するバイオマス１０１としては、生産また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、エネルギー源また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、農業生産物または副産物、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，スピルリナ等が用いられている（特許文献１、２、非特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４０８７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４０８７８号公報
【非特許文献１】
坂井正康著、「バイオマスが拓く２１世紀エネルギー」、森北出版株式会社、１９９８年１０月２８日発行
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記バイオマスを原料として生成したガスには、微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などが含まれるため、そのままでは、合成触媒を利用した液体燃料や、燃料電池へのエネルギー源を合成するためのガスには適さない。そのため、前述のように、分離装置１０８を始め、ガス精製装置１１０によって、前記微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などの微量成分を除去すべく工夫している。前述の液体燃料や燃料電池へのエネルギー源を得るための原料ガスとしては、実際の運用に当たっては、前記微量成分は、その許容含有量を検出限界量程度までに低減する必要がある。しかしながら、現状のバイオマスガス化システムでは、前記微量成分の充分なる低減には至っていない。
【０００８】
また、前記バイオマスガス化システムによる処理規模は、数１００トン／日であり、従来の化石燃料を用いたガス化システムに比べると、小規模ないし中規模プラントに相当する。このような小中規模のガス処理システムでは、いわゆる分散化プラントでの必須条件である、シンプルかつ安価なガス精製ラインを具備することが望ましい。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、シンプルかつ安価な精製ラインを実現するに至っていない。
【０００９】
バイオマスをガス化原料とする場合、バイオマス供給手段１０３から炉本体１０２へのバイオマスの供給はこの部分のラインをシールすることが困難であるため、常圧にて行われるのが通常であり、そのためには、ガス化炉から放出されたガスを精製処理する精製ラインでは、極力、圧力損失を生じさせないことが重要となる。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、圧力損失の低減化が充分な実効を得るに至っていない。
【００１０】
生成ガスから粉塵を濾過する手段としてバグフィルタなどのいわゆる逆洗を必要とする濾過装置を用いると、フィルタ再生時に精製ラインにラインの流れと逆方向に圧力をかけなければならず、生成ガスの組成が不安定になる。そのため、このような逆洗を必要とする濾過分離装置の使用は可能な限り避ける必要がある。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、対応が不十分であり、この点を徹底しようとした場合、代替可能な濾過分離手段を開発しなければならない。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、生成ガスの高精度精製が、シンプルな精製ライン構成により、安価に実現可能であり、精製ラインの圧力損失を低減し、精製要素の逆洗も必要としないバイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法を提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する［請求項１］の発明は、供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられ、前記バイオマス吸着精製装置が、内部にバイオマスが充填されるとともに前記生成ガスの導入口と前記内部のバイオマスを通過したガスの排出口とが設けられているバイオマス吸着塔と、該バイオマス吸着塔にバイオマスを投入する投入手段と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段とを有することを特徴とする。この吸着剤として使用するバイオマスは、ガス化原料そのものであることに特徴がある。
【００１４】
［請求項２］の発明は、請求項１において、前記バイオマス吸着塔の上部に該吸着塔内の上部のバイオマスを排出する上部バイオマス排出手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１５】
［請求項３］の発明は、請求項１または２において、前記吸着塔内のバイオマスを撹拌するバイオマス撹拌手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１６】
［請求項４］の発明は、請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記バイオマス吸着塔から排出された吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉へガス化バイオマス材として転送する吸着バイオマス転送手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１７】
［請求項５］の発明は、請求項１から４のいずれか一つにおいて、前記ガス精製ラインにおいて前記バイオマス吸着塔の上流側に水ジェット噴流を利用した除塵装置がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１８】
［請求項６］の発明は、請求項５において、前記水ジェット噴流を利用した除塵装置が、前記生成ガスを吸引して水ジェット噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、前記水ジェット噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、前記循環水タンク内に配設され、上記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、周囲に堰を有する開口部を備えた吸引内筒と、前記吸引内筒内に配設され、該吸引内筒内の循環水を循環ポンプにより強制排出する排出管と、前記排出管に介装されたストレーナとを具備していることを特徴とする。
【００１９】
［請求項７］の発明は、請求項６において、前記吸引内筒の液面が循環水タンクより、常に低い状態に維持されることを特徴とする。
【００２０】
［請求項８］の発明は、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製し、前記吸着材として使用後の吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉に転送してガス化バイオマス材として用いると共に、前記バイオマス吸着剤を用いた吸着工程の前工程として水ジェット噴流を利用して前記生成ガスの除塵を行うことを特徴とする。
【００２３】
なお、本発明において、ガス化原料として用いるバイオマスは、前述の一般的に言われている狭義な「エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体」を含み、さらには、その代替原料として使用可能な有機系廃棄物をも含んだ広義な原料を意味するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
前述のように本発明に係るバイオマスガス化システムは、供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るバイオマスガス化方法は、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製することを特徴とする。
【００２６】
本発明では、主に生成ガス精製ラインの後段において、活性炭の吸着性能には及ばないものの、実用上有効な吸着特性を有するとともに、安価であるため大量使用が可能な前記狭義なバイオマスを吸着剤として用いることを主要な特徴としている。前段の慣用の除塵およびタール成分分離装置によって精製されたガスをさらに大量のバイオマス粉砕物を通過させることによって、従来、検出限界にまで低減することのできなかった微小粉塵、微粒子状タール、硫化水素、塩素、ホルムアルデヒドなどの微量成分を検出限界量という所望の含有量にまで低減することができる。しかも、このバイオマス吸着剤は常圧下で順次交換可能であり、吸着限界に近づき、排出されたバイオマス吸着剤は、ガス化炉に転送してガス化バイオマス材として有効利用が可能であるため、後段の高精度吸着除去工程は、非常に安価に運転することができる。また、バイオマス吸着剤は、多孔性かつ軽量であるため、吸着のためにガスを通過させる場合に生じる圧力損失は微小に済む。なお、吸着剤として使用するバイオマスは、粉砕品としたものを使用するが、その粒径は、吸着性能の向上からのみ考慮した場合は、小さい程良いが、吸着塔内のバイオマス層を移動床または流動床として扱う場合を考慮しなければならず、また、吸着限界に達した後の吸着バイオマスをガス化材料として再利用する場合の好適な粒径を維持しなければならず、そのような様々な条件を勘案した結果、ガス化材料とする場合と同等の粉砕粒径が好適である。すなわち、平均粒径を０．０５ｍｍから５ｍｍの範囲内に調整したバイオマス粉砕物を好適に用いることができる。
【００２７】
本発明に係るバイオマスガス化システムにおいて、前記バイオマス吸着精製装置は、内部にバイオマスが充填されるとともに前記生成ガスの導入口と前記内部のバイオマスを通過したガスの排出口とが設けられているバイオマス吸着塔と、該バイオマス吸着塔にバイオマスを投入する投入手段と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段とを有することが、望ましい。
【００２８】
また、前記バイオマス吸着塔の上部には、該吸着塔内の上部のバイオマスを排出する上部バイオマス排出手段がさらに設けられていてもよい。
【００２９】
前記バイオマス投入手段と前記下部バイオマス排出手段とは、それぞれ間欠的に駆動して周期的に前記バイオマス吸着塔内のバイオマスを定量排出する機能を有していても良いし、それぞれ連続駆動して前記バイオマス吸着塔内のバイオマスを連続定量排出する機能を有していてもよい。
【００３０】
前記下部バイオマス排出手段としては、より具体的には、切り出しスクリュフィーダーを用いてもよいし、回転駆動可能なレーキを用いてもよい。
【００３１】
一方、前記上部バイオマス排出手段としては、経時的に高濃度の微量成分が吸着するバイオマス吸着剤の上層を均一に排出することが必要となるので、回転駆動可能なレーキを用いることが適当である。
【００３２】
また、前記吸着塔内のバイオマス吸着剤は前述のような手段を用いて移動床としても良いし、吸着塔内のバイオマス層の均一混合手段として撹拌翼を組み合わせても良い。撹拌翼としては、より具体的には、ヘリカル撹拌翼を用いることができる。
【００３３】
また、前記バイオマス吸着塔から排出された吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉へガス化バイオマス材として転送する吸着バイオマス転送手段がさらに設けられておくことが、望ましい。この構成によって、吸着剤としてバイオマス粉砕品を大量に使用して、微量成分の除去精度を向上させた場合でも、吸着限界を過ぎたバイオマスの処理に困ることはないし、吸着成分はさらに循環ラインに再度供給することで、濃縮除去することができるので、環境を汚染することもなく、除去成分の内、有用成分を再回収することも可能となる。
【００３４】
さらに、前記ガス精製ラインにおいて、前記バイオマス吸着塔の上流側に水ジェット噴流を利用した除塵装置をさらに設けることが、望ましい。この水ジェット噴流を利用した除塵装置としては、前記生成ガスを吸引して水ジェット噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、前記水ジェット噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、前記循環水タンク内に配設され、上記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、周囲に堰を有する開口部を備えた吸引内筒と、前記吸引内筒内に配設され、該吸引内筒内の循環水を循環ポンプにより強制排出する排出管と、前記排出管に介装されたストレーナとを具備する構成が、適当である。
【００３５】
この水ジェット噴流を利用した除塵装置のより具体的構成としては、前記吸引内筒の液面が循環水タンクより、常に低い状態に維持される構成が、望ましい。そのために、前記吸引内筒内に水位計を備えるようにしても良い。
【００３６】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置は、生成ガスと多量の液滴とを充分に気液混合することができるので、０．３μｍ以下の微粒子成分を容易に捕捉し、ガス相から水相へ分離することができる。同様の理由により、ＮＨ3，ＨＣＮ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌなどの水溶性不純物を水相に分離することが可能になる。
【００３７】
ジェット噴流水によって生成ガスを冷却するために、ガス中の気体状タールなどの揮発成分を凝縮し分離することが可能になる。ジェット噴流水は、循環使用することで、水相に捕捉した不純物を濃縮することができ、分離を容易になる。このタール成分は、循環水を得るための前記ストレーナによって回収することができ、このタール成分は、燃料や殺虫剤等の化学原料として再利用することができる。なお、水循環ラインには、循環経路中、特に噴流部分にて飛散した水量を系外から適宜補給する手段を設けておく必要がある。
【００３８】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置では、筒状空間内に噴射する水ジェット噴流に生成ガスを巻き込むように作用するので、圧力損失が生じないばかりでなく、逆に、以降のガス流に圧力を幾分ながら付与することになり、ガス精製ライン全体の効率化に寄与することができる。
【００３９】
なお、本発明のバイオマスガス化システムにおいては、前記水ジェット噴流を利用した除塵装置の前段に１μｍ以上の微粒子を捕捉するための慣用の遠心分離装置を設けることが、望ましい。
【００４０】
また、前記バイオマス吸着塔の下流に必要に応じて、活性炭やＺｎＯを吸着剤とした慣用の高精度吸着塔をさらに設けても良い。
【００４１】
一方、本発明に係るバイオマスガス化方法は、前述のように、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製することを特徴とするものである。
【００４２】
かかる構成において、前記バイオマス吸着剤を間欠的に定量交換しつつガス吸着を行っても良いし、前記バイオマス吸着剤を連続的に定量交換しつつガス吸着を行っても良い。また、前記バイオマス吸着剤を撹拌しつつ吸着に供しても良い。
【００４３】
また、前記吸着剤として使用後の吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉に転送してガス化バイオマス材として用いることが、望ましい。
【００４４】
さらに、前記バイオマスを吸着剤とした吸着工程の前工程として水ジェット噴流を利用して前記生成ガスの除塵を行うことが、望ましい。この水ジェット噴流を利用した生成ガス除塵は、筒状空間内に流入させる水ジェット噴流に前記生成ガスを巻き込むことにより、前記筒状空間内で生成ガスと水との気液混合を行い、ガス中の粉塵成分および水溶性成分を水中に分離する構成が、好ましい。また、前記水ジェット噴流に用いた水は濾過後、循環利用することが、好ましい。
【００４５】
このバイオマスガス化方法は、好ましくは、前述のバイオマスガス化システムを用いて実施するが、同様の作用および効果が得られるのであれば、他の具体的手段を用いて実施してもよいことは明らかである。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。以下の実施例は、本発明を好適に説明する例示にすぎず、本発明をなんら限定するものではない。
【００４７】
（実施例１）
図１は、本発明に係るバイオマスガス化システムの一例を示す全体構成図であり、図８と共通する要素には同一符号を付している。
図１に示すように、本実施例１に係るバイオマスガス化システムは、バイオマス１０１を炉本体１０２内に供給するバイオマス供給手段１０３と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤１０４を炉本体１０２内に供給する酸化剤供給手段１０５とを備えてなるバイオマスガス化炉１０６と、該バイオマスガス化炉１０６でガス化した生成ガス１０７中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段１０８と、除塵されたガスを冷却する冷却器１０９と、該冷却したガスをバイオマス３を吸着剤として用いることにより精製するバイオマス吸着精製装置１とから構成されている。
【００４８】
前記吸着剤として用いるバイオマス３は、前記路本体１０２に供給するバイオマス１０１と同様のものでよく、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを用いる。本発明でバイオマスとは、エネルギー源また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、農業生産物または副産物、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，スピルリナ等が用いられている。
【００４９】
前記分離手段１０８にて分離された１μｍ以上の分離固形分（灰）には、未燃焼、未ガス化成分が避けがたく含まれるので、本発明に係るバイオマスガス化システムでは、任意に、得られた分離固形分を前記炉本体１０２に再投入する手段１０８ａを設けても良い。
【００５０】
また、前記冷却器１０９としては、水をガス１０７に気液混合させるタイプのものと、水を間接的に接触させて熱交換させるタイプのものとがある。前者のタイプの冷却器を用いた場合、冷却器内部にて分離された二酸化炭素および酸素は、クリーンな燃料ガスとしては、不要であるので、回収し、必要に応じて、ガス回収手段１０９ａにより前記酸化剤供給手段に転送して、再利用するようにしてもよい。後者の場合は、熱交換により水蒸気が発生するので、この水蒸気を同様にガス回収手段１０９ａにより前記酸化剤供給手段に転送して、再利用するようにしてもよい。
【００５１】
本実施例に示したバイオマスガス化システムの特徴は、前記冷却器１０９の下流側に、バイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置１を設けたことにある。なお、本実施例において、ガス精製ライン２は、少なくとも、前記分離手段１０８，冷却器１０９、および前記バイオマス吸着精製装置１とから構成されている。
【００５２】
前記バイオマス吸着精製装置１は、内部にバイオマス３が充填されるとともに前記生成ガスの導入口４と前記内部のバイオマス３を通過した精製ガスＧの排出口５とが設けられているバイオマス吸着塔６と、該バイオマス吸着塔６にバイオマスを投入するホッパ（投入手段）７と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段８とを、基本構成要素として有する
【００５３】
また、前記バイオマス吸着塔６から排出手段８によって排出された吸着バイオマス３ａは、ガス化バイオマス材として再利用すべく、吸着バイオマス転送手段９によって、前記バイオマスガス化炉１０６のバイオマス供給手段１０３へ転送されるようになっている。この構成によって、吸着剤としてバイオマス粉砕品を大量に使用して、微量成分の除去精度を向上させた場合でも、吸着限界を過ぎたバイオマスの処理に困ることはないし、吸着成分はさらに循環ラインに載せることで、濃縮除去することができるので、環境を汚染することもなく、除去成分の内、有用成分を再回収することも可能となる。
【００５４】
（実施例２）
図２は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第２の実施例の要部を示すものである。本実施例２の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１の細部構成にある。本実施例２におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６１にガス導入口４１とガス排出口５１が設けられ、前記バイオマス吸着塔６１にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であるが、その下部バイオマス排出手段として、モータ８１ａによって駆動される切り出しスクリュフィーダー８１を有する点が異なっており、この点に特徴がある。
【００５５】
このバイオマス吸着塔６１は、下部の切り出しスクリュフィーダー８１によるバイオマスの排出によって内部のバイオマス層が順次下部に移動する、いわゆる移動床型の吸着塔である。スクリュフィーダー８１によってロータリーバルブ８１ａを介して排出された分だけ、前記ホッパ７からロータリーバルブ７ａを介してバイオマス３が上部に充填される。この排出および充填は、通常、塔内のバイオマス３の吸着量が限界に近づいた時点で行うため、所定時間ごとに間欠的、断続的に行われる。もちろん、前記スクリュフィーダー８１を低速で連続的に駆動して少量のバイオマスを連続排出するとともに、その排出速度に比例してホッパ７による投入も連続的に設定することも可能である。
【００５６】
このスクリュフィーダー８１によってロータリーバルブ８１ａを介して排出された吸着バイオマス３ａは、導入ガス中の種々な微量成分とともにタール成分を主に吸着しており、タール成分は排出バイオマス毎、前記酸化剤供給手段１０３に転送されることによって、炉本体１０２内で再度、ガス化に供される。
【００５７】
（実施例３）
図３は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第３の実施例の要部を示すものである。本実施例３の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１の他の細部構成にある。本実施例３におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６２にガス１０７の導入口４２と精製ガスＧの排出口５２が設けられ、前記バイオマス吸着塔６２にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１または２に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であるが、その下部バイオマス排出手段として、モータ８２ａによって回転可能なレーキ８２を有する点が異なっており、この点に特徴がある。
【００５８】
このバイオマス吸着塔６２は、下部のレーキ８２によるロータリーバルブ８２ａを介した吸着バイオマス３ａの排出によって内部のバイオマス層が順次下部に移動する、いわゆる移動床型の吸着塔である。回転レーキ８２によって排出された分だけ、前記ホッパ７によってロータリーバルブ７ａを介してバイオマスが上部に充填される。この排出および充填は、通常、塔内のバイオマスの吸着量が限界に近づいた時点で行うため、所定時間ごとに間欠的、断続的に行われる。もちろん、前記レーキ８２を低速で連続的に駆動して少量のバイオマスを連続排出するとともに、その排出速度に比例してホッパ７による投入も連続的に設定することも可能である。
【００５９】
このレーキ８２によって排出された吸着バイオマス３ａは、導入ガス中の種々な微量成分とともにタール成分を主に吸着しており、タール成分は排出バイオマス毎、前記酸化剤供給手段１０３に転送されることによって、炉本体１０２内で再度、ガス化に供される。
【００６０】
（実施例４）
図４は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第４の実施例の要部を示すものである。本実施例４の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１のさらに他の細部構成にある。本実施例４におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６３にガス１０７の導入口４３と精製ガスＧの排出口５３が設けられ、前記バイオマス吸着塔６３にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１、２、３に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であり、また、その下部バイオマス排出手段として、モータ８２ａによって回転可能なレーキ８２を有する点は前記実施例３と同様であるが、さらに塔内の上部に上部バイオマス排出手段としてレーキ８３が設けられている点が異なっており、この点に特徴がある。
【００６１】
このバイオマス吸着塔６３は、下部のレーキ８２によるロータリーバルブ８２ｂを介した吸着バイオマス３ａの排出によって内部のバイオマス層が順次下部に移動する、いわゆる移動床型の吸着塔である点は、前記実施例３の吸着塔６２と同様である。しかし、本実施例４では、上部にもレーキ８３が設けられており、このレーキ８３によってロータリーバルブ８３ｂを介して、塔内の上部の吸着バイオマス３ａが選択的に除去できるようになっている。塔内に導入されたガスは最初に塔内の上部のバイオマス層に接触するので、塔内では上部のバイオマス層が中間層以下のバイオマス層に比べてより早く吸着限界に達する。したがって、塔の下部からバイオマスを排出してバイオマス層を順次下方に移動させると同時に上部の吸着量の多いバイオマス層を選択的に除去すれば、塔内のバイオマスは常に吸着能力の高い新鮮なバイオマスに維持されることになる。なお、図４の構成では、下部のレーキ８２と上部のレーキ８３とは同一のモータ８２ａによって回転駆動されるように示されているが、切り替えギアを用いて別々に駆動可能にするか、別々のモータによって別々に駆動できるように構成しても良い。そのようにすれば、上部レーキ８３を先に駆動し、吸着限界に近づいた上部バイオマス層を優先的に排出し、次に下部レーキ８２により下部バイオマス層を排出して全体のバイオマス層を下部に移動させることができ、それによって、バイオマス層の鮮度を効率的に維持することができる。なお、レーキによる排出は間欠的に実施しても良いし、少量を連続的に排出するように実施しても良い。
【００６２】
この実施例４において、吸着塔６３内のバイオマスの供給排出を以下のような制御系により行うことが可能である。
すなわち、吸着塔６３に内部のバイオマス層の入口部位と排出部位間の差圧ΔＰを検出する差圧検出器６３ａを設ける。また、吸着塔６３の例えば上部に、超音波等を用いてバイオマス層の高さを検出するレベルセンサ６３ｂを設ける。そして、層差圧ΔＰが一定範囲となるようにロータリーバルブ８３ｂ、８２ｂの順に駆動させ、タール成分が吸着したバイオマスを排出する。排出に伴いバイオマス層の高さレベルが低下するが、それをレベルセンサ６３ｂの検出値に基づき、レベルが一定に維持されるように、ロータリーバルブ７ａを駆動し、バイオマス３をホッパー７から吸着塔６３内に補給する。
【００６３】
（実施例５）
図５は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第５の実施例の要部を示すものである。本実施例５の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１のさらに別な細部構成にある。本実施例５におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６４にガス１０７の導入口４４と精製ガスＧの排出口５４が設けられ、下部バイオマス排出手段８を有するとともに、前記バイオマス吸着塔６４にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であるが、塔内に塔内のバイオマスを撹拌するバイオマス撹拌手段として、モータ１０ａによって駆動されるヘリカル撹拌翼１０を有する点が異なっており、この点に特徴がある。
【００６４】
このバイオマス吸着塔６４は、ヘリカル撹拌翼１０による塔内バイオマスの撹拌によって内部のバイオマス層が上下に流動する。下部バイオマス排出手段８のロータリーバルブ８ａとホッパ７のロータリーバルブ７ａとによって、塔内のバイオマスの吸着鮮度が維持されるとともに、ヘリカル撹拌翼１０によって、塔内のバイオマス層の吸着特性が均一に維持されるので、塔内に投入したバイオマスの吸着力の効率的な利用を向上することができる。前述の移動床型の吸着塔では比較的頻繁にバイオマスの排出および供給を行わないと、塔内バイオマス層の上部への吸着タール成分量が多くなり、吸着タール成分同士が粘着状態になり、バイオマス層の流動が困難になる。これに対して、本実施例５では、撹拌手段により塔内のバイオマス層は常に流動状態に置くことができるので、頻繁にバイオマスの排出および供給を行わなくてもよい。すなわち、本実施例５によれば、図３，４に示した実施例３，４において生じやすい「バイオマス層の上部がタール成分により粘着状態になり、バイオマス層の移動、流動が阻害されるという事態」を防止することが可能となる。
【００６５】
（実施例６）
図６は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第６の実施例を示すシステム全体図である。本実施例６の特徴は、前述のバイオマス吸着精製装置１の上流側に、水ジェット噴流を利用した除塵装置１１をさらに有する点にある。
【００６６】
この水ジェット噴流を利用した除塵装置１１は、図７に示すように、前記生成ガス１０７を吸引して水ジェット噴流１２を鉛直軸方向に形成する駆動ノズル１３と、前記駆動ノズル１３に連通し、該駆動ノズル１３から放出された水ジェット噴流１２を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流１２と生成ガス１０７とを気液混合し、生成ガス１０７の除塵を行う筒状のスクラバ部１４と、前記水ジェット噴流水を循環水として貯留するとともに、前記スクラバ部１４において微粒子成分および水溶性成分を分離された生成ガスを前記バイオマス吸着精製装置１に送り出す排出口１５ａを有する循環水タンク１５と、前記循環水タンク１５内に配設され、上記スクラバ部１４の出口の開口部１４ｇに対向するとともに、周囲に堰１６を有する開口部１７を備えた吸引内筒１８と、前記吸引内筒１８内に配設され、該吸引内筒１８内の循環水を循環ポンプ１９により強制排出する排出管２０と、前記排出管２０に介装されたストレーナ２１とを具備する装置である。
【００６７】
前記スクラバ部１４は、一体構造の筒状部材であり、比較的径の大きなチャンバー部１４ａと、それに順次続く、漏斗状の吸引部１４ｂ、縮径直管状のスロート部１４ｃ、徐々に拡径するディフューザ部１４ｄ、および拡幅直管状の出口管部１４ｅとから構成されている。前記チャンバー部１４ａの中央には前記駆動ノズル１３が配置されており、この駆動ノズル１３の噴出口は該スクラバ部１４の中心線に位置している。このチャンバー部１４ａの側部には、前記ガス導入口１４ｆが形成されており、生成ガスを水ジェット噴流１２に巻き込むように設定されている。この水ジェット噴流１２と生成ガスとが混合した状態で、噴流は、吸引部１４ｂにより縮径直管状のスロート部１４ｃにて圧縮状態に置かれて充分に気液混合がなされる。その後、噴流は徐々に拡径するディフューザ部１４ｄに導かれて、比較的急激に拡散されるため、気液分離現象が生じ、生成ガス１０７に含まれていた気体状のタール成分が凝縮することにより形成された微粒子成分および水溶性成分を吸収した水流は、拡幅直管状の出口管部１４ｅから前記吸引内筒１８に向かって流下し、水によって洗浄されたガスは、循環水タンク１５の上部空間を経由してガス排出口１５ａから前記バイオマス吸着精製装置１に向かって排出される。
【００６８】
前記吸引内筒１８の開口部１７は、該吸引内筒１８の下部本体部分に対して拡径されており、この拡径された開口部１７の内径寸法は、その上方に位置する前記筒状スクラバ部１４の下部開口部１４ｇの内径寸法よりも幾分大きく設定されている。また、前記吸引内筒１８の下部側壁には、オリフィス孔１８ａが形成されている。したがって、前記循環ポンプ１９を駆動させて前記排出管２０から吸引内筒１８内の循環水を強制吸引すると、急激に吸引内筒１８内の循環水が排出されるが、前記オリフィス孔１８ａが存在するため、そこから注水されるので、吸引内筒１８内が空になることはない。しかし、前記排出管２０からの排出量に比べて前記オリフィス孔１８ａからの注水量は大幅に下回るので、吸引内筒内１８内の液面１８ｂは、吸引内筒１８の周囲の液面、すなわち循環水タンク１５内の液面１５ｂより常に低い状態に維持されることになる。このように吸引内筒１８内の液面１８ｂを周囲の液面１５ｂより低く維持するために、主に、前記水ジェット噴流１２の流量と、前記循環ポンプ１９による排出量とを適宜コントロールする必要があり、そのために循環水タンク１５内と前記吸引内筒１８内には不図示の水位計を備えて、それぞれの水位データをリアルタイムで計測可能としている。
【００６９】
前記吸引内筒１８内の液面位置は、前記排出管２０の開口面より空気を吸い込むことないように該開口面より上位にあればよく、前記吸引内筒１８の上部開口面より下位にあればよい。好ましくは、吸引内筒１８内の液面は、その開口面から可能な範囲で落差を大きく設定する。
【００７０】
前記吸引内筒１８の上部拡径開口部１７の上端には、複数のＶ字形の切り欠き溝１７ａが形成されており、この複数の溝１７ａによって、拡径開口部１７の開口面には、前記複数の堰１６が形成されている。この複数の堰１６はその形状から三角堰１６と呼称する場合もある。循環水タンク１５内の液面が、前記三角堰１６の上端にまで上昇すると、水はＶ字形の切り欠き溝１７ａを通って、吸引内筒１８内に流下するが、この時、溝１７ａの狭隘な下部より溝の上面に近づけば近づく程、流量が多くなる。したがって、前記水ジェット噴流１２によって生成ガス１０７から分離され冷却されることにより微粒子状となったタール成分などの水面浮上ダストは、効率的に吸引内筒１８内に流入されることになる。
【００７１】
なお、前記スクラバ部１４からの前記浮上ダストを含む流下水のほとんどは、スクラバ部１４の下部開口面の口径より大きな口径の開口部１７を有する前記吸引内筒１８内に直接流入するが、流下水の流下エネルギーが大きいので、その一部が飛散、散乱して吸引内筒１８周囲の循環水タンク１５内に流下する。この散乱した流下水中に含まれる浮上ダストを前述のように三角堰１６によって、効率的に吸引内筒１８内部に回収することになる訳である。このようにして吸引内筒１８内に回収された浮上ダストは、前記流下噴流水により吸引内筒１８内の水面下に叩き落とされることになる。水面下深くに叩き込まれた浮上ダストが再浮上する前に吸引内筒１８内の循環水を前記循環ポンプ１９により強制的に吸引しなければ、浮上ダストはいつまでも吸引内筒１８内に残留し続けることになるので、前記循環ポンプ１９による吸引量は、ダスト浮上速度より循環水の排出速度が上回る値に調節する必要がある。この値は、循環流量と吸引内筒１８の本体内径寸法とにより調節することができる。
【００７２】
前述のように効率的に回収した浮上ダストを含む吸引内筒１８内の循環水は 、前述のように、ダストの浮上速度を上回る速度で、循環ポンプ１９によって排出管２０を介してストレーナー２１に吸引され、ここで循環水中の浮上ダストが除去、回収され、循環水は熱交換器２２により冷却され、前記駆動ノズル１３に送られる。前記ストレーナー２２の下流側には、バイパス管２３が連結されており、このバイパス管２３の他端は、前記循環水タンク１５内に開口するように循環水タンク１５に連結されている。このバイパス管２３による循環水タンク１５内への補給水量と、前記スクラバ部１４からの流下水の循環水タンク１５内への飛散量と、オリフィス孔１８ａからの吸引内筒１８内への注水量とにより、循環水タンク１５内の水面が、常に前記三角堰１６から吸引内筒１８内に水が流下する位置に調整できるようになっている。前記ストレーナー２２から前記駆動ノズル１３へ向かう循環ライン２４にも、前記バイパス管２３にも、それぞれ流量計２４ａ、２３ａと、流量調整弁２４ｂ、２３ｂが取り付けられており、それぞれの管路における流量調整を可能にしている。
【００７３】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置は、生成ガスと多量の液滴とを充分に気液混合することができるので、０．３μｍ以下の微粒子成分を容易に捕捉し、ガス相から水相へ分離することができる。同様の理由により、ＮＨ3，ＨＣＮ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌなどの水溶性不純物を水相に分離することが可能になる。
【００７４】
ジェット噴流水によって生成ガスを冷却するために、ガス中の気体状タールなどの揮発成分を凝縮し分離することが可能になる。ジェット噴流水は、循環使用することで、水相に捕捉した不純物を濃縮することができ、分離が容易になる。このタール成分は、循環水を得るための前記ストレーナー２２によって回収することができ、このタール成分は、燃料や殺虫剤等の化学原料として再利用することができる。なお、水循環ラインには、循環経路中、特に噴流部分にて飛散した水量を系外から適宜補給する手段を設けておく必要がある。
【００７５】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置１１では、筒状空間であるスクラバ部１４内に噴射する水ジェット噴流に生成ガスを巻き込むように作用するので、圧力損失が生じないばかりでなく、逆に、以降のガス流に圧力を幾分ながら付与することになり、ガス精製ライン全体の効率化に寄与することができる。
【００７６】
なお、前記バイオマス吸着精製装置１の下流に必要に応じて、活性炭やＺｎＯを吸着剤とした慣用の高精度吸着塔をさらに設けても良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るバイオマスガス化システムは、供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられていることを特徴とするものである。また、本発明に係るバイオマスガス化方法は、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製工程を用いて精製することを特徴とするものである。
【００７８】
本発明では、主に生成ガス精製ラインの後段において、活性炭の吸着性能には及ばないものの、実用上有効な吸着特性を有するとともに、安価であるため大量使用が可能なバイオマスを吸着剤として用いることを主要な特徴としている。前段の慣用の除塵およびタール成分分離装置によって精製されたガスをさらに大量のバイオマス粉砕物を通過させることによって、従来、検出限界にまで低減することのできなかった微小粉塵、微粒子状タール、硫化水素、塩素、ホルムアルデヒドなどの微量成分を検出限界量という所望の含有量にまで低減することができる。しかも、このバイオマス吸着剤は常圧下で順次交換可能であり、吸着限界に近づき、排出されたバイオマス吸着剤は、ガス化炉に転送してガス化バイオマス材として有効利用が可能であるため、後段の高精度吸着除去工程は、非常に安価に運転することができる。また、バイオマス吸着剤は、多孔性かつ軽量であるため、吸着のためにガスを通過させる場合に生じる圧力損失は微小に済む。
【００７９】
このように本発明によれば、生成ガスの高精度精製が、シンプルな精製ライン構成により、安価に実現可能であり、精製ラインの圧力損失を低減し、精製要素の逆洗も必要としないバイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオマスガス化システムの第１の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係るバイオマスガス化システムの第２の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図３】本発明に係るバイオマスガス化システムの第３の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図４】本発明に係るバイオマスガス化システムの第４の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図５】本発明に係るバイオマスガス化システムの第５の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図６】本発明に係るバイオマスガス化システムの第６の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムの全体構成図である。
【図７】前記第６の実施例のバイオマスガス化システムを構成する水ジェット噴流を利用した除塵装置の概略構成図である。
【図８】従来のバイオマスガス化システムの一例である「バイオマスをガス化し、発生したガスを用いてメタノールを製造するまでのシステム」の全体構成図である。
【符号の説明】
１ バイオマス吸着精製装置
２ ガス精製ライン
３ バイオマス
４、４１、４２、４３、４４ 生成ガスの導入口
５、５１、５２、５３、５４ ガスの排出口
６、６１、６２、６３、６４ バイオマス吸着塔
７ ホッパ（バイオマス投入手段）
８ 下部バイオマス排出手段
９ 吸着バイオマス転送手段
１０ ヘリカル撹拌翼（バイオマス撹拌手段）
１１ 水ジェット噴流を利用した除塵装置
１２ 水ジェット噴流
１３ 駆動ノズル
１４ スクラバ部
１５ 循環水タンク
１６ 堰
１７ 吸引内筒の開口部
１９ 循環ポンプ
２０ 吸引内筒内の循環水を強制排出する排出管
２１ ストレーナ
８１ 切り出しスクリュフィーダー（下部バイオマス排出手段）
８２ 回転可能なレーキ（下部バイオマス排出手段）
８３ 回転可能なレーキ（上部バイオマス排出手段）
１０６ バイオマスガス化炉
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを原料に有効利用し、燃料用、もしくはアルコール等の液体燃料製造用として使用可能なクリーンなガス原料を得ることのできるバイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法に関するものである。
【０００２】
【背景の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、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用のガスおよびメタノール等のクリーンなエネルギー源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ともに、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 を増加させないので、ＣＯ2の抑制につながるので好ましい技術である。
【０００４】
このようなバイオマスを用いて原料ガスを得るバイオマスガス化システムの従来構成を、得たガスを液体燃料の代表例であるアルコールに転換する場合について、その一例を図８に示す。
図８に示すように、バイオマス１０１を炉本体１０２内に供給するバイオマス供給手段１０３と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤１０４を炉本体１０２内に供給する酸化剤供給手段１０５とを備えてなるバイオマスガス化炉１０６と、該バイオマスガス化炉１０６でガス化した生成ガス１０７中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段１０８と、除塵されたガスを冷却する冷却器１０９と、該冷却したガスを精製するガス精製装置１１０と、該精製後のガスを用いてメタノールを合成し、排ガス１１１とメタノール１１２とに分離する蒸留装置１１３を備えたメタノール合成装置１１４とからメタノール合成システム１１２を構成している。
【０００５】
供給するバイオマス１０１としては、生産また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、エネルギー源また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、農業生産物または副産物、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，スピルリナ等が用いられている（特許文献１、２、非特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４０８７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４０８７８号公報
【非特許文献１】
坂井正康著、「バイオマスが拓く２１世紀エネルギー」、森北出版株式会社、１９９８年１０月２８日発行
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記バイオマスを原料として生成したガスには、微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などが含まれるため、そのままでは、合成触媒を利用した液体燃料や、燃料電池へのエネルギー源を合成するためのガスには適さない。そのため、前述のように、分離装置１０８を始め、ガス精製装置１１０によって、前記微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などの微量成分を除去すべく工夫している。前述の液体燃料や燃料電池へのエネルギー源を得るための原料ガスとしては、実際の運用に当たっては、前記微量成分は、その許容含有量を検出限界量程度までに低減する必要がある。しかしながら、現状のバイオマスガス化システムでは、前記微量成分の充分なる低減には至っていない。
【０００８】
また、前記バイオマスガス化システムによる処理規模は、数１００トン／日であり、従来の化石燃料を用いたガス化システムに比べると、小規模ないし中規模プラントに相当する。このような小中規模のガス処理システムでは、いわゆる分散化プラントでの必須条件である、シンプルかつ安価なガス精製ラインを具備することが望ましい。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、シンプルかつ安価な精製ラインを実現するに至っていない。
【０００９】
バイオマスをガス化原料とする場合、バイオマス供給手段１０３から炉本体１０２へのバイオマスの供給はこの部分のラインをシールすることが困難であるため、常圧にて行われるのが通常であり、そのためには、ガス化炉から放出されたガスを精製処理する精製ラインでは、極力、圧力損失を生じさせないことが重要となる。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、圧力損失の低減化が充分な実効を得るに至っていない。
【００１０】
生成ガスから粉塵を濾過する手段としてバグフィルタなどのいわゆる逆洗を必要とする濾過装置を用いると、フィルタ再生時に精製ラインにラインの流れと逆方向に圧力をかけなければならず、生成ガスの組成が不安定になる。そのため、このような逆洗を必要とする濾過分離装置の使用は可能な限り避ける必要がある。この点に関しても、現状のバイオマスガス化システムでは、対応が不十分であり、この点を徹底しようとした場合、代替可能な濾過分離手段を開発しなければならない。
【００１１】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、生成ガスの高精度精製が、シンプルな精製ライン構成により、安価に実現可能であり、精製ラインの圧力損失を低減し、精製要素の逆洗も必要としないバイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法を提供することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する［請求項１］の発明は、供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられ、前記バイオマス吸着精製装置が、内部にバイオマスが充填されるとともに前記生成ガスの導入口と前記内部のバイオマスを通過したガスの排出口とが設けられているバイオマス吸着塔と、該バイオマス吸着塔にバイオマスを投入する投入手段と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段とを有することを特徴とする。この吸着剤として使用するバイオマスは、ガス化原料そのものであることに特徴がある。
【００１４】
［請求項２］の発明は、請求項１において、前記バイオマス吸着塔の上部に該吸着塔内の上部のバイオマスを排出する上部バイオマス排出手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１５】
［請求項３］の発明は、請求項１または２において、前記吸着塔内のバイオマスを撹拌するバイオマス撹拌手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１６】
［請求項４］の発明は、請求項１から３のいずれか一つにおいて、前記バイオマス吸着塔から排出された吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉へガス化バイオマス材として転送する吸着バイオマス転送手段がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１７】
［請求項５］の発明は、請求項１から４のいずれか一つにおいて、前記ガス精製ラインにおいて前記バイオマス吸着塔の上流側に水ジェット噴流を利用した除塵装置がさらに設けられていることを特徴とする。
【００１８】
［請求項６］の発明は、請求項５において、前記水ジェット噴流を利用した除塵装置が、前記生成ガスを吸引して水ジェット噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、前記水ジェット噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、前記循環水タンク内に配設され、上記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、周囲に堰を有する開口部を備えた吸引内筒と、前記吸引内筒内に配設され、該吸引内筒内の循環水を循環ポンプにより強制排出する排出管と、前記排出管に介装されたストレーナとを具備していることを特徴とする。
【００１９】
［請求項７］の発明は、請求項６において、前記吸引内筒の液面が循環水タンクより、常に低い状態に維持されることを特徴とする。
【００２０】
［請求項８］の発明は、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製し、前記吸着材として使用後の吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉に転送してガス化バイオマス材として用いると共に、前記バイオマス吸着剤を用いた吸着工程の前工程として水ジェット噴流を利用して前記生成ガスの除塵を行うことを特徴とする。
【００２３】
なお、本発明において、ガス化原料として用いるバイオマスは、前述の一般的に言われている狭義な「エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体」を含み、さらには、その代替原料として使用可能な有機系廃棄物をも含んだ広義な原料を意味するものである。
【００２４】
【発明の実施の形態】
前述のように本発明に係るバイオマスガス化システムは、供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るバイオマスガス化方法は、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製することを特徴とする。
【００２６】
本発明では、主に生成ガス精製ラインの後段において、活性炭の吸着性能には及ばないものの、実用上有効な吸着特性を有するとともに、安価であるため大量使用が可能な前記狭義なバイオマスを吸着剤として用いることを主要な特徴としている。前段の慣用の除塵およびタール成分分離装置によって精製されたガスをさらに大量のバイオマス粉砕物を通過させることによって、従来、検出限界にまで低減することのできなかった微小粉塵、微粒子状タール、硫化水素、塩素、ホルムアルデヒドなどの微量成分を検出限界量という所望の含有量にまで低減することができる。しかも、このバイオマス吸着剤は常圧下で順次交換可能であり、吸着限界に近づき、排出されたバイオマス吸着剤は、ガス化炉に転送してガス化バイオマス材として有効利用が可能であるため、後段の高精度吸着除去工程は、非常に安価に運転することができる。また、バイオマス吸着剤は、多孔性かつ軽量であるため、吸着のためにガスを通過させる場合に生じる圧力損失は微小に済む。なお、吸着剤として使用するバイオマスは、粉砕品としたものを使用するが、その粒径は、吸着性能の向上からのみ考慮した場合は、小さい程良いが、吸着塔内のバイオマス層を移動床または流動床として扱う場合を考慮しなければならず、また、吸着限界に達した後の吸着バイオマスをガス化材料として再利用する場合の好適な粒径を維持しなければならず、そのような様々な条件を勘案した結果、ガス化材料とする場合と同等の粉砕粒径が好適である。すなわち、平均粒径を０．０５ｍｍから５ｍｍの範囲内に調整したバイオマス粉砕物を好適に用いることができる。
【００２７】
本発明に係るバイオマスガス化システムにおいて、前記バイオマス吸着精製装置は、内部にバイオマスが充填されるとともに前記生成ガスの導入口と前記内部のバイオマスを通過したガスの排出口とが設けられているバイオマス吸着塔と、該バイオマス吸着塔にバイオマスを投入する投入手段と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段とを有することが、望ましい。
【００２８】
また、前記バイオマス吸着塔の上部には、該吸着塔内の上部のバイオマスを排出する上部バイオマス排出手段がさらに設けられていてもよい。
【００２９】
前記バイオマス投入手段と前記下部バイオマス排出手段とは、それぞれ間欠的に駆動して周期的に前記バイオマス吸着塔内のバイオマスを定量排出する機能を有していても良いし、それぞれ連続駆動して前記バイオマス吸着塔内のバイオマスを連続定量排出する機能を有していてもよい。
【００３０】
前記下部バイオマス排出手段としては、より具体的には、切り出しスクリュフィーダーを用いてもよいし、回転駆動可能なレーキを用いてもよい。
【００３１】
一方、前記上部バイオマス排出手段としては、経時的に高濃度の微量成分が吸着するバイオマス吸着剤の上層を均一に排出することが必要となるので、回転駆動可能なレーキを用いることが適当である。
【００３２】
また、前記吸着塔内のバイオマス吸着剤は前述のような手段を用いて移動床としても良いし、吸着塔内のバイオマス層の均一混合手段として撹拌翼を組み合わせても良い。撹拌翼としては、より具体的には、ヘリカル撹拌翼を用いることができる。
【００３３】
また、前記バイオマス吸着塔から排出された吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉へガス化バイオマス材として転送する吸着バイオマス転送手段がさらに設けられておくことが、望ましい。この構成によって、吸着剤としてバイオマス粉砕品を大量に使用して、微量成分の除去精度を向上させた場合でも、吸着限界を過ぎたバイオマスの処理に困ることはないし、吸着成分はさらに循環ラインに再度供給することで、濃縮除去することができるので、環境を汚染することもなく、除去成分の内、有用成分を再回収することも可能となる。
【００３４】
さらに、前記ガス精製ラインにおいて、前記バイオマス吸着塔の上流側に水ジェット噴流を利用した除塵装置をさらに設けることが、望ましい。この水ジェット噴流を利用した除塵装置としては、前記生成ガスを吸引して水ジェット噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、前記水ジェット噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、前記循環水タンク内に配設され、上記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、周囲に堰を有する開口部を備えた吸引内筒と、前記吸引内筒内に配設され、該吸引内筒内の循環水を循環ポンプにより強制排出する排出管と、前記排出管に介装されたストレーナとを具備する構成が、適当である。
【００３５】
この水ジェット噴流を利用した除塵装置のより具体的構成としては、前記吸引内筒の液面が循環水タンクより、常に低い状態に維持される構成が、望ましい。そのために、前記吸引内筒内に水位計を備えるようにしても良い。
【００３６】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置は、生成ガスと多量の液滴とを充分に気液混合することができるので、０．３μｍ以下の微粒子成分を容易に捕捉し、ガス相から水相へ分離することができる。同様の理由により、ＮＨ3，ＨＣＮ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌなどの水溶性不純物を水相に分離することが可能になる。
【００３７】
ジェット噴流水によって生成ガスを冷却するために、ガス中の気体状タールなどの揮発成分を凝縮し分離することが可能になる。ジェット噴流水は、循環使用することで、水相に捕捉した不純物を濃縮することができ、分離を容易になる。このタール成分は、循環水を得るための前記ストレーナによって回収することができ、このタール成分は、燃料や殺虫剤等の化学原料として再利用することができる。なお、水循環ラインには、循環経路中、特に噴流部分にて飛散した水量を系外から適宜補給する手段を設けておく必要がある。
【００３８】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置では、筒状空間内に噴射する水ジェット噴流に生成ガスを巻き込むように作用するので、圧力損失が生じないばかりでなく、逆に、以降のガス流に圧力を幾分ながら付与することになり、ガス精製ライン全体の効率化に寄与することができる。
【００３９】
なお、本発明のバイオマスガス化システムにおいては、前記水ジェット噴流を利用した除塵装置の前段に１μｍ以上の微粒子を捕捉するための慣用の遠心分離装置を設けることが、望ましい。
【００４０】
また、前記バイオマス吸着塔の下流に必要に応じて、活性炭やＺｎＯを吸着剤とした慣用の高精度吸着塔をさらに設けても良い。
【００４１】
一方、本発明に係るバイオマスガス化方法は、前述のように、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製することを特徴とするものである。
【００４２】
かかる構成において、前記バイオマス吸着剤を間欠的に定量交換しつつガス吸着を行っても良いし、前記バイオマス吸着剤を連続的に定量交換しつつガス吸着を行っても良い。また、前記バイオマス吸着剤を撹拌しつつ吸着に供しても良い。
【００４３】
また、前記吸着剤として使用後の吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉に転送してガス化バイオマス材として用いることが、望ましい。
【００４４】
さらに、前記バイオマスを吸着剤とした吸着工程の前工程として水ジェット噴流を利用して前記生成ガスの除塵を行うことが、望ましい。この水ジェット噴流を利用した生成ガス除塵は、筒状空間内に流入させる水ジェット噴流に前記生成ガスを巻き込むことにより、前記筒状空間内で生成ガスと水との気液混合を行い、ガス中の粉塵成分および水溶性成分を水中に分離する構成が、好ましい。また、前記水ジェット噴流に用いた水は濾過後、循環利用することが、好ましい。
【００４５】
このバイオマスガス化方法は、好ましくは、前述のバイオマスガス化システムを用いて実施するが、同様の作用および効果が得られるのであれば、他の具体的手段を用いて実施してもよいことは明らかである。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明する。以下の実施例は、本発明を好適に説明する例示にすぎず、本発明をなんら限定するものではない。
【００４７】
（実施例１）
図１は、本発明に係るバイオマスガス化システムの一例を示す全体構成図であり、図８と共通する要素には同一符号を付している。
図１に示すように、本実施例１に係るバイオマスガス化システムは、バイオマス１０１を炉本体１０２内に供給するバイオマス供給手段１０３と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤１０４を炉本体１０２内に供給する酸化剤供給手段１０５とを備えてなるバイオマスガス化炉１０６と、該バイオマスガス化炉１０６でガス化した生成ガス１０７中の粉塵を除去するサイクロンなどの分離手段１０８と、除塵されたガスを冷却する冷却器１０９と、該冷却したガスをバイオマス３を吸着剤として用いることにより精製するバイオマス吸着精製装置１とから構成されている。
【００４８】
前記吸着剤として用いるバイオマス３は、前記路本体１０２に供給するバイオマス１０１と同様のものでよく、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを用いる。本発明でバイオマスとは、エネルギー源また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、農業生産物または副産物、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，スピルリナ等が用いられている。
【００４９】
前記分離手段１０８にて分離された１μｍ以上の分離固形分（灰）には、未燃焼、未ガス化成分が避けがたく含まれるので、本発明に係るバイオマスガス化システムでは、任意に、得られた分離固形分を前記炉本体１０２に再投入する手段１０８ａを設けても良い。
【００５０】
また、前記冷却器１０９としては、水をガス１０７に気液混合させるタイプのものと、水を間接的に接触させて熱交換させるタイプのものとがある。前者のタイプの冷却器を用いた場合、冷却器内部にて分離された二酸化炭素および酸素は、クリーンな燃料ガスとしては、不要であるので、回収し、必要に応じて、ガス回収手段１０９ａにより前記酸化剤供給手段に転送して、再利用するようにしてもよい。後者の場合は、熱交換により水蒸気が発生するので、この水蒸気を同様にガス回収手段１０９ａにより前記酸化剤供給手段に転送して、再利用するようにしてもよい。
【００５１】
本実施例に示したバイオマスガス化システムの特徴は、前記冷却器１０９の下流側に、バイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置１を設けたことにある。なお、本実施例において、ガス精製ライン２は、少なくとも、前記分離手段１０８，冷却器１０９、および前記バイオマス吸着精製装置１とから構成されている。
【００５２】
前記バイオマス吸着精製装置１は、内部にバイオマス３が充填されるとともに前記生成ガスの導入口４と前記内部のバイオマス３を通過した精製ガスＧの排出口５とが設けられているバイオマス吸着塔６と、該バイオマス吸着塔６にバイオマスを投入するホッパ（投入手段）７と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段８とを、基本構成要素として有する
【００５３】
また、前記バイオマス吸着塔６から排出手段８によって排出された吸着バイオマス３ａは、ガス化バイオマス材として再利用すべく、吸着バイオマス転送手段９によって、前記バイオマスガス化炉１０６のバイオマス供給手段１０３へ転送されるようになっている。この構成によって、吸着剤としてバイオマス粉砕品を大量に使用して、微量成分の除去精度を向上させた場合でも、吸着限界を過ぎたバイオマスの処理に困ることはないし、吸着成分はさらに循環ラインに載せることで、濃縮除去することができるので、環境を汚染することもなく、除去成分の内、有用成分を再回収することも可能となる。
【００５４】
（実施例２）
図２は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第２の実施例の要部を示すものである。本実施例２の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１の細部構成にある。本実施例２におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６１にガス導入口４１とガス排出口５１が設けられ、前記バイオマス吸着塔６１にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であるが、その下部バイオマス排出手段として、モータ８１ａによって駆動される切り出しスクリュフィーダー８１を有する点が異なっており、この点に特徴がある。
【００５５】
このバイオマス吸着塔６１は、下部の切り出しスクリュフィーダー８１によるバイオマスの排出によって内部のバイオマス層が順次下部に移動する、いわゆる移動床型の吸着塔である。スクリュフィーダー８１によってロータリーバルブ８１ａを介して排出された分だけ、前記ホッパ７からロータリーバルブ７ａを介してバイオマス３が上部に充填される。この排出および充填は、通常、塔内のバイオマス３の吸着量が限界に近づいた時点で行うため、所定時間ごとに間欠的、断続的に行われる。もちろん、前記スクリュフィーダー８１を低速で連続的に駆動して少量のバイオマスを連続排出するとともに、その排出速度に比例してホッパ７による投入も連続的に設定することも可能である。
【００５６】
このスクリュフィーダー８１によってロータリーバルブ８１ａを介して排出された吸着バイオマス３ａは、導入ガス中の種々な微量成分とともにタール成分を主に吸着しており、タール成分は排出バイオマス毎、前記酸化剤供給手段１０３に転送されることによって、炉本体１０２内で再度、ガス化に供される。
【００５７】
（実施例３）
図３は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第３の実施例の要部を示すものである。本実施例３の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１の他の細部構成にある。本実施例３におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６２にガス１０７の導入口４２と精製ガスＧの排出口５２が設けられ、前記バイオマス吸着塔６２にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１または２に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であるが、その下部バイオマス排出手段として、モータ８２ａによって回転可能なレーキ８２を有する点が異なっており、この点に特徴がある。
【００５８】
このバイオマス吸着塔６２は、下部のレーキ８２によるロータリーバルブ８２ａを介した吸着バイオマス３ａの排出によって内部のバイオマス層が順次下部に移動する、いわゆる移動床型の吸着塔である。回転レーキ８２によって排出された分だけ、前記ホッパ７によってロータリーバルブ７ａを介してバイオマスが上部に充填される。この排出および充填は、通常、塔内のバイオマスの吸着量が限界に近づいた時点で行うため、所定時間ごとに間欠的、断続的に行われる。もちろん、前記レーキ８２を低速で連続的に駆動して少量のバイオマスを連続排出するとともに、その排出速度に比例してホッパ７による投入も連続的に設定することも可能である。
【００５９】
このレーキ８２によって排出された吸着バイオマス３ａは、導入ガス中の種々な微量成分とともにタール成分を主に吸着しており、タール成分は排出バイオマス毎、前記酸化剤供給手段１０３に転送されることによって、炉本体１０２内で再度、ガス化に供される。
【００６０】
（実施例４）
図４は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第４の実施例の要部を示すものである。本実施例４の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１のさらに他の細部構成にある。本実施例４におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６３にガス１０７の導入口４３と精製ガスＧの排出口５３が設けられ、前記バイオマス吸着塔６３にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１、２、３に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であり、また、その下部バイオマス排出手段として、モータ８２ａによって回転可能なレーキ８２を有する点は前記実施例３と同様であるが、さらに塔内の上部に上部バイオマス排出手段としてレーキ８３が設けられている点が異なっており、この点に特徴がある。
【００６１】
このバイオマス吸着塔６３は、下部のレーキ８２によるロータリーバルブ８２ｂを介した吸着バイオマス３ａの排出によって内部のバイオマス層が順次下部に移動する、いわゆる移動床型の吸着塔である点は、前記実施例３の吸着塔６２と同様である。しかし、本実施例４では、上部にもレーキ８３が設けられており、このレーキ８３によってロータリーバルブ８３ｂを介して、塔内の上部の吸着バイオマス３ａが選択的に除去できるようになっている。塔内に導入されたガスは最初に塔内の上部のバイオマス層に接触するので、塔内では上部のバイオマス層が中間層以下のバイオマス層に比べてより早く吸着限界に達する。したがって、塔の下部からバイオマスを排出してバイオマス層を順次下方に移動させると同時に上部の吸着量の多いバイオマス層を選択的に除去すれば、塔内のバイオマスは常に吸着能力の高い新鮮なバイオマスに維持されることになる。なお、図４の構成では、下部のレーキ８２と上部のレーキ８３とは同一のモータ８２ａによって回転駆動されるように示されているが、切り替えギアを用いて別々に駆動可能にするか、別々のモータによって別々に駆動できるように構成しても良い。そのようにすれば、上部レーキ８３を先に駆動し、吸着限界に近づいた上部バイオマス層を優先的に排出し、次に下部レーキ８２により下部バイオマス層を排出して全体のバイオマス層を下部に移動させることができ、それによって、バイオマス層の鮮度を効率的に維持することができる。なお、レーキによる排出は間欠的に実施しても良いし、少量を連続的に排出するように実施しても良い。
【００６２】
この実施例４において、吸着塔６３内のバイオマスの供給排出を以下のような制御系により行うことが可能である。
すなわち、吸着塔６３に内部のバイオマス層の入口部位と排出部位間の差圧ΔＰを検出する差圧検出器６３ａを設ける。また、吸着塔６３の例えば上部に、超音波等を用いてバイオマス層の高さを検出するレベルセンサ６３ｂを設ける。そして、層差圧ΔＰが一定範囲となるようにロータリーバルブ８３ｂ、８２ｂの順に駆動させ、タール成分が吸着したバイオマスを排出する。排出に伴いバイオマス層の高さレベルが低下するが、それをレベルセンサ６３ｂの検出値に基づき、レベルが一定に維持されるように、ロータリーバルブ７ａを駆動し、バイオマス３をホッパー７から吸着塔６３内に補給する。
【００６３】
（実施例５）
図５は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第５の実施例の要部を示すものである。本実施例５の特徴は、前記バイオマス吸着精製装置１のさらに別な細部構成にある。本実施例５におけるバイオマス吸着精製装置１は、基本構成として、バイオマス３を充填するバイオマス吸着塔６４にガス１０７の導入口４４と精製ガスＧの排出口５４が設けられ、下部バイオマス排出手段８を有するとともに、前記バイオマス吸着塔６４にバイオマスを供給するホッパ７を有する点は、前記実施例１に示したバイオマス吸着精製装置１と同様であるが、塔内に塔内のバイオマスを撹拌するバイオマス撹拌手段として、モータ１０ａによって駆動されるヘリカル撹拌翼１０を有する点が異なっており、この点に特徴がある。
【００６４】
このバイオマス吸着塔６４は、ヘリカル撹拌翼１０による塔内バイオマスの撹拌によって内部のバイオマス層が上下に流動する。下部バイオマス排出手段８のロータリーバルブ８ａとホッパ７のロータリーバルブ７ａとによって、塔内のバイオマスの吸着鮮度が維持されるとともに、ヘリカル撹拌翼１０によって、塔内のバイオマス層の吸着特性が均一に維持されるので、塔内に投入したバイオマスの吸着力の効率的な利用を向上することができる。前述の移動床型の吸着塔では比較的頻繁にバイオマスの排出および供給を行わないと、塔内バイオマス層の上部への吸着タール成分量が多くなり、吸着タール成分同士が粘着状態になり、バイオマス層の流動が困難になる。これに対して、本実施例５では、撹拌手段により塔内のバイオマス層は常に流動状態に置くことができるので、頻繁にバイオマスの排出および供給を行わなくてもよい。すなわち、本実施例５によれば、図３，４に示した実施例３，４において生じやすい「バイオマス層の上部がタール成分により粘着状態になり、バイオマス層の移動、流動が阻害されるという事態」を防止することが可能となる。
【００６５】
（実施例６）
図６は、本発明に係るバイオマスガス化システムの第６の実施例を示すシステム全体図である。本実施例６の特徴は、前述のバイオマス吸着精製装置１の上流側に、水ジェット噴流を利用した除塵装置１１をさらに有する点にある。
【００６６】
この水ジェット噴流を利用した除塵装置１１は、図７に示すように、前記生成ガス１０７を吸引して水ジェット噴流１２を鉛直軸方向に形成する駆動ノズル１３と、前記駆動ノズル１３に連通し、該駆動ノズル１３から放出された水ジェット噴流１２を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流１２と生成ガス１０７とを気液混合し、生成ガス１０７の除塵を行う筒状のスクラバ部１４と、前記水ジェット噴流水を循環水として貯留するとともに、前記スクラバ部１４において微粒子成分および水溶性成分を分離された生成ガスを前記バイオマス吸着精製装置１に送り出す排出口１５ａを有する循環水タンク１５と、前記循環水タンク１５内に配設され、上記スクラバ部１４の出口の開口部１４ｇに対向するとともに、周囲に堰１６を有する開口部１７を備えた吸引内筒１８と、前記吸引内筒１８内に配設され、該吸引内筒１８内の循環水を循環ポンプ１９により強制排出する排出管２０と、前記排出管２０に介装されたストレーナ２１とを具備する装置である。
【００６７】
前記スクラバ部１４は、一体構造の筒状部材であり、比較的径の大きなチャンバー部１４ａと、それに順次続く、漏斗状の吸引部１４ｂ、縮径直管状のスロート部１４ｃ、徐々に拡径するディフューザ部１４ｄ、および拡幅直管状の出口管部１４ｅとから構成されている。前記チャンバー部１４ａの中央には前記駆動ノズル１３が配置されており、この駆動ノズル１３の噴出口は該スクラバ部１４の中心線に位置している。このチャンバー部１４ａの側部には、前記ガス導入口１４ｆが形成されており、生成ガスを水ジェット噴流１２に巻き込むように設定されている。この水ジェット噴流１２と生成ガスとが混合した状態で、噴流は、吸引部１４ｂにより縮径直管状のスロート部１４ｃにて圧縮状態に置かれて充分に気液混合がなされる。その後、噴流は徐々に拡径するディフューザ部１４ｄに導かれて、比較的急激に拡散されるため、気液分離現象が生じ、生成ガス１０７に含まれていた気体状のタール成分が凝縮することにより形成された微粒子成分および水溶性成分を吸収した水流は、拡幅直管状の出口管部１４ｅから前記吸引内筒１８に向かって流下し、水によって洗浄されたガスは、循環水タンク１５の上部空間を経由してガス排出口１５ａから前記バイオマス吸着精製装置１に向かって排出される。
【００６８】
前記吸引内筒１８の開口部１７は、該吸引内筒１８の下部本体部分に対して拡径されており、この拡径された開口部１７の内径寸法は、その上方に位置する前記筒状スクラバ部１４の下部開口部１４ｇの内径寸法よりも幾分大きく設定されている。また、前記吸引内筒１８の下部側壁には、オリフィス孔１８ａが形成されている。したがって、前記循環ポンプ１９を駆動させて前記排出管２０から吸引内筒１８内の循環水を強制吸引すると、急激に吸引内筒１８内の循環水が排出されるが、前記オリフィス孔１８ａが存在するため、そこから注水されるので、吸引内筒１８内が空になることはない。しかし、前記排出管２０からの排出量に比べて前記オリフィス孔１８ａからの注水量は大幅に下回るので、吸引内筒内１８内の液面１８ｂは、吸引内筒１８の周囲の液面、すなわち循環水タンク１５内の液面１５ｂより常に低い状態に維持されることになる。このように吸引内筒１８内の液面１８ｂを周囲の液面１５ｂより低く維持するために、主に、前記水ジェット噴流１２の流量と、前記循環ポンプ１９による排出量とを適宜コントロールする必要があり、そのために循環水タンク１５内と前記吸引内筒１８内には不図示の水位計を備えて、それぞれの水位データをリアルタイムで計測可能としている。
【００６９】
前記吸引内筒１８内の液面位置は、前記排出管２０の開口面より空気を吸い込むことないように該開口面より上位にあればよく、前記吸引内筒１８の上部開口面より下位にあればよい。好ましくは、吸引内筒１８内の液面は、その開口面から可能な範囲で落差を大きく設定する。
【００７０】
前記吸引内筒１８の上部拡径開口部１７の上端には、複数のＶ字形の切り欠き溝１７ａが形成されており、この複数の溝１７ａによって、拡径開口部１７の開口面には、前記複数の堰１６が形成されている。この複数の堰１６はその形状から三角堰１６と呼称する場合もある。循環水タンク１５内の液面が、前記三角堰１６の上端にまで上昇すると、水はＶ字形の切り欠き溝１７ａを通って、吸引内筒１８内に流下するが、この時、溝１７ａの狭隘な下部より溝の上面に近づけば近づく程、流量が多くなる。したがって、前記水ジェット噴流１２によって生成ガス１０７から分離され冷却されることにより微粒子状となったタール成分などの水面浮上ダストは、効率的に吸引内筒１８内に流入されることになる。
【００７１】
なお、前記スクラバ部１４からの前記浮上ダストを含む流下水のほとんどは、スクラバ部１４の下部開口面の口径より大きな口径の開口部１７を有する前記吸引内筒１８内に直接流入するが、流下水の流下エネルギーが大きいので、その一部が飛散、散乱して吸引内筒１８周囲の循環水タンク１５内に流下する。この散乱した流下水中に含まれる浮上ダストを前述のように三角堰１６によって、効率的に吸引内筒１８内部に回収することになる訳である。このようにして吸引内筒１８内に回収された浮上ダストは、前記流下噴流水により吸引内筒１８内の水面下に叩き落とされることになる。水面下深くに叩き込まれた浮上ダストが再浮上する前に吸引内筒１８内の循環水を前記循環ポンプ１９により強制的に吸引しなければ、浮上ダストはいつまでも吸引内筒１８内に残留し続けることになるので、前記循環ポンプ１９による吸引量は、ダスト浮上速度より循環水の排出速度が上回る値に調節する必要がある。この値は、循環流量と吸引内筒１８の本体内径寸法とにより調節することができる。
【００７２】
前述のように効率的に回収した浮上ダストを含む吸引内筒１８内の循環水は 、前述のように、ダストの浮上速度を上回る速度で、循環ポンプ１９によって排出管２０を介してストレーナー２１に吸引され、ここで循環水中の浮上ダストが除去、回収され、循環水は熱交換器２２により冷却され、前記駆動ノズル１３に送られる。前記ストレーナー２２の下流側には、バイパス管２３が連結されており、このバイパス管２３の他端は、前記循環水タンク１５内に開口するように循環水タンク１５に連結されている。このバイパス管２３による循環水タンク１５内への補給水量と、前記スクラバ部１４からの流下水の循環水タンク１５内への飛散量と、オリフィス孔１８ａからの吸引内筒１８内への注水量とにより、循環水タンク１５内の水面が、常に前記三角堰１６から吸引内筒１８内に水が流下する位置に調整できるようになっている。前記ストレーナー２２から前記駆動ノズル１３へ向かう循環ライン２４にも、前記バイパス管２３にも、それぞれ流量計２４ａ、２３ａと、流量調整弁２４ｂ、２３ｂが取り付けられており、それぞれの管路における流量調整を可能にしている。
【００７３】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置は、生成ガスと多量の液滴とを充分に気液混合することができるので、０．３μｍ以下の微粒子成分を容易に捕捉し、ガス相から水相へ分離することができる。同様の理由により、ＮＨ3，ＨＣＮ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｌなどの水溶性不純物を水相に分離することが可能になる。
【００７４】
ジェット噴流水によって生成ガスを冷却するために、ガス中の気体状タールなどの揮発成分を凝縮し分離することが可能になる。ジェット噴流水は、循環使用することで、水相に捕捉した不純物を濃縮することができ、分離が容易になる。このタール成分は、循環水を得るための前記ストレーナー２２によって回収することができ、このタール成分は、燃料や殺虫剤等の化学原料として再利用することができる。なお、水循環ラインには、循環経路中、特に噴流部分にて飛散した水量を系外から適宜補給する手段を設けておく必要がある。
【００７５】
前記水ジェット噴流を利用した除塵装置１１では、筒状空間であるスクラバ部１４内に噴射する水ジェット噴流に生成ガスを巻き込むように作用するので、圧力損失が生じないばかりでなく、逆に、以降のガス流に圧力を幾分ながら付与することになり、ガス精製ライン全体の効率化に寄与することができる。
【００７６】
なお、前記バイオマス吸着精製装置１の下流に必要に応じて、活性炭やＺｎＯを吸着剤とした慣用の高精度吸着塔をさらに設けても良い。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るバイオマスガス化システムは、供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられていることを特徴とするものである。また、本発明に係るバイオマスガス化方法は、バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製工程を用いて精製することを特徴とするものである。
【００７８】
本発明では、主に生成ガス精製ラインの後段において、活性炭の吸着性能には及ばないものの、実用上有効な吸着特性を有するとともに、安価であるため大量使用が可能なバイオマスを吸着剤として用いることを主要な特徴としている。前段の慣用の除塵およびタール成分分離装置によって精製されたガスをさらに大量のバイオマス粉砕物を通過させることによって、従来、検出限界にまで低減することのできなかった微小粉塵、微粒子状タール、硫化水素、塩素、ホルムアルデヒドなどの微量成分を検出限界量という所望の含有量にまで低減することができる。しかも、このバイオマス吸着剤は常圧下で順次交換可能であり、吸着限界に近づき、排出されたバイオマス吸着剤は、ガス化炉に転送してガス化バイオマス材として有効利用が可能であるため、後段の高精度吸着除去工程は、非常に安価に運転することができる。また、バイオマス吸着剤は、多孔性かつ軽量であるため、吸着のためにガスを通過させる場合に生じる圧力損失は微小に済む。
【００７９】
このように本発明によれば、生成ガスの高精度精製が、シンプルな精製ライン構成により、安価に実現可能であり、精製ラインの圧力損失を低減し、精製要素の逆洗も必要としないバイオマスガス化システムおよびバイオマスガス化方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオマスガス化システムの第１の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムの全体構成図である。
【図２】本発明に係るバイオマスガス化システムの第２の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図３】本発明に係るバイオマスガス化システムの第３の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図４】本発明に係るバイオマスガス化システムの第４の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図５】本発明に係るバイオマスガス化システムの第５の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムを構成するバイオマス吸着精製装置の概略構成図である。
【図６】本発明に係るバイオマスガス化システムの第６の実施例を示すもので、バイオマスガス化システムの全体構成図である。
【図７】前記第６の実施例のバイオマスガス化システムを構成する水ジェット噴流を利用した除塵装置の概略構成図である。
【図８】従来のバイオマスガス化システムの一例である「バイオマスをガス化し、発生したガスを用いてメタノールを製造するまでのシステム」の全体構成図である。
【符号の説明】
１ バイオマス吸着精製装置
２ ガス精製ライン
３ バイオマス
４、４１、４２、４３、４４ 生成ガスの導入口
５、５１、５２、５３、５４ ガスの排出口
６、６１、６２、６３、６４ バイオマス吸着塔
７ ホッパ（バイオマス投入手段）
８ 下部バイオマス排出手段
９ 吸着バイオマス転送手段
１０ ヘリカル撹拌翼（バイオマス撹拌手段）
１１ 水ジェット噴流を利用した除塵装置
１２ 水ジェット噴流
１３ 駆動ノズル
１４ スクラバ部
１５ 循環水タンク
１６ 堰
１７ 吸引内筒の開口部
１９ 循環ポンプ
２０ 吸引内筒内の循環水を強制排出する排出管
２１ ストレーナ
８１ 切り出しスクリュフィーダー（下部バイオマス排出手段）
８２ 回転可能なレーキ（下部バイオマス排出手段）
８３ 回転可能なレーキ（上部バイオマス排出手段）
１０６ バイオマスガス化炉
Claims (8)
- 供給されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉で生成されたガスを精製するガス精製ラインとを具備するバイオマスガス化システムであって、
前記ガス精製ラインにバイオマスを吸着剤として用いたバイオマス吸着精製装置が設けられ、
前記バイオマス吸着精製装置が、内部にバイオマスが充填されるとともに前記生成ガスの導入口と前記内部のバイオマスを通過したガスの排出口とが設けられているバイオマス吸着塔と、該バイオマス吸着塔にバイオマスを投入する投入手段と、前記バイオマス吸着塔の下部に設けられ、前記吸着塔内の下部のバイオマスを排出する下部バイオマス排出手段とを有することを特徴とするバイオマスガス化システム。 - 前記バイオマス吸着塔の上部に該吸着塔内の上部のバイオマスを排出する上部バイオマス排出手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマスガス化システム。
- 前記吸着塔内のバイオマスを撹拌するバイオマス撹拌手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマスガス化システム。
- 前記バイオマス吸着塔から排出された吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉へガス化バイオマス材として転送する吸着バイオマス転送手段がさらに設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバイオマスガス化システム。
- 前記ガス精製ラインにおいて前記バイオマス吸着塔の上流側に水ジェット噴流を利用した除塵装置がさらに設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバイオマスガス化システム。
- 前記水ジェット噴流を利用した除塵装置が、
前記生成ガスを吸引して水ジェット噴流を鉛直軸方向に形成する駆動ノズルと、
前記駆動ノズルに連通し、該駆動ノズルから放出されたジェット噴流を覆うように受けることによって前記水ジェット噴流と生成ガスとを気液混合し、生成ガスの除塵を行うスクラバ部と、
前記水ジェット噴流水を循環水として貯留する循環水タンクと、
前記循環水タンク内に配設され、上記スクラバ出口の開口部に対向するとともに、周囲に堰を有する開口部を備えた吸引内筒と、
前記吸引内筒内に配設され、該吸引内筒内の循環水を循環ポンプにより強制排出する排出管と、
前記排出管に介装されたストレーナとを具備していることを特徴とする請求項５に記載のバイオマスガス化システム。 - 前記吸引内筒の液面が循環水タンクより、常に低い状態に維持されることを特徴とする請求項６に記載のバイオマスガス化システム。
- バイオマスを燃料としたバイオマスガス化方法であって、
バイオマスガス化炉にバイオマスと燃焼酸化剤とを供給するとともに炉内を所定温度に加熱することにより、ガスを生成し、
前記生成ガスを、少なくとも、バイオマスを吸着剤として用いて精製し、
前記吸着材として使用後の吸着バイオマスを前記バイオマスガス化炉に転送してガス化バイオマス材として用いると共に、
前記バイオマス吸着剤を用いた吸着工程の前工程として水ジェット噴流を利用して前記生成ガスの除塵を行うことを特徴とするバイオマスガス化方法。
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