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JP2003260454A - バイオマス熱分解方法および装置 - Google Patents

バイオマス熱分解方法および装置

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JP2003260454A
JP2003260454A JP2002067269A JP2002067269A JP2003260454A JP 2003260454 A JP2003260454 A JP 2003260454A JP 2002067269 A JP2002067269 A JP 2002067269A JP 2002067269 A JP2002067269 A JP 2002067269A JP 2003260454 A JP2003260454 A JP 2003260454A
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JP
Japan
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pyrolysis
biomass
drying
gas
steam
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JP2002067269A
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English (en)
Inventor
Takeshi Suzuki
鈴木　　剛
Masabumi Matsumoto
正文 松本
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Publication date
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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Treatment Of Sludge (AREA)
  • Coke Industry (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高湿潤のバイオマスを乾燥・熱分解した生成
ガスを、高カロリーかつクリーンな燃料用熱分解ガスと
して得られるバイオマス熱分解装置を提供する 【解決手段】 ケーシング１内の燃焼ガス中に乾燥用管
体２と炭化熱分解用管体３とが設置され、乾燥用管体２
で投入されたバイオマス１０を乾燥し、後段の炭化熱分
解用管体３で炭化熱分解して、熱分解ガス１１およびチ
ャー１２などの炭化物を生成する。本発明では、乾燥用
管体２の乾燥工程で生成した蒸気を取り出し、この蒸気
を改めて炭化熱分解用管体３の熱分解工程で、水性ガス
化反応が生じるための最も効果的なゾーンに供給するよ
うにした。この蒸気賦活によりタール分の低減した高カ
ロリーかつクリーンで、ガスタービンなどの高効率機関
に燃料として有効利用可能な熱分解ガスを得ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はバイオマス熱分解方
法および装置に係り、特に、高湿潤のバイオマス（例え
ば、木質系、汚泥、糞尿、食物残渣、食品廃棄物、籾殻
等の有機性廃棄物）を発電システムに有効利用するため
の熱分解技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、バイオマスを熱分解すると、熱分
解ガス、チャー、およびタールなどが発生することが知
られている。これらは、加熱に基づくガス化装置の操作
温度によって、それぞれの生成量や成分が異なる。
【０００３】この種の技術として、特開平１０−３３０
７６０号公報に有機物の連続炭化装置が記載されてい
る。この装置の構造は、主として、乾燥炉、炭火炉、脱
臭ドラム、ホッパー、およびスクリューフィーダ等で構
成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、乾燥
炉で発生する蒸気は、そのまま乾燥物とともに炭化炉ヘ
送給され、炭化炉で生成するガスと混合されて、最終的
に利用される生成ガスは脱臭炉の熱源として利用される
に過ぎなかった。
【０００５】すなわち、低カロリーガスで、かつダスト
およびタール等を含んだダーティーな燃料なるが故に、
ガスエンジンやガスタービン等の高効率熱機関の燃料と
しては不適であった。
【０００６】他方、従来の汽力発電は、発電効率の低さ
（湿潤物質が原因でせいぜい２０％以下）に由来してバ
イオマス発電は成立が困難であった。そのため、バイオ
マスの熱分解による生成ガスを、ガスタービンやガスエ
ンジンなどの高効率機関の燃料とすることが望まれてい
た。
【０００７】本発明の目的は、高湿潤のバイオマスを乾
燥および熱分解して生成するガスを、高カロリーでかつ
クリーンな燃料用熱分解ガスとして得られるバイオマス
熱分解装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のバイオマス熱分解方法は、バイオマスを乾
燥する乾燥工程と、乾燥したバイオマスを炭化熱分解し
て熱分解ガスおよびチャーを生成する炭化熱分解工程と
を有し、前記乾燥工程でバイオマスを乾燥して得られた
蒸気を採取し、該蒸気を前記炭化熱分解工程中の水性ガ
ス化反応に集中的に賦活させることを特徴とする。
【０００９】また、本発明のバイオマス熱分解装置は、
バイオマスを乾燥する乾燥用管体と、該乾燥用管体の後
段に設置され、前記バイオマスを炭化熱分解して熱分解
ガスおよびチャーを生成する炭化熱分解用管体とを、加
熱用ケーシング内に具備し、前記乾燥用管体内でバイオ
マスを乾燥して得られる蒸気を取り出し、該蒸気を前記
炭化熱分解用管体へ供給する蒸気通路と、前記炭化熱分
解用管体に設置され、前記蒸気通路内の蒸気を該炭化熱
分解用管体内の水性ガス化反応促進ゾーンに供給する蒸
気供給ノズルとを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】以下、本発明の作用を説明する。バイオマ
スを熱分解すると、次の化学反応式（１）〜（６）に示
すような種々の反応の組み合せにより、ＣＯ、ＣＯ２お
よびＨ２などのガスが発生する。
【００１１】Ｃ＋Ｏ２⇔ＣＯ２ ………（１） Ｃ＋ＣＯ２⇔２ＣＯ ………（２） ２Ｃ＋Ｏ２⇔２ＣＯ ………（３） Ｃ＋２Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋２Ｈ２ ………（４） Ｃ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ＋Ｈ２ ………（５） ＣＯ＋Ｈ２Ｏ⇔ＣＯ２＋Ｈ２ ………（６）
【００１２】上記化学式は、必ずしも一方向に進行する
とは限らず、水分、温度、燃料種、滞留時間等の複雑な
要素が絡み合う。しかし、ガス中のＨ２Ｏの存在が、極
めて重要であることを示している。
【００１３】したがって、バイオマスの処理行程を乾燥
行程と炭化熱分解行程とに分けると、炭化熱分解行程で
はＨ２Ｏが関与することが極小になって、生成ガス中の
水素の生成が阻害されるため高カロリーのガスを得られ
なくなる恐れがある。
【００１４】炭化熱分解行程では、熱分解は１５０℃近
辺で始まり、炭化水素を主成分とするガス、タールおよ
びチャーが生成し、３００℃付近で急激に熱分解が始ま
る。タールは冷却すると高粘度の液体となり粘着性を持
つことから、一般にはそのガスをガスタービンやガスエ
ンジンの燃料とすることはできない。
【００１５】この炭化熱分解行程から排出されたタール
分が含有されている熱分解ガスは、タール分を構成する
高分子物質がベーパーとなっている時点で、炭化熱分解
中に蒸気（乾燥によって発生した蒸気）を供給し、蒸気
賦活することによって炉内から発生するガス中タール分
を極力抑え、かつ、高カロリーガスを取り出すことが可
能となり、後流のガス洗浄負荷を低減できる。
【００１６】少しのタールであっても、後流の機器へ流
れると、累積して機器の運転が困難となる。そこで、タ
ールを洗浄によって洗い落とし、改質した分解生成ガス
をクリーン化して、高効率機関へクリーンで高カロリー
なガスを燃料として供給できるように構成したものであ
る。
【００１７】これにより、従来不可能とされたバイオマ
ス熱分解ガスを、ガスタービンなどの高効率機関に適用
することを可能とし、高効率発電を実施することが可能
となった。なお、本発明では、バイオマスをガスタービ
ン等の廃熱により予め乾燥したり、炭化熱分解行程で生
成するチャーをボイラ用燃料に利用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態の概要は、バイ
オマスの乾燥工程で得られる蒸気を取り出し、この蒸気
を後段の炭化熱分解工程で、水性ガス化反応が生じる直
前の最も効果的なゾーンに集中的に供給するようにした
ものである。この集中的な蒸気賦活によりタール分の低
減した高カロリーかつクリーンな熱分解ガスを得ること
ができる。
【００１９】以下、本発明の実施形態を、図面を参照し
て説明する。図１に、本発明のバイオマス熱分解装置の
一構成例を示す。図１において、ケーシング１内に乾燥
用管体２および炭化熱分解用管体３が具備されている。
【００２０】ケーシング１には熱風炉４から燃焼ガス
（８００〜８５０℃）が送給され、乾燥用管体２および
炭化熱分解用管体３を加熱するようになっている。ま
た、乾燥用管体２および炭化熱分解用管体３の内部に
は、バイオマスが任意の滞留時間を保つ速度で移動する
ようにスクリューフィーダ６、７が装着されている。
【００２１】こうして乾燥用管体２では投入口５から投
入されたバイオマス１０を、スクリューフィーダ６で後
流側に送りながら乾燥する。バイオマスは一般に高湿潤
であり、加熱されて乾燥する過程で蒸気を発生する。
【００２２】本例では、この蒸気を乾燥用管体２から一
旦取り出し、改めて後段の炭化熱分解用管体３へ供給す
る。この蒸気通路８はケーシング１内を通すことによっ
て高温を維持し液化を防ぐ。
【００２３】乾燥用管体２の後段には炭化熱分解用管体
３が設置され、供給された乾燥バイオマスは、スクリュ
ーフィーダ７で後流側に搬送されながら、ケーシング１
内の燃焼ガスにより加熱され、熱分解ガスとチャーなど
の炭化物を生成する。この熱分解ガスはタール分を含
み、前述したように、後段の機器類に累積すると種々の
不具合を引き起こすことになる。
【００２４】そこで、本実施形態では、乾燥用管体２か
ら取り出した蒸気を、蒸気供給ノズル９から炭化熱分解
用管体３内に供給し、バイオマス炭化熱分解行程中の水
性ガス化反応が生じる際の最も効果的なゾーンに集中的
に供給することにより、蒸気賦活によってタール分の低
減した高カロリーな熱分解ガスを得ることができるよう
にした。
【００２５】水性ガス化反応は約３００℃で生じはじめ
る。炭化熱分解用管体３へ供給される乾燥バイオマスの
温度や、ケーシング１内の燃焼ガスの温度等によって、
水性ガス化反応が生じる位置を特定することが可能であ
る。その水性ガス化反応発生直前に蒸気を賦活させるこ
とにより、最も効果的に反応が促進され、タール分を低
減することができる。
【００２６】特に、前述の化学反応式（１）〜（６）の
うち、式（４）〜（６）を積極的に進行させることによ
り、タールの減少も同時に達成され、高カロリーガスの
生成に寄与する効果がある。
【００２７】従来の乾燥工程で生じた蒸気とバイオマス
とを一緒の状態で後段の炭化熱分解工程に送り、そこで
生成した熱分解ガスと、本実施形態により、予め取り出
した蒸気を炭加熱分解工程の最も効果的なゾーンに供給
した場合とでは、熱分解ガス中のタール分は、本実施形
態による方が約５０％も低減可能であることがわかっ
た。
【００２８】以上のように、本実施形態によれば、炭化
熱分解用管体３で熱分解して生成した熱分解ガスは、高
カロリーガスとなり、かつ、タール分の生成が抑制され
て炭化熱分解用管体３から排出される。この炭化熱分解
用管体３から排出された熱分解ガスは、ガスタービン等
の高効率熱機関の燃料として有効に用いることができ
る。
【００２９】また、炭化熱分解用管体３で生成したチャ
ーは、熱風炉４の燃料、あるいはボイラ燃料として発電
システムに供給できる。なお、図中の符号１３はケーシ
ング内の燃焼排ガス、１４は熱風炉４の燃焼用空気であ
る。
【００３０】
【発明の効果】上述のとおり本発明によれば、バイオマ
ス乾燥行程で採取した蒸気を取り出して、バイオマス炭
化熱分解行程中の水性ガス化反応が生じる際の最も効果
的なゾーンに供給し、蒸気賦活することによりタール分
の低減した高カロリーでかつクリーンで、ガスタービン
などの高効率機関に燃料として有効利用可能な熱分解ガ
スを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるバイオマス熱分解装置の一実施形
態の構成を示した図である。
【符号の説明】
１ ケーシング ２ 乾燥用管体 ３ 炭化熱分解用管体 ４ 熱風炉 ５ 投入口 ６、７ スクリューフィーダ ８ 蒸気通路 ９ 蒸気供給ノズル １０ バイオマス １１ 熱分解ガス １２ チャー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｊ 3/00 Ｃ１０Ｊ 3/00 ＺＡＢＡ ＺＡＢ Ｃ１０Ｌ 5/44 Ｃ１０Ｌ 5/44 Ｆ０２Ｂ 43/10 Ｚ Ｆ０２Ｂ 43/10 Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｆ０２Ｃ 3/28 Ｂ０９Ｂ 3/00 ３０３Ｍ Ｆターム(参考） 4D004 AA02 AA03 AA04 AA12 BA03 CA26 CA27 CA42 CB36 CB42 CB45 4D059 AA01 AA07 AA08 BB03 BB18 BD01 BJ02 CB06 CB07 CC03 4H012 HA03 HA05 4H015 AA01 AA03 AA12 AA13 AA14 AB01 BA12 BB03 BB04 CB01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バイオマスを乾燥する乾燥工程と、乾燥
    したバイオマスを炭化熱分解して熱分解ガスおよびチャ
    ーを生成する炭化熱分解工程とを有し、前記乾燥工程で
    バイオマスを乾燥して得られた蒸気を採取し、該蒸気を
    前記炭化熱分解工程中の水性ガス化反応に集中的に賦活
    させることを特徴とするバイオマス熱分解方法。
  2. 【請求項２】 バイオマスを乾燥する乾燥用管体と、該
    乾燥用管体の後段に設置され、前記バイオマスを炭化熱
    分解して熱分解ガスおよびチャーを生成する炭化熱分解
    用管体とを、加熱用ケーシング内に具備し、前記乾燥用
    管体内でバイオマスを乾燥して得られる蒸気を取り出
    し、該蒸気を前記炭化熱分解用管体へ供給する蒸気通路
    と、前記炭化熱分解用管体に設置され、前記蒸気通路内
    の蒸気を該炭化熱分解用管体内の水性ガス化反応促進ゾ
    ーンに供給する蒸気供給ノズルとを備えたことを特徴と
    するバイオマス熱分解装置。
  3. 【請求項３】 前記蒸気通路は、前記加熱用ケーシング
    内に配置されることを特徴とする請求項２に記載のバイ
    オマス熱分解装置。
  4. 【請求項４】 前記炭化熱分解用管体から採取した熱分
    解ガスを、発電設備のガスタービンもしくはガスエンジ
    ンの燃料として用いることを特徴とする請求項２〜３の
    うちいずれか１項に記載のバイオマス熱分解装置。
  5. 【請求項５】 炭化熱分解用管体から採取したチャー
    を、前記加熱用ケーシングの熱源および発電設備のボイ
    ラ燃料として用いることを特徴とする請求項２〜４のう
    ちいずれか１項に記載のバイオマス熱分解装置。
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