特許 5700270 固体燃料ガス化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5700270

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】固体燃料ガス化装置

(51)【国際特許分類】

   C10J 3/00 20060101AFI20150326BHJP

   C10J 3/02 20060101ALI20150326BHJP

【ＦＩ】

   C10J3/00 J

   C10J3/00 F

   C10J3/02 M

   C10J3/02 J

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2008-38087(P2008-38087)

(22)【出願日】2008年2月19日

(65)【公開番号】特開2009-197073(P2009-197073A)

(43)【公開日】2009年9月3日

【審査請求日】2011年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100094835

【弁理士】

【氏名又は名称】島添 芳彦

(72)【発明者】

【氏名】吉川 邦夫

(72)【発明者】

【氏名】清水 敬二郎

【審査官】 福山 則明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２１０４４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２１０９４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０４１０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４６０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２８３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９６３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２９０６６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ１０Ｊ １／００−３／８６

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

空気供給を絶たれた固体燃料の熱分解域を有し、８００℃以上の高温水蒸気が前記熱分解域に供給され、該熱分解域の固定床に堆積又は滞留した前記固体燃料が前記高温水蒸気の熱によって熱分解し、前記熱分解域に熱分解ガスが発生する固体燃料ガス化装置において、
前記熱分解域を形成する炉体内に設けられ、該熱分解域に連続する水蒸気改質触媒の触媒層と、
前記触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度、及び／又は、前記触媒層から流出した改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出結果に基づいて、前記熱分解域に供給すべき前記高温水蒸気の温度及び流量を制御する水蒸気制御手段とを有し、
前記熱分解域から前記触媒層に流入する前記熱分解ガス及び水蒸気の温度を、前記熱分解域に供給される前記高温水蒸気の流量及び温度によって制御するようにしたことを特徴とする固体燃料ガス化装置。

【請求項2】

前記高温水蒸気は、前記固定床から前記熱分解域に上向きに吹込み、前記触媒層は、前記熱分解域の上方又は側方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の固体燃料ガス化装置。

【請求項3】

前記水蒸気制御手段は、前記熱分解ガス及び水蒸気の混合気の温度が所定温度を超えるとき、前記熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を低減し、前記混合気の温度が所定温度未満であるとき、前記熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を増大させることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体燃料ガス化装置。

【請求項4】

前記水蒸気制御手段は、前記改質ガスの温度が所定温度を超えるとき、前記熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を低減し、前記改質ガスの温度が所定温度未満であるとき、前記熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を増大させることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体燃料ガス化装置。

【請求項5】

空気供給を絶たれた固体燃料の熱分解域に対して、８００℃以上の高温水蒸気を供給して、前記熱分解域の固定床に堆積又は滞留した前記固体燃料を前記高温水蒸気の熱によって熱分解し、該熱分解域で熱分解ガスを発生させる固体燃料ガス化方法において、
前記熱分解域を形成する炉体内に水蒸気改質触媒の触媒層を組込み、該触媒層を前記熱分解域と連続せしめ、前記熱分解ガスを前記熱分解域の水蒸気とともに前記触媒層に流入させ、前記熱分解ガスを前記水蒸気改質触媒の作用の下で水蒸気改質するとともに、前記触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度、及び／又は、前記触媒層から流出した改質ガスの温度を検出し、この温度検出結果に基づいて、前記熱分解域から前記触媒層に流入する前記熱分解ガス及び水蒸気の混合気が所定温度を維持するように、前記熱分解域に対する前記高温水蒸気の供給量及び温度を制御することを特徴とする固体燃料ガス化方法。

【請求項6】

前記熱分解域に供給される前記高温水蒸気の温度は、１０００℃以上の温度に設定されることを特徴とする請求項５に記載の固体燃料ガス化方法。

【請求項7】

前記触媒層に流入する前記熱分解ガス及び水蒸気の温度は、６００℃以上の温度に設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の固体燃料ガス化方法。

【請求項8】

前記高温水蒸気を前記固定床から前記熱分解域に上向きに吹込み、前記熱分解域の前記熱分解ガス及び水蒸気を前記熱分解域の上方又は側方の前記触媒層に流入させることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の固体燃料ガス化方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体燃料ガス化装置に関するものであり、より詳細には、水素及び一酸化炭素を主成分とした合成ガスを固体燃料の熱分解により製造する固体燃料ガス化装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

廃プラスチック、汚泥、シュレッダダスト又は都市ゴミ等の有機性廃棄物、或いは、石炭等の低質固形燃料をガス化し、比較的高カロリーの合成ガスを発電設備等に供給する固体燃料ガス化システムが知られている。本発明者は、この種のガス化システムにおいて、高温空気で固体燃料を熱分解し又はガス化溶融するとともに、固体燃料の熱分解又はガス化によって発生した熱分解ガスを高温の水蒸気（又は、高温空気及び高温水蒸気）によって改質する固体燃料ガス化システムを開発し、特開２００２−１５８８８５号、特開２０００−２９０６６６号、特開２００２−２１０４４４号等において提案している。この方式のガス化システムは、固体燃料を熱分解する熱分解炉を備えるとともに、熱分解ガスを高温水蒸気で改質する改質装置を備える。熱分解炉に供給された固体燃料は、熱分解炉内で熱分解し、熱分解炉に発生した熱分解ガスが、改質装置に供給される。熱分解ガスは、改質装置において高温水蒸気と混合し、比較的多量の水素等を含む合成ガスに改質される。合成ガスは、例えば、内燃機関、燃焼機器等の燃焼部に燃焼作動用燃料として供給され、或いは、水素製造用の原料ガスとして水素製造装置に供給される。

【0003】

本発明者は又、空気供給を絶たれた熱分解域に高温の水蒸気を供給し、高温水蒸気が保有する顕熱によって熱分解域の固体燃料を熱分解して熱分解ガスを発生させる固体燃料ガス化システムを特開２００４−２１０９４２号において提案している。このようなガス化システムによれば、高温水蒸気のみが、空気供給を絶たれた熱分解域に供給されるので、窒素を含まず、比較的多量の水素を含む熱分解ガスを熱分解域に生成することができる。

【特許文献1】特開２００２−１５８８８５号公報

【特許文献2】特開２０００−２９０６６６号公報

【特許文献3】特開２００２−２１０４４４号公報

【特許文献4】特開２００４−２１０９４２号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

多種多様な材質又は物性の素材を含む生活ゴミ、都市ゴミ等から発生した熱分解ガスは、予測不能な不純物、塵埃、煤又は触媒被毒物質等を比較的多量に含有する可能性があり、従って、水蒸気改質触媒を使用した場合には、触媒層の閉塞や、触媒の早期劣化等が懸念される。このため、上記特許文献１〜４に記載されたガス化システムにおいては、８００℃を超える高温の水蒸気が供給される無触媒の改質装置、或いは、空気(又は酸素)及び水蒸気が供給される無触媒の改質装置が、熱分解炉に併設され、水蒸気改質反応によって熱分解ガスを効率的に改質する高温の反応場を確保していた。

【0005】

他方、木質バイオマス燃料、廃プラスチック、廃油、脱水ケーキ、廃棄物再生燃料等の如く、比較的均質な材質又は素材より構成される固体燃料、或いは、適切に分別処理された生活ゴミ又は都市ゴミ等の廃棄物を固体燃料として使用した場合、熱分解ガスの改質を促進する水蒸気改質触媒の使用が可能であると考えられる。しかしながら、触媒は、その種類に応じて適切な反応温度及び耐熱温度が相違するのに対し、熱分解ガスの温度は、容易に制御し難いことから、通常は、触媒層を加熱する手段が付加的に必要とされる。このため、触媒を用いた場合には、触媒層を有する内熱型又は外熱型の改質装置を熱分解炉に併設する必要が生じる。

【0006】

従って、触媒の有無にかかわらず、熱分解ガスを効率的に水蒸気改質するには、熱分解炉と別体の改質装置を熱分解炉に併設しなければならず、このため、システム構成が複雑化し又は大型化するとともに、熱分解ガスの移動に伴うガス温低下又は冷却等に起因した熱損失を回避し難く、システム全体の熱効率を向上する上で限界が生じていた。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、固体燃料を熱分解してガス化するとともに、水蒸気改質触媒を用いて熱分解ガスを効率的に水蒸気改質することができる簡易且つコンパクトな構成の固体燃料ガス化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成すべく、空気供給を絶たれた固体燃料の熱分解域を有し、８００℃以上の高温水蒸気が前記熱分解域に供給され、該熱分解域の固定床に堆積又は滞留した前記固体燃料が前記高温水蒸気の熱によって熱分解し、前記熱分解域に熱分解ガスが発生する固体燃料ガス化装置において、
前記熱分解域を形成する炉体内に設けられ、該熱分解域に連続する水蒸気改質触媒の触媒層と、
前記触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度、及び／又は、前記触媒層から流出した改質ガスの温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段の検出結果に基づいて、前記熱分解域に供給すべき前記高温水蒸気の温度及び流量を制御する水蒸気制御手段とを有し、
前記熱分解域から前記触媒層に流入する前記熱分解ガス及び水蒸気の温度を、前記熱分解域に供給される前記高温水蒸気の流量及び温度によって制御するようにしたことを特徴とする固体燃料ガス化装置を提供する。

【0009】

他の観点より、本発明は、空気供給を絶たれた固体燃料の熱分解域に対して、８００℃以上の高温水蒸気を供給して、前記熱分解域の固定床に堆積又は滞留した前記固体燃料を前記高温水蒸気の熱によって熱分解し、該熱分解域で熱分解ガスを発生させる固体燃料ガス化方法において、
前記熱分解域を形成する炉体内に水蒸気改質触媒の触媒層を組込み、該触媒層を前記熱分解域と連続せしめ、前記熱分解ガスを前記熱分解域の水蒸気とともに前記触媒層に流入させ、前記熱分解ガスを前記水蒸気改質触媒の作用の下で水蒸気改質するとともに、前記触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度、及び／又は、前記触媒層から流出した改質ガスの温度を検出し、この温度検出結果に基づいて、前記熱分解域から前記触媒層に流入する前記熱分解ガス及び水蒸気の混合気が所定温度を維持するように、前記熱分解域に対する前記高温水蒸気の供給量及び温度を制御することを特徴とする固体燃料ガス化方法を提供する。

【0010】

本発明の上記構成によれば、固体燃料の熱分解域には、固体燃料の他は、高温の水蒸気のみが供給されるにすぎず、空気又は酸素の供給に伴う酸化発熱反応が炉内に発生しない。このため、炉内の高温燃焼雰囲気に起因する水蒸気改質触媒の熱劣化は生じない。また、実質的に高温水蒸気のみによって固体燃料を熱分解する本発明のガス化装置においては、急激な温度変化や、予測困難なヒートスポット等を生じさせる炉内発熱が発生せず、熱の供給は、水蒸気が保有する熱の供給に依存するにすぎない。しかも、熱分解反応及び水蒸気改質反応が吸熱反応であることから、熱分解域における熱分解ガス及び水蒸気の温度は、気流方向に温度降下するにすぎない。従って、触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度、及び／又は、触媒層から流出した改質ガスの温度を検出し、この温度検出結果に基づいて、熱分解域に供給される高温水蒸気の温度制御及び流量制御を実行することにより、安定した熱分解域の温度場又は温度勾配が得られるとともに、適切な触媒反応温度の熱分解ガス及び水蒸気が触媒層に流入せしめられる。

【0011】

触媒層を熱分解炉内に組み込んだ本発明のガス化装置によれば、熱分解炉とは別体の触媒内蔵型改質装置を格別に設けることを要しないので、ガス化システム全体の装置構成を簡素化し且つ小型化することができる。また、触媒に適した熱分解ガスの温度は、固体燃料の熱分解のために熱分解域に供給された水蒸気の熱によって実質的に確保し得るので、格別の内熱手段又は外熱手段を設ける必要がなく、しかも、熱分解域に発生した熱分解ガスは、発生直後に触媒層に導入されるので、熱分解工程から改質工程に移行する段階では、大きな熱損失やガス温低下が生じない。従って、本発明のガス化装置を備えたガス化システムにおいては、系内の熱効率は、かなり改善される。更に、局部発熱等に起因した異常高温の熱分解ガスが触媒層に流入する懸念がなく、触媒の高温劣化を確実に防止することができるので、耐熱温度が低い比較的安価な触媒や、限られた温度域においてのみ触媒作用を有効に発揮する比較的安価な水蒸気改質触媒を使用することが可能となる。加えて、熱分解域には実質的に水蒸気のみが供給されるので、窒素を含まない改質ガス(合成ガス)を後続工程の装置（熱回収装置、精製装置等）に供給することができる。なお、本発明において、「固体燃料」は、ゲル状物質、高粘性物質、含水率が低下したスラリー状物質等の半固体燃料を含む概念である。

【発明の効果】

【0012】

本発明は、固体燃料を熱分解してガス化するとともに、水蒸気改質触媒を用いて熱分解ガスを効率的に水蒸気改質することができる簡易且つコンパクトな構成の固体燃料ガス化装置を提供する。

【0013】

本発明は又、簡易且つコンパクトな構成の装置を使用して固体燃料を熱分解ガス化するとともに、発生した熱分解ガスを同一装置内で水蒸気改質触媒の存在下に効率的に水蒸気改質することができる固体燃料ガス化方法を提供する。

【発明を実施するための最良の形態】

【0014】

本発明の好適な実施形態によれば、ガス化炉は、従来のガス化炉の炉体を上方又は側方に拡大又は拡幅した構造を有し、改質部は、熱分解域の上方又は側方に配置される。高温水蒸気は、固定床から熱分解域に上向きに吹込み、熱分解域の熱分解ガス及び水蒸気の混合気は、熱分解域の上方又は側方の触媒層に流入する。なお、本発明においては、改質部と熱分解域とが同一断面又は等断面で連続することは、必ずしも必要ではなく、隔壁等によって改質部と熱分解域とを部分的に区画しても良い。

【0015】

好ましくは、高温水蒸気は、固定床から熱分解域に上向きに吹込み、触媒層は、熱分解域の上方又は側方に配置される。更に好ましくは、上記水蒸気制御手段は、上記温度検出手段の検出結果に基づいて、上記熱分解域に供給すべき高温水蒸気の温度及び流量を可変制御する水蒸気温度制御手段及び水蒸気量制御手段を有し、触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の混合気の温度又は改質ガスの温度が所定温度を超えるとき、熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を低減し、混合気又は改質ガスの温度が所定温度未満であるとき、熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を増大させる。例えば、高温水蒸気の温度が一定温度（例えば、１０００℃）に安定した後においては、改質部に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度は、熱分解域の熱負荷と関連して変動する。しかしながら、本発明の上記構成によれば、熱分解域に供給される高温水蒸気の流量を可変制御することにより、改質部に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度を適切な触媒反応温度に安定させることができる。

【0016】

本発明の好適な実施形態においては、熱分解域に供給される高温水蒸気の温度は、１０００℃以上の温度に設定され、触媒層に流入する熱分解ガス及び水蒸気の温度は、６００℃以上の温度に設定される。

【実施例1】

【0017】

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

【0018】

図１は、本発明の固体燃料ガス化装置を備えたガス化システムの全体構成を概略的に示すブロックフロー図である。

【0019】

図１に示す固体燃料ガス化システムは、固体燃料Ｆを熱分解し且つ熱分解ガスを改質する固体燃料ガス化装置（以下、単に「ガス化装置」という。）と、温度約１０００℃の高温水蒸気をガス化装置に供給する水蒸気加熱装置と、ガス化装置から排出されたチャー等を燃焼させる燃焼炉とを備える。

【0020】

ガス化装置の炉内領域は、固体燃料Ｆを高温水蒸気によって熱分解するガス化部と、触媒層を備えた改質部とから構成される。ガス化装置の装置内領域（炉内領域）は、初期的に炉内に存在する空気及び酸素や、固体燃料供給時に固体燃料Ｆと一緒に炉内に流入し得る少量の空気の他は、空気及び酸素の供給を絶たれた領域であり、ガス化装置の装置内領域には、実質的に固体燃料Ｆ及び高温水蒸気のみが供給される。

【0021】

水蒸気加熱装置は、高温水蒸気供給路ＨＳによってガス化装置に接続され、高温水蒸気がガス化部に供給される。固体燃料供給路Ｌ１がガス化装置に接続され、固体燃料Ｆが、ガス化部に供給される。ガス化部は、高温水蒸気によって固体燃料Ｆを熱分解して熱分解ガスを発生させる。改質部は、ガス化部に生成した熱分解ガスを触媒層の水蒸気改質触媒によって水蒸気改質し、改質ガスを改質ガス給送路Ｌ１０に送出する。改質ガス給送路Ｌ１０は、熱回収・ガス精製装置に接続されており、改質部の改質ガスは、改質ガス給送路Ｌ１０を介して熱回収・ガス精製装置に供給される。改質ガス給送路Ｌ１０には、改質ガスを浄化可能なセラミックフィルター等の除塵装置が介装される。所望により、改質ガスの一部が、分岐路Ｌ１１を介して燃焼炉に供給される。

【0022】

熱回収・ガス精製装置は、精製ガス送出路Ｌ１２によって発電設備等（発電設備の内燃機関、燃焼機器の燃焼部、水素製造設備の原料供給部等）に接続される。熱回収・ガス精製装置の精製ガスは、燃料ガス又は原料ガスとして発電設備等に供給される。精製ガス供給路Ｌ１２から分岐した分岐路Ｌ１４が、燃焼炉に接続され、精製ガスの一部が、補助燃料として燃焼炉に供給される。

【0023】

ガス化装置には、チャー排出路Ｌ２が接続される。ガス化装置のチャーがチャー排出路Ｌ２によって燃焼炉に供給される。燃料Ｆ’が固体燃料供給路Ｌ６を介して燃焼炉に供給される。好ましくは、燃料Ｆ’として、固体燃料Ｆの一部が使用される。

【0024】

空気供給路Ｌ３が燃焼炉に接続され、チャー、固体燃料Ｆ’、精製ガス等が燃焼炉において燃焼反応し、高温の燃焼ガス（本例では、約８００℃の燃焼ガス）が燃焼炉に生成する。燃焼ガス送出路Ｌ４が、水蒸気加熱装置に接続される。燃焼ガス送出路Ｌ４には、燃焼ガスを浄化可能なセラミックフィルター等の除塵装置と、燃焼ガスを再燃焼させる再燃焼装置とが介装される。空気供給路Ｌ３の分岐路Ｌ５が、再燃焼装置に接続される。燃焼炉に生成した燃焼ガスは、除塵装置で除塵された後、再燃焼装置で再熱され、しかる後、高温の燃焼ガス（本例では、約１２００℃の燃焼ガス）として水蒸気加熱装置に供給される。所望により、高温燃焼ガスの温度を安定させるために精製ガス又は改質ガスの一部を再燃焼装置に供給する補助燃料供給路Ｌ２１、Ｌ２２が、再燃焼装置に接続される。

【0025】

熱回収・ガス精製装置には、給水管路ＳＷ及び水蒸気供給路Ｌ７が接続される。水蒸気供給路Ｌ７の下流端は、水蒸気加熱装置に連結され、改質ガスの回収熱により生成した水蒸気が、水蒸気供給路Ｌ７を介して水蒸気加熱装置に供給される。水蒸気加熱装置に供給された水蒸気は、燃焼ガス送出路Ｌ４の燃焼ガスと熱交換して所定温度（温度約１０００℃）に加熱された後、高温水蒸気供給路ＨＳからガス化装置のガス化部に供給される。他方、水蒸気供給路Ｌ７の水蒸気と熱交換して冷却した燃焼ガスは、排気管ＥＸを介して系外に排気される。

【0026】

図２は、図１に示すガス化装置の構造を概略的に示す断面図である。

【0027】

ガス化装置１は、熱分解域１１を形成する炉体１０を備える。炉体１０の側部には、固体燃料Ｆを炉内に連続供給可能な燃料供給装置５０が配設される。炉体１０の下部には、多数の通気孔を備えた炉床１２が形成される。炉床１２は、多数の通気孔を穿孔したセラミック製固定床である。高温水蒸気供給路ＨＳ及びチャー排出路Ｌ２は、炉体１０の炉底部１３に接続される。固体燃料Ｆが燃料供給装置５０によって熱分解域１１に投入され、炉床１２上に堆積する。炉底部１３に導入された高温水蒸気供給路ＨＳの高温水蒸気は、炉底部１３から上向きに炉内に吹込む。高温水蒸気は、炉床１２の通気孔を通過して固体燃料Ｆに伝熱接触し、固体燃料Ｆを加熱する。固体燃料Ｆの熱分解により、熱分解ガスＰが熱分解域１１に発生する。熱分解域１１、炉床１２及び炉底部１３は、図１に示すガス化部を構成する。

【0028】

炉体１０の上部域には、通気性を有する支持体２２が配設され、水蒸気改質反応用の触媒、例えば、ルテニウムをアルミナ担体に担持してなるルテニウム触媒（Ru/Al₂O₃触媒）の触媒層２１が支持体２２上に配置される。熱分解ガスＰは、触媒層２１を流通して、改質ガス流出域２３に流入する。触媒層２１、支持体２２及び流出域２３は、図１に示す改質部を構成する。なお、所望により、図２に仮想線で示すような部分隔壁１４等を触媒層２１の下側に配設しても良い。

【0029】

熱分解ガスＰに含まれるタール分等の重質炭化水素は、触媒の存在下に進行する炭化水素及び水蒸気の吸熱改質反応によって改質され、熱分解ガスＰは、比較的多量の水素、一酸化炭素及び軽質炭化水素を含む改質ガス（合成ガス）Ｒに改質される。炉体１０の上部に接続された改質ガス給送路Ｌ１０は、改質ガス流出域２３と連通しており、流出域２３の改質ガスＲは、改質ガス給送路Ｌ１０に送出され、除塵装置６０によって浄化される。

【0030】

水蒸気加熱装置を構成する熱交換器３０が、図２に示されている。熱交換器３０の一次側（流入側）には、水蒸気供給路Ｌ７及び燃焼ガス送出路Ｌ４が接続され、熱交換器３０の二次側（流出側）には、排気管ＥＸ及び高温水蒸気供給路ＨＳが接続される。水蒸気供給路Ｌ７には、流量制御弁３１が介装され、高温水蒸気供給路ＨＳには、水蒸気温度検出器３２が介装される。制御弁３１及び検出器３２は、制御信号線（二点点鎖線で示す）によって制御装置４０に接続される。再燃焼装置（図１）によって再燃焼した燃焼ガス送出路Ｌ４の燃焼ガスが、約１２００℃の高温熱媒体として熱交換器３０に供給される。水蒸気供給路Ｌ７の水蒸気は、高温熱媒体（燃焼ガス）との顕熱交換によって加熱される。制御装置４０は、高温水蒸気供給路ＨＳの水蒸気温度が所定温度（本例では、約１０００℃）において安定するように熱交換器３０の伝熱制御部３３を遠隔制御する。制御装置４０は又、制御弁３１を制御し、炉底部１３に導入される高温水蒸気の流量を可変制御する。

【0031】

ガス化装置１は、触媒層２１に流入する熱分解ガスＰの温度を検出するガス温度検出器３６を備える。ガス温度検出器３６は、炉体１０の上部域に配設される。所望により、改質ガスＲの温度を検出するガス温度検出器３８が、改質ガス給送路Ｌ１０に配設される。ガス温度検出器３６、３８は、制御信号線（二点鎖線で示す）によって制御装置４０に接続される。

【0032】

次に、図２に示すガス化装置１の作動について説明する。

【0033】

適当に前処理された都市ゴミ等の廃棄物や、木質バイオマス燃料、廃プラスチック等の固体燃料Ｆが、燃料供給装置５０によって熱分解域１１に導入され、炉床１２上に堆積する。熱交換器３０によって加熱された高温（温度約１０００℃）の水蒸気が、炉床１２の通気孔を通過して固体燃料Ｆに接触し、固体燃料Ｆを加熱する。固体燃料Ｆは、高温水蒸気が保有する熱を受熱して熱分解し、熱分解ガスＰ及び水蒸気の混合気が熱分解域１１に発生する。

【0034】

制御装置４０は、触媒層２１に流入する熱分解ガスＰ及び水蒸気の混合気の温度を温度検出器３６によって検出し、ガス温度が所定温度（６００℃）を超える場合、炉底部１３に供給される高温水蒸気の流量を低減するように流量制御弁３１を制御する。高温水蒸気は、伝熱制御部３３の制御下に一定の温度（約１０００℃）を維持するので、熱分解域１１に供給される熱量は低下し、この結果、触媒層２１に流入する熱分解ガスＰ及び水蒸気の温度は低下する。温度検出器３６が所定温度（６００℃）未満のガス温度を検出する場合、制御装置４０は、炉底部１３に供給される高温水蒸気の流量を増大するように流量制御弁３１を制御する。この結果、熱分解域１１に供給される熱量は増大し、触媒層２１に流入する熱分解ガスＰ及び水蒸気の温度は上昇する。

【0035】

即ち、ガス化装置１の炉内領域には、酸化発熱反応が生じないので、炉内の温度勾配は、高温水蒸気供給路ＨＳの水蒸気供給量及び水蒸気温度によって制御することができる。本例においては、制御装置４０は、炉底部１３に供給される高温水蒸気の温度が一定温度（１０００℃）に安定するように熱交換器３０を制御し、ガス化装置１の炉内温度勾配は、炉底部１３に供給される高温水蒸気の流量によって決定される。従って、触媒層２１に流入する熱分解ガスＰ及び水蒸気の温度は、流量制御弁３１による水蒸気量の流量制御により、使用した触媒（本例では、ルテニウム触媒）に適した反応温度（本例では、６００℃）に制御される。

【0036】

触媒層２１に流入した熱分解ガスは、触媒作用の下で進行する炭化水素の水蒸気改質反応を受ける。タール分等の重質炭化水素を比較的多量に含む熱分解ガスは、比較的多量の水素、一酸化炭素、軽質炭化水素を含む高カロリーの改質ガスＲに改質される。改質ガスＲは、改質ガス給送路Ｌ１０に送出され、除塵装置６０（仮想線で示す）によって浄化された後、熱回収・ガス精製装置に供給される。

【0037】

このような構成のガス化装置１によれば、実質的に高温水蒸気のみがガス化炉に供給されることから、ガス化装置１は、窒素を含まない改質ガスＲを後続の工程に供給することができる。また、実質的に高温水蒸気のみがガス化炉に供給されることから、ガス化炉の炉内に酸化発熱反応が生じないので、炉内の温度場は、ガス化装置１に供給される高温水蒸気の温度以上には上昇せず、従って、炉内の温度場は、比較的低温であり、しかも、比較的安定した温度勾配を示す。このため、水蒸気改質触媒の高温劣化をもたらす温度暴走や、局所的な異常高温等が発生する懸念がなく、従って、水蒸気改質触媒を触媒層２１として熱分解域１１に直に配置し、或いは、熱分解域１１に連続するガス化装置１の炉内領域に配置することができる。また、このようなガス化装置１においては、炉内の温度場は、高温水蒸気の温度及び供給量の制御によって確実に制御されることから、温度暴走や局部的な異常高温も生じ得ないので、使用温度が比較的低温に制限された比較的安価な水蒸気改質触媒や、限られた温度域においてのみ触媒作用を有効に発揮する比較的安価な水蒸気改質触媒を使用することが可能となる。

【0038】

上記構成のガス化装置１は又、熱分解炉内に直に改質器を組込んだ極めて簡素且つコンパクトな構造を有する。しかも、上記構成のガス化装置１においては、熱分解域１１に発生した熱分解ガスＰは、発生直後に触媒層２１に流入するので、熱分解工程から改質工程に移行する際に生じるガス温度低下や再熱処理等に伴う熱損失は生じない。これは、別体の熱分解炉及び改質器を熱分解ガス流路によって接続した構成を有する従来のガス化システムと比べ、システム全体の熱効率を向上する上で極めて有利である。

【実施例2】

【0039】

図３は、図２に示すガス化装置１の変形例を概略的に示す断面図である。図３において、図２に示すガス化装置１の構成要素と実質的に同一又は同等の構成要素については、同一の参照符号が付されている。

【0040】

図３に示すガス化装置１においては、燃料供給装置５０は、炉体１０の頂部に配置され、固体燃料Ｆは、炉体頂部から熱分解域１１に投入される。炉体１０は、側方に拡張されており、触媒層２１を収容可能な改質部が、隔壁１５によって熱分解域１１から区画される。改質部は、隔壁１５の上方に形成された開口部を介して熱分解域１１と連続する。所望により、ガス化部及び改質部を連通する開口部に除塵装置６１（仮想線で示す）を配設しても良い。

【0041】

前述の実施例と同じく、固体燃料Ｆが、燃料供給装置５０によって熱分解域１１に投入され、炉床１２上に堆積する。高温（１０００℃）の水蒸気が、炉床１２を介して熱分解域１１に供給される。固体燃料Ｆは熱分解し、熱分解ガスＰを熱分解域１１に発生させる。熱分解ガスＰ及び水蒸気の混合気は、触媒層２１を流下し、熱分解ガスＰに含まれるタール分等の重質炭化水素は、触媒の存在下に進行する吸熱改質反応により改質され、比較的多量の水素、一酸化炭素及び軽質炭化水素を含む高カロリーの改質ガス（合成ガス）Ｒに改質され、改質ガス流出域２３から改質ガス給送路Ｌ１０に送出される。

【0042】

図３に示すガス化装置１の他の構成は、図２に示す実施例と実質的に同一であるので、図２に関する説明を引用することにより、更なる詳細な説明を省略する。

【0043】

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

【0044】

例えば、上記実施例では、ルテニウム触媒（Ru/Al₂O₃触媒）が改質部に充填されているが、ニッケル系触媒、酸化鉄系触媒等の他の種類の水蒸気改質触媒を使用しても良い。

【0045】

また、上記実施例では、高温水蒸気の発生源として、チャー燃焼炉及び熱交換器を使用しているが、高温の水蒸気を生成可能な他の構成の水蒸気発生源によって高温水蒸気を生成しても良い。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、有機性廃棄物、低質固形燃料等をガス化し、水素、一酸化炭素、軽質炭化水素を比較的多量に含む合成ガスを生成する固体燃料ガス化装置に適用される。本発明は殊に、木質バイオマス燃料、廃プラスチック、廃油、脱水ケーキ、廃棄物再生燃料のように比較的均質な材質又は素材より構成される固体燃料をガス化するガス化装置や、適切に分別処理された廃棄物（生活ゴミ又は都市ゴミ等）をガス化するガス化装置に好ましく適用される。

【図面の簡単な説明】

【0047】

【図1】本発明の固体燃料ガス化装置を備えたガス化システムの全体構成を概略的に示すブロックフロー図である。

【図2】図１に示す固体燃料ガス化装置の構成を概略的に示す断面図である。

【図3】図２に示すガス化装置の変形例を示す断面図である。

【符号の説明】

【0048】

１０ 炉体
１１ 熱分解域
１２ 炉床
１３ 炉底部
２１ 触媒層
２２ 支持体
２３ 改質ガス流出域
３０ 熱交換器
３１ 流量制御弁
３２ 水蒸気温度検出器
３６、３８ ガス温度検出器
４０ 制御装置
５０ 燃料供給装置
ＨＳ 高温水蒸気供給路
Ｆ 固体燃料
Ｐ 熱分解ガス
Ｒ 改質ガス

【図1】

【図2】

【図3】