(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023094849
(43)【公開日】2023-07-06
(54)【発明の名称】バイオマス水性ガス化システム
(51)【国際特許分類】
C10J 3/64 20060101AFI20230629BHJP
C10B 53/02 20060101ALI20230629BHJP
B09B 3/40 20220101ALI20230629BHJP
B09B 3/00 20220101ALI20230629BHJP
【ＦＩ】
C10J3/64
C10B53/02
B09B3/00 302Z
B09B3/00 ZAB
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021210402
(22)【出願日】2021-12-24
(71)【出願人】
【識別番号】512212058
【氏名又は名称】新和環境株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100181940
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 禎浩
(72)【発明者】
【氏名】飯野 公夫
【テーマコード（参考）】
4D004
4H012
【Ｆターム（参考）】
4D004AA02
4D004AA03
4D004AA04
4D004AA12
4D004AA31
4D004AB01
4D004AC05
4D004BA03
4D004CA27
4D004CA42
4D004CB05
4D004CB36
4D004CC01
4D004CC03
4D004DA06
4H012JA00
(57)【要約】
【課題】 バイオマスを安定的に炭化、熱分解処理するシステムを提供すること。
【解決手段】 バイオマスを炭化する炭化部２０と、炭化部２０で生じた炭化物に過熱蒸気を混合、熱分解して水性ガス化する熱分解部３０と、熱分解部３０に過熱蒸気を供給する過熱蒸気生成部４０と、を備えた水性ガス化システム１００において、炭化部２０が、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を熱分解部３０に供給する炭化物生成部２０Ａと、炭化物生成部２０Ａで生じた可燃性ガスを燃焼させ、熱分解部３０に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部２０Ｂと、が独立的に温度制御可能となるように分離された水性ガス化システムを提供する。
【選択図】 図２
【解決手段】 バイオマスを炭化する炭化部２０と、炭化部２０で生じた炭化物に過熱蒸気を混合、熱分解して水性ガス化する熱分解部３０と、熱分解部３０に過熱蒸気を供給する過熱蒸気生成部４０と、を備えた水性ガス化システム１００において、炭化部２０が、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を熱分解部３０に供給する炭化物生成部２０Ａと、炭化物生成部２０Ａで生じた可燃性ガスを燃焼させ、熱分解部３０に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部２０Ｂと、が独立的に温度制御可能となるように分離された水性ガス化システムを提供する。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイオマスを炭化する炭化部と、前記炭化部で生じた炭化物に過熱蒸気を混合、熱分解して水性ガス化する熱分解部と、前記熱分解部に前記過熱蒸気を供給する過熱蒸気生成部と、を備えた水性ガス化システムにおいて、
前記炭化部は、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を前記熱分解部に供給する炭化物生成部と、前記炭化物生成部で生じた可燃性ガスを燃焼させ、前記熱分解部に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部と、からなり、
前記炭化物生成部と前記可燃性ガス燃焼部は、独立的に温度制御可能となるように分離された水性ガス化システム。
前記炭化部は、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を前記熱分解部に供給する炭化物生成部と、前記炭化物生成部で生じた可燃性ガスを燃焼させ、前記熱分解部に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部と、からなり、
前記炭化物生成部と前記可燃性ガス燃焼部は、独立的に温度制御可能となるように分離された水性ガス化システム。
【請求項2】
前記熱分解部からの燃焼ガスと外部からの空気を熱交換する第１の熱交換部と、
前記熱交換によって得られた空気と前記可燃性ガス燃焼部で生じた燃焼ガスを熱交換する第２の熱交換部と、を備え、
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する請求項１に記載の水性ガス化システム。
前記熱交換によって得られた空気と前記可燃性ガス燃焼部で生じた燃焼ガスを熱交換する第２の熱交換部と、を備え、
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する請求項１に記載の水性ガス化システム。
【請求項3】
前記第２の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを、前記熱分解部に熱源の一部として供給し、
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記過熱蒸気生成部に熱源の一部として供給する請求項２に記載の水性ガス化システム。
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記過熱蒸気生成部に熱源の一部として供給する請求項２に記載の水性ガス化システム。
【請求項4】
前記第２の熱交換部から供給され、前記水性ガス化システム中の所望のパートの熱源の一部とされた前記空気を、前記水性ガス化システム中の別のパートの熱源の一部として供給する請求項２に記載の水性ガス化システム。
【請求項5】
前記第２の熱交換部から供給され、前記過熱蒸気生成部で熱源の一部とされた前記空気を、前記炭化物生成部の熱源の一部として供給する請求項３に記載の水性ガス化システム。
【請求項6】
前記第１の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する請求項２～５のいずれか１項に記載の水性ガス化システム。
【請求項7】
前記第１の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを前記炭化部に供給されるバイオマスの乾燥用とする請求項６に記載の水性ガス化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイオマスを炭化し、さらに過熱蒸気と混合して熱分解し、水性ガスを生成するシステム（バイオマス水性ガス化システム）に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、バイオマスの利用について注目が高まっている。バイオマスとは、動植物等から生まれた生物資源の総称である。バイオマスは、発生源の観点から、林地残材や製材廃材等の木質系、建築廃材系、古紙等の製紙工場系、稲わらやトウモロコシ残渣等の農業残渣や家畜排泄物といった農業・家畜・水産系、食品加工廃棄物や水産加工残渣等の食品産業系、下水汚泥やし尿等の生活系等に分類される。
【0003】
これらの中で、木質系、建築廃材系のバイオマス（以下、木質系バイオマスという）の処理は、燃焼処理の際に熱エネルギーを取り出すサーマルリサイクルが一般的であった。そして、近年では、木質系バイオマスから取り出された水素による発電等も行われるようになってきた。
【0004】
具体的には、木質系バイオマスを炭化する炭化炉と、前記炭化炉で得られた炭化物および燃焼ガスにより熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを用いて電力を得る発電装置とを備え、前記炭化炉に供給する空気の供給量を制御する空気供給制御部を設け、前記空気の供給量により温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給することを特徴とするバイオマス発電システムが挙げられる（特許文献１）。
【0005】
上記システムは、木質系バイオマスを炭化物とする炭化炉、得られた炭化物を高温蒸気によって熱分解し、水素や二酸化炭素等（水性ガス）を生じさせる熱分解炉、水性ガスから電力を得る発電装置を基本構成とするものである。
【0006】
ここで、特許文献１に記載の炭化炉は、炭化物の生成とともに、炭化の過程で生じた燃焼ガスから熱を得て、次工程に熱供給するものであるが、当該処理は、上下方向に貫通する装置の下部と上部で行われるものであるため、各部の熱が相互に影響することになる。結果として、炭化物の収量は、安定しない。
【0007】
また、システムを流動するガス中に不純物が含まれ、これが、システム各部の目詰まりや腐食等の原因となる。例えば、炭化炉における炭化物生成過程で、不完全燃焼によって生じたススやタール、灰分、ダスト等の不純物（以下、「スス等」と言う。）が、高温化した燃焼ガスとともに次工程に送られ、熱分解炉に付着し、炉の目詰まりや腐食等を引き起こす。このように、バイオマス処理過程でシステム中に発生する不純物は、システムの不具合の原因となり、システムの性能を低下させる。
【0008】
このように、木質系バイオマスを炭化、熱分解する従来システムには次の問題がある。まず、不安定な燃焼によって、不純物の発生や木質系バイオマスから得られる炭化物の品質にバラつきを生じさせ、結果として、安定した稼働ができなくなることである。そして、炭化過程で生じた不純物の影響によって、システムの保守、メンテナンスに過大な労力が必要となり、システムの安定的な稼働ができなくなることである。成分要素中のケイ素と炭素との比率が所定範囲内に規制されている活性化石炭粒状材
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開２０１７－１３２９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、バイオマスを安定的に炭化、熱分解処理するシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
第１の発明は、バイオマスを炭化する炭化部と、前記炭化部で生じた炭化物に過熱蒸気を混合、熱分解して水性ガス化する熱分解部と、前記熱分解部に前記過熱蒸気を供給する過熱蒸気生成部と、を備えた水性ガス化システムにおいて、前記炭化部は、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を前記熱分解部に供給する炭化物生成部と、前記炭化物生成部で生じた可燃性ガスを燃焼させ、前記熱分解部に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部と、からなり、前記炭化物生成部と前記可燃性ガス燃焼部は、独立的に温度制御可にとなるように分離された水性ガス化システムである。また、第２の発明は、前記熱分解部からの燃焼ガスと外部からの空気を熱交換する第１の熱交換部と、前記熱交換によって得られた空気と前記可燃性ガス燃焼部で生じた燃焼ガスを熱交換する第２の熱交換部と、を備え、前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する第１の発明の水性ガス化システムである。また、第３の発明は、前記第２の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを、前記熱分解部に熱源の一部として供給し、前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記過熱蒸気生成部に熱源の一部として供給する第２の発明の水性ガス化システムである。また、第４の発明は、前記第２の熱交換部から供給され、前記水性ガス化システム中の所望のパートの熱源の一部とされた前記空気を、前記水性ガス化システム中の別のパートの熱源の一部として供給する第２の発明の水性ガス化システムである。また、第５の発明は、前記第２の熱交換部から供給され、前記過熱蒸気生成部で熱源の一部とされた前記空気を、前記炭化物生成部の熱源の一部として供給する第３の発明の水性ガス化システムである。また、第６の発明は、前記第１の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する第２～５のいずれかの発明の水性ガス化システムである。また、第７の発明は、前記第１の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを前記炭化部に供給されるバイオマスの乾燥用とする第６の発明の水性ガス化システムである。
【発明の効果】
【0012】
本発明は、炭化物生成部と前記可燃性ガス燃焼部が、相互の温度影響が少なく、独立的に温度制御が可能であることから、炭化物の収量を安定化できるとともに、スス等の発生を抑制する効果が期待できる。また、本発明は、第１および第２の熱交換によって、回収熱の有効利用と同時に不純物がシステムを循環するのを防ぐことで、システムが安定稼働する効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】従来システムの概念図である。
【図2】本発明に係るシステムの第１の形態の概念図である。
【図3】本発明に係る炭化物生成部と可燃性ガス燃焼部の概念の例である。
【図4】本発明に係る炭化物生成部と可燃性ガス燃焼部の概念の例（従来システムをベースにした例）である。
【図5】本発明に係るシステムの第２の形態の概念図である。
【図6】本発明に係る熱交換部の装置の一例である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
【0015】
＜用語＞
炭化部とは、バイオマスを燃焼し、炭化処理を行う機能を有するパートのことである。従来システムにおいて、炭化部は、炭化処理を行う機能と炭化処理の過程で生じた可燃性ガスの燃焼を行う機能が炭化炉内で一体的に行うものである。本発明に係るシステムでは、炭化処理を行うのが炭化物生成部、可燃性ガスの燃焼を行うのが可燃性ガス燃焼部である。可燃性ガスの燃焼は、残存不純物の燃焼や所望の熱源利用等のために行われる。炭化物生成部と可燃性ガス燃焼部が独立的に温度制御可能とは、互いの熱的影響によって設定温度範囲から外れることなく、それぞれが個別に温度制御可能なことである。また、熱分解部とは、炭化部で得られた炭化物を高温蒸気（これを「過熱蒸気」という。過熱蒸気については後述。）と反応させ、炭化物を水素、二酸化炭素等に熱分解する機能を有するパートのことである。また、過熱蒸気生成部とは、水を蒸気化し、さらに上記熱分解に資する過熱蒸気にまで高温化する機能を有するパートのことである。また、本発明に係るシステムの熱交換部とは、異なる複数の流体の熱エネルギーを交換する機能を有するパートのことである。
炭化部とは、バイオマスを燃焼し、炭化処理を行う機能を有するパートのことである。従来システムにおいて、炭化部は、炭化処理を行う機能と炭化処理の過程で生じた可燃性ガスの燃焼を行う機能が炭化炉内で一体的に行うものである。本発明に係るシステムでは、炭化処理を行うのが炭化物生成部、可燃性ガスの燃焼を行うのが可燃性ガス燃焼部である。可燃性ガスの燃焼は、残存不純物の燃焼や所望の熱源利用等のために行われる。炭化物生成部と可燃性ガス燃焼部が独立的に温度制御可能とは、互いの熱的影響によって設定温度範囲から外れることなく、それぞれが個別に温度制御可能なことである。また、熱分解部とは、炭化部で得られた炭化物を高温蒸気（これを「過熱蒸気」という。過熱蒸気については後述。）と反応させ、炭化物を水素、二酸化炭素等に熱分解する機能を有するパートのことである。また、過熱蒸気生成部とは、水を蒸気化し、さらに上記熱分解に資する過熱蒸気にまで高温化する機能を有するパートのことである。また、本発明に係るシステムの熱交換部とは、異なる複数の流体の熱エネルギーを交換する機能を有するパートのことである。
【0016】
＜従来システム＞
図１は、従来システムの概念図である。従来システムは、バイオマスを乾燥させる乾燥部１０、乾燥部１０から送られたバイオマスを燃焼によって炭化する炭化部２０、炭化部２０から送られた炭化物を過熱蒸気によって熱分解する熱分解部３０、水から過熱蒸気を生成し、熱分解部３０に送る過熱蒸気生成部４０、が主な構成要素である。ここで示される従来システムは、後述の炭化物生成部と可燃性ガス燃焼部に機能が分離されていない炭化部を有するシステムである。
図１は、従来システムの概念図である。従来システムは、バイオマスを乾燥させる乾燥部１０、乾燥部１０から送られたバイオマスを燃焼によって炭化する炭化部２０、炭化部２０から送られた炭化物を過熱蒸気によって熱分解する熱分解部３０、水から過熱蒸気を生成し、熱分解部３０に送る過熱蒸気生成部４０、が主な構成要素である。ここで示される従来システムは、後述の炭化物生成部と可燃性ガス燃焼部に機能が分離されていない炭化部を有するシステムである。
【0017】
図１に係るシステムでは、炭化部２０等における燃焼ガスが、熱源として再利用される。すなわち、炭化部２０における燃焼ガスは、熱分解部３０に送られ、熱源の一部として利用される。また、熱分解部３０における燃焼ガスは、過熱蒸気生成部４０に送られ、熱源の一部として利用される。また、過熱蒸気生成部４０における燃焼ガスは、乾燥部１０に送られ、熱源の一部として利用される。
【0018】
当該システムにおいて生じたガス等は、適宜、回収、放出される。すなわち、乾燥部１０において乾燥に使用された燃焼ガスは、大気に放出される。また、熱分解部３０で生じた水性ガスから選別された水素ガスは、燃料用として回収、利用される。また、図では省略されているが、熱分解部３０では残渣として炭が生じる。この炭は、回収され、各種用途に利用される。
【0019】
＜本発明に係るシステムに用いられる技術＞
図２は、本発明に係るシステム１００の第１の形態の概念図である。本発明に係る熱分解部３０、過熱蒸気生成部４０は、特開２０１６－１２１２５６号公報、特開２０１７－１３２６７６号炭化物生成部２０Ａや可燃性ガス燃焼部２０Ｂ、公報、特開２０１７－１３２９６９号公報等に記載された装置や方法、これらに準じた技術が用いられたものでもよい。また、本発明に係るシステム１００の熱交換部３０は、これらの文献に記載された炭化炉、炭化方法、熱交換器、熱交換方法を基本技術として、本発明の実現に必要な、所望の機能を有するように改良されたものでもよい。例えば、炭化炉等の温度制御は上記文献中に記載された、燃焼のための供給空気量の調整に基づく手段が採用されたものでよいし、その他技術常識に基づくものでもよい。
図２は、本発明に係るシステム１００の第１の形態の概念図である。本発明に係る熱分解部３０、過熱蒸気生成部４０は、特開２０１６－１２１２５６号公報、特開２０１７－１３２６７６号炭化物生成部２０Ａや可燃性ガス燃焼部２０Ｂ、公報、特開２０１７－１３２９６９号公報等に記載された装置や方法、これらに準じた技術が用いられたものでもよい。また、本発明に係るシステム１００の熱交換部３０は、これらの文献に記載された炭化炉、炭化方法、熱交換器、熱交換方法を基本技術として、本発明の実現に必要な、所望の機能を有するように改良されたものでもよい。例えば、炭化炉等の温度制御は上記文献中に記載された、燃焼のための供給空気量の調整に基づく手段が採用されたものでよいし、その他技術常識に基づくものでもよい。
【0020】
＜本発明に係るシステムに供されるバイオマス＞
本発明に係るシステム１００に供されるバイオマスは、建築廃材由来の、大きさ５０ｍｍ以下の木質チップである。ただし、本発明に用いられるバイオマスは、これに限定されるものではなく、間伐材や製材廃材等の発生起源や、広葉樹、針葉樹等の樹木等の種類は問わない。
本発明に係るシステム１００に供されるバイオマスは、建築廃材由来の、大きさ５０ｍｍ以下の木質チップである。ただし、本発明に用いられるバイオマスは、これに限定されるものではなく、間伐材や製材廃材等の発生起源や、広葉樹、針葉樹等の樹木等の種類は問わない。
【0021】
（実施例１）
本発明に係るシステム１００の第１の形態について、以下に説明する。
本発明に係るシステム１００の第１の形態について、以下に説明する。
【0022】
上述の従来システムの炭化部２０が、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂの２部構成となったものである。炭化部２０が、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂの２部構成であるのは、相互の熱的影響を小さくし、個別に温度制御を容易なものとするためである。
【0023】
具体的には、図３に示されるように、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂが分離したものが挙げられる。図３では、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂが分離していることから、相互の熱的影響が軽減され、各部が温度制御手段によって所望の温度範囲内に制御が容易となる。
【0024】
炭化物生成部２０Ａでは、バイオマスが炭化され、その過程で生じた可燃性ガスは可燃性ガス燃焼部２０Ｂに送られる（図３では、燃焼手段、外気供給手段、炭化物の排出経路等は省略）。可燃性ガス燃焼部２０Ｂでは、可燃性ガスが燃焼され、所望の温度範囲に調整された後に熱分解部に送られる。
【0025】
炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂは、機能的に独立し、互いの熱的影響は少なくなる。すなわち、独立的に温度制御が可能（炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂが個別に稼働した場合、同時に稼働した場合、のいずれにおいても同じ温度制御方法で所望の温度範囲内に制御可能）である。
【0026】
炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂは、従来システムをベースにしたものでもよい。具体的には、図４に示されるように、従来システムの炭化炉の下段部と上段部の間に、可燃性ガスの流路を有する断熱材が設けられたものが挙げられる（図４も図３と同じく、燃焼手段、外気供給手段、炭化物の排出経路等は省略）。
【0027】
このように、本発明における炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂは、独立した処理部でもよいし、従来システムの炭化部において、炭化物燃焼機能と可燃性ガス燃焼機能の間に断熱機構が設けられたものでもよい。
【0028】
本発明に係るシステムの第１の形態によるバイオマスの処理について、以下に説明する。なお、バイオマスの含水率や炭化処理温度、可燃性ガス燃焼温度は、あくまでシステム稼働の一例であり、本発明に係るシステムの運用がこれらに示された範囲に限定されるものではない。また、本発明に係るシステムは、図２等の乾燥部のように、炭化物生成部、可燃性ガス燃焼部、熱分解部、過熱蒸気生成部以外のパートや図２等に示されない機能を有するパートを含むものでもよい。
【0029】
まず、乾燥部１０で１５％以下の含水率にまで乾燥されたバイオマスが、炭化物生成部２０Ａに供給される。炭化物生成部２０Ａは、供給されたバイオマスを燃焼により炭化処理する。炭化処理は、滞留時間と温度によって制御され、炭化物生成部２０Ａの炭化処理温度は、平均で４００～８００℃、好ましくは、５００～６００℃である。バイオマスの炭化の過程では、炭化水素系の可燃性ガス等が発生する。
【0030】
炭化物生成部２０Ａで生成した炭化物は、熱分解部３０に供給される。一方、可燃性ガス等は、可燃性ガス燃焼部２０Ｂに供給される。可燃性ガス燃焼部２０Ｂは、可燃性ガス等を燃焼させる。可燃性ガス燃焼部２０Ｂの燃焼温度は、９００～１３００℃である。燃焼後のガスは、熱源の一部として熱分解部３０に供給される。
【0031】
熱分解部３０に供給された炭化物は、過熱蒸気生成部４０から供給された過熱蒸気と反応（水性ガス化反応）する。ここで、過熱蒸気生成部４０で生成した過熱蒸気の温度は８００℃前後であり、熱分解部３０における水性ガス化反応は、９００～１２００℃である。水性ガス化反応は、炭化物（Ｃ）が、水（Ｈ２Ｏ）と反応し、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）等を生成する反応である。
【0032】
また、可燃性ガス燃焼部２０Ｂからの燃焼ガスは、熱分解部３０の熱源の一部として利用される。さらに、熱分解部３０で熱源の一部として利用された燃焼ガスは、過熱蒸気生成部４０に供給され、過熱蒸気生成部４０の熱源の一部として利用される。過熱蒸気生成部４０で熱源の一部として利用された燃焼ガスは、乾燥部１０に供給され、バイオマスの乾燥に利用された後、大気に放出される。なお、乾燥処理が不要な場合、燃焼ガスは、過熱蒸気生成部４０から大気に放出されるものでよいし、所望のパートに熱源の一部として供給されるものでもよい。
【0033】
（実施例２）
本発明に係るシステム１００の第２の形態について、以下に説明する。
本発明に係るシステム１００の第２の形態について、以下に説明する。
【0034】
図５は、本発明に係るシステム１００の第２の形態の一例の概念図である。上述の第１の形態と同様に、従来システムの炭化部２０が、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂの２部構成となっている。さらに、第２の形態は、熱分解部３０からの燃焼ガスと外部からの空気を熱交換する第１の熱交換部５０、第１の熱交換部５０で熱交換された空気と可燃性ガス燃焼部２０Ｂで生じた燃焼ガスを熱交換する第２の熱交換部６０を備えている。これらの熱交換部の目的は、不純物を含む燃焼ガスと清浄な空気を熱交換し、所望のパートに、熱源の一部として供給することである。従って、これらの熱交換部で熱交換され、高温化した空気は、（図５では、過熱蒸気生成部４０に供給されているが、）図５に記載されたシステム中の所望のパート、又は、図５に記載のない所望のパートに供給されるものでよい。
【0035】
図５に記載のシステムについて、以下に説明する。乾燥部１０、炭化物生成部２０Ａ、可燃性ガス燃焼部２０Ｂ、熱分解部３０、過熱蒸気生成部４０それぞれの役割、機能は、上述の第１の形態と同じである。図５に記載のシステムが図２に記載のシステムと相違する点は、第１の熱交換部５０、第２の熱交換部６０を介した燃焼ガス、空気の流れである。図６は、第１の熱交換部５０と第２の熱交換部６０に用いられる熱交換装置の一例である。この熱交換装置は、管の二重構造となっており、内部の流路を通過する流体とその周囲部の流路を通過する流体が熱交換するものである。ただし、熱交換方式は、これに限定されず、どのような形態の熱交換でもよい。
【0036】
第１の熱交換部５０は、熱分解部３０からの燃焼ガスと清浄な外部空気を熱交換する。第２の熱交換部６０は、第１の熱交換部５０における熱交換によって高温化した空気と可燃性ガス燃焼部２０Ｂからの燃焼ガスを熱交換する。これらの熱交換によって得られた空気（第２の熱交換部の熱交換によって得られた空気）は、清浄な高温空気であり、本発明に係る水性ガス化システム１００の所望のパートに、熱源の一部として利用可能なものとなる。
【0037】
図５では、第２の熱交換部６０において熱交換された空気は、過熱蒸気生成部４０に熱源の一部として供給される。当該空気の温度は、６００℃前後である。過熱蒸気生成部４０の熱源の一部として利用された後、当該空気は、炭化物生成部２０Ａに熱源の一部として供給される。当該空気の温度は、２００～３００℃である。このように、清浄な空気が過熱蒸気生成部４０、炭化物生成部２０Ａに供給される。
【0038】
第２の熱交換部６０において熱交換された燃焼ガスは、熱分解部３０に熱源の一部として供給される。従来システムにおいて、炭化部２０から熱分解部３０に熱源の一部として供給される燃焼ガスは、所望の温度よりも高温となることもあり、その場合、外部空気で希釈して温度を下げる必要があった。そのため、第２の熱交換部６０は、従来システムにおける燃焼ガスの低温化の役割も担うこともできる。また、第１の熱交換部５０において熱交換された燃焼ガスは、乾燥用として乾燥部１０に送られ、その後、大気に放出される。
【0039】
このように、図５に記載のシステムでは、第１の熱交換部５０を出発点として、清浄な空気が、第２の熱交換部６０、過熱蒸気生成部４０、炭化物生成部２０Ａへと供給され、その後、燃焼ガスと混じり、可燃性ガス燃焼部２０Ｂ、第２の熱交換部６０、熱分解部３０、第１の熱交換部５０、乾燥部１０へと供給され、大気放出される。すなわち、図５に示されるシステムは、空気、燃焼ガスが循環を繰り返すものではなく、清浄空気をワンパス利用するものである。
【0040】
（実施例３）
本発明に係るシステム１００の考察について、以下に説明する。
本発明に係るシステム１００の考察について、以下に説明する。
【0041】
まず、第１の形態は、従来の炭化部２０が、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂに分けられ、熱的に分離、独立的にされたものである。すなわち、炭化物生成部２０Ａが、供給されるバイオマスの種類、質、量等に応じて、従来システムよりも高温又は低温に設定された場合でも、可燃性ガス燃焼部２０Ｂにおいて、次工程の熱源として燃焼ガスを所望の温度に調整可能となった。
【0042】
例えば、従来システムでは、バイオマスが通常よりも低温で炭化処理される場合、この炭化処理過程で生じた燃焼ガスも低温となるため、燃焼ガスは、炭化炉の後段で高温処理される必要があった。しかしながら、炭化炉の後段が高温になると、炭化炉の前段もその影響を受けて高温になり、炭化物の収量や品質等に影響を与えてしまう。第１の形態では、炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂは、互いの熱的な影響が少ないため、それぞれ所望の温度に制御可能である。従って、第１の形態は、炭化物の収量、品質を確保でき、また、不完全燃焼によるスス等の発生を抑制できる。
【0043】
炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂの互いの熱的影響を少なくするための方法としては、十分な距離がとられること、それぞれの間に断熱材が設けられること等が挙げられる。ただし、当該方法はこれらに限定されるものではない。炭化物生成部２０Ａと可燃性ガス燃焼部２０Ｂの間の燃焼ガス流路が十分に取られ、当該流路が温度制御機能を備えたものでもよい。また、流路が、冷却用流路、加熱用流路等、複数あり、選択可能なものであってもよい。
【0044】
炭化物生成部２０Ａから可燃性ガス燃焼部２０Ｂへの燃焼ガスに含まれる飛散物（スス等に係る灰分やダスト）は、当該燃焼ガス流路上に設けられたサイクロン捕集装置によって、除去されるものでもよい。例えば、図３に記載の炭化物生成部２０Ａから可燃性ガス燃焼部２０Ｂへの流路へのフィルタ設置が挙げられる。これにより、炭化物生成部２０Ａで発生したスス等の大部分が除去される。さらに、当該流路は、着脱可能とされることで、本発明に係るシステム１００のメンテナンスが軽減されることが示唆される。
【0045】
第２の形態は、第１の熱交換部５０と第２の熱交換部６０を介し、不純物を含む燃焼ガスを清浄な高温空気とすることで、不純物によるシステム各所の目詰まりや腐食等を抑える構成である。熱分解部３０からの燃焼ガスを利用する第１の熱交換部５０と、可燃性ガス燃焼部２０Ｂからの燃焼ガスを利用する第２の熱交換部６０とによって、清浄な高温空気が得られる。
【0046】
図５では、この高温空気が過熱蒸気生成部４０に供給されているが、これは、過熱蒸気生成部４０に用いられる高温化手段（例えば、伝熱管）が不純物から最も保護されるべきものだからである。特に、建築廃材は、塩素系の成分を含むため、高温化環境において、当該成分が伝熱管等の金属系素材等を腐食させる。そのため、熱交換によって生成された清浄な高温空気が利用されることで、金属系素材等の腐食等を防止し、システムが安定的に稼働することが示唆される。
【0047】
ただし、清浄な高温空気の供給先としては、過熱蒸気生成部４０に限らず、システムの所望のパート又はシステム外であってもよい。例えば、高温空気の供給先は、熱分解部３０に供給されるものでもよいし、所望の供給先とつながる複数の流路が選択的に切り替えられ、状況に応じて所望のパートに供給されるものでもよい。また、高温空気は、外部に放出される等、必要に応じて所望のパートへの供給が止められるものでもよい。
【0048】
また、可燃性ガス燃焼部２０Ｂから熱交換部３０までの所定の燃焼ガス流路中に、不純物除去機構が設けられても良い。不純物除去方法としては、例えば、粒子状不純物はサイクロン等の捕集装置の設置が、ガス状不純物は物理吸着や化学吸着特性を有する吸着材の設置が挙げられる。熱分解部３０から得られた炭がガス状不純物の除去に利用されるものでもよい。
【0049】
また、図５では、第１の熱交換部５０からの燃焼ガスは、乾燥部１０の熱源の一部として利用されている。これらの燃焼ガスは、別の、任意のパートの熱源の一部として利用されてもよい。ただし、水性ガス化システム１００が燃焼ガスに含まれる不純物の影響を受けないよう、十分に配慮されるべきである。
【0050】
その他の形態として、水性ガス化システム１００外からの熱源の利用が可能な場合、これが第３の熱交換部として利用されるものでもよい。具体的には、第３の熱交換部において得られた清浄な高温空気を熱分解部３０に熱源の一部として供給することが挙げられる。この場合、第２の熱交換部６０で熱交換された燃焼ガスは大気中に放出されるものでよい。これにより、水性ガス化システム１００の熱分解部３０、過熱蒸気生成部４０は、清浄に保たれる。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明によれば、建築系廃材に限らず、様々な起源のバイオマスを処理するシステムに利用することができる。また、既存の水性ガス化システムの再構築、高度化に利用することができる。
【符号の説明】
【0052】
２０Ａ 炭化物生成部
２０Ｂ 可燃性ガス燃焼部
３０ 熱分解部
４０ 過熱蒸気生成部
５０ 第１の熱交換部
６０ 第２の熱交換部
１００ 水性ガス化システム
２０Ｂ 可燃性ガス燃焼部
３０ 熱分解部
４０ 過熱蒸気生成部
５０ 第１の熱交換部
６０ 第２の熱交換部
１００ 水性ガス化システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【手続補正書】
【提出日】2023-05-25
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイオマスを炭化する炭化部と、前記炭化部で生じた炭化物に過熱蒸気を混合、熱分解して水性ガス化する熱分解部と、前記熱分解部に前記過熱蒸気を供給する過熱蒸気生成部と、を備えた水性ガス化システムにおいて、
前記炭化部は、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を前記熱分解部に供給する炭化物生成部と、前記炭化物生成部で生じた可燃性ガスを燃焼させ、前記熱分解部に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部と、からなり、
前記炭化物生成部と前記可燃性ガス燃焼部は、独立的に温度制御可能となるように分離されており、
前記熱分解部からの燃焼ガスと外部からの空気を熱交換する第１の熱交換部と、
前記熱交換によって得られた空気と前記可燃性ガス燃焼部で生じた燃焼ガスを熱交換する第２の熱交換部と、を備え、
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する水性ガス化システム。
前記炭化部は、前記バイオマスを炭化し、生じた炭化物を前記熱分解部に供給する炭化物生成部と、前記炭化物生成部で生じた可燃性ガスを燃焼させ、前記熱分解部に熱源の一部として供給する可燃性ガス燃焼部と、からなり、
前記炭化物生成部と前記可燃性ガス燃焼部は、独立的に温度制御可能となるように分離されており、
前記熱分解部からの燃焼ガスと外部からの空気を熱交換する第１の熱交換部と、
前記熱交換によって得られた空気と前記可燃性ガス燃焼部で生じた燃焼ガスを熱交換する第２の熱交換部と、を備え、
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する水性ガス化システム。
【請求項2】
前記第２の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを、前記熱分解部に熱源の一部として供給し、
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記過熱蒸気生成部に熱源の一部として供給する請求項１に記載の水性ガス化システム。
前記第２の熱交換部で得られた空気を、前記過熱蒸気生成部に熱源の一部として供給する請求項１に記載の水性ガス化システム。
【請求項3】
前記第２の熱交換部から供給され、前記水性ガス化システム中の所望のパートの熱源の一部とされた前記空気を、前記水性ガス化システム中の別のパートの熱源の一部として供給する請求項１に記載の水性ガス化システム。
【請求項4】
前記第２の熱交換部から供給され、前記過熱蒸気生成部で熱源の一部とされた前記空気を、前記炭化物生成部の熱源の一部として供給する請求項２に記載の水性ガス化システム。
【請求項5】
前記第１の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを、前記水性ガス化システム中の所望のパートに熱源の一部として供給する請求項１～４のいずれか１項に記載の水性ガス化システム
【請求項6】
前記第１の熱交換部で熱交換された燃焼ガスを前記炭化部に供給されるバイオマスの乾燥用とする請求項５に記載の水性ガス化システム。