特許 7605882 バイオマスガス化装置

(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】

(24)【登録日】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】バイオマスガス化装置

(51)【国際特許分類】

   C10J 3/56 20060101AFI20241217BHJP

   C10J 3/54 20060101ALI20241217BHJP

   C10J 3/00 20060101ALI20241217BHJP

【ＦＩ】

C10J3/56

C10J3/54 F

C10J3/00 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023051007

(22)【出願日】2023-03-28

(65)【公開番号】P2024140022

(43)【公開日】2024-10-10

【審査請求日】2023-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100081972

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】尾田 裕介

(72)【発明者】

【氏名】橋本 公太郎

(72)【発明者】

【氏名】千嶋 啓之

【審査官】上坊寺 宏枝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２０８２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－５６８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１６－５０４４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－８７１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２４６３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１５０５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１０Ｊ ３／００、３／５４、３／５６

Ｆ２３Ｇ ５／０２７、５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス化反応炉と、
前記ガス化反応炉に、投入孔を介して上方から、木質バイオマスと不活性ガスとを供給する上側供給部と、
前記ガス化反応炉に、下方から、不活性ガスを含む混合ガスを供給する下側供給部と、
前記投入孔に前記木質バイオマスが詰まった詰まり状態を検出する状態検出部と、
前記状態検出部による検出結果に基づいて、前記上側供給部による不活性ガスの供給量と前記下側供給部による不活性ガスの供給量とを調整するように前記上側供給部および前記下側供給部を制御する流量制御部と、を備え、
前記流量制御部は、前記状態検出部により前記詰まり状態が検出されると、前記上側供給部による不活性ガスの供給量と前記下側供給部による不活性ガスの供給量との和が一定値に維持されるように、前記上側供給部による不活性ガスの供給量を予め定められた第１供給量よりも増加させ、かつ、前記下側供給部による不活性ガスの供給量を予め定められた第２供給量よりも減少させることを特徴とするバイオマスガス化装置。

【請求項2】

請求項１に記載のバイオマスガス化装置において、
前記ガス化反応炉に充填された流動媒体をさらに備え、
前記流量制御部は、前記下側供給部により供給される混合ガスの流速が前記ガス化反応炉における前記流動媒体の最小流動化速度以上となるように前記下側供給部を制御することを特徴とするバイオマスガス化装置。

【請求項3】

請求項２に記載のバイオマスガス化装置において、
前記ガス化反応炉に充填された前記流動媒体の下側の圧力と上側の圧力とをそれぞれ検出する圧力検出部をさらに備え、
前記流量制御部は、前記流動媒体の下側の圧力と上側の圧力との圧力差に基づいて前記流動媒体が所定の流動状態であるか否かを判定し、前記所定の流動状態でないと判定すると、前記上側供給部による不活性ガスの供給量を前記第１供給量に戻し、かつ、前記下側供給部による不活性ガスの供給量を前記第２供給量に戻すことを特徴とするバイオマスガス化装置。

【請求項4】

請求項３に記載のバイオマスガス化装置において、
前記混合ガスは、水蒸気をさらに含み、
前記流量制御部は、前記所定の流動状態でないと判定し、かつ、前記状態検出部により前記詰まり状態が検出されると、前記下側供給部による水蒸気の供給量を減少させることを特徴とするバイオマスガス化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオマスをガス化するバイオマスガス化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、バイオマスを連続的に供給し、ガス化するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。上記特許文献１記載の装置では、ガス化反応器にバイオマスを投入する投入部に観察窓を設け、観察窓を通じて光学センサにより投入部の閉塞状態を検出し、投入部にバイオマスが詰まった閉塞状態が検出されると、高圧窒素ガスを投入部に向けて噴射することで、投入部に詰まったバイオマスを除去する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－２３５１４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記特許文献１記載の装置では、バイオマスが詰まると、投入部を介して反応器内に窒素ガスが噴射されるため、一時的に反応器内の温度が低下することで反応温度が低下し、安定したガス化反応を行うことが難しくなる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様であるバイオマスガス化装置は、ガス化反応炉と、ガス化反応炉に、投入孔を介して上方から、木質バイオマスと不活性ガスとを供給する上側供給部と、ガス化反応炉に、下方から、不活性ガスを含む混合ガスを供給する下側供給部と、投入孔に木質バイオマスが詰まった詰まり状態を検出する状態検出部と、状態検出部による検出結果に基づいて、上側供給部による不活性ガスの供給量と下側供給部による不活性ガスの供給量とを調整するように上側供給部および下側供給部を制御する流量制御部と、を備える。流量制御部は、状態検出部により詰まり状態が検出されると、上側供給部による不活性ガスの供給量と下側供給部による不活性ガスの供給量との和が一定値に維持されるように、上側供給部による不活性ガスの供給量を予め定められた第１供給量よりも増加させ、かつ、下側供給部による不活性ガスの供給量を予め定められた第２供給量よりも減少させる。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、反応温度を維持しながら木質バイオマスの詰まりを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態に係るバイオマスガス化装置のガス化反応炉周辺の構成の一例を概略的に示す図。

【図2】図１の投入孔付近の拡大図。

【図3】本発明の実施形態に係るバイオマスガス化装置の制御構成の一例を概略的に示すブロック図。

【図4】図１の流動媒体の流動状態について説明するための図。

【図5】図３のコントローラにより実行される流量制御処理の一例を示すフローチャート。

【図6】変形例に係るバイオマスガス化装置の投入孔付近の拡大図。

【図7】図６のバイオマスガス化装置の制御構成の一例を概略的に示すブロック図。

【図8】図７のコントローラにより実行される流量制御処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図１～図８を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係るバイオマスガス化装置は、木質バイオマスを熱分解することで、一酸化炭素やメタン等を含む合成ガスを製造する。合成ガスは、例えば発電用ガスエンジンの燃料ガスとして利用することができる。

【0009】

地球の平均気温は、大気中の温室効果ガスにより、生物に適した温暖な状態に保たれている。具体的には、太陽光で暖められた地表面から宇宙空間へと放射される熱の一部を温室効果ガスが吸収し、地表面へと再放射することで、大気が温暖な状態に保たれている。このような大気中の温室効果ガスの濃度が増加すると、地球の平均気温が上昇する（地球温暖化）。

【0010】

温室効果ガスの中でも地球温暖化への寄与が大きい二酸化炭素の大気中における濃度は、バイオマスや化石燃料として地上や地中に固定された炭素と、二酸化炭素として大気中に存在する炭素とのバランスによって決定される。例えば、植物（バイオマス）の生育過程での光合成により大気中の二酸化炭素が吸収されると大気中の二酸化炭素濃度が減少し、化石燃料の消費（燃焼）により二酸化炭素が大気中に放出されると大気中の二酸化炭素濃度が増加する。地球温暖化を抑制するには、化石燃料をバイオマスに由来する再生可能燃料で代替し、炭素排出量を低減することが必要となる。

【0011】

木質バイオマスのガス化では、予め粉砕された木質バイオマスのチップを高温のガス化反応炉へ投入し、乾留する。ガス化反応炉内で所望の化学反応を進行させ、所望の組成の合成ガスを安定して製造するには、ガス化反応炉内の温度（反応温度）を適切な温度に維持する必要がある。一方、木質バイオマスは、高温条件下で熱膨張するため、投入部に詰まることがある。そこで、本実施形態では、反応温度を維持しながら木質バイオマスの詰まりを解消することができるよう、以下のようにバイオマスガス化装置を構成する。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係るバイオマスガス化装置（以下、装置）１００のガス化反応炉１０周辺の構成の一例を概略的に示す図である。図１に示すように、装置１００は、ガス化反応炉１０と、ガス化反応炉１０に上方から木質バイオマスと不活性ガスである窒素ガスとを供給する上側供給部２０と、ガス化反応炉１０に下方から水蒸気と水素ガスと窒素ガスとの混合ガスを供給する下側供給部３０とを備える。

【0013】

ガス化反応炉１０は、鉛直方向の軸線ＣＬ１を中心として延在する外管１１および内管１２と、外管１１の外周面に密接するように設けられた略円筒形状の電気炉１３とを備える。内管１２の上端は、外管１１の上端よりも上方に位置し、内管１２の下端は、外管１１の下端よりも上方に位置する。外管１１の上端は、外管１１の内周面と内管１２の外周面とを接続する円環形状の上蓋１４により閉鎖される。内管１２の上端１２ａは、上蓋１４よりも上方に位置する。外管１１の下端は、下蓋１５により閉鎖され、下蓋１５の中心部には、開口１５ａが設けられる。開口１５ａには、下側供給部３０に接続された供給管１６が挿通される。

【0014】

供給管１６には、外管１１の内周面に対向する範囲において、複数の孔部１６ａが設けられる。供給管１６の上端面は、複数の孔部１６ｃが放射状に設けられた円盤形状のプレート１６ｂにより閉鎖される。外管１１の内周面と供給管１６の外周面との間の円筒形状の空間ＳＰ１には、プレート１６ｂの下方に空隙を残した状態で、比較的大径のアルミナビーズが充填される。プレート１６ｂの上面から所定高さまでの外管１１内の空間ＳＰ２には、比較的小径のアルミナビーズが充填される。供給管１６の孔部１６ａを介して空間ＳＰ１に流入した混合ガスは、空間ＳＰ１に充填されたアルミナビーズの間隙を流れ、プレート１６ｂの孔部１６ｃを介して空間ＳＰ２に流入し、空間ＳＰ２に充填されたアルミナビーズの間隙を流れる。空間ＳＰ１，ＳＰ２にアルミナビーズを充填することで、空間ＳＰ１，ＳＰ２の温度を維持しやすくなるとともに、空間ＳＰ２を通過する混合ガスを整流することができる。

【0015】

空間ＳＰ２に充填されたアルミナビーズの層の上面から上蓋１４の下面までの外管１１内の空間ＳＰ３には、所定高さまで珪砂等の流動媒体が充填される。内管１２の下端１２ｂは、空間ＳＰ３に充填された流動媒体の層（充填層）内に位置する。空間ＳＰ３には、上方から木質バイオマスのチップが供給される。空間ＳＰ３の流動媒体とチップとは、下方から供給される混合ガスにより吹上げられることで流動化され、液体のように挙動する。流動化された流動媒体の層（流動層）は、ガス化反応の反応場となる。均一な温度分布の流動層内では、混合ガスと木質バイオマスのチップとの接触が十分かつ均一に行われ、温度分布が均一となるため、ガス化反応の反応速度を高めることができる。

【0016】

電気炉１３は、外管１１の下端から所定高さｈ１までを包囲するように設けられる。所定高さｈ１は、空間ＳＰ３の流動媒体が吹上げられる高さｈ２を考慮して設定される。これにより、ガス化反応炉１０内は下方から供給される混合ガスにより水蒸気雰囲気となり、電気炉１３に包囲された空間ＳＰ３の流動層は所定の反応温度に維持される。このような流動層に、投入孔２５を介して上方から木質バイオマスのチップが供給されると、流動層内でバイオマスのガス化反応（熱分解反応）が進行し、合成ガスが生成される。

【0017】

外管１１には、電気炉１３の上方に排出口１１ａが設けられる。流動層内で生成された合成ガスは、流動層上方の空間ＳＰ３および排出口１１ａを介してガス化反応炉１０から排出される。ガス化反応炉１０から排出された合成ガスは、不図示の気液分離器や凝縮器等を介して水分やタール成分等が除去され、利用される。

【0018】

上側供給部２０は、チップを貯留するホッパ２１と、水平方向の軸線ＣＬ２を中心として延在し、ホッパ２１の排出口２１ａとガス化反応炉１０の内管１２とを接続する供給管２２と、供給管２２内に配置されたスクリュ２３とを備える。スクリュ２３の一端２３ａは、モータ２４に接続され、スクリュ２３の他端２３ｂは、ガス化反応炉１０の内管１２内に位置する。スクリュ２３は、モータ２４により駆動されて軸線ＣＬ２を中心として回転し、排出口２１ａを介してホッパ２１から落下したチップを内管１２内に搬送する。スクリュ２３の他端２３ｂに面する供給管２２内の空間を、以下では投入孔２５と称する。

【0019】

上側供給部２０は、さらに、内管１２の上端１２ａに接続され、内管１２を介してガス化反応炉１０内に上方から窒素ガスを供給する窒素供給部２６を備える。窒素供給部２６は、窒素ガスが充填された高圧タンクとして構成され、窒素供給部２６と内管１２の上端１２ａとを接続する配管には、ガス化反応炉１０内に上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１を調整する調整弁２６ａが設けられる。

【0020】

図２は、投入孔２５付近の拡大図である。図２に示すように、投入孔２５の入口側にはノズル部２５ａが設けられ、投入孔２５の出口側には、ディフューザ部２５ｂが設けられ、投入孔２５が、内管１２の内径が絞られたベンチュリ部として形成される。窒素供給部２６により上方から供給された窒素ガスは、ノズル部２５ａを通過することで流速が高まり、スクリュ２３により側方から投入孔２５に供給されたチップを、ディフューザ部２５ｂを介して下方に噴射することができる。また、窒素ガスの流速が高まることで投入孔２５が負圧になるため、スクリュ２３により搬送されたチップを吸引することができる。これにより、毛羽立ちやすい木質バイオマスのチップを、窒素ガスとともに、投入孔２５を介して上方からガス化反応炉１０に供給することができる。

【0021】

下側供給部３０は、供給管１６の下端に接続された混合加熱器３１と、混合加熱器３１に水を供給する水供給部３２と、混合加熱器３１に水素ガスを供給する水素供給部３３と、混合加熱器３１に窒素ガスを供給する窒素供給部２６とを備える。水供給部３２は、不図示の水源から水を汲み上げて混合加熱器３１に供給する給水ポンプとして構成され、水供給部３２と混合加熱器３１とを接続する配管には、水の流量Ｕｓを調整する調整弁３２ａが設けられる。水素供給部３３は、水素ガスが充填された高圧タンクとして構成され、水素供給部３３と混合加熱器３１とを接続する配管には、水素ガスの流量Ｕｈを調整する調整弁３３ａが設けられる。窒素供給部２６と混合加熱器３１とを接続する配管には、ガス化反応炉１０内に下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を調整する調整弁２６ｂが設けられる。

【0022】

混合加熱器３１では、水供給部３２から供給された水が加熱により気化されて水蒸気が生成され、水素供給部３３から供給された水素ガスおよび窒素供給部２６から供給された窒素ガスと混合されて高温の混合ガスが生成される。混合加熱器３１で生成された高温の混合ガスは、供給管１６を介して下方からガス化反応炉１０内に供給される。

【0023】

図３は、装置１００の制御構成の一例を概略的に示すブロック図である。図３に示すように、装置１００は、さらに、調整弁２６ａ，２６ｂ，３２ａ，３３ａを制御するコントローラ４０を備える。また、図２および図３に示すように、投入孔２５の入口側（ノズル部２５ａの上流側）の圧力Ｐ１を検出する圧力センサ４１、投入孔２５の出口側（ディフューザ部２５ｂの下流側）の圧力Ｐ２を検出する圧力センサ４２、流動媒体の充填層の下側（入口側）、例えば供給管１６内の圧力Ｐ３を検出する圧力センサ４３、および充填層の上側（出口側）、例えば充填層上部の圧力Ｐ４を検出する圧力センサ４３を備える。

【0024】

図２に示すように、投入孔２５にチップが詰まっていない正常状態では、投入孔２５の入口側の圧力Ｐ１と出口側の圧力Ｐ２とが等しくなる（Ｐ１＝Ｐ２）。一方、投入孔２５にチップが詰まった詰まり状態では、圧力損失が生じることで、投入孔２５の入口側の圧力Ｐ１が出口側の圧力Ｐ２よりも低くなる（Ｐ１＜Ｐ２）。圧力センサ４１，４２を、投入孔２５の詰まり状態を検出する状態検出部と呼ぶこともある。

【0025】

コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース、その他の周辺回路を有するコンピュータを含んで構成され、ＣＰＵが上側供給部２０（調整弁２６ａ）および下側供給部３０（調整弁２６ｂ，３２ａ，３３ａ）を制御する流量制御部として機能する。圧力センサ４１，４２により検出された圧力Ｐ１，Ｐ２に基づいて、投入孔２５が正常状態であるか詰まり状態であるかを判定する。コントローラ４０は、投入孔２５が正常状態であると判定すると、ガス化反応炉１０内に供給される窒素ガスの流量Ｕｎ（Ｕｎ＝Ｕｎ１＋Ｕｎ２）、水（水蒸気）の流量Ｕｓ、および水素ガスの流量Ｕｈが規定流量Ｕｎ０，Ｕｓ０，Ｕｈ０となるように、調整弁２６ａ，２６ｂ，３２ａ，３３ａを制御する。

【0026】

水（水蒸気）の規定流量Ｕｓ０は、単位時間あたりの木質バイオマスの供給量（例えば１００［ｇ／ｈ］程度）に応じて、水蒸気（Ｓ：Steam）とバイオマス（Ｂ：Biomass）との重量比Ｓ／Ｂが所定値（例えば０．５程度）となるように定められる。窒素ガスの規定流量Ｕｎ０は、水（水蒸気）の規定流量Ｕｓ０に応じて、水蒸気と窒素ガスとの比率が所定値（例えば４０：６０程度）となるように定められる。水素ガスの規定流量Ｕｈ０も同様に、水（水蒸気）の規定流量Ｕｓ０に応じて、水蒸気と水素ガスとの比率が所定値となるように定められる。これにより、ガス化反応炉内で所望の化学反応を進行させ、所望の組成の合成ガスを製造することができる。

【0027】

上方から供給される窒素ガスの規定流量Ｕｎ１０は、窒素ガスの規定流量Ｕｎ０に所定値α（０＜α＜１）を乗算した値（αＵｎ０）として定められる。下方から供給される窒素ガスの規定流量Ｕｎ２０は、窒素ガスの規定流量Ｕｎ０に所定値（１－α）を乗算した値（（１－α）Ｕｎ０）として定められる。

【0028】

コントローラ４０は、投入孔２５が詰まり状態であると判定すると、ガス化反応炉１０内に供給される窒素ガスの流量Ｕｎが規定流量Ｕｎ０に維持されるように、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１を増加させ、かつ、下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を減少させるように、調整弁２６ａ，２６ｂを制御する。すなわち、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１を、規定流量Ｕｎ１０に所定流量ΔＵｎを加算した値（Ｕｎ１０＋ΔＵｎ）まで増加させ、下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を、規定流量Ｕｎ２０から所定流量ΔＵｎを減算した値（Ｕｎ２０－ΔＵｎ）まで減少させる。

【0029】

上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１を増加させることで、投入孔２５における窒素ガスの流速を高め、チップを下方に吹き飛ばすことで、投入孔２５の詰まりを解消することができる。この場合、水蒸気とバイオマスとの重量比Ｓ／Ｂ等の反応条件が維持されるため、所望の化学反応の反応速度を低下させることがなく、所望の組成の合成ガスの収率を低下させることがない。また、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１の増加に応じて下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を減少させることで、ガス化反応炉１０内に供給される窒素ガスの総量が一定量に維持される。この場合、ガス化反応炉１０内の熱容量および反応温度が維持されるため、所望の化学反応の反応速度を低下させることがなく、所望の組成の合成ガスの収率を低下させることがない。

【0030】

規定流量Ｕｎ１０，Ｕｎ２０に加算または減算される所定流量ΔＵｎは、状態検出部により詰まり状態が検出されなくなるまで徐々に大きくすることができる。ただし、混合ガスの流速Ｕｃが、ガス化反応炉１０内の流動層を維持できる流速範囲内であることを条件とする。

【0031】

図４は、流動媒体の流動状態について説明するための図である。図２では、下側供給部３０により下方からガス化反応炉１０内に供給される混合ガスの流速Ｕｃを横軸に示し、流動媒体の充填層の下側（入口側）の圧力Ｐ３と上側（出口側）の圧力Ｐ４との圧力差ΔＰを縦軸に示す。下方からガス化反応炉１０内に供給される混合ガスの流量［ｍ³／ｓｅｃ］は、下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２、水（水蒸気）の流量Ｕｓ、水素ガスの流量Ｕｈ、および混合ガスの温度等に基づいて算出することができる。混合ガスの流速Ｕｃ［ｍ／ｓｅｃ］は、流動媒体の充填層に流入するときの平均流速であり、混合ガスの流量［ｍ³／ｓｅｃ］を外管１１（空間ＳＰ３）の断面積で除算して算出することができる。

【0032】

図１に示すように、下方からガス化反応炉１０内に供給された混合ガスは、空間ＳＰ２で整流され、空間ＳＰ３の充填層に流入する。図４に示すように、充填層に流入するときの流速Ｕｃが低いときは、混合ガスが流動媒体の間隙を流れ、流動媒体が静止状態を保ち、流動媒体の流動化が起こらない（固定層）。流速Ｕｃが高まると、混合ガスが流れる流動媒体の間隙の圧力が徐々に低下し、充填層での圧力降下（圧力損失）、すなわち充填層の入口側と出口側との圧力差ΔＰが大きくなる。このような圧力降下（圧力差ΔＰ）が充填層（流動媒体）の重量を超えると、流動媒体の流動化が開始する（流動層）。流動化が開始すると、圧力差ΔＰが一定となる。流動化が開始するときの圧力降下（圧力差ΔＰ）を流動化圧力降下Ｐｌｉｍ、流動化が開始するときの流速Ｕｃを最小流動化速度Ｕｍｆと称する。

【0033】

混合ガスの流速Ｕｃを最小流動化速度Ｕｍｆの３～５倍程度に維持することで、健全な状態の流動層を維持することができる。下方から供給される窒素ガスの規定流量Ｕｎ２０は、混合ガスの流速Ｕｃが例えば最小流動化速度Ｕｍｆの５倍程度となるように定められる。下方から供給される窒素ガスの規定流量Ｕｎ２０を、健全な状態の流動層を維持できる範囲の上限付近に設定しておくことで、投入孔２５の詰まり状態に応じて下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を減少させるときの十分な余裕を確保することができる。

【0034】

コントローラ４０は、圧力センサ４３，４４により検出された圧力Ｐ３，Ｐ４に基づいて流動媒体の充填層での圧力差ΔＰを算出し、算出した圧力差ΔＰが流動化圧力降下Ｐｌｉｍ以上であるか否かを判定する。圧力差ΔＰが流動化圧力降下Ｐｌｉｍ未満であり、流動層が維持できていないと判定すると、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１を規定流量Ｕｎ１０、下方から供給される流量Ｕｎ２を規定流量Ｕｎ２０に戻すように、調整弁２６ａ，２６ｂを制御する。これにより、混合ガスの流速Ｕｃが常に最小流動化速度Ｕｍｆ以上となるように下側供給部３０（調整弁２６ｂ）が制御され、流動層を維持することができる。なお、混合ガスの流速Ｕｃを調整すると、充填層の入口側の圧力Ｐ３が主に変化することで圧力差ΔＰが変化する。充填層の出口側の圧力Ｐ４は、通常、大気圧と同等のガス化反応炉１０内の圧力に維持される。

【0035】

コントローラ４０は、圧力Ｐ３，Ｐ４に基づき流動層が維持できていないと判定して窒素ガスを規定流量Ｕｎ１０，Ｕｎ２０に戻した場合に、投入孔２５が詰まり状態であると判定すると、水（水蒸気）の流量Ｕｓを減少させるように調整弁３２ａを制御する。すなわち、投入孔２５の詰まりを解消できない場合は、バイオマス供給量の減少に合わせて水蒸気の流量Ｕｓを減少させることで、水蒸気とバイオマスとの重量比Ｓ／Ｂ等の反応条件を維持する。これにより、合成ガスの収量が減少するものの、所望の化学反応の反応速度および所望の組成の合成ガスの収率を維持して装置１００の運転を継続することができる。

【0036】

図５は、コントローラ４０により実行される流量制御処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定周期で繰り返し実行される。図５に示すように、先ずステップＳ１で、圧力センサ４１，４２により検出された圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも低いか否かを判定する。ステップＳ１で否定されると、投入孔２５が正常状態であると判定して処理を終了する。ステップＳ１で肯定されると、投入孔２５が詰まり状態であると判定してステップＳ２に進む。ステップＳ２では、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１を所定流量ΔＵｎだけ増加させ、下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を所定流量ΔＵｎだけ減少させるように調整弁２６ａ，２６ｂを制御する。

【0037】

次いでステップＳ３で、圧力センサ４３，４４により検出された圧力Ｐ３，Ｐ４に基づいて流動媒体の充填層での圧力差ΔＰを算出し、算出した圧力差ΔＰが流動化圧力降下Ｐｌｉｍ以上であるか否かを判定する。ステップＳ３で肯定されると、流動層が維持できていると判定し、処理を終了する。ステップＳ３で否定されると、流動層が維持できていないと判定してステップＳ４に進み、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１および下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２を規定流量Ｕｎ１０，Ｕｎ２０に戻すように調整弁２６ａ，２６ｂを制御する。

【0038】

次いでステップＳ５で、圧力センサ４１，４２により検出された圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも低いか否かを判定する。ステップＳ５で否定されると、投入孔２５が正常状態であると判定して処理を終了する。ステップＳ５で肯定されると、投入孔２５の詰まり状態が継続していると判定してステップＳ６に進み、水（水蒸気）の流量Ｕｓを減少させるように調整弁３２ａを制御して処理を終了する。

【0039】

図６は、変形例に係るバイオマスガス化装置（以下、装置）１００Ａの投入孔２５付近の拡大図である。装置１００Ａでは、投入孔２５（ディフューザ部２５ｂ）の下方に開閉部２７が設けられる。また、圧力センサ４１，４２に代えて、投入孔２５（ディフューザ部２５ｂ）と開閉部２７との間の内管１２の内壁面に位置センサ４５が設けられる。位置センサ４５は、開閉部２７の上面から所定高さｈ３だけ上方に設けられる。所定高さｈ３は、単位時間あたりの木質バイオマスの供給量（例えば１００［ｇ／ｈ］程度）に応じて、所定時間（例えば１［ｍｉｎ］）毎に開閉部２７の上に堆積するチップの高さを考慮して設定される。

【0040】

位置センサ４５は、例えば接触センサとして構成され、開閉部２７の上に堆積したチップが所定高さｈ３に到達すると、チップに接触することで、所定高さｈ３までチップが堆積したことを検出し、開閉部２７に信号を送信する。開閉部２７は、通常閉鎖されるとともに位置センサ４５からの信号に応じて開閉（開放後に閉鎖）され、上面に堆積したチップを所定時間毎に下方に落下させる。投入孔２５にチップが詰まっていない正常状態では、位置センサ４５により所定時間毎にチップの堆積が検出されるが、投入孔２５にチップが詰まった詰まり状態では、所定時間毎にチップの堆積が検出されない。位置センサ４５を、投入孔２５の詰まり状態を検出する状態検出部と呼ぶこともある。

【0041】

図７は、装置１００Ａの制御構成の一例を概略的に示すブロック図である。図７に示すように、装置１００Ａのコントローラ４０Ａには、圧力センサ４１，４２に代えて、位置センサ４５が接続される。コントローラ４０Ａは、位置センサ４５から開閉部２７に送信される信号を監視し、投入孔２５が正常状態であるか詰まり状態であるかを判定する。

【0042】

図８は、コントローラ４０Ａにより実行される流量制御処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば所定時間毎に繰り返し実行される。図８に示すように、先ずステップＳ７で、位置センサ４５により所定時間毎にチップの堆積が検出されているか否かを判定する。ステップＳ７で肯定されると、投入孔２５が正常状態であると判定して処理を終了する。ステップＳ７で否定されると、投入孔２５が詰まり状態であると判定してステップＳ２に進む。ステップＳ２～Ｓ４の処理は、図５のものと同様である。

【0043】

ステップＳ４で、上方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ１および下方から供給される窒素ガスの流量Ｕｎ２が規定流量Ｕｎ１０，Ｕｎ２０に戻されると、ステップＳ８に進み、位置センサ４５により所定時間毎にチップの堆積が検出されているか否かを判定する。ステップＳ８で肯定されると、投入孔２５が正常状態であると判定して処理を終了する。ステップＳ８で否定されると、投入孔２５の詰まり状態が継続していると判定してステップＳ６に進み、水（水蒸気）の流量Ｕｓを減少させるように調整弁３２ａを制御して処理を終了する。

【0044】

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置１００は、ガス化反応炉１０と、ガス化反応炉１０に投入孔２５を介して上方から木質バイオマスと窒素ガスとを供給する上側供給部２０と、ガス化反応炉１０に下方から窒素ガスを含む混合ガスを供給する下側供給部３０と、投入孔２５に木質バイオマスが詰まった詰まり状態を検出する状態検出部（圧力センサ４１，４２、位置センサ４５）と、状態検出部による検出結果に基づいて上側供給部２０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ１と下側供給部３０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ２とを調整するように上側供給部２０（調整弁２６ａ）および下側供給部３０（調整弁２６ｂ，３２ａ，３３ａ）を制御するコントローラ４０とを備える（図１、図３、図６、図７）。

【0045】

コントローラ４０は、状態検出部により詰まり状態が検出されると、上側供給部２０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ１と下側供給部３０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ２との和（Ｕｎ１＋Ｕｎ２）（すなわち、ガス化反応炉１０内に供給される窒素ガスの流量Ｕｎ）が規定流量Ｕｎ０に維持されるように、上側供給部２０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ１を予め定められた規定流量Ｕｎ１０よりも増加させ、かつ、下側供給部３０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ２を予め定められた規定流量Ｕｎ２０よりも減少させる（図５のステップＳ１，Ｓ２、図８のステップＳ６，Ｓ２）。

【0046】

上側供給部２０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ１を増加させることで、投入孔２５における流速を高め、投入孔２５に詰まったチップを下方に噴射することで、詰まり状態を解消することができる。詰まり状態を検出、解消し、木質バイオマスの供給量を一定に保つことで、ガス化反応炉１０内の混合ガスに含まれる水蒸気等の反応ガスとバイオマスとのバランスを保ち、所望の化学反応の反応速度や所望の組成の合成ガスの収率を維持することができる。また、ガス化反応炉１０内に供給される窒素ガスの総量を一定に保つことで、ガス化反応炉１０内の熱容量および反応温度を維持し、所望の化学反応の反応速度や所望の組成の合成ガスの収率を維持することができる。

【0047】

（２）装置１００は、ガス化反応炉１０に充填された流動媒体をさらに備える（図１）。コントローラ４０は、下側供給部３０により供給される混合ガスの流速Ｕｃがガス化反応炉１０における流動媒体の最小流動化速度Ｕｍｆ以上となるように下側供給部３０を制御する（図４）。これにより、ガス化反応の反応場となる流動層を維持し、ガス化反応の反応速度を高く維持することができる。

【0048】

（３）装置１００は、ガス化反応炉１０に充填された流動媒体の下側の圧力Ｐ３と上側の圧力Ｐ４とをそれぞれ検出する圧力センサ４３，４４をさらに備える（図１）。コントローラ４０は、流動媒体の下側の圧力Ｐ３と上側の圧力Ｐ４との圧力差ΔＰに基づいて流動媒体が所定の流動状態であるか否かを判定し、所定の流動状態でないと判定すると、上側供給部２０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ１を規定流量Ｕｎ１０に戻し、かつ、下側供給部３０による窒素ガスの供給流量Ｕｎ２を規定流量Ｕｎ２０に戻す（図５、図８のステップＳ３，Ｓ４）。これにより、常に流動層を維持することができる。

【0049】

（４）混合ガスは、水蒸気をさらに含む。コントローラ４０は、所定の流動状態でないと判定し、かつ、状態検出部により詰まり状態が検出されると、下側供給部３０による水蒸気の供給流量Ｕｓを減少させる（図５のステップＳ３～Ｓ６、図８のステップＳ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ６）。このように、詰まり状態を解消できない場合であっても流動層を維持し、水蒸気とバイオマスとの重量比Ｓ／Ｂ等の反応条件を維持することで、所望の化学反応の反応速度および所望の組成の合成ガスの収率を維持して装置１００の運転を継続することができる。

【0050】

上記実施形態では、木質バイオマスのチップを用いる例を説明したが、木質バイオマスはチップに限らず、ペレットやパウダー（木粉）等であってもよい。上記実施形態では、不活性ガスとして窒素ガスを用いる例を説明したが、不活性ガスは窒素ガスに限らず、バイオマスガス化装置によるガス化反応に影響を及ぼさないガスであれば、どのようなものを用いてもよい。上記実施形態では、上側供給部および下側供給部の具体的な構成を例示して説明したが、上側供給部および下側供給部は例示されたものに限定されない。例えば、上側供給部と下側供給部とで異なる不活性ガス供給源（高圧タンク等）を用いてもよい。上記実施形態では、木質バイオマスと水蒸気と水素とを反応物として用いる例を説明したが、バイオマスガス化装置は、上方から木質バイオマスと不活性ガス、下方から不活性ガスを含む混合ガスを供給するものであれば、他の反応ガスを用いるものであってもよい。上記実施形態では、状態検出部として圧力センサや位置センサを用いる例を説明したが、状態検出部は、投入孔の詰まり状態を検出するものであれば、どのようなものでもよい。例えば、画像センサや重量センサにより木質バイオマスの詰まり状態や堆積状態を検出するものであってもよい。上記実施形態では、圧力センサ４３，４４の具体的な配置例を示して説明したが、流動媒体の下側の圧力と上側の圧力とをそれぞれ検出する圧力検出部は、図示したものに限定されない。

【0051】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0052】

１０ ガス化反応炉、１１ 外管、１１ａ 排出口、１２ 内管、１２ａ 上端、１２ｂ下端、１３ 電気炉、１４ 上蓋、１５ 下蓋、１５ａ 開口、１６ 供給管、１６ａ 孔部、１６ｂ プレート、１６ｃ 孔部、２０ 上側供給部、２１ ホッパ、２１ａ 排出口、２２ 供給管、２３ スクリュ、２３ａ 一端、２３ｂ 他端、２４ モータ、２５ 投入孔、２５ａ ノズル部、２５ｂ ディフューザ部、２６ 窒素供給部、２６ａ，２６ｂ 調整弁、２７ 開閉部、３０ 下側供給部、３１ 混合加熱器、３２ 水供給部、３２ａ 調整弁、３３ 水素供給部、３３ａ 調整弁、４０，４０Ａ コントローラ、４１～４４ 圧力センサ、４５ 位置センサ、１００，１００Ａ バイオマスガス化装置（装置）、ＣＬ１，ＣＬ２ 軸線、ＳＰ１～ＳＰ３ 空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】