气化系统及气化方法

专利名称：气化系统及气化方法
技术领域：
本发明涉及气化系统及气化方法。更具体而言，本发明涉及适合于对煤炭和生物质进行共同利用来气化的气化系统及气化方法。
背景技术：
近年来，在全球变暖问题加剧的情况下，减少伴随煤炭的使用而产生的二氧化碳排放量成为重要的课题，急需开发出煤炭的高效率且低环境负荷的能量转换系统。作为煤炭的高效率且低环境负荷的能量转换系统的代表性的例子，可例举利用煤炭的气化技术。特别是煤炭气化复合发电作为高效率且环境性能优良的发电系统被期待可尽早实用化，不断开发出各种技术。另外，近年来在各种领域不断进行着通过利用生物质来减少二氧化碳排放量的尝试。因为生物质是来源于动植物的可再生能源，所以可以适用碳中和的概念。因此，由生物质产生的二氧化碳不受制约。煤炭火力发电的领域中，已经进行了煤炭和生物质的混合燃烧技术的开发，例如专利文献1中提出了将分别对应于单独粉碎生物质的第一粉碎机和单独粉碎煤炭的第二粉碎机的燃料供给喷嘴设置于锅炉而在锅炉内混合生物质粉体和煤炭粉体并使它们燃烧的方法。于是，在作为煤炭的高效率且低环境负荷的能量转换系统的利用煤炭的气化技术领域中，也期望通过实现生物质的有效利用来减少二氧化碳排放量。专利文献1 日本专利特开2008-拟651号公报发明的概要然而，专利文献1中提出的技术存在下述问题因为除了煤炭的粉碎机之外还需要设置另外的粉碎机来粉碎生物质，所以不仅用于构筑气化系统的初始费用升高，而且运转成本因要使两台粉碎机运作而升高，气化所需的成本上升。此外，为了普及利用煤炭的气化技术，非常重要的要素是不仅单纯地通过有效利用生物质来实现二氧化碳排放量的减少，同时使气化反应性提高，提升能量转换效率。因此，希望确立通过将生物质原料混合于煤炭中来获得比单独将煤炭供于气化时更高的气化反应性的方法。本发明的目的在于提供可以在控制气化所需的成本的同时通过实现生物质的有效利用来减少二氧化碳排放量，同时可获得比单独用煤炭进行气化时更高的气化反应性的气化系统及气化方法。此外，本发明的目的还在于制造气化反应性优于煤炭且可减少二氧化碳排放量的气化燃料。本申请发明人为了解决所述课题而进行了认真研究，对通过现有的煤炭气化系统中为了粉碎煤炭来制成粗粉炭或微粉炭等煤炭粉末而设置的磨机等煤炭粉碎装置将来源于植物的生物质原料与煤炭一起粉碎的方案进行了探讨。然而，因为来源于植物的生物质原料是纤维质，所以无法充分粉碎，可能会在供于煤炭气化炉时产生未反应成分。于是，本申请发明人进行了进一步的探讨。结果发现通过对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而制成生物质炭化物，可以破坏其纤维质而提高粉碎性，能够通过现有的煤炭气化系统中的磨机等煤炭粉碎装置充分地微粉化。而且，还发现通过将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合并使其与气化剂反应，与单独以煤炭粉末与气化剂反应的情况相比，可使气化反应性提高。另外，本申请发明人尝试着将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液混合于将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末中并干燥后使其与气化剂反应，结果发现与将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合并使其与气化剂反应的情况相比，气化反应性提高。本申请发明人基于这些发现对可使来源于植物的生物质原料产生的煤炭的气化反应性的提高效果发挥至最大限度的气化系统及气化方法进行了进一步的探讨，从而完成了本发明。即，本发明的气化系统是至少包括粉碎煤炭而获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置、使煤炭粉末与气化剂反应而生成可燃性气体的煤炭气化炉、将通过煤炭粉碎装置得到的煤炭粉末供给至煤炭气化炉的煤炭粉末供给装置的气化系统，其中包括将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物供给至煤炭粉碎装置的生物质炭化物供给装置。在这里，本发明的气化系统中，较好是还包括将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液供给至煤炭粉碎装置的粗醋液供给装置。此外，本发明的气化系统中，包括粗醋液供给装置的情况下，较好是还包括对来源于植物的生物质原料进行炭化处理的炭化处理装置、对由炭化处理装置产生的挥发成分进行冷却来回收来源于生物质原料的粗醋液的粗醋液回收装置，由炭化处理装置生成的生物质炭化物通过生物质炭化物供给装置供给至煤炭粉碎装置，由粗醋液回收装置回收的粗醋液通过粗醋液供给装置供给至煤炭粉碎装置。另外，本发明的气化系统中，包括炭化处理装置和粗醋液回收装置的情况下，较好是还包括将由炭化处理装置产生的挥发成分中未被粗醋液回收装置回收的轻质气体供给至煤炭气化炉的轻质气体供给装置。此外，较好是还包括从由炭化处理装置产生的挥发成分中分离回收生物质油(bio oil)的生物质油回收装置、将由生物质油回收装置回收的生物质油供给至煤炭气化炉的生物质油供给装置。此外，本发明的气化系统中，包括粗醋液供给装置的情况下，较好是还包括将含气化催化剂的物质供给至煤炭粉碎装置的气化催化剂供给装置。另外，本发明的气化系统中，粗醋液供给装置可替代生物质炭化物供给装置。其次，本发明的气化方法中，使将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合而成的气化燃料与气化剂反应来生成可燃性气体，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成。在这里，本发明的气化方法中，较好是使除煤炭粉末、生物质炭化物粉末以外进一步混合对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液而得的气化燃料与气化剂反应来生成可燃性气体。此外，本发明的气化方法中，较好是使除煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液以外进一步混合含气化催化剂的物质而得的气化燃料与气化剂反应来生成可燃性气体。再次，本发明的气化燃料的制造方法包括对粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭
4化物粉末进行混合的混合工序，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成。在这里，本发明的气化燃料的制造方法中，较好是混合工序中，除煤炭粉末、生物质炭化物粉末以外，进一步混合对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液。此外，本发明的气化燃料的制造方法中，较好是混合工序中，除煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液以外，进一步混合含气化催化剂的物质。如果采用本发明的气化系统，则通过用于粉碎煤炭来获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置，可在将粉碎性经炭化处理提高了的生物质炭化物与煤炭一起粉碎的同时进行混合，能够将混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末而得的气化燃料供给至煤炭气化炉。因此，与仅将煤炭粉末供给至煤炭气化炉来使其与气化剂反应的情况相比，可以提高气化反应性，能够使作为系统整体的气化效率提高。而且，因为利用来源于植物的生物质原料的炭化物，所以可实现二氧化碳排放量的减少。此外，如果采用权利要求2记载的气化系统，则通过用于粉碎煤炭来获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置，可在将粉碎性经炭化处理提高了的生物质炭化物与煤炭一起粉碎的同时进行混合，再混合粗醋液，能够将混合煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液而得的气化燃料供给至煤炭气化炉。因此，与仅将煤炭粉末供给至煤炭气化炉来使其与气化剂反应的情况相比，可以进一步提高气化反应性，能够使作为系统整体的气化效率进一步提高。而且，因为不仅利用来源于植物的生物质原料的炭化物，还利用粗醋液，所以可实现二氧化碳排放量的进一步减少。另外，如果采用权利要求3记载的气化系统，则将通过炭化处理装置对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而生成的生物质炭化物和从炭化处理时产生的挥发成分中回收的粗醋液供给至煤炭粉碎装置，所以用于获得生物质炭化物的生物质原料和用于获得粗醋液的生物质原料可以为同一原料。因此，可以在有效地使用生物质原料的同时，使气化反应性提高。换言之，可以使由来源于植物的生物质原料产生的气化反应性提高效果发挥至最大限度。如果采用权利要求4记载的气化系统，则将由来源于植物的生物质原料获得的未被作为粗醋液回收的轻质气体也供给至煤炭气化炉，所以可以更有效的利用由生物质原料产生的成分。如果采用权利要求5记载的气化系统，则将由来源于植物的生物质原料获得的生物质油也供给至煤炭气化炉，所以可以更有效的利用由生物质原料产生的成分。如果采用权利要求6记载的气化系统，则还包括将含气化催化剂的物质供给至煤炭粉碎装置的气化催化剂供给装置，所以含气化催化剂的物质所含的气化催化剂成分溶入粗醋液中，该气化催化剂成分被均勻地分散承载于煤炭粉末和生物质炭化物粉末的表面。 因此，可以进一步提高气化燃料的气化反应性，使作为系统整体的气化效率进一步提升。如果权利要求7记载的气化系统，则通过用于粉碎煤炭来获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置，可在粉碎煤炭的同时混合粗醋液，能够将混合煤炭粉末和粗醋液而得的气化燃料供给至煤炭气化炉。因此，与仅将煤炭粉末供给至煤炭气化炉来使其与气化剂反应的情况相比，可以提高气化反应性，能够使作为系统整体的气化效率提高。而且，因为利用由来源
5于植物的生物质原料得到的粗醋液，所以可实现二氧化碳排放量的减少。如果采用权利要求8记载的气化方法，则使将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合而成的气化燃料与气化剂反应，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成，所以与仅使煤炭粉末与气化剂反应的情况相比，可以提高气化反应性。而且，因为利用来源于植物的生物质原料的炭化物，所以可实现二氧化碳排放量的减少。如果采用权利要求9记载的气化方法，则使将粉碎煤炭而得的煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液混合而成的混合物与气化剂反应，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成，所述粗醋液是对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到，所以与将煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合的情况相比，可以提高气化反应性。而且，因为不仅利用来源于植物的生物质原料的炭化物，还利用粗醋液，所以可实现二氧化碳排放量的进一步减少。如果采用权利要求10记载的气化方法，则除了煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液以外，还混合含气化催化剂的物质，所以含气化催化剂的物质所含的气化催化剂成分溶入粗醋液中，该气化催化剂成分被均勻地分散承载于煤炭粉末和生物质炭化物粉末的表面。因此，可以进一步提高气化燃料的气化反应性，实现气化效率的进一步提升。如果采用权利要求11记载的气化燃料的制造方法，则包括对粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末进行混合的工序，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成，所以可获得与气化剂的反应性比煤炭粉末高的气化燃料。而且，因为该气化燃料掺有来源于植物的生物质原料的炭化物，所以可实现二氧化碳排放量的减少。如果采用权利要求12记载的气化燃料的制造方法，则包括对粉碎煤炭而得的煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液进行混合的工序，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成，所述粗醋液是对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到，所以可获得与气化剂的反应性比煤炭粉末和生物质炭化物粉末的混合物高的气化燃料。而且，因为该气化燃料不仅利用来源于植物的生物质原料的炭化物，还利用粗醋液，所以可实现二氧化碳排放量的进一步减少。如果采用权利要求13记载的气化燃料的制造方法，则气化催化剂的物质所含的气化催化剂成分溶入粗醋液中，该气化催化剂成分被均勻地分散承载于煤炭粉末和生物质炭化物粉末的表面。因此，可以使气化燃料的气化反应性进一步提高。附图的简单说明

图1是表示本发明的气化系统的实施方式1的图。图2是表示本发明的气化系统的实施方式2的图。图3是表示本发明的气化系统的实施方式3的图。图4是对重量减少W和总重量减少Wtl的定义进行说明的图。图5是表示煤炭粉末中混合了粗醋液时的气化反应率的图。图6是表示煤炭粉末中混合了粗醋液时的气化反应速度的图。图7是表示煤炭粉末中混合了生物质炭化物和粗醋液时的气化反应率的图。图8是表示改变煤炭粉末的种类和测定温度来进行与获得图7的测定结果的实验同样的实验时的气化反应率的图。图9是表示气液分离装置的一例的图。图10是表示本发明的气化系统的另一实施方式的图。实施发明的方式以下，基于附图对用于实施本发明的方式进行详细说明。本发明的气化方法中，使将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合而成的气化燃料与气化剂反应来生成可燃性气体，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成。该情况下，与单独以粉碎煤炭而得的煤炭粉末与气化剂反应的情况相比，可以提高气化反应性。在这里，作为气化剂，可以使用例如氧、富氧空气、空气、二氧化碳或水蒸气等。此外，本发明的气化方法中，使将粉碎煤炭而得的煤炭粉末、生物质炭化物粉末以及粗醋液混合而成的气化燃料与气化剂反应来生成可燃性气体，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成，所述粗醋液是对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到。该情况下，当然与单独以粉碎煤炭而得的煤炭粉末与气化剂反应的情况相比，可以提高气化反应性，而且与将煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合而得的气化燃料相比，也可以提高气化反应性。作为本发明中所使用的煤炭，可以采用供于煤炭气化的一般的煤炭，例如烟煤和次烟煤等。此外，对于煤炭粉末的粒径，根据煤炭气化炉的供炭方式适当选择。例如采用喷流床方式的气化炉时选择粒径10 μ m 100 μ m左右的所谓微粉炭，采用流化床方式的气化炉时选择粒径0. 5 3mm的所谓粗粉炭。作为本发明中所使用的生物质炭化物，可以使用对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的炭化物或者已经过炭化处理的原料。通过对来源于植物的生物质原料进行炭化处理，来源于植物的生物质原料的纤维质被破坏。其结果是，生物质炭化物与来源于植物的生物质原料相比，粉碎性变得极好。生物质炭化物粉末的粒径较好是与气化剂反应时不会产生未反应成分的程度、即与煤炭粉末同等程度的粒径。还有，该粒径的生物质炭化物粉末可通过使用在煤炭气化的领域中通常所用的磨机等煤炭粉碎装置进行粉碎而容易地获得。但是，当然也可以使用除在煤炭气化的领域中通常所用的磨机等煤炭粉碎装置以外的手段进行粉碎。还有，作为本发明中所使用的生物质炭化物的原料的来源于植物的生物质原料可广泛地采用包含作为起到气化催化剂的作用的元素的钠、钾和钙等作为灰分的生物质原料，例如木质类生物质原料(例如杉木屑、杉树皮等)、草本类生物质原料(例如竹子、稻谷壳、甘蔗、稻草、茶渣等)、植物残渣(例如果皮、咖啡烘培残渣等)等。对于煤炭粉末与生物质炭化物粉末的混合比例，可根据煤炭和来源于植物的生物质原料的供给平衡适当改变，无特别限定。本发明的特征也在于，因为通过使来源于植物的生物质原料形成炭化物来提高其粉碎性，所以微粉碎容易，即使提高生物质原料相对于煤炭的混合比例，也不易产生未反应成分，容易提高生物质原料的混合比例。即，通过以炭化物的形态使用生物质原料，可容易地增加生物质相对于煤炭的混合比例，能够实现生物质的应用扩展。本发明中所使用的粗醋液是通过冷却对植物性生物质原料进行炭化处理时产生的挥发成分而回收的酸性的水溶性液体。对于粗醋液的具体的生成方法，在日本专利特开 2008-179802号公报中作为“酸性的生物质水溶性溶液”记载有其回收方法，略去详细的说明，但总而言之，即可通过冷却并凝缩对木质类生物质原料、草本类生物质原料和来源于植物的食品残渣中的至少任一种进行炭化处理时产生的挥发成分来回收。还有，煤炭和生物质油的制造工艺中回收的醋液类等水溶性副产物也可用作本发明的粗醋液。通过除粉碎煤炭而得的煤炭粉末、生物质炭化物粉末以外进一步混合粗醋液，作为煤炭的灰分的钙以及作为生物质炭化物的灰分的钠、钾、钙溶入粗醋液中，它们被均勻地分散承载于煤炭粉末和生物质炭化物的表面而呈现催化活性。其结果是，当然与单独以煤炭粉末与气化剂反应的情况相比，气化反应性提高，而且与使将煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合而得的气化燃料与气化剂反应的情况相比，也可以提高气化反应性。而且，通过除对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物以外进一步使用对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液，可进一步扩展生物质原料的应用，能够容易地兼顾气化反应性的提高和二氧化碳排放量的减少。还有，气化燃料向煤炭气化炉的供给形态根据煤炭气化炉的供炭方式适当选择即可。例如，干式供炭方式的情况下，将煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液混合后使其干燥即可。此外，湿式供炭方式的情况下，将煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液混合后不干燥或进一步添加水而制成浆料状即可。在这里，对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时回收的粗醋液通常为pH2 3的水溶性液体，但只要呈现酸性就可发挥使煤炭的灰分和生物质炭化物的灰分溶入的效果。因此，可以在可充分确保对于煤炭粉末和生物质炭化物粉末的浸润性的范围内适当用水稀释粗醋液后使用。在这里，可除粉碎煤炭而得的煤炭粉末、对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉末、对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液以外进一步混合含气化催化剂的物质。该情况下，除煤炭中作为灰分包含的钙以及生物质炭化物中作为灰分包含的钠、钾、钙以外，含气化催化剂的物质中所含的气化催化剂成分也溶入粗醋液中，从而使催化剂在煤炭粉末和生物质炭化物的表面的分散承载量增加，可使气化反应性进一步提高。还有，作为含气化催化剂的物质，可例举例如煤灰、特别是使承载有气化催化剂的煤炭反应后回收的煤灰、在流化床或固定床的气化炉中反应后回收的灰或对生物质原料进行焚烧处理而得的生物质灰、用于使灰分的熔点下降的石灰石等熔剂等，但并不局限于这些物质。下面，作为用于实现本发明的气化系统的例子，将本发明的气化系统的实施方式1 示于图1。该气化系统1是包括粉碎煤炭31而获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置2、使煤炭粉末与气化剂36反应而生成可燃性气体的煤炭气化炉3、将通过煤炭粉碎装置2得到的煤炭粉末供给至煤炭气化炉3的煤炭粉末供给装置4的气化系统，其中包括对来源于植物的生物质原料32进行炭化处理的炭化处理装置5、对由炭化处理装置5产生的挥发成分34进行冷却来回收来源于生物质原料32的粗醋液的粗醋液回收装置6、将由炭化处理装置5生成的生物质炭化物供给至煤炭粉碎装置2的生物质炭化物供给装置7、将由粗醋液回收装置6 回收的粗醋液供给至煤炭粉碎装置2的粗醋液供给装置8。此外，在图1所示的气化系统1中，还包括将由炭化处理装置5产生的挥发成分中未被粗醋液回收装置6回收的轻质气体供给至煤炭气化炉3的轻质气体供给装置10、从由炭化处理装置5产生的挥发成分中分离回收生物质油的生物质油回收装置11、将由生物质油回收装置11回收的生物质油供给至煤炭气化炉3的生物质油供给装置13、将含气化催化剂的物质33供给至煤炭粉碎装置2的气化催化剂供给装置14。还有，图1中，作为从由炭化处理装置5产生的挥发成分中分离粗醋液、生物质油、 轻质气体的装置，设置气液分离装置20。气液分离装置20中具备粗醋液回收装置6和生物质油回收装置11，未被它们回收的轻质气体成分通过轻质气体供给装置10被供给至煤炭气化炉3。此外，图1中，符号37为从煤炭气化炉3排出的炉渣或灰，符号38是从煤炭气化炉3排出的生成气体、炭或灰。作为本实施方式的气化系统1中的煤炭粉碎装置2，可以使用能将供于煤炭气化的一般的煤炭(例如烟煤和次烟煤等)粉碎而根据煤炭气化炉的方式获得粗粉炭或微粉炭等煤炭粉末的现有的煤炭气化系统中通常所用的煤炭粉碎装置，例如磨机等。作为本实施方式的气化系统1中的煤炭气化炉3，可以采用使粉碎煤炭而得的煤炭粉末与气化剂(例如氧、富氧空气、空气、二氧化碳、水蒸气等)反应来生成可燃性气体的现有的煤炭气化系统中通常所用的煤炭气化炉，气化方式无特别限定。例如，可适当采用固定床方式、流化床方式、喷流床方式、加压喷流床方式等公知或新出现的各种方式的煤炭气化炉。作为本实施方式的气化系统1中的煤炭粉末供给装置4，可以使用现有的煤炭气化系统中通常所用的煤炭粉末供给装置，例如石料斗装置和浆料泵等。本实施方式的气化系统1中的炭化处理装置5只要是可由来源于植物的生物质原料生成粗醋液和生物质炭化物的装置即可，无特别限定。例如，可以使用能够在实质上不含氧的条件下、较好是无氧条件下以300°C以上、较好是3000C 500°C、更好是400°C左右的温度对生物质原料进行热处理的一般的干燥装置或炭化装置等。在这里，作为炭化处理的热源，可使用系统内的废热，例如煤炭气化炉3中产生的废热等。通过利用系统废热，可使气化效率进一步提高。由炭化处理装置5生成的生物质炭化物通过生物质炭化物供给装置7被供给至煤炭粉碎装置2。生物质炭化物供给装置7例如为带式运输机等。粗醋液回收装置6中，对由炭化处理装置5产生的挥发成分34进行冷却来回收粗醋液。在这里，由炭化处理装置5产生的挥发成分34包含即使冷却也不会凝结的轻质气体。 此外，挥发成分34中包含生物质油。本实施方式中，为了对轻质气体和生物质油也实现有效利用，包括将轻质气体供给至煤炭气化炉3的轻质气体供给装置10、从由炭化处理装置 5产生的挥发成分中分离回收生物质油的生物质油回收装置11、将由生物质油回收装置11 回收的生物质油供给至煤炭气化炉3的生物质油供给装置13。本实施方式中，通过气液分离装置20，从由炭化处理装置5产生的挥发成分34分离回收粗醋液、轻质气体、生物质油。以下，基于图9对利用气液分离装置20的粗醋液、轻质气体、生物质油的分离方法的一例进行说明。来自炭化处理装置5的管道21的排出物被导入第一容器22。第一容器22通过保温加热器23保温。保温加热器23的温度通过热电偶M控制。具体来说，可以捕获来自炭化处理装置5的排出物所含的生物质油等重质成分和固体物，且设定为水分蒸发的温度，例如将管道25的导入部附近的温度设为100°C 110°C。藉此，来自炭化处理装置的管道 21的排出物所含的生物质油被回收至第一容器22中，未被回收至第一容器22的气体成分被导入管道25。即，本实施方式中，第一容器22、保温加热器23、热电偶对起到生物质油回收装置11的作用。由第一容器22回收的生物质油通过生物质油供给装置13供给至煤炭气化炉3。 生物质油供给装置13例如为连接生物质油回收装置11的第一容器22与煤炭气化炉3的管道、用于通过该管道从第一容器22向煤炭气化炉3输送生物质油的泵。在400°C左右使来源于植物的生物质原料热分解而得的生物质油具有流动性，所以可通过泵供给。但是，生物质油供给装置13并不局限于该构成。例如，可以使生物质油在管道内因重力的下落，从而省去泵。来自管道25的排出物被导入第二容器26。管道25具备冷却装置27 (例如李比希冷凝器)，未被第一容器22回收的气体成分被凝集回收。该凝集物为粗醋液。还有，并不局限于冷却装置27装配于管道25的情况，例如可以通过冷却第二容器沈本身来回收粗醋液。此外，从管道25排出的气体可在0°C 室温下回收，但也可以使冷却温度低于该温度范围来回收来自管道25的排出物。本实施方式中，第二容器沈、冷却装置27起到粗醋液回收装置6的作用。由第二容器沈回收的粗醋液通过粗醋液供给装置8供给至煤炭粉碎装置2。粗醋液供给装置8例如为连接第二容器沈与煤炭粉碎装置2的管道、用于通过该管道从第二容器26向煤炭粉碎装置2输送粗醋液的泵。但是，粗醋液供给装置8并不局限于该构成。例如，可以使粗醋液在管道内因重力的下落，从而省去泵。未被第二容器沈回收的轻质气体作为气化燃料通过轻质气体供给装置10供给至煤炭气化炉3。轻质气体供给装置10例如为用于将未被第二容器沈回收的轻质气体供给至煤炭气化炉3的管道，有时也可并用鼓风机等。还有，图9所示的气液分离装置20为表示将由炭化处理装置5产生的挥发成分分离为轻质气体、粗醋液、生物质油来进行回收的装置的一例，但并不局限于该装置。例如，可以仅具备第一容器22，通过冷却第一容器22将粗醋液与生物质油一起回收后，通过液-液萃取等分离为生物质油相和粗醋液相来进行回收。通过以上的构成，煤炭粉碎装置2中，煤炭、通过生物质炭化物供给装置7供给的生物质炭化物被一边粉碎一边混合，同时通过粗醋液供给装置8供给的粗醋液被混合于其中。该过程中，作为煤炭的灰分的钙以及作为生物质炭化物的灰分的钠、钾、钙溶入粗醋液中。在这里，现有的煤炭气化系统中通常所用的煤炭粉碎装置具备用于以适应于向煤炭气化炉的供炭方式的形态供给气化燃料的装置。例如干式供炭方式的情况下，可采用具备用于将煤炭所含的5 20%的水分干燥除去的加热器等加热装置的干式煤炭粉碎装置。此外，湿式供炭方式的情况下，可采用具备在煤炭粉末中加入水分而浆料化的浆料生成装置的湿式煤炭粉碎装置。因此，煤炭粉碎装置2中呈适应于向煤炭气化炉的供炭方式的形态且煤炭粉末和生物质炭化物粉末的表面全部均勻地分散承载有催化剂成分的气化燃料被供给至煤炭气化炉3。还有，煤炭粉碎装置2中不具备加热装置或浆料生成装置的情况下， 在煤炭粉碎装置自身或煤炭粉末供给装置4设置这些装置来获得适应于向煤炭气化炉的供炭方式的形态的气化燃料即可。
在这里，本实施方式的气化系统中，还包括将含气化催化剂的物质供给至煤炭粉碎装置2的气化催化剂供给装置14。因此，含气化催化剂的物质被供给至煤炭粉碎装置2， 气化催化剂成分溶入粗醋液，分散承载于煤炭粉末和生物质炭化物粉末，气化反应性提高。 气化催化剂供给装置14例如为带式输送机等。还有，虽略去图示，但可具备水供给装置，从而将由粗醋液回收装置6回收的粗醋液用水稀释。回收的粗醋液的量少、无法充分确保煤炭粉末和生物质炭化物粉末的浸润性的情况下，可以通过用水供给装置向回收粗醋液的容器(例如图9中的第二容器26)、粗醋液供给装置8或者煤炭粉碎装置2适当地供给水，从而确保浸润性，使催化剂成分向煤炭粉末和生物质炭化物粉末的分散承载状态良好。还有，水供给装置可以与气化催化剂供给装置14并用。例如，气化催化剂供给装置14采用管道和送液泵，通过将气化催化剂以分散于水的状态供给至煤炭粉碎装置2，可以向煤炭粉碎装置2供给水。下面，基于图2对本发明的气化系统的实施方式2进行说明。图2所示的气化系统Ia中，与实施方式1的气化系统1不同，不具备炭化处理装置5，分别独立地供给生物质炭化物41和粗醋液40。即，不具备用于对来源于植物的生物质原料32进行炭化处理的炭化处理装置5，通过使用作为剩余成分可期待其有效利用的生物质炭化物41和粗醋液40， 也可实现气体反应性的提高和二氧化碳排放量的减少。下面，基于图3对本发明的气化系统的实施方式3进行说明。图3所示的气化系统Ib中，从实施方式2的气化系统Ia中进一步省去了粗醋液供给装置6。即，不具备用于对来源于植物的生物质原料32进行炭化处理的炭化处理装置5和粗醋液供给装置8，通过使用作为剩余成分可期待其有效利用的生物质炭化物41，也可实现气体反应性的提高和二氧化碳排放量的减少。上述形态是本发明的优选形态的一例，但并不局限于此，可在不超出本发明的技术思想的范围内实施各种变形。例如，上述的实施方式中，通过煤炭粉碎装置2混合煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液，但也可以预先分别获得煤炭粉末和生物质炭化物粉末，向它们中加入粗醋液混合，通过进行干燥或者浆料化，从而预先获得气化燃料。该情况下，可以直接向煤炭粉末供给装置4(例如石料斗装置)供给气化燃料来进行气化。此外，将煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液混合后干燥的处理可以通过加热装置等强制进行，但也可以将煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液混合后先静置至可作为气化燃料使用，使其自然干燥。此外，如图10所示，可以采用气化系统lc，它是至少包括粉碎煤炭而获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置2、使煤炭粉末与气化剂36反应而生成可燃性气体的煤炭气化炉3、将通过煤炭粉碎装置2得到的煤炭粉末供给至煤炭气化炉3的煤炭粉末供给装置4的气化系统，其中包括将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液40供给至煤炭粉碎装置的粗醋液供给装置8。通过混合煤炭粉末和粗醋液40，可使煤炭粉末的气化反应性提高，而且通过使用对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液40，可以有效利用生物质，实现二氧化碳排放量的减少。
实施例以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明不局限于这些实施例。
(实验方法)(1)粗醋液的生成粗醋液以杉树皮为原料通过与日本专利特开2008-179802号公报的实施例2同样的方法生成。即，将电炉5的炉内温度设为400°C，使炉芯管呈氮气气氛(流量lOOOcc/分钟)，对生物质原料粉末进行炭化处理。炭化处理中产生的气体回收至图9所示的气液分离装置的第一容器22和第二容器沈以及设置于第二容器的后段的装有水的第三容器，将回收至第二容器沈的凝集物作为粗醋液使用。所得的粗醋液的pH为2 3。还有，电炉5的炉芯管采用纵向型，以遮盖炉芯管的方式配置具有多个贯通孔的多孔板(孔板)和石英棉，投入炉芯管的生物质原料被保持在炉芯管内。并且，通过从炉芯管的上部供给惰性气体，炭化处理时产生的气体被从管道21向第一容器22强制排气。来自管道21的排出物被导入第一容器22，通过保温加热器23对第一容器22进行保温。保温加热器23的温度通过热电偶M控制，将用于将气体导入第二容器沈的管道25 的导入部附近的温度设为100°C 110°C。藉此，将来自管道21的排出物所含的生物质油回收至第一容器22，未被回收至第一容器22的气体状排出物和一度被回收至第一容器22 的成分中在保温加热器23的设定温度下蒸发的成分被导入用于气体导入第二容器沈的管道25。来自管道25的排出物导入至第二容器沈。管道25具备作为水循环方式冷却装置的李比希冷凝器，冷却未被回收至第一容器22的气体状排出物和一度被回收至第一容器 22的成分中在保温加热器23的设定温度下蒸发的成分，将凝集物回收至第二容器26。未被第二容器沈回收的低沸点的有机成分被导入用于将气体导入第三容器的管道中。预先在第三容器中加入水，对从管道排出的气体进行鼓泡，从而回收低沸点的有机成分。(2)炭的气化实验对于试样，通过以下的方法进行炭制备。首先，使试样在107°C干燥后，将其装入红外电炉，保持1分钟进行干馏，从而进行炭制备。通过该处理，先进行作为气化反应初期发生的热分解反应的气相-气相反应，可以在其后的实验中仅测定在气化反应整体中作为限速反应的气化剂与炭的气相-固相反应。(3)炭的气化反应速度测定炭的气化反应速度测定使用上皿式热天平(装置名TGA-DTA2000S，马克科学株式会社(7々 寸4 - > ^社)制)通过恒温测定法进行。在5πιπιΦ的样品池中装入5mg 炭，在氩气气氛下(450cc/分钟)，以15°C/分钟的升温速度升温至850°C或900°C。接着， 维持在850°C或900°C的状态下，停止氩气的供给，以450cc/分钟供给二氧化碳，以100%的气化剂浓度进行炭的气化，监控时刻T时的炭的重量减少量。气化反应率χ和气化反应速度r通过图4所示的TG曲线定义。即，将从重量减少开始的时刻T1至重量减少消失的时间T2为止的重量减少量设为Wtl，将各时刻T的重量减少量设为W。气化反应率X通过算式1求得。气化反应速度r通过算式2所示的反应率的时间微分求得。[算式l]x = W/W0[算式 2]r = dx/dt = (dff/dt)/W0
(实施例1)将煤炭粉末和粗醋液按照以下所示的比例(将煤炭粉末设为1时的比例(重量)) 混合搅拌并干燥，测定气化反应率。还有，测定温度为900°C。条件(a):粗醋液0条件(b)粗醋液0. 11条件(c)粗醋液0.25条件(d)粗醋液1测定结果示于图5。由该结果可知，通过混合粗醋液，气化反应性提高。接着，对粗醋液相对于煤炭粉末的混合比例与气化反应速度的关系进行了研究。 测定结果示于图6。由该结果可知，仅通过在煤炭粉末中混合粗醋液并干燥的处理，气化反应速度就上升约2倍。此外，可知通过设为煤炭粉末粗醋液=1 0.25(重量比)，可获得足够的气化反应性提高效果。由此可知，煤炭粉末粗醋液=1 0.25(重量比)时，可提高气化反应性，同时在减少干燥所需的热量方面也非常优选。(实施例2)对于混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末的情况以及混合煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液的情况，进行气化反应率的测定，进行比较研究。还有，测定温度为850°C。此外，混合比例通过假设原来的生物质基准的混合率为50重量％来进行计算而确定。煤炭粉末生物质炭化物粉末粗醋液=1 0.35 0. 35 (重量比)对于生物质炭化物粉末，将由杉树皮获得粗醋液时产生的材料粉碎后使用。此外， 煤炭粉末的种类与实施例1相同。测定结果示于图7。图7中，(e)为单独使用煤炭粉末时的气化反应率。(f)为混合煤炭粉末和生物质炭化物时的气化反应率。(g)为混合煤炭粉末、生物质炭化物、粗醋液时的气化反应率。由该结果可知，通过混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末，与单独使用煤炭粉末时相比，气化反应性大幅提高。此外，通过混合煤炭粉末、生物质炭化物、粗醋液，与混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末时相比，气化反应性进一步提高。接着，改变煤炭粉末的种类后实施同样的实验。但是，测定温度为900°C。测定结果示于图8。图8中，(h)为单独使用煤炭粉末时的气化反应率。(i)为混合煤炭粉末和粗醋液时的气化反应率。(j)为混合煤炭粉末和生物质炭化物时的气化反应率。(k)为混合煤炭粉末、生物质炭化物、粗醋液时的气化反应率。由该结果也可知，与上述同样，通过混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末，与单独使用煤炭粉末时相比，气化反应性提高。此外，通过混合煤炭粉末、生物质炭化物、粗醋液，与混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末时相比，气化反应性进一步提高。还可知通过混合煤炭粉末和粗醋液，与单独使用煤炭粉末时相比，气化反应性提高。由以上的结果可知，通过混合煤炭粉末和生物质炭化物粉末，可提高气化反应性， 通过混合煤炭粉末、生物质炭化物粉末、粗醋液，可以使气化反应性进一步提高。还可知通过混合煤炭粉末和粗醋液，与单独使用煤炭粉末时相比，可使气化反应性提高。产业上利用的可能性本发明的气化系统、气化方法及气化燃料的制造方法可应用于采用煤炭的气化技术领域，可在提高气化反应性的同时，通过采用生物质而实现二氧化碳排放量的减少。此
13外，也有利于生物质的有效利用。
0119]符号的说明0120]1气化系统0121]2煤炭粉碎装置0122]3煤炭气化炉0123]4煤炭粉末供给装置0124]5炭化处理装置0125]6粗醋液回收装置0126]7生物质炭化物供给装置0127]8粗醋液供给装置0128]10轻质气体供给装置0129]11生物质油回收装置0130]13生物质油供给装置0131]14气化催化剂供给装置0132]31煤炭0133]32生物质原料0134]33含气化催化剂的物质0135]34挥发成分0136]36气化剂
权利要求
1.一种气化系统，它是至少包括粉碎煤炭而获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置、使所述煤炭粉末与气化剂反应而生成可燃性气体的煤炭气化炉、将通过所述煤炭粉碎装置得到的所述煤炭粉末供给至所述煤炭气化炉的煤炭粉末供给装置的气化系统，其特征在于，包括将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物供给至所述煤炭粉碎装置的生物质炭化物供给装置。
2.如权利要求1所述的气化系统，其特征在于，还包括将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液供给至所述煤炭粉碎装置的粗醋液供给装置。
3.如权利要求2所述的气化系统，其特征在于，还包括对来源于植物的生物质原料进行炭化处理的炭化处理装置、对由所述炭化处理装置产生的挥发成分进行冷却来回收所述来源于生物质原料的粗醋液的粗醋液回收装置，由所述炭化处理装置生成的生物质炭化物通过所述生物质炭化物供给装置供给至所述煤炭粉碎装置，由所述粗醋液回收装置回收的所述粗醋液通过所述粗醋液供给装置供给至所述煤炭粉碎装置。
4.如权利要求3所述的气化系统，其特征在于，还包括将由所述炭化处理装置产生的所述气体中未被所述粗醋液回收装置回收的轻质气体供给至所述煤炭气化炉的轻质气体供给装置。
5.如权利要求3所述的气化系统，其特征在于，还包括从由所述炭化处理装置产生的所述挥发成分中分离回收生物质油的生物质油回收装置、将由所述生物质油回收装置回收的所述生物质油供给至所述煤炭气化炉的生物质油供给装置。
6.如权利要求2所述的气化系统，其特征在于，还包括将含气化催化剂的物质供给至所述煤炭粉碎装置的气化催化剂供给装置。
7.如权利要求2所述的气化系统，其特征在于，包括所述粗醋液供给装置来替代所述生物质炭化物供给装置。
8.一种气化方法，其特征在于，使将粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末混合而成的气化燃料与气化剂反应来生成可燃性气体，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成。
9.如权利要求8所述的气化方法，其特征在于，所述气化燃料中还混合有对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液。
10.如权利要求9所述的气化方法，其特征在于，所述气化燃料中还混合有含气化催化剂的物质。
11.一种气化燃料的制造方法，其特征在于，包括对粉碎煤炭而得的煤炭粉末和生物质炭化物粉末进行混合的混合工序，所述生物质炭化物粉末是将对来源于植物的生物质原料进行炭化处理而得的生物质炭化物粉碎而成。
12.如权利要求11所述的气化燃料的制造方法，其特征在于，所述混合工序中，进一步混合对来源于植物的生物质原料进行炭化处理时得到的粗醋液。
13.如权利要求12所述的气化燃料的制造方法，其特征在于，所述混合工序中，进一步混合含气化催化剂的物质。
全文摘要
包括粉碎煤炭(31)而获得煤炭粉末的煤炭粉碎装置(2)、使煤炭粉末与气化剂(36)反应而生成可燃性气体的煤炭气化炉(3)、将通过煤炭粉碎装置(2)得到的煤炭粉末供给至煤炭气化炉(3)的煤炭粉末供给装置(4)的气化系统中，包括对来源于植物的生物质原料(32)进行炭化处理的炭化处理装置(5)、对由炭化处理装置(5)产生的挥发成分进行冷却来回收来源于生物质原料的粗醋液的粗醋液回收装置(6)、将由炭化处理装置(5)生成的生物质炭化物供给至煤炭粉碎装置(2)的生物质炭化物供给装置(7)、将由粗醋液回收装置(6)回收的粗醋液供给至煤炭粉碎装置(2)的粗醋液供给装置(8)。
文档编号C10J3/58GK102227492SQ20108000349
公开日2011年10月26日 申请日期2010年3月12日 优先权日2009年3月25日
发明者张岩, 梶谷史朗, 芦泽正美 申请人:财团法人电力中央研究所