專利名稱：：生物物質(zhì)氣化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明與將固體生物物質(zhì)向高方便性的燃料氣體轉(zhuǎn)換的氣化技術(shù)相關(guān)，涉及一種生物物質(zhì)的氣化反應(yīng)裝置，該生物物質(zhì)的氣化反應(yīng)裝置利用實用性高的裝置，通過熱化學(xué)方法從固體生物物質(zhì)生成高品質(zhì)燃料氣體，該高品質(zhì)燃料氣體清潔且具有與礦物燃料同樣高的發(fā)熱量，能作為甲醇等化學(xué)合成原料來使用。所得到的生成氣體能使用于替代礦物燃料、發(fā)電效率高的機種即燃氣發(fā)動機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電，還被用作來源于100%生物物質(zhì)的曱醇、GTL(GasToLiquidfuel;石油同等燃料)的合成氣體，還被作為采用了上述合成氣體的來源于100%生物物質(zhì)的生物柴油燃料來使用。
背景技術(shù)：
：以往的固體生物物質(zhì)的能量轉(zhuǎn)換主要利用直接燃燒所產(chǎn)生的熱，在這樣的情況下，難以實現(xiàn)高度的能量利用。例如，在發(fā)電的情況下，為通過燃燒木屑鍋爐產(chǎn)生水蒸氣而通過水蒸氣輪機進行發(fā)電的發(fā)電方式，但在實際的設(shè)備中，在1000~3000kW規(guī)才莫下僅得到8~12%的發(fā)電效率。在100kW規(guī)模那樣的小規(guī)模中，無法得到電力輸出?，F(xiàn)今，開發(fā)了用于高效利用生物物質(zhì)能量的氣化技術(shù)。以往的氣化技術(shù)中以用理論量以下的空氣或氧氣來使生物物質(zhì)進行半燃燒的部分氧化法為主流，但多產(chǎn)生煤、焦油，用于發(fā)熱的廢氣混入生成氣體，因此無法得到高品質(zhì)的生成氣體。從汽車燃料化和燃料輸送上來看，為了高度利用生物物質(zhì)能量而向液體燃料的轉(zhuǎn)換是理想的。但是，從生物物質(zhì)制造液體燃料的制法中，無論是以糖類、淀粉等作為原料進行發(fā)酵而形成的甲醇燃料還是將植物油通過添加曱醇酯化而成的BDF(生物柴油燃料)，都主要以食品材料為原料，單位耕種面積的收獲量低。還未開發(fā)出將本發(fā)明中作為目標的全部草本類、木本類的生物物質(zhì)作為對象而能以可轉(zhuǎn)換成化學(xué)合成原料的品質(zhì)來進行熱化學(xué)性氣化的實用裝置。近年來，開發(fā)了一種浮游外熱式氣化方法，該方法能從生物物質(zhì)得到適于發(fā)電用燃氣發(fā)動機的高卡路里(calorie)且清潔的燃料氣體。其內(nèi)容示出在下述專利文獻l、專利文獻2和專利文獻3中。專利文獻1中公開了一種將生物物質(zhì)的燃燒空間和生物物質(zhì)的氣化空間分離的生物物質(zhì)氣化裝置。該裝置將從生物物質(zhì)的燃燒空間所得到的完全燃燒高溫氣體用于加熱生物物質(zhì)的氣化空間，還通過多個通孔將完全高溫燃燒氣體供給到氣化空間中。利用該裝置，容易獨立控制燃燒空間的發(fā)熱反應(yīng)和氣化空間的吸熱反應(yīng)而使生物物質(zhì)氣化，因此能得到以往所沒有的高品質(zhì)燃料氣體。但是，在該裝置中，通過通孔將高溫燃燒氣體導(dǎo)入到氣化空間中，從而實現(xiàn)了生物物質(zhì)的均勻氣化。因此，存在如下問題在生成氣體中混入了大量完全高溫燃燒氣體所含有的二氧化碳和氮氣，使生成氣體的品質(zhì)降低；隨著生成氣體、作為生成氣體的原料的生物物質(zhì)的逸散，氣化劑的分布不均勻；必須加工出多個小孔等。而且，在專利文獻2和專利文獻3中公開了將水蒸氣供給到氣化空間中的技術(shù)。通過添加水蒸氣，一定程度上解決了上述問題，但留下了一些含有以下幾點的應(yīng)該解決或提高的技術(shù)問題。作為第l缺點，作為氣化原料的生物物質(zhì)要求大約3mm以下的微細粉末，粉碎動力大的同時，10mm~20mm的粗大粉末成為故障的原因。作為第2缺點，被供給到氣化空間的氣化劑(例如水蒸氣)進入生物物質(zhì)供給料斗內(nèi)而結(jié)露，使生物物質(zhì)微細粉末含有高水分。其結(jié)果，難以將生物物質(zhì)的微細粉末順利地向氣化空間供給，還顯著降低氣化反應(yīng)室內(nèi)的氣化效率。作為第3缺點，氬占所得到的燃料氣體組成的比例降低，直接用作合成甲醇和GTL等的合成氣體還不充分。專利文獻l:日本特開2002_88379號/>才艮專利文南史2:曰本4爭開2004-51717號/>才艮專利文獻3:曰本凈爭開2004-51718號7〉寺艮
發(fā)明內(nèi)容鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于用于生成幾乎不含有煤和焦油、清潔的且高發(fā)熱量的理論絕熱燃燒溫度也優(yōu)異的高品質(zhì)燃料氣體的生物物質(zhì)的氣化。而且，本發(fā)明的目的在于提供一種生物物質(zhì)氣化裝置，該生物物質(zhì)氣化裝置為小型設(shè)備，但比使用了蒸氣輪機的大型生物物質(zhì)屑燃燒發(fā)電更優(yōu)異，適于高效且自產(chǎn)自銷型或小規(guī)模分散型裝置，該生物物質(zhì)氣化裝置能將所得到的生成氣體，即燃料氣體直接使用于燃氣發(fā)動機、燃氣輪機。而且，所得到的生成氣體以氫和一氧化碳為主要成分且以具有能用作甲醇、GTL等化學(xué)合成原料的合成氣體的品質(zhì)為目標。這樣的對生物物質(zhì)的很好的能量利用在規(guī)模方面也具有很大潛能，因此作為改進礦物燃料一邊倒的日本現(xiàn)狀的脫胎換骨的替代技術(shù)而能響應(yīng)時代的強烈的需要。本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置由使生物物質(zhì)燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體的高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置、生物物質(zhì)供給料斗、氣化反應(yīng)裝置構(gòu)成，該氣化反應(yīng)裝置的內(nèi)部配置有l(wèi)次氣化反應(yīng)室，該l次氣化反應(yīng)室將2次氣化反應(yīng)管和氣化劑供給管線連接起來，該l次氣化反應(yīng)室通過生物物質(zhì)供給管線而與該生物物質(zhì)供給料斗連接，該高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置通過燃燒氣體供給管線而與該氣化反應(yīng)裝置連接。利用上述結(jié)構(gòu)，能夠通過生物物質(zhì)的燃燒氣體供給生物物質(zhì)氣化所需要的全部熱源，而且得到高品質(zhì)的燃料氣體(以下也稱為生成氣體)。例如，能夠使低形狀加工度的低品質(zhì)的生物物質(zhì)燃燒，將產(chǎn)生的燃燒氣體作為熱源而使生物物質(zhì)氣化，從而得到高品質(zhì)的生成氣體。在此，在高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置中使廉價的生物物質(zhì)燃燒而形成800。C以上，優(yōu)選100(TC以上的燃燒氣體，從而得到生物物質(zhì)的氣化所需要的熱源，借助于燃燒氣體供給管線將生物物質(zhì)的氣化所需要的熱源供給到l次氣化反應(yīng)室中。將l次氣化反應(yīng)室的壁的輻射熱作為反應(yīng)熱，作為生成氣體的原料的生物物質(zhì)與從氣化劑供給管線所供給的水蒸氣等氣化劑產(chǎn)生氣化反應(yīng)。此時，l次氣化反應(yīng)室中不需要放入需要氧裝置的純氧，而且空氣的導(dǎo)入也限制在零~少量，因此能得到只含有少量氮成分、發(fā)熱量、理論燃燒溫度高、煤、焦油極少的高品質(zhì)生成氣體。并且，在1次氣化反應(yīng)室之后連接2次氣化反應(yīng)室地設(shè)置，因此，焦油和煤幾乎完全分解而可得到能作為標準構(gòu)造的燃氣發(fā)動機燃料長期使用的清潔的生成氣體。8mm或幾百mm的小片，更優(yōu)選為祐:石皮碎成大致2cm以下的小片(以下也稱為"片狀生物物質(zhì)"、"生物物質(zhì)片"或"粗粉碎生物物質(zhì)")。本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中優(yōu)選是，上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置為了得到800。C以上的燃燒氣體，以具有固定床的下降流方式的立式燃燒爐為基礎(chǔ)，在立式燃燒爐的下部設(shè)有爐篦，從爐篦的上方的l處以上的吹入孔供給l次空氣，接著，從爐篦配件的內(nèi)部供給使爐篦具有冷卻功能并以噴孔形式供給的2次空氣，還從爐蓖下部供給完全燃燒所需要的3次空氣，在上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置的出口由煙自和誘導(dǎo)通風(fēng)機進行吸引。利用上述結(jié)構(gòu)，在上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置的出口至少產(chǎn)生800。C以上的清潔且未殘留有未燃燒成分的燃燒氣體，優(yōu)選至少產(chǎn)生1000°C以上的清潔且未殘留有未燃燒成分的燃燒氣體，因此，燃燒爐為立式固定床形式，在下部設(shè)有爐篦，從爐篦的上部將1次空氣作為下降流進行供給。接著從爐篦配件的內(nèi)部從多個噴口使2次空氣噴出，進行燃燒的保持和燃燒速度的控制，并且將3次空氣供給到爐篦下部的燃燒氣體排出部，進行清潔的完全燃燒和排出高溫氣體的溫度控制。燃燒氣體由出口部的煙自或誘導(dǎo)通風(fēng)機吸引，保持下降流。通過形成這樣的燃燒方式，從爐上部供給的片狀生物物質(zhì)的層疊在爐篦附近成為最高燃燒溫度，燃燒氣體利用爐篦下的3次空氣被完全燃燒。在本燃燒方式中，在爐篦部達到了1300。C以上，因此不可缺少由2次空氣對爐篦配件進行冷卻。在爐篦下的出口部，利用未燃燒成分在3次空氣下的完全燃燒使未燃烴、煤以及CO以毫不殘留的狀態(tài)進行高溫完全燃燒，因此能得到零戴奧辛(dioxin)的清潔的燃燒氣體。添加了3次空氣而完全燃燒的氣體以超過800。C~IOO(TC的高溫被供給到氣化反應(yīng)裝置中。在上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置中，能利用l次空氣和2次空氣的單位時間的供給量來控制生物物質(zhì)燃料的燃燒速度，能利用3次空氣進行未燃氣體的完全燃燒和高溫燃燒氣體排出溫度的控制。利用該結(jié)構(gòu)，能在上述氣化反應(yīng)裝置中形成適于生物物質(zhì)、生成氣體的用途的反應(yīng)環(huán)境。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中，供給到上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置中的l次空氣、2次空氣、3次空氣為了容易進行與生物物質(zhì)的性狀、特別是與含水量的不同相對應(yīng)的燃燒速度的控制和高溫燃燒氣體的排出溫度的控制，因此優(yōu)選進行預(yù)熱。通過對空氣進行預(yù)熱，提高高含水量的生物物質(zhì)片的燃燒效率的同時，能防止向上述氣化反應(yīng)裝置供給的燃燒氣體的溫度下降。一般預(yù)熱為150~450°C。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中，也可以在上述生物物質(zhì)供給料斗上同時設(shè)有粗粉并行氣體供給管線。只要將從氮氣、二氧化碳、空氣或它們的混合物中所選取的粗粉伴行氣體與生物物質(zhì)原料的供給一同供給，則能防止被供給到l次氣化反應(yīng)室中的水蒸氣進入生物物質(zhì)供給料斗中，能防止生物物質(zhì)供給料斗中的生物物質(zhì)的加濕，關(guān)于上述供給的從氮氣、二氧化碳、空氣或它們的混合物中所選取的粗粉并行氣體，以重量比計，在供給二氧化碳的情況下相對于生物物質(zhì)為2~15%、在供給氮的情況下相對于生物物質(zhì)為2~10%，在供給空氣的情況下相對于生物物質(zhì)為2~5%左右。粗粉并行氣體的選擇只要考慮生成氣體的用途即可。例如，將生成氣體用于曱醇合成時，二氧化碳是有利的。向并行氣體混入適量的氮具有減少水蒸氣的效果，考慮到將水的熱函加熱到反應(yīng)溫度的過熱水蒸氣熱函的熱量的大小時，對于優(yōu)先考慮發(fā)熱量大小的燃氣發(fā)動機燃料用途優(yōu)選使用氮氣。此時，出于氮氣的易得到性和成本的理由，使用空氣也成為選項。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中，也可以在上述l次氣化反應(yīng)室內(nèi)的下部設(shè)有陶瓷多孔質(zhì)板、沖孔形式等的多孔質(zhì)板，從上述l次氣化反應(yīng)室的上部供給生物物質(zhì)原料，從該多孔質(zhì)板的下部用上升流供給氣化劑。利用上述結(jié)構(gòu)，從上述生物物質(zhì)供給料斗將大致2cm以下的粗粉碎生物物質(zhì)供給到上述1次氣化反應(yīng)室中，將氣化劑形成上升流從與上述1次氣化反應(yīng)室的下部連接的氣化劑供給管線供給。在此，在上述l次氣化反應(yīng)室的下部設(shè)有陶瓷多孔質(zhì)板、或沖孔狀的多孔質(zhì)板，用上述多孔質(zhì)^反捕捉在上述1次氣化反應(yīng)室中未氣化而殘留的生物物質(zhì)殘量。大部分的粗粉碎生物物質(zhì)以浮游狀態(tài)與氣化劑反應(yīng)，在瞬間被氣化，但捕捉到多孔質(zhì)板上的生物物質(zhì)殘量需要花費長達幾秒的時間氣化。查明生成氣體的成分不會受到粗粉碎生物物質(zhì)的粒徑影響，具有高的氫濃度。不要求生物物質(zhì)的微細粉碎，因此也降低了粉碎動力成本。另外，氣化劑可以使用水蒸氣、二氧化碳或它們的混合物。根據(jù)生物物質(zhì)的性狀的不同，氣化劑的需要量不同。一般木材的情況下，通式分子式為CuH20().9(分子量)，在采用水蒸氣的情況下，所需的最少量為0.4H20，在實際運行中，優(yōu)選3H20以上。但是，過多的水蒸氣使熱效率降低，因此在本發(fā)明的構(gòu)成中以重量比2以上的供給為原則。相對于干燥生物物質(zhì)，以重量比0.6以上供給水蒸氣氣化劑即可，優(yōu)選進行重量比2以上的供給。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中也可以形成為如下構(gòu)造設(shè)有耐熱隔壁，使得在l次氣化反應(yīng)室的外部空間和2次氣化反應(yīng)管的外部空間之間能進行高溫燃燒氣體的通氣，且能隔斷l(xiāng)次氣化反應(yīng)室和第2氣化反應(yīng)管之間的熱輻射，使燃燒氣體首先導(dǎo)入到l次氣化反應(yīng)室的外周，加熱l次氣化反應(yīng)室之后，再導(dǎo)入到第2氣化反應(yīng)管的外周來加熱該反應(yīng)管。形成為上述結(jié)構(gòu)時，能將從高溫?zé)釟怏w產(chǎn)生裝置導(dǎo)入的燃燒氣體優(yōu)先供給到要求更高溫的1次氣化反應(yīng)室中。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中，只要l次氣化反應(yīng)室主體的材料使用鈦酸鋁等陶瓷材料或在該陶瓷材料的表面涂布金屬材料而形成的材料、或高鉻、高鎳合金材料等耐高溫材料，能提高l次氣化反應(yīng)室的可運行溫度范圍。某種鈦酸鋁的耐熱性比堇青石(cordierite)高，對熱沖擊強于碳化硅，同時具有實用性級別的耐熱性和熱沖擊性，因此能替代金屬用作l次氣化反應(yīng)室的材料。采用上述結(jié)構(gòu)時，根據(jù)要提高反應(yīng)溫度來增加氫發(fā)生量時等生成氣體的用途，不限于金屬的耐熱溫度極限，能更自由地選擇l次氣化反應(yīng)溫度且在運行操作溫度變動上具有余量。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中，關(guān)于l次氣化反應(yīng)室，優(yōu)選是對于以lkg/h供給干燥生物物質(zhì)原料，至少在壁溫度為800°C的情況下形成為0.008m2以上的l次氣化反應(yīng)室壁面積，在壁溫度1000。C的情況下至少形成為0.004m2以上的l次氣化反應(yīng)室壁面積。以水蒸氣對生物物質(zhì)的摩爾比為3放入水蒸氣的情況的反應(yīng)吸熱量用下式表示。Ci.3H2O09+3H2O—H2、CO、CH4、C2H4、C02、H20+22kcal/Bio-mol(吸熱)即，對lkg干燥生物物質(zhì)，需要付與大約700kcal/lkg-Bio的反應(yīng)熱?，F(xiàn)在，從反應(yīng)室壁受到900。C的熱輻射，為了進行l(wèi)kg/h的生物物質(zhì)氣化，通過4吏反應(yīng)室壁面積形成為0.008m2以上，優(yōu)選形成為0.01ms以上而^f吏氣化反應(yīng)成立。在以得到作為化學(xué)合成原料的合成氣體為目的的情況下，氣化反應(yīng)室溫度越高越有利，在使反應(yīng)室壁溫度為1100。C的情況下，相對于生物物質(zhì)lkg/h，反應(yīng)室壁面積也可以為大致0.0041112以上，優(yōu)選為0.005m2以上。在本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置中，也可以具有根據(jù)生物物質(zhì)的含水量來控制自生物物質(zhì)料斗的生物物質(zhì)供給量而使生成氣體的性狀合理化的控制功能。在上述結(jié)構(gòu)中，在例如向l次氣化反應(yīng)室供給的生物物質(zhì)的水分為20重量％的情況下，與供給干燥生物物質(zhì)的情況相比，減少20%供給量地供給。通過絲杠的轉(zhuǎn)速等能調(diào)節(jié)生物物質(zhì)供給管線的螺旋式進料器的移送量，以便能調(diào)整供給量，根據(jù)運行時的生物物質(zhì)水分輸入數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)移送量即可。根據(jù)生成氣體的用途，利用l次反應(yīng)室溫度、生物物質(zhì)原料和氣化劑水蒸氣重量比、生物物質(zhì)原料供給量、生物物質(zhì)原料含水率以及生物物質(zhì)原料粉碎度來控制生成氣體的H2、CO、CH4等氣體的氣體成分即可。本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置是從生物物質(zhì)生成與礦物燃料同樣的能高溫燃燒的燃料氣體的技術(shù)，但同時也能適用于能變成化學(xué)合成原料的合成氣體的用途。作為合成氣體而利用的情況下，氣體成分中的氫(H2)和一氧化碳(CO)的成分比很重要。例如在合成曱醇的情況下，最好H2和CO的占氣體成分的比例高，且H2/CO摩爾比"2。為了得到適當(dāng)?shù)谋壤腍2和CO，進行如下操作，能得到目標的合成氣體。13(1)欲增加H2成分的情況下減小向l次反應(yīng)室供給的生物物質(zhì)粒徑，提高氣化反應(yīng)室溫度，增加氣化劑的量，減少向l次氣化反應(yīng)室供給的生物物質(zhì)的量，增加IO~20mm的粗粉原料來增加在多孔質(zhì)板上的氣化反應(yīng)。(2)欲增加CO成分的情況下通過增加向l次氣化反應(yīng)室供給的生物物質(zhì)的量來縮短氣化反應(yīng)室內(nèi)的滯留時間，降低生物物質(zhì)粒徑的大直徑化，降低l次氣化反應(yīng)室溫度(其中，80CTC以上)。在用于燃氣發(fā)動機中，也可以是CH4多。在進行曱醇合成的情況下，H2和C0多，H2/CO的平衡很重要。上述氣化反應(yīng)裝置內(nèi)的加熱所使用的燃燒氣體優(yōu)選在使用后排出到氣化反應(yīng)裝置外，通過余熱鍋爐的熱回收產(chǎn)生過熱水蒸氣，能將過熱水蒸氣作為氣化劑加以利用。使用過熱水蒸氣作為氣化劑的情況下，通過從廢氣的熱回收，從水產(chǎn)生過熱水蒸氣，因此能大幅度縮小熱的損失。而且，如上所述，也可以替代水蒸氣使用二氧化碳和水蒸氣的混合氣體作為氣化劑。利用上述結(jié)構(gòu)，將生成氣體用于曱醇合成的情況下，二氧化碳與氫化合而變成甲醇，因此在合成用原料氣體的氫能由本發(fā)明的裝置之外的部件供給的情況下，能經(jīng)濟地增加曱醇合成量。根據(jù)本發(fā)明，能利用高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置來形成生物物質(zhì)的燃燒氣體而得到1次氣化反應(yīng)室的加熱所需的熱源。特別是，在高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置中以下降流分3級分別供給空氣，能得到更高溫且清潔的燃燒氣體。而且，通過在生物物質(zhì)供給料斗上同時設(shè)有粗粉并行氣體供給管線，能防止生物物質(zhì)供給料斗的結(jié)露、生物物質(zhì)供給料斗中的生物物質(zhì)的水分吸收，提高氣化性能效率。并且，通過在l次氣化反應(yīng)室中設(shè)有多孔質(zhì)板，不僅能進行大粒的粗生物物質(zhì)的氣化處理，也能防止生成氣體的品質(zhì)的惡化。利用本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置，能得到清潔且高品質(zhì)的燃料氣體。該燃料氣體的燃燒溫度與礦物燃料相同，因此能利用于發(fā)電效率高的燃氣發(fā)動機發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電。而且，燃燒氣體的組成的主要成分為H2、CO，因此能用作化學(xué)合成原料的合成氣體，能作為原料氣體利用于甲醇、GTL等液體燃料的制造。圖l是本發(fā)明的第1實施方式的生物物質(zhì)氣體的熱化學(xué)性氣化裝置整體的概略構(gòu)成圖。圖2是第l實施方式的高溫?zé)釟怏w發(fā)生裝置的概略圖。圖3是第1實施方式的生物物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置的概略圖。圖4是第1實施方式的氣化反應(yīng)溫度900。C的生成氣體成分相對比例的例子。圖5是向氣化反應(yīng)裝置的料斗添加了粗粉并行氣體供給的第2實施方式的生物物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置的概略圖。圖6是還在氣化反應(yīng)裝置的內(nèi)部設(shè)有耐熱隔壁的第3實施方式的生物物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置的概略圖。圖7是還添加了氣化劑替代氣體(二氧化碳)的第4實施方式的生物物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置的概略圖。圖8是第4實施方式的生物物質(zhì)氣體的熱化學(xué)性氣化裝置整體的概略構(gòu)成圖。附圖標記說明101、高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置；102、燃燒爐；103、爐篦；104、2次空氣噴口；105、生物物質(zhì)片；106、l次空氣；107、2次空氣；108、3次空氣；109、燃燒氣體供給管線；109a、燃燒氣體；110、空氣預(yù)熱器；111、爐底燃燒室；112、積灰坑；113、空氣；201、氣化反應(yīng)裝置；202、l次氣化反應(yīng)室；203、2次氣化反應(yīng)管；204、生物物質(zhì)供給管線；205、粗粉碎生物物質(zhì)；206、粗粉并行氣體供給管線；206a、粗粉并行氣體；207、生成氣體-燃料氣體；208、生物物質(zhì)供給料斗；209、反應(yīng)爐高溫室；210、多孔質(zhì)板；211、隔熱件；212、耐熱隔壁；213、氣化劑；214、出灰口；215、廢氣；301、余熱鍋爐；302、氣化劑供給管線；303、氣化劑(過熱水蒸氣)；304、熱利用用戶；305、i秀導(dǎo)通風(fēng)才幾；306、廢氣；307、煙囪；308、氣化劑替代氣體(二氧化碳)；401、換熱器；402、旋風(fēng)除塵器；403、洗滌器；404、強制通風(fēng)機；405、燃料氣罐；405、利用目的地。具體實施例方式第l實施方式圖l表示本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化裝置的一實施方式。在高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置101中，使生物物質(zhì)燃燒而產(chǎn)生超過900。C的高溫且清潔的燃燒氣體(箭頭所示)109a。燃燒氣體109a從燃燒氣體供給管線109向氣化反應(yīng)裝置201輸送，從外壁面加熱配置在氣化反應(yīng)裝置201內(nèi)的l次氣化反應(yīng)室202和與l次氣化反應(yīng)室202連結(jié)的2次氣化反應(yīng)管203之后，形成廢氣215從氣化反應(yīng)裝置201排出。廢氣215在余熱鍋爐301中產(chǎn)生過熱水蒸氣303。過熱水蒸氣303從氣化劑供給管線302供給到l次氣化反應(yīng)室202的底部。生物物質(zhì)205從與1次氣化反應(yīng)室202的上部連接的生物物質(zhì)供給管線204落下供給到l次氣化反應(yīng)室202中。生物物質(zhì)供給管線204對通過螺旋進料器從生物物質(zhì)供給料斗208所供給的粗粉碎生物物質(zhì)205進行輸送。在1次氣化反應(yīng)室202的內(nèi)部，粗粉碎生物物質(zhì)205與作為氣化劑的過熱水蒸氣吸收來自l次氣化反應(yīng)室202的壁的輻射熱作為化學(xué)反應(yīng)熱，利用水蒸氣改性反應(yīng)來進行粗粉碎生物物質(zhì)205的氣化。此時，氣化反應(yīng)不使用催化劑。在1次氣化反應(yīng)室202中產(chǎn)生的生成氣體還進行焦油、煤的氣化反應(yīng)，因此被輸送到2次氣化反應(yīng)管203中，作為最終目標的成分的燃燒氣體(箭頭所示)207被輸送到燃料氣罐405中。在此，直到生成氣體(燃料氣體)207被輸送到燃料氣罐405之間，設(shè)有用于將生成氣體207輸送到余熱回收的換熱器401、灰、煤除去用旋風(fēng)除塵器402、殘留水蒸氣除去用的噴水洗滌器403、燃料氣罐405的強制通風(fēng)機404。儲存在燃料氣罐405中的生成氣體207和從強制通風(fēng)機404直接輸送的生成氣體207被利用于作為利用目的地406的發(fā)動機發(fā)電、輪機發(fā)電、石油替代燃料氣體、化學(xué)合成原料合成氣體等高品質(zhì)燃料氣體。另一方面，在氣化反應(yīng)爐中利用于氣化水蒸氣后，只要有熱需要，則由熱利用304進一步利用廢氣215的熱量，然后利用誘導(dǎo)通風(fēng)機305經(jīng)由煙囪307排放到大氣中。圖2是本發(fā)明的圖l所示的高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置101的放大剖視圖。在燃燒爐102中，在豎爐式的固定床的燃燒爐下部設(shè)有爐篦103。作為燃料的生物物質(zhì)205將10cm左右的生物物質(zhì)片105形成為合適形狀，將其由燃燒爐102的頂部落下而投入。燃燒用空氣是如下所述這樣供給的從上部供給l次空氣17106,從爐篦103附近供給2次空氣107,從爐篦103的下部供給3次空氣。所排出的燃燒氣體109由下游部的誘導(dǎo)通風(fēng)機305(參照圖l)向煙囪引導(dǎo)，因此燃燒爐102內(nèi)的空氣或燃燒氣體的氣流成為下降流。利用該方式，燃燒爐內(nèi)的燃燒在爐篦103的上部附近達到最高燃燒溫度，包含一些可燃氣體的燃燒氣體在爐篦下的爐底燃燒室lll中利用3次空氣108達到清潔并完全燃燒。此時發(fā)生的燃燒氣體109a的氣體的性狀的純度以如下的例子表示。氧(02)4.2%二氧化碳(C02)14.6%氯化氫(HC1)430ppm硫化氫(H2S)120ppm烴(CmHn)0%一氧化碳(CO)0%戴奧辛檢測極限以下燃燒溫度122CTC本實施方式的其他特征在于，設(shè)有能將1次空氣106、2次空氣107、3次空氣108加熱到最高45(TC的空氣預(yù)熱器110，具有即使是含水60%的生物物質(zhì)片105也能容易燃燒的功能，而且在爐篦103上燃燒成為超過1300。C的高溫，因此作為該耐熱構(gòu)造，爐篦103具有如下特征在2次空氣107的一部分或全部將爐篦配件的內(nèi)部冷卻后，使2次空氣107的一部分或全部從多個2次空氣噴口104噴出作為燃燒用空氣。圖3表示本發(fā)明的氣化反應(yīng)裝置201的1實施方式。氣化反應(yīng)裝置201的外壁的內(nèi)表面由隔熱件211圍著。在氣化反應(yīng)裝置201的內(nèi)部設(shè)有l(wèi)次氣化反應(yīng)室202和與l次氣化反應(yīng)室202連結(jié)的2次反應(yīng)管203，1次氣化反應(yīng)室202的上部與生物物質(zhì)供給管線204連接。生物物質(zhì)205由生物物質(zhì)供給料斗208供給，由生物物質(zhì)供給管線204輸送而由1次氣化反應(yīng)室202的上部落下供給。并且，在余熱鍋爐310所得到的過熱水蒸氣(箭頭所示)303從氣化劑供給管線302被供給到l次氣化反應(yīng)室202的底部作為生物物質(zhì)的氣化劑213。而且，燃燒氣體109a被從燃燒氣體供給管線109導(dǎo)入到氣化反應(yīng)裝置201的內(nèi)部，對1次氣化反應(yīng)室202和2次氣化反應(yīng)管203進4亍力口^;。在l次氣化反應(yīng)室202中，生物物質(zhì)片205和氣化劑213利用來自該反應(yīng)室壁的輻射熱產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成H2、CO、CH4、C2H4、C02等生成氣體207。在此，在距l(xiāng)次氣化反應(yīng)室202內(nèi)的下部處于中間的部位設(shè)有陶瓷多孔質(zhì)板或銅板材等的沖孔多孔質(zhì)板210。大致3mm以上的粗粉J爭生物物質(zhì)205滯留在多孔質(zhì)板210上而被氣化。在l次氣化反應(yīng)室202中被氣化的生成氣體有時含有一些煤、焦油，因此被輸送到2次氣化反應(yīng)管203中，利用氣化劑使煤、焦油的殘余成分進行再分解而氣化，完成清潔的生成氣體，供作為燃料氣體207加以利用。圖4用于比較本發(fā)明的實施方式中的、生物物質(zhì)的微粒生物物質(zhì)的浮游氣化而生成的生成氣體成分和粗粉生物物質(zhì)在多生成氣體的碳化氣體成分作為100%表示。在此，乙烯C2H4是2個碳原子的分子，因此成分％為2倍，合計碳化氣體為100%。上面的圖表以％表示產(chǎn)生的氫H2相對于碳化氣體100%的比例。全部結(jié)果都以900。C在1次氣化反應(yīng)室內(nèi)進行。在此，氫H2量除了生物物質(zhì)例如d.3H20o.9的氫成分之外，也由生物物質(zhì)氣化成分的烴氣體與水蒸氣的反應(yīng)產(chǎn)生。例如，以C2H4+4H20—2C02+6H2表示。因此，能看出上面的氫量越大越能進行氣化反應(yīng)。從圖4可知，在O.l、0.6、2.0mm生物物質(zhì)粒子浮游在氣化劑中的氣化反應(yīng)中，氣化粒子越小越易于氣化，粒子越大越難以進行氣化。不過，可知即使是10mm級的粗粉生物物質(zhì)滯留在多孔質(zhì)板上，通過被氣化而能進行浮游氣化以上的氣化反應(yīng)。但是，微粒的浮游的浮游氣化反應(yīng)為大致l秒以下，而滯留在多孔質(zhì)板上的生物物質(zhì)需要幾分鐘的氣化反應(yīng)時間。第2實施方式圖5是同時設(shè)有生物物質(zhì)供給料斗208和粗粉并行氣體供給管線206的本發(fā)明的第2實施方式的氣化反應(yīng)裝置201的概略圖。在本實施方式中，將N2、C02、空氣或它們的混合物作為粗粉并行氣體206a從粗粉并行氣體供給管線206送入臨時儲存行氣體的大部分與生物物質(zhì)片205—起經(jīng)由生物物質(zhì)供給管線204落下供給到l次氣化反應(yīng)室202中。在不供給該粗粉并行氣體206a的情況下，經(jīng)由生物物質(zhì)供給管線204而被大量導(dǎo)入到1次氣化反應(yīng)室202內(nèi)的水蒸氣的一部分流入生物物質(zhì)供給料斗208中。因此，通過實驗可知水蒸氣結(jié)露在儲存在生物物質(zhì)供給料斗208中的溫度還低的粗粉碎生物物質(zhì)205上，大量的水分被粗粉碎生物物質(zhì)205吸收。例如，長時間使用下，含水量15%的粗粉碎生物物質(zhì)有時吸水到60%的含水量。粗粉碎生物物質(zhì)中所含的水分在1次氣化反應(yīng)裝置202的內(nèi)部蒸發(fā)，被加熱成高溫，但結(jié)果是也含有蒸發(fā)潛熱，變成大的熱損失，氣化效率降低。氣化反應(yīng)裝置的氣化效率很大程度上被粗粉碎生物物質(zhì)的含水量左右，例如在將100kg/h的生物物質(zhì)氣化時比較，呈下表l所示的趨勢。表l生物物質(zhì)的氣化處理能力的低下的例子<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>由表l可知，含水量增加時，氣化能力急劇下降。l次氣化反應(yīng)室202的壁面溫度降低或增加生成氣體中的烴的量時，降低生物物質(zhì)原料供給量地進行調(diào)整。實施方式2能較高地保持氣化反應(yīng)裝置201的生物物質(zhì)氣化能力。從實驗結(jié)果看來，生物物質(zhì)供給量的重量比為2~15%左右的二氧化碳或210%的氮可確認到效果。使用空氣的情況下，生成氣體的一部分燃燒而使發(fā)熱量降低，因此最好為2~5%。第3實施方式圖6是還在內(nèi)部設(shè)有耐熱隔壁的本發(fā)明的第3實施方式的氣化反應(yīng)裝置的概略圖。在該實施方式中，l次氣化反應(yīng)室202和2次氣化反應(yīng)管203被以隔斷輻射熱為目的的耐熱隔壁212隔開，l次氣化反應(yīng)室202形成相對于2次氣化反應(yīng)管203獨立的反應(yīng)爐高溫室209。在高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置101中產(chǎn)生的燃燒氣體被輸送到氣化反應(yīng)裝置201中，首先加熱1次氣化反應(yīng)室202，然后加熱2次氣化反應(yīng)管203。第l次氣化反應(yīng)室202形成相對于2次氣化反應(yīng)管203獨立的反應(yīng)爐高溫室209，因此該l次氣化反應(yīng)室202能設(shè)定為比第l次氣化反應(yīng)室202高的溫度。由于2次氣化反應(yīng)管203的溫度也可以稍微低于1次氣化反應(yīng)室202,因此在為了增加生成氣體的氫成分而將l次氣化反應(yīng)室202的溫度保持為更高時，本實施方式具有特殊的效果。第4實施方式圖7是還添加了氣化劑替代氣體(即二氧化碳)308的本發(fā)明的第4實施方式的氣化反應(yīng)裝置的概略圖。在本實施例中，在加熱水而得到的過熱水蒸氣303中還混合了由二氧化碳構(gòu)成的氣化劑替代氣體308，從氣化劑供給管線302供給到1次氣化反應(yīng)室202的底部。二氧化碳在高溫下具有一定程度的氣化劑的功能，但增加了生成氣體的二氧化碳成分。將生成氣體供于曱醇的合成氣體的情況下，生成氣體中的二氧化碳與氫結(jié)合而生成曱醇，因此，特別是氬能從該生物物質(zhì)氣化裝置之外的供給源供給的情況下，具有通過供給該二氧化碳來增加曱醇合成的生產(chǎn)量這樣的效果。圖8表示上述第4實施方式的生物物質(zhì)氣體的熱化學(xué)性氣化裝置的整體結(jié)構(gòu)。其構(gòu)成內(nèi)容如前所述。工業(yè)上的可利用性利用本發(fā)明，提供一種生物物質(zhì)氣化裝置，該生物物質(zhì)氣化裝置是小型設(shè)備，并且比使用了燃氣輪機的大型生物物質(zhì)發(fā)電的效率更優(yōu)異，高效率且適于自產(chǎn)自銷或小規(guī)模分散型。由本發(fā)明的生物物質(zhì)氣化反應(yīng)裝置所得到的燃料氣體以H2、CO、CH4為主要成分，具有高品質(zhì)、高卡路里，因此能作為發(fā)動機發(fā)電、輪機發(fā)電、礦物燃料替代高卡路里燃料、化學(xué)22合成原料，并且作為甲醇合成、GTL合成的合成氣體而多用途地加以利用。權(quán)利要求1.一種生物物質(zhì)氣化裝置，其包括使生物物質(zhì)燃燒而產(chǎn)生燃燒氣體的高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置、生物物質(zhì)供給料斗、氣化反應(yīng)裝置，上述氣化反應(yīng)裝置的內(nèi)部配置有1次氣化反應(yīng)室，該1次氣化反應(yīng)室將2次氣化反應(yīng)管和氣化劑供給管線連接起來，該1次氣化反應(yīng)室通過生物物質(zhì)供給管線而與上述生物物質(zhì)供給料斗相連接，上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置通過燃燒氣體供給管線而與上述氣化反應(yīng)裝置連接。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置為了得到80crc以上的燃燒氣體，以具有固定床的下降流方式的立式燃燒爐為基礎(chǔ)，在立式燃燒爐的下部設(shè)有爐篦，從爐篦的上方的1處以上的吹入孔供給l次空氣，接著，從爐篦配件的內(nèi)部供給使爐篦具有冷卻功能并以噴孔形式供給的2次空氣，還從爐篦下部供給完全燃燒所需要的3次空氣，在上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置的出口由煙囪或誘導(dǎo)通風(fēng)機進行吸引。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置利用l次空氣和2次空氣的單位時間供給量來控制生物物質(zhì)燃料的燃燒速度，能利用3次空氣進行未燃氣體的完全燃燒和高溫燃燒氣體排出溫度的控制。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，為了使供給到上述高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置中的l次空氣、2次空氣、3次空氣容易進行與生物物質(zhì)的性狀、特別是與含水量的不同相對應(yīng)的燃燒速度的控制和高溫燃燒氣體的排出溫度的控制，用空氣預(yù)熱器進行預(yù)熱。5.根據(jù)權(quán)利要求14中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，在上述生物物質(zhì)供給料斗上同時設(shè)有粗粉并行氣體供給管線。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，從上述生物物質(zhì)供給管線供給氮氣、二氧化碳、空氣或它們的混合物。7.根據(jù)權(quán)利要求l~6中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，在上述l次氣化反應(yīng)室的下部設(shè)有陶瓷多孔質(zhì)板或沖孔式等的多孔質(zhì)板，以上升流從該多孔質(zhì)板的下部供給氣化劑。8.根據(jù)權(quán)利要求l~7中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，該生物物質(zhì)氣化裝置中也可以形成為如下改造設(shè)有耐熱隔壁，使得在上述l次氣化反應(yīng)室的外部空間和上述2次氣化反應(yīng)管的外部空間之間能進行上述燃燒氣體的通氣，且能隔斷上述1次氣化反應(yīng)室和上述第2氣化反應(yīng)管之間的熱輻射，使上述次氣化反應(yīng)室，之后再導(dǎo)入到上述第2氣化反應(yīng)管的外周來加熱上述第2氣化反應(yīng)管。9.根據(jù)權(quán)利要求l~8中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，上述1次氣化反應(yīng)室主體的材料使用鈦酸鋁等陶瓷材料或在該陶瓷材料的表面上涂布金屬材料而形成的材料、或高鉻、高鎳合金材料等耐高溫材料。10.根據(jù)權(quán)利要求l~8中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，相對于干燥生物物質(zhì)重量，作為氣化劑，將水蒸氣以重量比0.6以上進行供給。11.根據(jù)權(quán)利要求l~IO中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，對于以lkg/h供給干燥生物物質(zhì)原料，上述l次氣化反應(yīng)室至少在壁溫度為80(TC的情況下具有0.008m2以上的1次氣化反應(yīng)室壁面積，在壁溫度1000。C的情況下至少具有0.0041112以上的l次氣化反應(yīng)室壁面積。12.根據(jù)權(quán)利要求l~ll中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，具有根據(jù)生物物質(zhì)的含水量控制來自上述生物物質(zhì)料斗的生物物質(zhì)供給量而使生成氣體的性狀合理化的控制功能。13.根據(jù)權(quán)利要求l~13中任一項所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，上述氣化反應(yīng)裝置內(nèi)的加熱所使用的上述燃燒氣體在使用后被排出到上述氣化反應(yīng)裝置外，通過余熱鍋爐的熱回收產(chǎn)生過熱水蒸氣，并將該過熱水蒸氣作為上述氣化劑加以利用。14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的生物物質(zhì)氣化裝置，其中，作為上述氣化劑，供給二氧化碳和水蒸氣的混合氣體來替代水蒸氣。全文摘要本發(fā)明提供一種生物物質(zhì)氣化裝置，該生物物質(zhì)氣化裝置是生物物質(zhì)的熱化學(xué)性氣化裝置，能成產(chǎn)業(yè)地從固體生物物質(zhì)制造高品質(zhì)的燃料氣體，該燃料氣體能作為燃氣發(fā)動機、燃氣輪機等的燃料使用，還能作為甲醇合成等的合成氣體使用。生物物質(zhì)的高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置(101)不依靠礦物燃料而全部依靠生物物質(zhì)供給熱源。供氣化的粗粉碎生物物質(zhì)(205)與氣化劑(303)一起被導(dǎo)入到1次氣化反應(yīng)室(202)中，將來自高溫燃燒氣體產(chǎn)生裝置(101)中產(chǎn)生的燃燒氣體(109a)所加熱的1次氣化反應(yīng)室(202)壁面的輻射熱作為反應(yīng)熱，產(chǎn)生氣化反應(yīng)，粗粉碎生物物質(zhì)(205)被分解，成為清潔且高品質(zhì)的生成氣體。文檔編號C10J3/00GK101541926SQ20078003933公開日2009年9月23日申請日期2007年10月22日優(yōu)先權(quán)日2006年10月23日發(fā)明者坂井正康,川島八郎,村上信明,竹川敏之申請人:學(xué)校法人長崎綜合科學(xué)大學(xué)