JP2001240878A - バイオマスのガス化システム及びメタノール合成システム - Google Patents
バイオマスのガス化システム及びメタノール合成システムInfo
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Abstract
なガス化を行うことができるバイオマスのガス化及びメ
タノール合成システムを提供することを課題とする。 【解決手段】 バイオマス11と燃焼酸化剤12とを供
給してH2 ,CO等にガス化するバイオマスガス化炉1
3と、該バイオマスガス化炉13でガス化した生成ガス
14中のCH4 等の炭化水素をニッケル触媒下で改質す
るスチームリフォーミング手段15と、スチームリフォ
ーミング手段15により改質されたガスを冷却する冷却
器16と、該冷却手段16内に設置され、外部から供給
された水17と熱交換して高温水蒸気18を発生させる
熱交換手段と、該冷却したガスを精製するガス精製装置
19とを具備してなり、生成したガスをメタノール合成
して、メタノール燃料を得る。
Description
利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができる
バイオマスガス化システム及び方法並びに該ガス化した
ガスを利用したバイオマスのメタノール合成システム及
び方法に関する。
は工業原料として利用することのできる生物体(例えば
農業生産物又は副産物、木材、植物等)をいい、太陽エ
ネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるの
で、無限に再生可能である。
メタノール等の製造が可能となる。また、廃棄物として
のバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つ
と共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりC
O2 の固定により生育されるので、大気のCO2 を増加
させない。
方法としては、例えば発酵法や熱水分解法等が提案され
ているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料
とならず、発酵時間がかかるので大量の発酵タンクを設
置する必要があると共に、後者の熱水分解法では高温・
高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給した
バイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率
が低いという問題もある。
多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もあ
る。
ては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用い
るようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反
応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが
発生し、生成したガス化ガスは、H2 ,COが少ないた
め、メタノール合成の原料とならない。また、上記発生
したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する
機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、とい
う問題がある。
給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部
分的に1200℃を超える高温域が形成され、ガスにな
らずに、バイオマス自身が燃焼し、スート化してしまう
という問題がある。
率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ること
ができるバイオマスガス化システム及び方法並びに該ガ
ス化したガスを利用したバイオマスのメタノール合成シ
ステム及び方法を提供することを目的とする。
[請求項1]の発明は、バイオマスを供給してガス化す
るバイオマスガス化炉と、該バイオマスガス化炉でガス
化したガスを精製するガス精製装置とを具備するバイオ
マスのガス化システムであって、生成ガス組成のH2 /
CO比率を2に近づけるようにバイオマス及び燃焼酸化
剤を供給することを特徴とする。
て、上記燃焼酸化剤の酸素供給量がバイオマスの部分酸
化した際の発熱量がバイオマスを分解する際の吸熱量を
上回る量であることを特徴とする。
て、上記燃焼酸化剤の酸素濃度が3〜15%であること
を特徴とする。
いずれか一項において、上記燃焼酸化剤の水蒸気が30
0℃以上の高温水蒸気であることを特徴とする。
て、上記高温水蒸気がガス化した生成ガスの熱を熱交換
して得ることを特徴とする。
て、上記バイオマスガス化炉上部出口近傍又はガス火炉
の後流側にスチームリフォーミング手段を設けてなるこ
とを特徴とする。
て、上記スチームリフォーミング手段がニッケル系触媒
により生成ガス中の炭化水素をCO及びH2 に改質する
ことを特徴とする。
て、上記スチームリフォーミング温度が500℃以上で
あることを特徴とする。
載のいずれか一項のバイオマスガス化システムと、精製
後のガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、該冷却後
のガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装
置とを具備することを特徴とする。
て、生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置をメタノ
ール合成装置の上流側へ介装したことを特徴とする。
記載のいずれか一項のバイオマスガス化システムと、精
製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、該冷却
後のガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成
装置とを具備するバイオマスのメタノール合成システム
において、精製したガス中のH2 とCOガスの組成を調
整するCOシフト反応装置を設けてなることを特徴とす
る。
いて、生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置をメタ
ノール合成装置の上流側へ介装したことを特徴とする。
12において、バイオマスガス化炉内にバイオマスを供
給する搬送ガスが脱炭酸したCO2 であることを特徴と
する。
1において、上記熱交換手段により除去した水を用いて
バイオマス火炉内へ供給する酸素の湿度及び温度を上昇
させることを特徴とする。
いて、バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給する搬
送ガスがメタノール回収後の排ガスであることを特徴と
する。
いて、バイオマスガス化炉内にメタノール回収後の排ガ
スを供給することを特徴とする。
いて、メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料
に用いることを特徴とする。
7のいずれか一項において、上記メタノール製造に際し
て発生する回収熱をガスタービンに利用することを特徴
とする。
7のいずれか一項において、上記メタノール製造に際し
て発生する回収熱をバイオマスの乾燥に利用することを
特徴とする。
9のいずれかに記載のバイオマスのガス化システムを据
え付け台上に搭載し、運搬できるようにしたことを特徴
とする。
9のいずれかに記載のバイオマスのガス化システムを移
動台車上に搭載し、移動できるようにしたことを特徴と
する。
分燃焼によって一部燃焼させると共に化学合成により発
生するCO2 の発熱を有効に利用してガス化炉内の温度
を上昇させ且つ高温の水蒸気を投入しつつバイオマスを
ガス化することを特徴とする。
いて、生成ガス中にの炭化水素をスチームリフォーミン
グしてCOとH2 とに改質し、ガス組成のH2 /CO比
率を2に近づけることを特徴とする。
23のガス化方法により得られたガス中のCO2 を除去
し、メタノール合成をすることを特徴とする。
ス化方法により得られたガス中のH 2 とCOガスの組成
をCOシフト反応装置により調整し、ガス組成のH2 /
CO比率を2に近づけることを特徴とする。
いて、バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給する搬
送ガスが脱炭酸したCO2 であることを特徴とする。
25において、バイオマスガス化炉内にバイオマスを供
給する搬送ガスがメタノール回収後の排ガスを用いるこ
とを特徴とする。
25において、バイオマスガス化炉内にメタノール回収
後の排ガスを供給することを特徴とする。
いて、メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料
に用いることを特徴とする。
29のいずれか一項において、上記メタノール製造に際
して発生する回収熱をガスタービンに利用することを特
徴とする。
29のいずれか一項において、上記メタノール製造に際
して発生する回収熱をバイオマスの乾燥に利用すること
を特徴とする。
するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもの
ではない。
の形態を図1を用いて説明する。図1は本実施の形態に
かかるバイオマスガス化炉を用いたバイオマスガス化シ
ステムを備えたバイオマスメタノール合成システムの概
略図である。図1に示すように、本実施の形態にかかる
バイオマスのガス化システムは、バイオマス(CH
2 O)11と燃焼酸化剤12とを供給してH2 ,CO等
にガス化するバイオマスガス化炉13と、該バイオマス
ガス化炉13でガス化した生成ガス14中のCH4 等の
炭化水素をニッケル触媒下で改質するスチームリフォー
ミング手段15と、スチームリフォーミング手段15に
より改質されたガスを冷却する冷却器16と、該冷却手
段16内に設置され、外部から供給された水17と熱交
換して高温水蒸気18を発生させる熱交換手段(図示せ
ず)と、該冷却したガスを精製するガス精製装置19と
を具備してなるものである。
ガス化炉13は、バイオマス11を炉本体内に供給する
バイオマス供給手段21と、該バイオマス供給手段21
よりも上方側(炉下流側)に位置し、酸素又は酸素と水
蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤12を炉本体内供給す
る燃焼酸化剤供給手段22とを備えてなる噴流床型のガ
ス化炉である。なお、上記熱交換手段による高温にされ
た水蒸気18は燃焼酸化剤供給手段22に導入されてバ
イオマスガス化炉13内に供給されている。
るバイオマス11は、生産又は廃棄されたバイオマスを
乾燥手段23により乾燥された後、粉砕手段24により
所定粒径に粉砕されたものとするのが好ましい。本発明
でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利
用することのできる生物資源(例えば農業生産物又は副
産物、木材、植物等)をいい、例えばスイートソルガ
ム,ネピアグラス,スピルリナ等を例示することができ
る。また、糠、木くず、間伐材等の農林系廃棄物も含ま
れる。
On (m=1.0〜1.5、n=0.7〜1.1)であるが、便
宜上CH2 Oと簡略化して以下説明する。本発明では、
上記バイオマス11の粉砕物の平均粒径(D)は、0.0
5≦D≦5mmとするのが好ましい。これは、平均粒径
が0.05mm以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪く
なり、好ましくないからである。一方、平均粒径が5m
mを超えた場合には、バイオマスの粒子内部まで良好に
燃焼・熱分解がなされずに反応が促進せず、高効率のガ
ス化が困難となるからである。
でガス化されたガス組成のH2 /CO比率が2<(H2
/CO)となるように、バイオマス11及び燃焼酸化剤
12を供給するようにしている。
れるガス組成のH2 /COの組成比について検討する。
反応式による。 CO+2H2 → CH3 OH …(1) ここで、従来の天然ガスであるメタン(CH4 )からの
合成の場合については以下のようになる。 CH4 +H2 O → CO+3H2 …(2) 次に、従来の化石燃料(石炭)からの合成の場合につい
ては以下のようになる。 CH2 +H2 → CO+2H2 …(3) 通常バイオマスを単にガス化した場合には、以下のよう
になり、H2 /COの比率はは2を超えることはない。 CH2 O → CO+H2 …(4) 本発明では、これを解消するために、炉内に燃焼酸化剤
14を投入し、部分燃焼(CO+1/2 O2 →CO2 )さ
せることで、熱として利用し、後工程でCO2を除去す
ることで[H2 O]/[CO]の比率を向上させてい
る。
を部分酸化させた際の発熱量がバイオマスを分解する際
の吸熱量を上回るようにするとよい。具体的には燃焼場
内での全酸素の投入量の酸素濃度が3〜15%となるよ
うにすればよい。これは、3%未満では部分燃焼の進行
も遅く好ましくなく、一方15%を超えるとバイオマス
自身の燃焼が開始し、ススが発生し、好ましくないから
である。また、バイオマスガス化炉13内の部分燃焼は
酸素濃度が低く、不完全燃焼であり、温度が低いので、
上記冷却器16内の熱交換により得られた高温の水蒸気
を多量に投入することが好ましい。ここで、水蒸気の温
度は、後述するように400〜500℃程度とするのが
好ましい。
場合における、基本反応は下記の通りである。 CH2 O → CO+H2 …(5)[吸熱反応] CH2 O+ 1/2 O2 → CO2 +H2 …(6)[発熱反応] 上記反応を達成できればメタノール合成に必要なH2 /
COが2以上を達成できる。上記反応では、生成熱25
℃基準で、 (5)では、 −26.4+27.7=+1.3Kcal [吸熱反応] (6)では、 −94+27.7=−66.3Kcal [発熱反応] となり、全体としては発熱反応となる。一方、CH2 O
を完全燃焼させた場合(CH2 O+O2 → CO2 +
H2 O)の生成熱は、−124.3(発熱)である。上記
(5)及び(6)の反応が完全燃焼の場合には、以下のように
なる。 −124.3×2≒−250Kcal 従って、(5)及び(6)全体では、 −65.3/−250≒0.26 となり、約1/4程度を目安に燃やせばよいことにな
る。但し、上記反応では、燃焼反応に比べて発熱割合が
少ないため、反応場温度は、450〜500℃(≒0.2
6×1800〜1900℃)にしかならず、反応が遅く
なる。従って、反応が進行する800〜1000℃の燃
焼温度場を保持するためには、別途400〜500℃の
高温蒸気を付加することが肝要となる。このため、ガス
化炉13に別途外部より高温水蒸気(約400〜500
℃)を導入することでこれを解消することができる。
の炉内温度は700〜1400℃(好適には800〜1
000℃程度)のガス化条件とするのが好ましい。これ
は、炉内温度が700℃未満であると、燃焼が良好でな
く、好ましくなく、一方1400℃を超えた場合には、
バイオマス自身の燃焼によりスートが発生し、好ましく
ないからである。なお、従来では上記温度範囲とするに
は酸素の投入により高温場を形成していたが、本発明で
は理論酸素量の約1/4程度の不完全燃焼状態でガス化
を行い、足りない熱源はCO2 の化学反応による発熱と
外部より投入する高温水蒸気(400〜500℃)によ
り補足することでこれを解消している。
は、特に限定されるものではないが、1〜40気圧とす
るのが好ましい。これは、メタノール合成に直結する場
合には、80気圧近傍が好ましいが、耐圧構造のガス化
炉とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないから
である。なお、30気圧程度の場合には、装置がコンパ
クトとなり、好ましい。
塔速度は、特に限定されるものではないが、0.1〜5m
/sのガス化条件とするのが好ましい。これは、空塔速
度は0.1m/s以下では炉内滞留時間が長く、燃焼過多
となり好ましくなく、一方5m/sを超える場合には、
燃焼・熱分解が完全になされずに、良好なガス化ができ
ないからである。なお、粉砕バイオマスを好適に搬送す
るには、バイオマスの粒径を考慮に入れるとさらによ
く、特に好ましくは、バイオマスの平均粒径が0.1〜1
mmの場合には、空塔速度を0.4〜1m/sとし、平均
粒径が1〜5mmの場合には、空塔速度を1〜5m/s
とするのが好ましい。
てバイオマス11のガス化により生成した生成ガス14
には、上述したH2 ,CO,CO2 以外に、ガス化条件
にも左右されるが例えばCH4 ,C2 H4 〜C2 H6 ,
C3 H6 〜及びタール、スートが等の炭化水素が約7〜
8%程度含まれている。
は、水蒸気及びニッケル触媒存在下のスチームリフォー
ミングにより、550℃以上(好適には900℃±10
0℃)で、CO,H2 にすることができる。このスチー
ムリフォーミングにより生成されたH2 は、上述したよ
うに、メタノール合成の原料となる。
スチームリフォーミングシステムを付加することによ
り、CO及びH2 を製造することができる。これによ
り、タール,スートも基本的にはC系であり、十分な滞
留時間を確保することでスチームリフォーミングが可能
となる。具体的には、スチームリフォーミングとして
は、触媒(Ni触媒を担持したハニカム式輻射交換体)
を集塵装置22と精製装置23との間にスチームリフォ
ーミング31を配置し、タール,スート等をスチームリ
フォーミングすることで、C及びH2 を得るようにすれ
ばよい。
は、内部発熱を適用した結果として、生成ガス中にCO
2 が含まれることとなる。CO2 も下記反応式(7)によ
り、Cu,Zn,Cr等の金属触媒によりメタノール合
成が可能である。 CO2 +3H2 → CH3 OH+H2 O …(7)
ば、投入したバイオマス11が部分燃焼及びスチーム改
質によりガス化されたガス組成のH2 /CO比率が2<
(H2/CO)となり、効率よくガス化又は改質され、
良好なメタノール合成のガス組成のガスを得ることがで
きる。このガス14はこのガス精製装置19で精製さ
れ、ガス成分組成を調整することにより、各種燃料(メ
タノール,エタノール等)の合成原料として利用され
る。
を例にして以下に説明する。本実施の形態におけるメタ
ノール製造装置は、上記精製装置19で精製後のガス中
の水蒸気を除去する熱交換器31と、該ガスの圧力を向
上させるブースタ装置32と、昇圧後のガス中のCO2
を除去する脱炭酸装置33と、脱炭酸されたされたガス
温度をメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器3
4と、ガス中の2H2 とCOとからメタノール(CH3
OH)35を製造するメタノール合成装置36と、該メ
タノール合成装置36により得られた生成ガス37をメ
タノール35と排ガス38とに分離する蒸留装置39と
を具備するものである。
ガス化により生成した生成ガス中のCO,CO2 ,H2
の内不要なCO2 を除去する脱炭酸装置33が介装され
ている。これによって、余分なCO2 はシステム最終段
階でアミン系湿式脱炭酸装置等のようなCO2 を除去す
る脱炭酸装置を配設することにより、系内より接触的に
除去し、メタノールの回収率の向上を図っている。この
ため、図1において、ブースタ装置32とメタノール合
成装置36との間にCO2 除去の脱炭酸装置33を介装
することにより、余分なCO2 を除去しているが、ブー
スタ装置32の前段側に該脱炭酸装置33を介装するよ
うにして、予めCO2 を除去したガスを昇圧するように
することもできる。
れるメタノール原料ガスは、余分なCO2 が除去された
結果、CO、2H2 の組成とすることができ、メタノー
ル合成が効率よく進行し、供給したバイオマスの約60
%程度のメタノールを合成することができる。
い温度の部分燃焼によって供給した理想状態の1/4の
O2 量でバイオマス11をガス化し、その際に、化学合
成により発生するCO2 の発熱を有効に利用してガス化
炉内の温度を上昇させると共に、外部より供給する高温
の水蒸気18により、約900℃前後の炉内温度を保持
することで、ガス化が良好に進行することになる。ま
た、生成ガス中にCH4 等の炭化水素が発生するが、ガ
ス火炉出口側にスチームリフォーミング手段15を介装
することにより、COとH2 とに改質され、メタノール
合成に良好なガス組成になる。そして、メタノール合成
に不必要なCO2 は脱炭酸装置33で外部へ除去され、
メタノール合成に必須のCO,2H2 の組成で且つガス
組成のH2 /CO比率が2<(H2 /CO)となり、極
めて理想的なものとなる。このように、バイオマス11
を有効利用することでスート等の発生が全くないクリー
ンなメタノール合成用のガスを得ることでメタノール合
成効率が向上し、バイオマス11の全体の約60%がメ
タノール燃料に変換されることになる。
成用のガス以外に従来と同様にガス精製手段により精製
した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用する
ことも可能である。また、本実施の形態ではメタノール
合成を例にして説明したが、メタノール合成以外にも生
成ガスを用いて他の物質(例えばジメチルエーテル等)
を合成することができる。
の形態を図2を用いて説明する。図2は本実施の形態に
かかるバイオマスガス化炉を用いたバイオマスガス化シ
ステムの概略図である。本実施の形態では、バイオマス
のガス化システムにおいて、上記熱交換手段31により
除去した不要の水蒸気を用いてバイオマス火炉内へ供給
する燃焼酸化剤12である酸素の加温及び加湿をするよ
うにしたものである。
は特に限定されるものではないが、間接熱交換器等によ
り熱回収した水中をバブリング等させる間接熱交換手段
等により行うことができる。
ス火炉12内に供給することで、バイオマスのガス化反
応効率が向上する。この結果、熱交換器31後の低温約
50℃程度の水蒸気の顕熱を効率よく回収することがで
きる。を具備するものである。
にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの
概略図である。図3に示すように、本実施の形態にかか
るバイオマスのガス化システムは、バイオマス11を供
給してガス化するバイオマスガス化炉13と、該バイオ
マスガス化炉13でガス化したガス13を冷却器16で
冷却した後、該ガスを精製するガス精製装置19と、精
製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器31と、該冷
却後のガス中のH2 とCOガスの組成を調整するCOシ
フト反応装置41と、ガスの圧力を向上させるブースタ
装置32と、ガス組成中のCO2 を系外へ除去する脱炭
酸装置33と、昇圧され脱炭酸されたガスをメタノール
製造温度まで加温する再生熱交換器34と、ガス中のH
2 とCOとからメタノール(CH3 OH)35を製造す
るメタノール合成装置36と、メタノール合成装置36
により合成されたガス37を排ガス38とメタノール3
5とに分離する蒸留装置39とを具備するものである。
ス化したガス組成のCH4 を改質してH2 ,COを得る
ようにしていたが、本実施の形態では、COシフト反応
装置41を用いることにより、メタノール合成に必要な
H2 を得るようにしたものである。なお、上記COシフ
ト反応装置41では、CO2 が発生するが、余分なCO
2 は、上記脱炭酸装置33を介装することにより、CO
2 を分離する。
に、脱炭酸装置33で除去したCO2はバイオマス11
の搬送ガスとしてもよい。また、燃焼酸化剤12として
投入する酸素を熱交換器16で加温・加湿することを併
用するようにしてもよい。
にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの
概略図である。図4に示すように、本実施の形態にかか
るバイオマスのガス化システムは、バイオマス11を供
給してガス化するバイオマスガス化炉13と、該バイオ
マスガス化炉13でガス化した生成ガス14中のCH4
等の炭化水素をニッケル触媒下で改質するスチームリフ
ォーミング手段15と、スチームリフォーミング手段1
5により改質されたガスを冷却する冷却器16と、該冷
却器16で冷却した後のガスを精製するガス精製装置1
9と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器31
と、該冷却後のガス中のH2 とCOガスの組成を調整す
るCOシフト反応装置41と、ガスの圧力を向上させる
ブースタ装置32と、ガス組成中のCO2を系外へ除去
する脱炭酸装置33と、昇圧され脱炭酸されたガスをメ
タノール製造温度まで加温する再生熱交換器34と、ガ
ス中のH2 とCOとからメタノール(CH3 OH)35
を製造するメタノール合成装置36と、メタノール合成
装置36により合成されたガス37を排ガス38とメタ
ノール35とに分離する蒸留装置39とを具備するもの
である。
ス化したガス組成のCH4 を改質してH2 ,COを得る
ようにしていたが、本実施の形態では、さらに、COシ
フト反応装置41を用いることにより、メタノール合成
に必要なH2 をより多く得るようにしたものである。な
お、上記COシフト反応装置41では、CO2 が発生す
るが、余分なCO2 は、上記脱炭酸装置33を介装する
ことにより、CO2 を分離する。
に、脱炭酸装置33で除去したCO2はバイオマス11
の搬送ガスとしてもよい。また、燃焼酸化剤12として
投入する酸素を熱交換器16で加温・加湿することを併
用するようにしてもよい。
にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。図5に示
すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉1
3は、バイオマス11を炉本体内に供給するバイオマス
供給手段21と、該バイオマス供給手段21よりも上方
側(炉下流側)に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合
物からなる燃焼酸化剤12を炉本体内供給する燃焼酸化
剤供給手段22とを具備してなると共に、炉上部側にニ
ッケル触媒を担持したセラミックフォーム15aを交互
に対向するように複数設けられている。上記セラミック
フォーム15aは、バイオマス11のガス化により発生
したガス中のタールやスートの捕集をすると共に、該タ
ール類をニッケル触媒作用により分解してCO,H2 と
し、メタノール合成ガスの組成としている。
射変換体であるので、炉内部のガス化温度が均一にする
ことができ、ガス化反応効率が向上する。また、本実施
の形態では、外部から供給する高温水蒸気18は炉底部
から供給するようにしている。
にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。図6に示
すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉1
3は、炉上部の屈曲部の後流側にニッケル触媒を担持し
たセラミックフォーム15aを交互に対向するように複
数設けられている。上記セラミックフォーム15aは、
バイオマス11のガス化により発生したガス中のタール
やスートの捕集をすると共に、該タール類をニッケル触
媒作用により分解してCO,H2 にしている。また、上
記セラミックフォーム15aに付着した灰20は図示し
ない水蒸気の吹付け等により、系外へ排出することがで
きる。
にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの
概略図である。図7に示すように、本実施の形態にかか
るバイオマスのガス化システムは、バイオマス11を供
給してガス化するバイオマスガス化炉13と、該バイオ
マスガス化炉13でガス化したガス14を冷却器16で
冷却した後、該ガスを精製するガス精製装置19と、精
製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器31と、該冷
却後のガス中のH2 とCOガスの組成を調整するCOシ
フト反応装置41と、ガスの圧力を向上させるブースタ
装置32と、昇圧されたガス温度をメタノール製造温度
まで加温する再生熱交換器34と、ガス中のH2 とCO
とからメタノール(CH3 OH)35を製造するメタノ
ール合成装置36と、合成ガス37を排ガス38とメタ
ノール35とに分離する蒸留装置39とを具備するバイ
オマスのガス化システムにおいて、蒸留装置39により
分離された排ガス38中の残存CH 4 をバイオマスガス
化炉13内へ再循環するようにしている。これにより、
残存していたCH4 が燃焼することで部分酸化の熱利用
になり、発生したCO2 は脱炭酸装置33で除去するこ
とにより、メタノール合成用のガス組成に変動はないの
で、メタノール合成装置36でのメタノール合成は安定
して行うことができる。
バイオマス11をバイオマスガス化炉13内へ搬送する
搬送ガスとして有効利用するようにした後に、炉内へ供
給するようにしてもよい。
動し、例えばバイオマスを粉砕する粉砕機や酸素を製造
する酸素製造装置等の各種装置の動力源としてシステム
内で有効活用することができる。
にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの
概略図である。図8に示すように、本実施の形態にかか
るバイオマスのガス化システムは、バイオマス11を供
給してガス化するバイオマスガス化炉13と、該バイオ
マスガス化炉13でガス化したガス14を冷却器16で
冷却した後、該ガスを精製するガス精製装置19と、精
製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器31と、該冷
却後のガス中のH2 とCOガスの組成を調整するCOシ
フト反応装置41と、ガスの圧力を向上させるブースタ
装置32と、昇圧されたガス温度をメタノール製造温度
まで加温する再生熱交換器34と、ガス中のH2 とCO
とからメタノール(CH3 OH)35を製造するメタノ
ール合成装置36と、合成ガス37を排ガス38とメタ
ノール35とに分離する蒸留装置39とを具備するバイ
オマスのガス化システムにおいて、メタノール合成装置
36でメタノール合成によって発生する熱を熱回収した
水蒸気51を用いて、循環ブロア52やブースタ装置等
の動力源となる蒸気タービン53を駆動するようにして
いる。上記メタノール合成装置36は発熱反応であるの
で、その発生した熱を利用することで、システム内での
熱が有効利用されることになる。
環ブロア52を介してリサイクルしているが、そのリサ
イクルガス53の一部をバイオマス11の乾燥手段23
で用いる乾燥用のガスとして利用することができる。
の形態について、図9により説明する。図9は本発明の
第8の実施の形態を示す概念図である。図9に示すよう
に、本実施の形態では、第8の実施の形態により構成さ
れるバイオマスのガス化システムを据付台61上に据え
付け、又は前記据付台61上に据え付けられたシステム
全体を移動台車62上に搭載し、又は直接移動台車62
上にシステム全体を搭載し、移動できるようにしたもの
である。
体が一式据え付けており、該据付台61には機器の保護
のためカバー63で全体を覆うようにすることもでき
る。また、クレーン等で吊下げて移動又は移設できるよ
うに据付台61の四隅に吊金具64を設ければ、さらに
操作性を向上させることができる。
テム全体を搭載することにより、移動自在な構成とする
ことができる。移動台車62は車輪を設け別途牽引車で
移動させてもよいし、又は移動台車62自体に駆動手段
を設け自走式のバイオマスのガス化システムとしてもよ
い。また、前述した据付台61上に搭載した構成のもの
を、前記移動台車62上に搭載して移動させてもよい。
イオマスのガス化システムが、従来法に比べ極めてコン
パクトに構成できるので、クレーン等に吊り下げ可能と
なり、搬送手段により移動又は牽引が可能となり、若し
くは自走により任意の場所へ移動させることができ、機
動性に富むこととなる。よって、バイオマスの生産現
地、若しくは廃棄集約地等へ出向いて、バイオマスのガ
ス化により、現地においてメタノールの製造が可能とな
る。
にかかるシステムを用いた場合でも同様である。
によれば、バイオマスを供給してガス化するバイオマス
ガス化炉と、該バイオマスガス化炉でガス化したガスを
精製するガス精製装置とを具備するバイオマスのガス化
システムであって、生成ガス組成のH2 /CO比率を2
に近づけるようにバイオマス及び燃焼酸化剤を供給する
ので、CO、H2 のバランスがメタノール合成に好適な
ガスを生成することができる。
おいて、上記燃焼酸化剤の酸素供給量が、バイオマスの
部分酸化した際の発熱量がバイオマスを分解する際の吸
熱量を上回るような量であるので、部分燃焼しつつ効率
よくバイオマスをガス化することができる。
おいて、上記燃焼酸化剤の酸素濃度が3〜15%である
ので、部分燃焼しつつ効率よくバイオマスをガス化する
ことができる。
至3のいずれか一項において、上記燃焼酸化剤の水蒸気
が300℃以上の高温水蒸気であるので、部分燃焼の温
度を補足し、バイオマスを効率よくガス化するこができ
る。
おいて、上記高温水蒸気がガス化した生成ガスの熱を熱
交換して得るので、システム内で熱回収でき、システム
効率が向上する。
おいて、上記バイオマスガス化炉上部出口近傍又はガス
火炉の後流側にスチームリフォーミング手段を設けてな
るので、炭化水素をCO,H2 に効率よく交換でき、C
O、H2 のバランスがメタノール合成に好適なガスを生
成することができる。
おいて、上記スチームリフォーミング手段がニッケル系
触媒により生成ガス中の炭化水素をCO及びH2 に改質
するので、メタノール合成に好適なガスを生成すること
ができる。
おいて、上記スチームリフォーミング温度が500℃以
上であるので、改質効率が向上する。
至8記載のいずれか一項のバイオマスガス化システム
と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、
該冷却後のガスを用いてメタノールを合成するメタノー
ル合成装置とを具備するので、CO、H2 のバランスが
メタノール合成に好適となり、メタノール合成の収率を
向上することができる。
において、生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置を
メタノール合成装置の上流側へ介装したので、CO、H
2 のバランスがメタノール合成に好適となり、メタノー
ル合成の収率を向上することができる。
乃至5記載のいずれか一項のバイオマスガス化システム
と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、
該冷却後のガスを用いてメタノールを合成するメタノー
ル合成装置とを具備するバイオマスのメタノール合成シ
ステムにおいて、精製したガス中のH2 とCOガスの組
成を調整するCOシフト反応装置を設けてなるので、C
O、H2 のバランスがメタノール合成に好適となり、メ
タノール合成の収率を向上することができる。
1において、生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置
をメタノール合成装置の上流側へ介装したので、CO、
H2のバランスがメタノール合成に好適となり、メタノ
ール合成の収率を向上することができる。
0又は12において、バイオマスガス化炉内にバイオマ
スを供給する搬送ガスが脱炭酸したCO2 であるので、
別途搬送ガスを導入することが不要となると共に、窒素
ガスを系内に供給することがないので、反応効率が向上
し、且つ除去したガスを有効利用でき、リサイクル効率
が向上する。
又は11において、上記熱交換手段により除去した水を
用いてバイオマス火炉内へ供給する酸素の湿度及び温度
を上昇させるので、排熱を有効利用でき、リサイクル効
率が向上する。
1において、バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給
する搬送ガスがメタノール回収後の排ガスであるので、
別途搬送ガスを用意することが不要となる。
1において、バイオマスガス化炉内にメタノール回収後
の排ガスを供給するので、排ガス中のCH4 をガス化炉
内での燃料として再利用することができる。
1において、メタノール回収後の排ガスをガスエンジン
の燃料に用いるので、排ガス中の熱エネルギを有効利用
でき、リサイクル効率が向上する。
乃至17のいずれか一項において、上記メタノール製造
に際して発生する回収熱をガスタービンに利用するの
で、回収熱のエネルギを有効利用でき、リサイクル効率
が向上する。
乃至17のいずれか一項において、上記メタノール製造
に際して発生する回収熱をバイオマスの乾燥に利用する
ので、回収熱の熱エネルギを有効利用でき、リサイクル
効率が向上する。
乃至19のいずれかに記載のバイオマスのガス化システ
ムを据え付け台上に搭載し、運搬できるようにしたの
で、移動可能となり、機動性が向上する。
乃至19のいずれかに記載のバイオマスのガス化システ
ムを移動台車上に搭載し、移動できるようにしたので、
移動可能となり、さらに、機動性が向上する。
スを部分燃焼によって一部燃焼させると共に化学合成に
より発生するCO2 の発熱を有効に利用してガス化炉内
の温度を上昇させ且つ高温の水蒸気を投入しつつバイオ
マスをガス化するので、ガス化効率が向上する。
2において、生成ガス中にの炭化水素をスチームリフォ
ーミングしてCOとH2 とに改質し、ガス組成のH2 /
CO比率を2に近づけるようにするので、CO、H2 の
バランスがメタノール合成に好適なガスを生成すること
ができる。
2又は23のガス化方法により得られたガス中のCO2
を除去し、メタノール合成をするので、バイオマスから
有効にメタノール燃料を得ることができる。
2のガス化方法により得られたガス中のH2 とCOガス
の組成をCOシフト反応装置により調整し、ガス組成の
H2/CO比率を2に近づけるよようにするので、C
O、H2 のバランスがメタノール合成に好適なガスを生
成することができる。
5において、バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給
する搬送ガスが脱炭酸したCO2 であるので、別途搬送
ガスを用意することが不要となると共に、窒素成分が混
入することがなく、反応効率が向上する。
4又は25において、バイオマスガス化炉内にバイオマ
スを供給する搬送ガスがメタノール回収後の排ガスを用
いるので、別途搬送ガスを用意することが不要となる。
4又は25において、バイオマスガス化炉内にメタノー
ル回収後の排ガスを供給するので、排ガス中のCH4 を
ガス化炉内での燃料として再利用することができる。
4において、メタノール回収後の排ガスをガスエンジン
の燃料に用いるので、排ガスを有効利用することがで
き、リサイクル効率が向上する。
4乃至29のいずれか一項において、上記メタノール製
造に際して発生する回収熱をガスタービンに利用するの
で、排ガスを有効利用してガスタービンを駆動すること
ができる。
4乃至29のいずれか一項において、上記メタノール製
造に際して発生する回収熱をバイオマスの乾燥に利用す
るので、排ガスを有効利用することができ、リサイクル
効率が向上する。
ール合成システムの概略図である。
ール合成システムの概略図である。
ール合成システムの概略図である。
ール合成システムの概略図である。
炉の概略図である。
炉の概略図である。
ール合成システムの概略図である。
システムの概略図である。
システムの概略図である。
Claims (31)
- 【請求項1】 バイオマスを供給してガス化するバイオ
マスガス化炉と、 該バイオマスガス化炉でガス化したガスを精製するガス
精製装置とを具備するバイオマスのガス化システムであ
って、 生成ガス組成のH2 /CO比率を2に近づけるようにバ
イオマス及び燃焼酸化剤を供給することを特徴とするバ
イオマスのガス化システム。 - 【請求項2】 請求項1において、 上記燃焼酸化剤の酸素供給量がバイオマスの部分酸化し
た際の発熱量がバイオマスを分解する際の吸熱量を上回
る量であることを特徴とするバイオマスのガス化システ
ム。 - 【請求項3】 請求項2において、 上記燃焼酸化剤の酸素濃度が3〜15%であることを特
徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか一項におい
て、 上記燃焼酸化剤の水蒸気が300℃以上の高温水蒸気で
あることを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項5】 請求項4において、 上記高温水蒸気がガス化した生成ガスの熱を熱交換して
得ることを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項6】 請求項1において、 上記バイオマスガス化炉上部出口近傍又はガス火炉の後
流側にスチームリフォーミング手段を設けてなることを
特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項7】 請求項6において、 上記スチームリフォーミング手段がニッケル系触媒によ
り生成ガス中の炭化水素をCO及びH2 に改質すること
を特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項8】 請求項6において、 上記スチームリフォーミング温度が500℃以上である
ことを特徴とするバイオマスのガス化システム。 - 【請求項9】 請求項1乃至8記載のいずれか一項のバ
イオマスガス化システムと、 精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、 該冷却後のガスを用いてメタノールを合成するメタノー
ル合成装置とを具備することを特徴とするバイオマスの
メタノール合成システム。 - 【請求項10】 請求項9において、 生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置をメタノール
合成装置の上流側へ介装したことを特徴とするバイオマ
スのメタノール合成システム。 - 【請求項11】 請求項1乃至5記載のいずれか一項の
バイオマスガス化システムと、 精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、 該冷却後のガスを用いてメタノールを合成するメタノー
ル合成装置とを具備するバイオマスのメタノール合成シ
ステムにおいて、 精製したガス中のH2 とCOガスの組成を調整するCO
シフト反応装置を設けてなることを特徴とするバイオマ
スのメタノール合成システム。 - 【請求項12】 請求項11において、 生成ガス中のCO2 を除去する脱炭酸装置をメタノール
合成装置の上流側へ介装したことを特徴とするバイオマ
スのメタノール合成システム。 - 【請求項13】 請求項10又は12において、 バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給する搬送ガス
が脱炭酸したCO2 であることを特徴とするバイオマス
のメタノール合成システム。 - 【請求項14】 請求項9又は11において、 上記熱交換手段により除去した水を用いてバイオマス火
炉内へ供給する酸素の湿度及び温度を上昇させることを
特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 【請求項15】 請求項11において、 バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給する搬送ガス
がメタノール回収後の排ガスであることを特徴とするバ
イオマスのメタノール合成システム。 - 【請求項16】 請求項11において、 バイオマスガス化炉内にメタノール回収後の排ガスを供
給することを特徴とするバイオマスのメタノール合成シ
ステム。 - 【請求項17】 請求項11において、 メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料に用い
ることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システ
ム。 - 【請求項18】 請求項9乃至17のいずれか一項にお
いて、 上記メタノール製造に際して発生する回収熱をガスター
ビンに利用することを特徴とするバイオマスのメタノー
ル合成システム。 - 【請求項19】 請求項9乃至17のいずれか一項にお
いて、 上記メタノール製造に際して発生する回収熱をバイオマ
スの乾燥に利用することを特徴とするバイオマスのメタ
ノール合成システム。 - 【請求項20】 請求項9乃至19のいずれかに記載の
バイオマスのガス化システムを据え付け台上に搭載し、
運搬できるようにしたことを特徴とするバイオマスのメ
タノール合成システム。 - 【請求項21】 請求項9乃至19のいずれかに記載の
バイオマスのガス化システムを移動台車上に搭載し、移
動できるようにしたことを特徴とするバイオマスのメタ
ノール合成システム。 - 【請求項22】 バイオマスを部分燃焼によって一部燃
焼させると共に化学合成により発生するCO2 の発熱を
有効に利用してガス化炉内の温度を上昇させ且つ高温の
水蒸気を投入しつつバイオマスをガス化することを特徴
とするバイオマスのガス化方法。 - 【請求項23】 請求項22において、 生成ガス中にの炭化水素をスチームリフォーミングして
COとH2 とに改質し、ガス組成のH2 /CO比率を2
に近づけることを特徴とするバイオマスのガス化方法。 - 【請求項24】 請求項22又は23のガス化方法によ
り得られたガス中のCO2 を除去し、メタノール合成を
することを特徴とするバイオマスのメタノール合成方
法。 - 【請求項25】 請求項22のガス化方法により得られ
たガス中のH2 とCOガスの組成をCOシフト反応装置
により調整し、ガス組成のH2 /CO比率を2に近づけ
ることを特徴とするバイオマスのメタノール合成方法。 - 【請求項26】 請求項25において、 バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給する搬送ガス
が脱炭酸したCO2 であることを特徴とするバイオマス
のメタノール合成方法。 - 【請求項27】 請求項24又は25において、 バイオマスガス化炉内にバイオマスを供給する搬送ガス
がメタノール回収後の排ガスを用いることを特徴とする
バイオマスのメタノール合成方法。 - 【請求項28】 請求項24又は25において、 バイオマスガス化炉内にメタノール回収後の排ガスを供
給することを特徴とするバイオマスのメタノール合成方
法。 - 【請求項29】 請求項24において、 メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料に用い
ることを特徴とするバイオマスのメタノール合成方法。 - 【請求項30】 請求項24乃至29のいずれか一項に
おいて、 上記メタノール製造に際して発生する回収熱をガスター
ビンに利用することを特徴とするバイオマスのメタノー
ル合成方法。 - 【請求項31】 請求項24乃至29のいずれか一項に
おいて、 上記メタノール製造に際して発生する回収熱をバイオマ
スの乾燥に利用することを特徴とするバイオマスのメタ
ノール合成方法。
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