JP2002069462A

JP2002069462A - 太陽エネルギー原料化方法と装置

Info

Publication number: JP2002069462A
Application number: JP2000261066A
Authority: JP
Inventors: Shinji Nishizaki; 進治西崎; Toru Ishii; 徹石井; Masashi Yamaguchi; 方士山口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】（１）連続運転が容易にでき、（２）高度ガ
ス化が可能であり、（３）反応速度が速く、（４）灰の
二次公害のおそれがなく、（５）光導入用石英板がター
ルの汚れ・不透明化を抑制でき、（６）雨天・曇天時、
夜間運転時でも操業ができる太陽エネルギー原料化方法
と装置を提供する。【解決手段】太陽光を集光するソーラー集光設備１２
と、集光した太陽光で炭素を主成分とする化石燃料を加
熱し、加熱された化石燃料に水蒸気を作用させて合成ガ
スと未燃分を含むチャーを生成するソーラーガス化炉１
４と、チャーをガス化して高温のガス化ガスと未燃分の
ないスラグを生成するチャーガス化炉１６とを備え、高
温のガス化ガスをソーラーガス化炉に供給し、ソーラー
ガス化炉で生成した合成ガスから化学原料（メタノー
ル）を合成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽エネルギーを
輸送可能な化学原料に変換するための太陽エネルギー原
料化方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＯ₂による地球温暖化を回避するため
に、砂漠地帯で豊富に得られる太陽エネルギーを効率的
に利用できる太陽エネルギーの化学燃料化技術が求めら
れている。この太陽エネルギーの化学燃料化技術は、
（１）太陽エネルギーの高効率化学エネルギー転換を可
能とする、（２）得られた化学エネルギーはグローバル
輸送及び貯蔵を容易にする、（３）プロセス中で硫黄等
の環境汚染物質を除去できる、（４）輸送コストとイン
フラ整備の面で導入の経済的障壁が小さい、等の優れた
特徴を有している。

【０００３】かかる技術を確立するために、ＩＥＡ（国
際エネルギー機構）の中で、オーストラリア、ドイツ、
イスラエル、ロシア、スペイン、スイス、米国等が参加
した国際共同研究として、太陽エネルギーの化学エネル
ギー変換の研究が現在進められている。

【０００４】この研究の一環として、スイスでは、マグ
ネタイトを２０００℃付近の高温でウスタイトに分解す
る太陽／化学エネルギー変換系の研究が進められ、２０
００℃付近での反応を実現するために、集光ビームをギ
ャビィティの大きい反応炉に導入し、そこにマグネタイ
ト粒子を雲のごとく噴霧する流動床技術が開発・研究さ
れている。また、アメリカとドイツの共同により、１０
０ｋＷの大口径集光太陽炉を用いて、メタンのＣＯ₂リ
フォーミングによる研究で太陽／化学エネルギー変換技
術が研究されている。

【０００５】図４は、太陽エネルギーを用いた石炭ガス
化装置用の還元反応炉（以下、太陽光利用還元反応器）
の模式図であり、（Ａ）は粒子を垂直方向に落下させ、
水平方向から太陽光を照射する還元反応炉、（Ｂ）は粒
子でベッドを形成させそこに太陽光を照射する還元反応
炉である。これらは、いずれもＡＳＭＥレポートに報告
されている（"ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＳＯＬ
ＡＲＣＯＡＬＧＡＳＩＦＩＣＡＴＩＯＮＴＥＣＨ
ＮＯＬＯＧＹ"，１９９６．９．０１，ＡＳＭＥＲＥ
ＰＯＲＴ）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来の太
陽光利用還元反応器では、太陽光が当たるのは粒子の１
列目或いは１層目のみであるため、２列目以降には十分
に光が当たらず、広い照射面積が必要となるか、より多
くの未反応粒子を循環させる必要がある問題点があっ
た。すなわち、太陽光を利用して化石燃料等を金属酸化
物で還元する場合に、酸化・還元反応を十分に促進させ
るためには、各々の粒子に効率よく太陽光を照射させる
必要があるが、従来の太陽光利用還元反応器では、各々
の粒子自体によって太陽光が遮られてしまいその影に位
置する粒子が反応せず、その結果、全体の粒子を効率的
に反応させるためには大面積を必要としたり粒子循環を
繰り返す必要があり、結果として反応効率が低く反応器
が大型化する問題点があった。

【０００７】この問題点を解決するために、本願出願人
は、先に、石炭と酸化物の混合粒子に光を照射して石炭
の還元反応を起こさせる光化学反応炉と、前記石炭の還
元反応で生じた還元物を水蒸気との反応により酸化物に
戻し同時に水素を発生させる水素発生反応炉と、を備え
た光利用還元反応器を創案し出願した（特開平１０−２
７９９５５号）。この発明は、石炭とマグネタイトの混
合粒子に太陽光を照射して石炭の還元反応を起こさせる
太陽熱化学反応炉と、前記石炭の還元反応で生じたウス
タイトを水蒸気との反応によりマグネタイトに戻し同時
に水素を発生させる水素発生反応炉とを備えたものであ
る。

【０００８】上述した特開平１０−２７９９５５号の光
利用還元反応器により、粒子に効率よく太陽光を照射で
き、これにより粒子の反応効率を高めて化石燃料等を効
率的に還元することができる。

【０００９】しかし、特開平１０−２７９９５５号の光
利用還元反応器は、マグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）を媒体と
して石炭と水（Ｈ₂Ｏ）を間接的に反応させ、合成ガス
（ＣＯ，Ｈ₂の混合ガス）を製造するため、マグネタイ
トを大量に循環させる必要があり、装置が大型になる問
題点があった。

【００１０】すなわち、従来の太陽光を利用した還元反
応器や太陽熱石炭ガス化は、集光した太陽光を石炭充填
床（すなわち固定床）に直接照射し、１０００℃程度の
温度条件下で、供給する水蒸気により水性ガス化する方
法であり、以下の問題点があった。

【００１１】（１）連続運転が難しい。固定床又は移動床のため、炉内温度のバラツキが大き
く、高温部で灰の一部が溶融するため連続操業が難し
い。（２）高度ガス化が難しい。ガス化率を向上するために光を固定床の下側部から導入
するため均一光熱照射が難しく、ガス化にバラツキを生
じ、そのため灰中の未ガス化炭素分が多くなる。また、
それを少なくするためには、滞留時間を多く必要とする
ために処理量が低下する。（３）反応速度が遅い。水蒸気による水性ガス化は反応速度が小さいため装置が
大きくなり、プラント建設費が高額になる。（４）灰の二次公害の懸念がある。固定床は、石炭をクリンカ生成させないように石炭灰の
溶融温度以下の１０００℃程度で運転する。この溶融さ
れない灰は、投棄し水に濡れた際に有害成分が溶出し二
次公害を起こす。（５）光導入用石英板がタールにより汚れ・不透明化し
やすい。（６）雨天・曇天時、夜間運転時の操業が困難である。雨天・曇天時には、太陽光量が減少し、目標ガス化性能
が出ない。また安定性に問題がある。夜間の操業は不可
能である。

【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち本発明の目的は、
（１）連続運転が容易にでき、（２）高度ガス化が可能
であり、（３）反応速度が速く、（４）灰の二次公害の
おそれがなく、（５）光導入用石英板がタールの汚れ・
不透明化を抑制でき、（６）雨天・曇天時、夜間運転時
でも操業ができる太陽エネルギー原料化方法と装置を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、炭素を
主成分とする有形可燃物に太陽光を集光・照射して有形
可燃物を加熱及び必要に応じて酸素で一部チャーを燃焼
させ加熱するソーラー加熱ステップ（Ａ）と、加熱され
た有形可燃物に水蒸気と必要に応じて酸素を作用させて
合成ガスと未燃分を含むチャーを生成する流動層ガス化
ステップ（Ｃ）と、前記チャーをガス化して前記ガス化
ガスと未燃分のないスラグを生成する噴流層ガス化ステ
ップ（Ｄ）と、を備え、前記合成ガスから化学原料を合
成する、ことを特徴とする太陽エネルギー原料化方法が
提供される。

【００１４】上記本発明によれば、ソーラー加熱ステッ
プ（Ａ）において集光した太陽光で有形可燃物を高温
（例えば７００〜１０００℃）に加熱し、流動層ガス化
ステップ（Ｃ）において加熱された有形可燃物に水蒸気
を作用させて、Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂の反応により、
水素を含む合成ガスを生成することができる。また、夜
間や曇天時等においては、ソーラー加熱ステップ（Ａ）
で有形可燃物を十分な温度条件まで加熱できないので、
有形可燃物の一部を酸化させて必要な熱量を得ることに
より温度を保つことができる。具体的には、ソーラー加
熱ステップ（Ａ）において、酸素を含むガスを供給して
有形可燃物の一部を酸化させる、又は流動層ガス化ステ
ップ（Ｃ）に水蒸気とともに酸素を含むガスを供給して
有形可燃物の一部を酸化させる、或はソーラー加熱ステ
ップ（Ａ）、流動層ガス化ステップ（Ｃ）の両方に酸素
を含むガスを供給する方法により、流動層ガス化ステッ
プ（Ｃ）での吸熱反応による温度低下を抑制し、安定し
て合成ガスを生成することができる。更に、噴流層ガス
化ステップ（Ｄ）において、チャーをガス化して高温の
ガス化ガスと未燃分のないスラグを生成するので、有形
可燃物のガス化率を高めると共に、チャーを無公害化で
きる。

【００１５】本発明の好ましい実施形態によれば、更
に、水蒸気と酸素を含む高温のガス化ガスを供給して有
形可燃物の一部を酸化させる部分酸化ステップ（Ｂ）を
備える。この部分酸化ステップ（Ｂ）において、水蒸気
と共に酸素を含むガスを供給して有形可燃物の一部を酸
化させ、この部分酸化による発熱により、吸熱反応によ
る温度低下を抑制し、安定して合成ガスを生成すること
ができる。

【００１６】また、太陽光から電力を発電し、該電力に
より水を水素とガスに電気分解するソーラー電気分解ス
テップ（Ｅ）を備え、発生した酸素を前記部分酸化ステ
ップ（Ｂ）と噴流層ガス化ステップ（Ｄ）に用いる。こ
の方法により、部分酸化ステップ（Ｂ）と噴流層ガス化
ステップ（Ｄ）で必要となる酸素を供給することがで
き、同時にメタノール合成に必要な水素を生成すること
ができる。

【００１７】また、本発明によれば、太陽光を集光する
ソーラー集光設備（１２）と、集光した太陽光で炭素を
主成分とする有形可燃物を加熱し、加熱された有形可燃
物に水蒸気を作用させて合成ガスと未燃分を含むチャー
を生成するソーラーガス化炉（１４）と、チャーをガス
化して高温のガス化ガスと未燃分のないスラグを生成す
るチャーガス化炉（１６）と、を備え、高温のガス化ガ
スをソーラーガス化炉に供給し、前記合成ガスから化学
原料を合成する、ことを特徴とする太陽エネルギー原料
化装置が提供される。

【００１８】上記本発明の構成によれば、ソーラー集光
設備（１２）で集光した太陽光を用い、ソーラーガス化
炉（１４）において有形可燃物を高温（例えば７００〜
１０００℃）に加熱し、加熱された有形可燃物に水蒸気
を作用させて、Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂の反応により、水
素を含む合成ガスを生成することができる。また、チャ
ーガス化炉（１６）において、チャーをガス化して高温
のガス化ガスと未燃分のないスラグを生成するので、有
形可燃物のガス化率を高めると共に、チャーを無公害化
できる。

【００１９】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
ソーラーガス化炉（１４）は、太陽光を炉内に導く複合
放物面鏡（１３）と、内部に流動媒体を有し集光した太
陽光が照射される太陽光加熱室（１４ａ）と、内部に流
動媒体を有し水蒸気と有形可燃物が供給されて互いに反
応するガス化反応室（１４ｂ）とを備え、太陽光加熱室
とガス化反応室の間を流動媒体が循環する。この構成に
よれば、複合放物面鏡（１３）で太陽光を炉内に効率的
に導くことができる。また、太陽光加熱室（１４ａ）と
ガス化反応室（１４ｂ）の間を流動媒体が循環するの
で、太陽光が照射される太陽光加熱室（１４ａ）で太陽
光により流動媒体を加熱し、次いでガス化反応室（１４
ｂ）で加熱された流動媒体の熱により水蒸気と有形可燃
物がガス化反応室で反応して合成ガスを生成することが
できる。更に、有形可燃物は、ガス化反応室（１４ｂ）
に供給されるので、加熱初期に発生するタールやボラタ
イルマターの太陽光加熱室（１４ａ）への流入を抑える
ことができ、太陽光加熱室（１４ａ）内をクリーンに保
持することができる。

【００２０】また、太陽熱発電、風力発電など自然エネ
ルギーから得られた電力および夜間電力など余剰電力を
用い、前記電力により水を水素とガスに電気分解する電
解槽（１８）を備え、発生した酸素を前記ソーラーガス
化炉（１４）とチャーガス化炉（１６）に供給する。

【００２１】この構成により、発生した酸素をソーラー
ガス化炉（１４）に供給することにより、ガス化反応室
で部分酸化反応を行い、ガス化反応に必要な熱の一部を
有形可燃物の発熱で供給して、集光した太陽光の熱量が
不足する場合でも、不足分を有形可燃物の発熱で供給
し、合成ガスを安定に生成することができる。また、発
生した酸素をチャーガス化炉（１６）に供給することに
より、発生するガス化ガスを高温化して、これを供給す
るソーラーガス化炉（１４）のガス化効率を高めると共
に、灰を溶融化してスラグ化でき、その二次公害を防止
できる。

【００２２】更に、天然ガスを水素と一酸化炭素を含む
合成ガスに改質する天然ガス改質装置（２２）と、水素
と一酸化炭素を含む混合ガスからメタノールを合成する
メタノール合成装置（２４）と、を備え、ソーラーガス
化炉（１４）で生成した合成ガスと前記合成ガスとを原
料としてメタノールを合成する。この構成により、天然
ガス改質装置（２２）からの合成ガスと電解槽（１８）
で生成した水素を用いて、ソーラーガス化炉（１４）で
生成した合成ガスからメタノールを効率よく合成でき
る。

【００２３】また、前記ソーラーガス化炉（１４）とメ
タノール合成装置（２４）との間に、合成ガス中の硫黄
分を除去する脱硫装置（２６）を備える。かかる脱硫装
置（２６）を備えることにより、合成ガス中のメタノー
ル合成に悪影響を及ぼす硫黄分を除去し、メタノール合
成をより効率よくできる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は、本発明を構成するソーラー集光設備の構成
図である。この図においてソーラー集光設備１２は、反
射タワー方式の集光システムであり、１はヘリオスタッ
ト、２はタワーに設けられた反射ミラー、１４はソーラ
ーガス化炉である。太陽光Ｓは、多数のヘリオスタット
１で反射し、次いで反射ミラー２で反射してソーラーガ
ス化炉１４に向けて集光され、その内部に下向きに照射
されようになっている。この構成により、ソーラーガス
化炉１４の内部を７００〜１０００℃以上の高温に加熱
することができる。なお、本発明はかかる集光システム
に限定されず、例えばフレネルレンズを用いた集光シス
テムであってもよい。

【００２５】図２は、本発明の太陽エネルギー原料化装
置の主要部構成図である。この図に示すように、本発明
の太陽エネルギー原料化装置１０は、前述した太陽光を
集光するソーラー集光設備１２の他にソーラーガス化炉
１４及びチャーガス化炉１６を備える。

【００２６】ソーラーガス化炉１４は、太陽光を炉内に
導く複合放物面鏡１３と、内部に流動媒体を有し集光し
た太陽光が照射される太陽光加熱室１４ａと、内部に流
動媒体を有し水蒸気と有形可燃物が供給されて互いに反
応するガス化反応室１４ｂとを備え、太陽光加熱室１４
ａとガス化反応室１４ｂの間を流動媒体が循環する。流
動媒体（又は流動助剤）は、例えば流動層燃焼と同様の
流動媒体、例えば珪砂を用いる。なお、本発明におい
て、有形可燃物とは、固体、液体、スラリー状の燃料、
例えば石炭等の化石燃料やバイオマス等を意味する。

【００２７】太陽光加熱室１４ａの頂部に複合放物面鏡
１３が設けられる。この複合放物面鏡１３は、図１の反
射鏡等１，２によって集光された太陽光Ｓを放物面鏡の
焦点に集光し、更に炉内へ導くと共に太陽光の密度を更
に高めるようになっている。また、複合放物面鏡１３の
頂部に、太陽光を下向きに通すように上面に気密に設け
られた透過窓（例えば石英ガラス）を備え、太陽光を効
率よく下向きに照射し、かつ熱損失を防いでいる。更
に、複合放物面鏡１３の内部はパージガスがパージさ
れ、このパージガスの下方流れにより、太陽光加熱室１
４ａで発生する異物（タール、ボラタイルマター、粉塵
等）による複合放物面鏡１３及び透過窓の汚染を防いで
いる。また、複合放物面鏡１３の外周部は図示しない冷
却装置により冷却水で冷却され、複合放物面鏡（ＣＰ
Ｃ）の過熱を防ぎ、その性能低下を防止している。

【００２８】太陽光加熱室１４ａとガス化反応室１４ｂ
の下部には、互いに仕切られた風箱１５ａ，１５ｂが設
けられる。ガス化反応室１４ｂを出た合成ガスは、サイ
クロンセパレータ１１ｃを介して後述するメタノール合
成装置２４に供給される。合成ガスの主成分は、水素
（Ｈ₂）と一酸化炭素（ＣＯ）である。

【００２９】太陽光加熱室１４ａの内部には流動媒体が
充填され、内側の風箱１５ａと太陽光加熱室１４ａを仕
切る隔壁には、ガスを通す分散板が設けられ、下方から
流入する流動化ガスにより、内部の流動媒体を流動化さ
せ、穏やかな流動層を形成する。この流動化ガスには、
後述するチャーガス化炉１６で発生した高温のガス化ガ
スを冷却器１１ｄで冷却した約１０００℃前後の高温ガ
スが用いられる。この高温ガスには水蒸気はほとんど含
まれず、太陽光加熱室１４ａで水性化反応は起こらない
ようになっている。また、風箱１５ａには後述する電解
槽１８で発生する酸素の一部が供給される。

【００３０】同様に、ガス化反応室１４ｂの内部にも流
動媒体が充填され、外側の風箱１５ｂとガス化反応室１
４ｂを仕切る隔壁にもガスを通す分散板が設けられ、下
方から流入するガスにより、内部の流動媒体を流動化さ
せ、相対的に激しい流動層を形成する。この流動化ガス
には、後述するチャーガス化炉１６で発生した高温のガ
ス化ガスに水蒸気を添加して冷却した約１０００℃前後
の高温ガスが用いられる。なお、図２において、１１ａ
は石炭供給槽、１１ｂは石炭ホッパであり、外側のガス
化反応室１４ｂに有形可燃物を供給するようになってい
る。

【００３１】上述した構成により、ソーラー集光設備１
２で集光した太陽光を用い、複合放物面鏡１３で太陽光
を炉内に効率的に導くことができ、ソーラーガス化炉１
４で有形可燃物を高温（例えば７００〜１０００℃）に
加熱し、加熱された有形可燃物に水蒸気を作用させて、
Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂の反応により、水素を含む合成ガ
スを生成することができる。また、有形可燃物は、ガス
化反応室１４ｂに供給されるので、加熱初期に発生する
タールやボラタイルマターの太陽光加熱室１４ａへの流
入を抑えることができ、太陽光加熱室１４ａ内をクリー
ンに保持することができる。

【００３２】チャーガス化炉１６は、例えば噴流層ガス
化炉であり、ガス化炉本体１６ａと、スラリー製造装置
１６ｂと、ポンプ等からなる。スラリー製造装置１６ｂ
は、サイクロンセパレータ１１ｃで分離された未燃分を
含むチャーに給水を加えてスラリー化し、これをポンプ
等で加圧してガス化炉本体１６ａに供給する。ガス化炉
本体１６ａには、後述する電解槽１８で発生する酸素の
一部が供給され、スラリーの部分酸化により内部を高温
（例えば１３５０℃前後）に加熱し、スラリーをガス化
して高温のガス化ガスと灰を溶融化して未燃分のないス
ラグを生成する。

【００３３】発生した高温のガス化ガスは、上述したよ
うに、一部は間接冷却して内側の風箱１５ａに供給し、
残りは水蒸気で直接冷却して外側の風箱１５ａに供給さ
れる。従って、ガス化反応室１４ｂにおいて供給された
有形可燃物と水蒸気を含む高温ガスを反応させて、効率
よくガス化できると共に、加熱初期に発生するタールや
ボラタイルマターの太陽光加熱室１４ａへの流入を抑え
ることができる。また、ガス化反応室１４ｂでタールや
ボラタイルマターが除去された有形可燃物が太陽光加熱
室１４ａに供給され、ここで水蒸気を含まない高温ガス
と反応させて、再度ガス化できる。更に、ソーラーガス
化炉１４で完全にガス化されずに残った未燃分を含むチ
ャーは、チャーガス化炉１６で再度ガス化され、高温の
ガス化ガスと溶融化して有害物質が少ないスラグを発生
するので、全体のガス化効率を高め、かつ二次公害のお
それを低減できる。

【００３４】図３は、本発明の太陽エネルギー原料化装
置の全体構成図である。この図に示すように、本発明の
太陽エネルギー原料化装置１０は、更に、太陽光から電
力を発電する太陽電池１７と、発電した電力により水を
水素とガスに電気分解する電解槽１８とを備え、発生し
た酸素をソーラーガス化炉１４とチャーガス化炉１６に
供給するようになっている。なお、１９は酸素タンクで
あり、余剰分の酸素を貯蔵する。かかる太陽電池１７と
電解槽１８を備えることにより、発生した酸素をソーラ
ーガス化炉１４に供給して、ガス化反応室１４ａで部分
酸化反応を行い、ガス化反応に必要な熱の一部を有形可
燃物の発熱で供給して、集光した太陽光の熱量が不足す
る場合でも、不足分を有形可燃物の発熱で供給し、合成
ガスを安定に生成することができる。また、発生した酸
素をチャーガス化炉１６に供給することにより、発生す
るガス化ガスを高温化して、これを供給するソーラーガ
ス化炉１４のガス化効率を高めると共に、灰を溶融化し
てスラグ化でき、その二次公害を防止できる。なお、電
解槽１８による電気分解の代わりに、深層分離装置によ
り空気を液化分離して酸素を生成させてもよい。

【００３５】本発明の太陽エネルギー原料化装置１０
は、更に、天然ガスを水素と一酸化炭素を含む合成ガス
に改質する天然ガス改質装置２２と、水素と一酸化炭素
を含む混合ガスからメタノールを合成するメタノール合
成装置２４と、を備え、ソーラーガス化炉１４で生成し
た合成ガスと合成ガスとを原料としてメタノールを合成
するようになっている。メタノール合成装置２４は、Ｃ
Ｏ＋２Ｈ₂→ＣＨ₃ＯＨの反応によりＣＯとＨ₂からメタ
ノール（ＣＨ₃ＯＨ）を合成する既存の設備である。ま
た、ガス混合時に、ＣＯとＨ₂の比率を１対２に調整
し、メタノール（ＣＨ₃ＯＨ）の合成効率を高める。な
お、この混合ラインには、電解槽１８から高圧水素が供
給され、不足する水素を補充するようになっている。ま
た、この例では、更に、ソーラーガス化炉１４とメタノ
ール合成装置２４との間に、合成ガス中の硫黄分を除去
する脱硫装置２６を備えている。脱硫装置２６はこの例
では、水洗浄塔２６ａと脱硫塔２６ｂからなり、熱回収
設備２５で最適温度まで冷却した合成ガス中に含まれる
硫黄分を湿式で除去する。なお、かかる湿式脱硫装置の
代わりに周知の乾式脱硫装置を用いてもよい。

【００３６】この構成により、天然ガス改質装置２２か
らの合成ガスと電解槽１８で生成した水素を用いて、ソ
ーラーガス化炉１４で生成した合成ガスからメタノール
を効率よく合成できる。また、脱硫装置２６を備えるこ
とにより、合成ガス中のメタノール合成に悪影響を及ぼ
す硫黄分を除去し、メタノール合成をより効率よくでき
る。

【００３７】上述した太陽エネルギー原料化装置１０を
用い、本発明の方法は、以下の（Ａ）〜（Ｆ）のステッ
プからなる。ソーラー加熱ステップ（Ａ）では、炭素を
主成分とする有形可燃物に太陽光を集光・照射して有形
可燃物を加熱する。部分酸化ステップ（Ｂ）では、水蒸
気と酸素を含む高温のガス化ガスを供給して有形可燃物
の一部を酸化させる。流動層ガス化ステップ（Ｃ）で
は、加熱された有形可燃物に水蒸気を作用させて合成ガ
スと未燃分を含むチャーを生成する。噴流層ガス化ステ
ップ（Ｄ）では、チャーをガス化してガス化ガスと未燃
分のないスラグを生成する。ソーラー電気分解ステップ
（Ｅ）では、太陽光から電力を発電し、この電力により
水を水素とガスに電気分解し、発生した酸素を部分酸化
ステップ（Ｂ）と噴流層ガス化ステップ（Ｄ）に用い
る。更に、メタノール合成ステップ（Ｆ）で、合成ガス
から化学原料を合成する。

【００３８】上記本発明によれば、ソーラー加熱ステッ
プ（Ａ）において集光した太陽光で有形可燃物を高温
（例えば７００〜１０００℃）に加熱し、流動層ガス化
ステップ（Ｃ）において加熱された有形可燃物に水蒸気
を作用させて、Ｃ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂の反応により、
水素を含む合成ガスを生成することができる。また、夜
間や曇天時等においては、ソーラー加熱ステップ（Ａ）
で有形可燃物を十分な温度条件まで加熱できないので、
有形可燃物の一部を酸化させて必要な熱量を得ることに
より温度を保つことができる。具体的には、ソーラー加
熱ステップ（Ａ）において、酸素を含むガスを供給して
有形可燃物の一部を酸化させる、又は流動層ガス化ステ
ップ（Ｃ）に水蒸気とともに酸素を含むガスを供給して
有形可燃物の一部を酸化させる、或はソーラー加熱ステ
ップ（Ａ）、流動層ガス化ステップ（Ｃ）の両方に酸素
を含むガスを供給する方法により、流動層ガス化ステッ
プ（Ｃ）での吸熱反応による温度低下を抑制し、安定し
て合成ガスを生成することができる。更に、噴流層ガス
化ステップ（Ｄ）において、チャーをガス化して高温の
ガス化ガスと未燃分のないスラグを生成するので、有形
可燃物のガス化率を高めると共に、チャーを無公害化で
きる。

【００３９】また、ソーラー電気分解ステップ（Ｅ）に
より、部分酸化ステップ（Ｂ）と噴流層ガス化ステップ
（Ｄ）で必要となる酸素を供給することができ、同時に
メタノール合成に必要な水素を生成することができる。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の実施例をシミュレーション結
果に基づいて説明する。石炭の化学式はＣ₁Ｈ_0.82Ｏ_0.2
Ｎ_0.02とあらわすことができる。この石炭を原料として
２００ｔ／ｄを処理する場合、電気分解により酸素約６
００ｔ／ｄと水素約２００ｔ／ｄを電気分解により発生
させことにより、ソーラーガス化炉１４とチャーガス化
炉１６を安定作動させることができる。この場合、石炭
の持つエネルギー約１４５７８Ｇｃａｌ／ｄに対してガ
ス化ガスのエネルギー約１３９０４Ｇｃａｌ／ｄであ
り、約９５%のエネルギーを保有する。また排出物はス
ラグ約２２１ｔ／ｄのみであり、二次公害のおそれがな
い。更に、熱回収設備２５を出たガス化ガスの組成は、
ＣＯ４４．５％，Ｈ₂３４．７％であり、メタノール合
成に適している。また天然ガス改質装置２２から供給す
る生成ガスの組成は、ＣＯ３１．１％，Ｈ₂６２．２％
であり、これを混合することにより、ガス混合時に、Ｃ
ＯとＨ₂の比率を１対２に近ずけることができ、更に電
解槽１８から高圧水素を供給しメタノール（ＣＨ₃Ｏ
Ｈ）の合成効率を高めることができる。

【００４１】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。

【００４２】

【発明の効果】上述した本発明によれば、以下の効果を
得ることができる。（１）連続運転の安定性が向上する。流動層の採用により反応器内物質やガス流れが均一化す
るため、反応温度の均一化が図れ、灰の溶融を防止でき
る。（２）高度ガス化が達成できる。ガス化の最終段にガス化速度が速く、高度にガス化でき
る酸素（＋水蒸気）吹き噴流床ガス化炉を設けたので、
ガス化率が約９７％まで向上する。（３）反応装置の小型化ができる。ガス化の最終段に水性ガス化と較べ、ガス化反応速度の
極めて大きい酸素（＋水蒸気）によるガス化工程（噴流
床）を設けたので、反応装置の小型化できる。（４）灰の二次公害を解消できる。ガス化の最終段に灰の溶融温度以上１３００〜１４００
℃程度の温度で運転する酸素（＋水蒸気）吹き噴流床ガ
ス化炉を設けたので、灰を溶融化し、成分溶出の心配な
いスラグで取り出すことができる。（５）光導入用石英板のタールによる汚れ、不透明化を
防止できる。太陽光加熱室１４ａから隔離されたガス化反応室１４ｂ
（熱媒体粒子流動層部）で石炭の熱分解と石炭ガス化を
行うので、光導入石英板へのタールの拡散を抑制でき
る。また光導入石英板近傍からシールガスを吹くことに
より、タールや粒子の接近を抑制できる。（６）雨天・曇天時、夜間運転時の操業ができる。最終段ガス化工程（噴流床ガス化炉）のガス化剤に酸素
を用い、チャーの発熱反応ガス化の割合を調整制御する
ことにより雨天・曇天時に不足する太陽エネルギーを補
い、安定したガス化を行う。また、夜間の操業は太陽光
なしで、酸素と石炭又はチャーの発熱ガス化と吸熱反応
である石炭ガス化の割合を調節制御して安定な操業を達
成し予定したガス化を達成する。（７）ガス化炉供給ガスの高温化ができる。酸素吹き噴流床ガス化炉で生成した高温のガスを太陽炉
の流動化ガスの一部として使用することにより、流動化
ガスの予熱に必要な熱の大半をこれによって充当し、太
陽熱をより高効率でガス化反応に利用できる。

【００４３】従って、本発明の太陽エネルギー原料化方
法と装置は、（１）連続運転が容易にでき、（２）高度
ガス化が可能であり、（３）反応速度が速く、（４）灰
の二次公害のおそれがなく、（５）光導入用石英板がタ
ールの汚れ・不透明化を抑制でき、（６）雨天・曇天
時、夜間運転時でも操業ができる、等の優れた効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を構成するソーラー集光設備の構成図で
ある。

【図２】本発明の太陽エネルギー原料化装置の主要部構
成図である。

【図３】本発明の太陽エネルギー原料化装置の全体構成
図である。

【図４】従来の太陽光利用還元反応器の構成図である。

【符号の説明】

１ヘリオスタット、２反射ミラー、１０太陽エネ
ルギー原料化装置、１１ａ石炭供給槽、１１ｂ石炭
ホッパ、１１ｃサイクロンセパレータ、１１ｄ冷却
器、１２ソーラー集光設備、１３複合放物面鏡、１
４ソーラーガス化炉、１４ａ太陽光加熱室、１４ｂ
ガス化反応室、１５ａ，１５ｂ風箱、１６チャー
ガス化炉、１６ａガス化炉本体、１６ｂスラリー製
造装置、１７太陽電池、１８電解槽、１９酸素タ
ンク、２２天然ガス改質装置、２４メタノール合成
装置、２５熱回収設備、２６脱硫装置、２６ａ水
洗浄塔、２６ｂ脱硫塔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｊ 3/48 Ｃ１０Ｊ 3/48 (72)発明者山口方士東京都江東区豊洲３丁目２番16号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 4H006 AA02 AC41 BE20 BE40 FE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素を主成分とする有形可燃物に太陽光
を集光・照射して有形可燃物を加熱及び必要に応じて酸
素で一部チャーを燃焼させ加熱するソーラー加熱ステッ
プ（Ａ）と、加熱された有形可燃物に水蒸気と必要に応じて酸素を作
用させて合成ガスと未燃分を含むチャーを生成する流動
層ガス化ステップ（Ｃ）と、前記チャーをガス化して前記ガス化ガスと未燃分のない
スラグを生成する噴流層ガス化ステップ（Ｄ）と、を備
え、前記合成ガスから化学原料を合成する、ことを特徴とす
る太陽エネルギー原料化方法。
【請求項２】更に、水蒸気と酸素を含む高温のガス化
ガスを供給して有形可燃物の一部を酸化させる部分酸化
ステップ（Ｂ）を備える、ことを特徴とする請求項１に
記載の太陽エネルギー原料化方法。
【請求項３】太陽光から電力を発電し、該電力により
水を水素と酸素に電気分解するソーラー電気分解ステッ
プ（Ｅ）を備え、発生した酸素を前記部分酸化ステップ
（Ｂ）と噴流層ガス化ステップ（Ｄ）に用いる、ことを
特徴とする請求項２に記載の太陽エネルギー原料化方
法。
【請求項４】太陽光を集光するソーラー集光設備（１
２）と、集光した太陽光で炭素を主成分とする有形可燃
物を加熱し、加熱された有形可燃物に水蒸気を作用させ
て合成ガスと未燃分を含むチャーを生成するソーラーガ
ス化炉（１４）と、チャーをガス化して高温のガス化ガ
スと未燃分のないスラグを生成するチャーガス化炉（１
６）と、を備え、高温のガス化ガスをソーラーガス化炉
に供給し、前記合成ガスから化学原料を合成する、こと
を特徴とする太陽エネルギー原料化装置。
【請求項５】前記ソーラーガス化炉（１４）は、太陽
光を炉内に導く複合放物面鏡（１３）と、内部に流動媒
体を有し集光した太陽光が照射される太陽光加熱室（１
４ａ）と、内部に流動媒体を有し水蒸気と有形可燃物が
供給されて互いに反応するガス化反応室（１４ｂ）とを
備え、太陽光加熱室とガス化反応室の間を流動媒体が循
環する、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽エネル
ギー原料化装置。
【請求項６】太陽熱発電、風力発電など自然エネルギ
ーから得られた電力および夜間電力など余剰電力を用
い、前記電力により水を水素とガスに電気分解する電解
槽（１８）を備え、発生した酸素を前記ソーラーガス化
炉（１４）とチャーガス化炉（１６）に供給する、こと
を特徴とする請求項４又は５に記載の太陽エネルギー原
料化装置。
【請求項７】天然ガスを水素と一酸化炭素を含む合成
ガスに改質する天然ガス改質装置（２２）と、水素と一
酸化炭素を含む混合ガスからメタノールを合成するメタ
ノール合成装置（２４）と、を備え、ソーラーガス化炉
（１４）で生成した合成ガスと前記合成ガスとを原料と
してメタノールを合成する、ことを特徴とする請求項６
に記載の太陽エネルギー原料化装置。
【請求項８】前記ソーラーガス化炉（１４）とメタノ
ール合成装置（２４）との間に、合成ガス中の硫黄分を
除去する脱硫装置（２６）を備える、ことを特徴とする
請求項７に記載の太陽エネルギー原料化装置。