JP2005330452A

JP2005330452A - 還元ガス化木質バイオマス系のエネルギー回収法

Info

Publication number: JP2005330452A
Application number: JP2004174823A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kume; 正一久米
Original assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2005-12-02

Abstract

【課題】木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を還元ガスや燃料ガス等の利用価値のあるガスに変換させ、エネルギーを回収する方法を提供する。
【解決手段】木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を炭化ガス発生装置１内で燃焼させ、９８０℃以上の高温の熱を利用して、燃焼によって生じたＣＯ_２を木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いてＣＯに還元させる。また、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の水分を蒸気化させ、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて、高温の熱を利用してＨ_２とＣＯに還元させる。炉又は装置内を無酸素状態の還元雰囲気にして、投入した木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等の原料を炭化させ、炉又は装置の燃料や燃料の補助や燃料の代替にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を、高温の熱および還元雰囲気を利用して、エネルギーを回収する方法に関する。

従来の木質系のバイオマスは、酸化雰囲気の炉や装置において、空気で燃焼させることにあった。また、その燃焼のための燃料の消費が激しいことが、維持費の増加につながっていた。

炉や装置の内部の温度は、重油やＬＰＧ等の補助バーナーを使用して昇温させている。しかし、そのバーナー付近の温度を１０００℃以上の高温とすることができても、バーナーから離れたところや、複数のバーナーを設置している場合のバーナーとバーナーの間では、２００〜７５０℃の低温となっていた。その炉や装置の雰囲気は、酸化雰囲気であった。

木質系のバイオマス中の炭素は、二酸化炭素ガスＣＯ_２となる。この時の発熱によって、ボイラー等を用いて水を蒸気化させて蒸気タービンによって発電の動力にエネルギー変換させていた。

化１

Ｃ＋Ｏ_２ → ＣＯ_２

また、木質系のバイオマス中の水分Ｈ_２Ｏは、酸化雰囲気において、そのまま蒸気にして水蒸気Ｈ_２Ｏの気体として放出していた。

また、薪や石炭を原料とする場合、ガスと混ざり合ってタール蒸気のような揮発成分も含んでいるため、エンジンの燃料として生成ガスを利用する場合、このタール分が濃縮してエンジンの配管や機器類を詰まらせてしまっていた。

特許公開２００４−７６９６８号公報

解決しようとする問題点は、従来では、燃焼させたガスの熱を利用するしかなく、熱を利用するエネルギー変換効率は５〜２０％と悪く、また水素燃料等の取出しは不可能であった。そこで、燃焼したガスを熱以外のエネルギーに変換して、水素燃料や可燃性ガス等の燃料ガス等のエネルギー回収方法並びに燃料の消費の軽減方法を提供することが課題となる。
また、エンジンに悪影響を及ぼすタール分の除去が必要となる。

本発明は、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を炭化ガス発生装置１内で燃焼させ、９８０℃以上の高温の熱を利用して、燃焼によって生じた二酸化炭素ガスＣＯ_２を木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて一酸化炭素ガスＣＯに還元させ、エネルギーガスとして回収させる。
その反応式を次に示す。

また、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の水分Ｈ_２Ｏを蒸気化させ、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて、高温の熱を利用して水素ガスＨ_２と一酸化炭素ガスＣＯに還元させ、エネルギーガスとして回収させる。
その反応式は以下の通りとなる。

化２

Ｈ_２Ｏ＋Ｃ → Ｈ_２＋ＣＯ

木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等から発生するタール分は、炭化ガス発生装置内の９８０℃以上の高温で熱分解させて、水素ガスＨ_２や一酸化炭素ガスＣＯに分解させる。

木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を燃焼させて、炉又は装置内の温度を９８０℃以上にして、その９８０℃以上の高温の熱を利用することにより、還元ガスを発生させ、炉又は装置内を無酸素状態の還元雰囲気にして、投入した木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等の原料を炭化させる。

発明の効果

本発明のエネルギー回収法によれば、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等から、還元ガスや燃料ガス等の利用価値のあるガスに変換させるためのエネルギーを回収することが可能となった。
また、固体での雰囲気なため装置内の温度は均一になるため、安定してエネルギーを変換させることができる。

このエネルギーを発電機や自動車等の燃料に使用することが可能であり、化石資源由来の燃料の代替に使用することによって、化石資源の枯渇問題の回避に寄与できる。
また、そのエネルギーを利用して発電する場合、その変換効率は、２０〜４２％と従来より高い変換効率を得ることが可能となる。

木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を燃焼させて、炉又は装置内の温度を９８０℃以上にして、その９８０℃以上の高温の熱を利用することにより、還元ガスを発生させ、炉又は装置内を無酸素状態の還元雰囲気にして、投入した木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等の原料を炭化させることにより、炉又は装置の燃料や燃料の補助や燃料の代替にすることができる。

さらに、化石資源由来の燃料を使用せずに、木質系のバイオマスを原料としているため、燃焼の過程において排出される二酸化炭素ガスＣＯ_２は、生物の成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素ガスＣＯ_２であるため、結果的に大気中の二酸化炭素ガスＣＯ_２を増加させない性質がある。そのため、地球温暖化を引き起こす温室効果ガスのひとつである二酸化炭素の削減に大きく貢献できる。

炭化ガス発生装置１の内部温度を常に９８０℃以上保つようにコントロールすることにより、水素ガスＨ_２や一酸化炭素ガスＣＯへの還元反応を安定させ、かつ水素ガスＨ_２や一酸化炭素ガスＣＯの濃度も調整する。
本発明に従うエネルギー回収のシステムについて、図面を参照しながら説明する。

図１は、炭化ガス発生装置１に原料（木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等）３を投入し、空気又は酸素の吹込口５から空気中の酸素Ｏ_２又は酸素Ｏ_２又は空気と酸素の混合空気を吹込み装置の下から加熱する。原料（木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等）３中の炭素Ｃと酸素Ｏ_２が反応して二酸化炭素ガスＣＯ_２となり、その二酸化炭素ガスＣＯ_２は炭化ガス発生装置１の内部の９８０℃以上の雰囲気で、原料（木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等）３中の炭素Ｃと反応して一酸化炭素ガスＣＯに還元される。
一方、原料（木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等）３中に含まれる水分Ｈ_２Ｏは、装置内の熱により蒸気化して水蒸気Ｈ_２Ｏになり、これも９８０℃以上の雰囲気で水蒸気Ｈ_２Ｏが水素ガスＨ_２と一酸化炭素ガスＣＯに還元される。
また、発生するタールは、炭化ガス発生装置１内の９８０℃以上の高温帯を通過することによって、水素ガスＨ_２や一酸化炭素ガスＣＯに分解させる。

空気中の酸素Ｏ_２又は酸素Ｏ_２又は空気と酸素の混合空気の吹込む割合を調整することにより水素ガスＨ_２並びに一酸化炭素ガスＣＯの濃度を変えることができる。全量空気の場合は生成する水素ガスＨ_２濃度が６．３％、一酸化炭素ガスＣＯ濃度が１５．０％となり、全量酸素の場合は、生成する水素ガスＨ_２濃度が１７．２％、一酸化炭素ガスＣＯ濃度が２９．１％となった。空気と酸素の混合の場合は、全量空気と全量酸素の間の数値となる。

炭化ガス発生装置１には、温度計を数箇所つけてあり、装置内の温度を監視して常に９８０℃以上に保つようにコントロールさせる。

温度の降下を防ぐために、装置内に送る空気や酸素を５０〜１３００℃に昇温させることも効果的である。

図２のように、炭化ガス発生装置１の内部の温度が多少変化しても、常に発生するエネルギーガスは９８０℃以上のところから取り出せるように、ガスの取出口４を多段に設けることによって生成ガスの品質を一定にして供給が可能となる。

図３は、炭化ガス発生装置内の還元雰囲気を利用して、投入した木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを燃料や燃料補助や燃料の代替にして、炭化ガス発生装置内の温度を９８０℃以上の高温にさせる。

例えば、木質系のバイオマス等に含まれるセルロース（Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ_５）が分解されて炭素Ｃや水素ガスＨ_２や一酸化炭素ガスＣＯにさせる。炭素Ｃは、そのまま、燃料や燃料補助や燃料の代替にして、炭化ガス発生装置に使用する燃料の使用量を軽減させる。

図４は、炭化ガス発生装置１から生成したエネルギーガス２をガスエンジン又はディーゼルエンジン６の燃料として利用でき、発電機７により発電させる。

図５のように、炭化ガス発生装置１から生成したエネルギーガス２を自動車８や貨物車、船舶等のエンジンの燃料に使用して、貨物や資材を運搬することも可能である。重油や軽油やガソリン等の化石燃料の供給が不可能なところで、木質系のバイオマスを使用することによって、燃料の代替に利用できることは、非常に効果的である。

さらに、生成させた水素ガスＨ_２は、燃料電池にも利用ができる。

エネルギーガスを生成させる炭化ガス発生装置の概略図である。エネルギーガスを取出す位置が変化できる炭化ガス発生装置の概略図である。還元雰囲気によって炭化機能を持つ炭化ガス発生装置の概略図である。エネルギーガスの実施方法例を示した概略フロー図である。エネルギーガスの実施方法例を示した概略図である。

符号の説明

１炭化ガス発生装置
２エネルギーガス、還元ガス（ＣＯ、Ｈ_２）
３原料（木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等）
４ガス取出口
５空気又は酸素の吹込口
６ガスエンジン、ディーゼルエンジン
７発電機
８自動車、車、貨物車、船舶等

Claims

木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を燃焼させて、炉又は装置内の温度を９８０℃以上にして、その９８０℃以上の高温の熱を利用することにより、還元ガスや燃料ガス等の利用価値のあるガスに変換させるためのエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を燃焼させて、炉又は装置内の温度を９８０℃以上にして、その９８０℃以上の高温の熱を利用することにより、還元ガスを発生させ、炉又は装置内を無酸素状態の還元雰囲気にして、投入した木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等の原料を炭化させ、炉又は装置の燃料や燃料の補助や燃料の代替にするエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を、高温の熱を利用して、燃焼によって生じた二酸化炭素ガスＣＯ_２を木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて一酸化炭素ガスＣＯに還元させるエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の水分を蒸気化させ、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて、高温の熱を利用して水素ガスＨ_２と一酸化炭素ガスＣＯに還元させるエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを燃焼させる際、空気中の酸素Ｏ_２又は純酸素Ｏ_２又は空気と純酸素の混合した酸素Ｏ_２によって燃焼させる請求項１又は３又は４記載のエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを燃焼させる際、空気中の酸素Ｏ_２又は純酸素Ｏ_２又は空気と純酸素の混合した酸素Ｏ_２制御して生成するガスの濃度をコントロールさせる請求項１又は３又は４又は５記載のエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を燃焼させて、炉又は装置内の温度を９８０℃以上にさせて、燃焼によって生じた二酸化炭素ガスＣＯ_２を木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて一酸化炭素ガスＣＯに還元させるガス発生装置を具えることを特徴とするエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の水分を蒸気化させ、木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等中の炭素Ｃを用いて、高温の熱を利用して水素ガスＨ_２に還元させるガス発生装置を具えることを特徴とするエネルギー回収法。
木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等を燃焼させて、炉又は装置内の温度を９８０℃以上にさせて還元ガスを発生させ、炉又は装置内を無酸素状態の還元雰囲気にして、投入した木質系バイオマスや乾燥薪や生薪や木炭や石炭やコークス等の原料を炭化する炭化機能を持った炭化ガス発生装置を具えることを特徴とするエネルギー回収法。