JP2014228265A

JP2014228265A - 褐炭利用バイオマス発電システム

Info

Publication number: JP2014228265A
Application number: JP2013119240A
Authority: JP
Inventors: 正城山地; Masaki Yamaji; 真一下瀬; Shinichi Shimose
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2014-12-08

Abstract

【課題】石炭を発電用に燃焼させた場合、亜硫酸ガスなど有害のものが多く出てしまう課題がある。又、褐炭は内部に含まれる有機物の自然発火により火災発生の危険があり、褐炭が埋蔵されている現場から運び出すのに褐炭は危険物扱いとなり、又それに含まれる多くの水分による過重量と合わせ、搬送に多くの課題がある。埋蔵量が莫大にある褐炭を地球環境の悪化を最小限にして有効に発電に変換する事が大きく求められている。燃焼を最小限にして、自然界に存在する微生物を利用した解決策を提供する。
【解決手段】微生物を利用する基本技術は既に都市ゴミの処理で利用されていて実績があるが、これを莫大な埋蔵量がある褐炭に応用し、バイオマス発電システムと結合する事により、電力供給のエネルギー源として利用するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は電力を供給する資源として、現在殆ど使用されていない多くの水分を含む低品位の石炭を特殊微生物の高速自己増殖により高品位の石炭に変換し、発電量当りの炭酸ガス発生を最小限化する電力発生システムに関するものである。

所謂ゴミと言われる食品の廃棄物、動物の糞、など有機廃棄物の処理に特殊な微生物が利用されている。これはその微生物が特定の温度、気圧などの特別環境下で爆発的に増殖し、それが有機物を変質化して、環境改善に大きく貢献している。この技術は下瀬真一が登記している特許番号４１５３６８５に記載されており、色々な廃棄物処理分野で利用されている。

電力産出の資源として非常に多くの石炭が利用されている。特に石炭火力発電は、燃料となる石炭の埋蔵量がＬＮＧや石油に比べ飛び抜けて多く、試算ではまだ２００年分以上の石炭が地中に埋蔵されていると推測されている。石炭は、高温ガスによる揮発分、固体のままでいる固定炭素、全く燃えない灰、そして水の４つの主な成分で構成されている。現在、日本の発電所では、灰が１５％程度、水分が１０％以下と言った品質の良い瀝青炭が利用されている。これは発電量当たりの炭酸ガス発生量が多く、地球温暖化に悪い影響を与えている。

石炭は３億年から数百万年前に、植物が地中に堆積し、押し固められたものであり、植物の種類や植物のどの部分から出来ているかで、石炭の性質が異なっている。従って石炭を発電用に燃焼させた場合、水分の多い褐炭の様な石炭では発電効率が悪く、多くの炭酸ガスを発生するという大きな課題があり、又褐炭の種類により亜硫酸ガスなど有害のものが多く出るという課題がある。

発明が解決しようとしている課題

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであって、地球に多く埋蔵されている低品質の石炭は褐炭と呼ばれ、埋蔵されている状態で内部に含まれている有機物の酸化により褐炭が埋蔵されている現場で自然火災が発生するなどの課題がある。又、この火災発生の危険から褐炭が埋蔵されている現場から運び出すのに褐炭は危険物扱いとなり、又それに含まれる多くの水分による過重量と合わせ、搬送に多くの課題がある。この褐炭の処理について高温を使わず、容器内の減圧する事により水分を除去すると共に、減圧した容器内で爆発的に増殖する微生物を利用して褐炭内部に含まれる不純有機物処理を行い、これにより得られた高品位の石炭をボイラに供給、ボイラで発生する蒸気をタービンに送り、連結した発電機で効率的に電力を生み出し、課題を解決するものである。

課題を解決するための手段

本発明は上記目的を達成するため褐炭を対象として、石炭内部に存在している水分を容器の内部を低圧にして水の沸点を下げ水分を除去すると共に、不純な有機物を地球上の各地に存在している土着菌を培養して温度圧力の特殊な環境化で爆発的に自己増殖する微生物を使い不純有機物処理を行い、容器内で高温による燃焼を行う事なく、燃焼に良質な高品位の石炭を生み出し、効率的に電力を生み出すシステムを提供する。又、現場から褐炭を安全に且つ経済的に搬送できるシステムを提供出来るものである。

第一の解決手段は、褐炭が埋蔵されている山元で、褐炭内部の燃焼及び搬送に不必要な水分を除去し、且つ褐炭内部に含まれる高温燃焼する場合発生する有機不純物を容器内で発生させた微生物により除去を行い、搬送及び燃焼に対し高品位の石炭を褐炭産出現場に近い所で行えるシステムを提供する。又、この高品位の石炭は、水分含有量が大変少なく数パーセント以下である為、通常の石炭乾燥機で水分を除去した場合に比べ、水分を再吸収しないという大きな特徴を有している。

第二の解決手段は、褐炭処理と同じシステムを併用して、褐炭処理とは別の容器の内部で別の種類の微生物に替える事により、褐炭採取現場で多く栽培されているパームオイルを採取した残りの残滓や、サゴ椰子でエタノールを採取した残りの残滓などから燃料用の材料を生成し、発電用のボイラに使用できる様にする。この産出された燃料は燃焼カロリーが低いので、これを褐炭処理で得られた高品位の石炭と混合して利用する事により、発電用ボイラの制御装置において混焼比率を制御する事により、一定の燃焼カロリーの高い燃焼を行う事ができ、安定的に電力を供給できるシステムを提供できる。

発明の効果

この発明は、褐炭を燃焼させて電力を発生する場合に発生する炭酸ガス産出量を大きく軽減する事ができる。石炭はその生成過程から地球温暖化対策の炭酸ガス削減にカウントされないが、植物残滓から得られる電力では、地球温暖化対策の炭酸ガス削減にカウントされる。
この発明の利用により、褐炭産出現場で発生している自然燃焼による公害を減少させ、この褐炭を世界で不足している電力供給の燃料として提供でき、且つ、地球温暖化対策の炭酸ガス削減にも貢献できる。

以下、本発明の実施の形態を図１−３に基づいて説明する。

図１は本発明に関するシステム全体の構成を示す図である。この実施例としては、１は燃料原材料に使用する植物残滓、２は同じく燃料原材料に使用する褐炭、３は１を投入する容器、４は３の容器から産出されるバイオマス燃料、５は２を投入する容器、６は５から産出される高品位の石炭、７はボイラの燃料の混合率を制御する制御装置、８はボイラ、９はボイラで発生する蒸気、９はボイラで発生し、発電機駆動用のタービンに送る蒸気、１０は容器３と５に使用される蒸気、１１は発電機駆動用蒸気タービン、１２は１１で駆動される発電機、１３は発電機で発電される電気を示す。

図２は容器内の機能の構造とその作用を示す。２１は容器に投入される燃料原材料、２２は原材料を処理する内部の温度・圧力を制御できる容器、２３は容器２２内の原材料を機械的に攪拌する攪拌機、２４は容器２２内の原材料を加熱する水蒸気、２５は外部で水蒸気を発生させるボイラ、２６は容器２２内で原材料から水分を蒸発させた後の水蒸気、２７は容器２２内で自動的に増殖する特殊な微生物、２８は容器２２で生成される原材料が褐炭の場合は高品位の石炭、植物残滓の場合は燃料材、２９は２８で生成された燃料材を運搬用に送る為の搬送コンベア、３０は容器２２内で処理に使用された水蒸気を冷却する装置、３１はその排気用フィルタ、３２は排気、３３は排水を示す。

図３は図２の容器内でのプロセスを時系列にてその機能を示す。４１は機械的な粉砕処理装置、４２、４３は容器内を減圧して水分の沸点を下げ、内部の低温の加熱水蒸気で原材料の水分を蒸発させる機能、４４，４５は適正の温度、圧力下の条件で爆発的に増殖する微生物の発生で原材料内に含まれる有機物を消滅させる機能、４６は処理された最終生産物を外部に搬送する装置を示す。

産業上の利用の可能性

地球温暖化に対処する為、炭酸ガスの大幅な削減が要求されている。又原子力発電が社会的な大きな課題を抱え、産業上安定した電力の供給が求められている。この発明は、これ等課題の解決に大きく役立つものとして大きな社会的貢献が期待される。
特にインドネシアなどに莫大な量埋蔵して使用されていない褐炭は、燃焼効率の悪さ、その性質から危険物扱いであり、遠方に搬送するのに多くの課題があり、殆ど使用されていないが、今回の発明の採用により、搬送上の危険は殆どなくなり、大幅な重量低減で搬送コストも大きく低減し、結果として安価で良質な発電燃料を提供出来、産業界の発展に大きく寄与できると期待さえる。

図１は本発明に関するシステム全体の構成を示す図である。図２は容器内の機能の構造とその作用を示す。図３は図２の容器内でのプロセスを時系列にてその機能を示す。

１．燃料原材料に使用する植物残滓、３は１を投入する容器、４は３の容器から産出されるバイオマス燃料、５は２を投入する容器、６は５から産出される高品位の石炭、７はボイラの燃料の混合率を制御する制御装置、８はボイラ、９はボイラで発生する蒸気、９はボイラで発生し、発電機駆動用のタービンに送る蒸気、１０は容器３と５に使用される蒸気、１１は発電機駆動用蒸気タービン、１２は１１で駆動される発電機、１３は発電機で発電される電気を示す。
２．同じく燃料原材料に使用する褐炭
３．３は１を投入する容器
４．３の容器から産出されるバイオマス燃料
５．５は２を投入する容器５は２を投入する容器
６．５から産出される高品位の石炭、
７．ボイラの燃料の混合率を制御する制御装置、
８．燃料を燃やして蒸気を発生するボイラ
９．ボイラで発生する蒸気
１０．容器３と５に使用される蒸気
１１．発電機駆動用蒸気タービン
１２．１１で駆動される発電機、
１３．発電機で発電される電気
２１．容器に投入される燃料原材料
２２．原材料を処理する内部の温度・圧力を制御できる容器
２３．容器２２内の原材料を機械的に攪拌する攪拌機
２４．容器２２内の原材料を加熱する水蒸気
２５．外部で水蒸気を発生させるボイラ
２６．容器２２内で原材料から水分を蒸発させた後の水蒸気
２７．容器２２内で自動的に増殖する特殊な微生物
２８．容器２２で生成される原材料が褐炭の場合は高品位の石炭、植物残滓の場合は燃料材
２９．２８で生成された燃料材を運搬用に送る為の搬送コンベア
３０．容器２２内で処理に使用された水蒸気を冷却する装置
３１．３０の排気用フィルタ
３２．３１の排気
３３．３０の排水
４１．機械的な粉砕処理装置
４２．４３．容器内を減圧して水分の沸点を下げ、内部の低温の加熱水蒸気で原材料の水分を蒸発させる機能、
４４，４５．適正の温度、圧力下の条件で爆発的に増殖する微生物の発生で原材料内に含まれる有機物を消滅させる機能
４６．処理された最終生産物を外部に搬送する装置

Claims

褐炭を入れる容器、その中に褐炭を粉砕する機構及び内部の気圧を減圧して水分を乾燥させる機構を有し、褐炭に含まれる有機物を処理する特殊微生物の増殖機構を備える容器内部の温度気圧制御を行う装置、その装置で精製される燃料を燃焼させるボイラ、そのボイラから発生する蒸気で回るタービン、そのタービンに連結した発電機より構成され、タービンで発生する蒸気を利用し褐炭処理を行う容器にフィードバックして熱源として利用する事、そして褐炭を減圧作用で短時間に乾燥させ、且つ微生物の利用で再び水分を吸収しない発熱カロリーの高い高品質の石炭を精製できる事を特徴とした褐炭を原材料とする発電システム
請求項１で使用される水分乾燥、微生物を増殖及び温度制御を行う装置を利用して、その装置の中に褐炭の代りに植物残滓、間伐材などの有機物を入れ、減圧下での乾燥、微生物による有機物の除去を行い炭素が主体となる燃料材料を産出する装置、これと請求項１で記載した装置を併設し、これ等の装置から出てくる燃焼材を混合して発電機を駆動するタービンの蒸気を発生させるためのボイラから構成され、発電機の発電量に対し炭酸ガスＣＯ２の削減量が最も効率的になる様に、燃焼材の混合率を最適制御する事を特徴としたバイオマス発電システム。