JP2018006141A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を合成する際に生じるオフガスを効率良く且つ幅広い用途に利用することができる発電システムを提供する。【解決手段】バイオマス搬送路Ｌ３からバイオマス資源１００Ｂが供給されると共に、ガス化剤として少なくとも水蒸気供給ラインＬ５２から水蒸気５０Ｂが供給され、バイオマス資源１００Ｂをガス化して生成ガス１１０Ｃを生成するガス化炉４と、生成ガス１１０Ｃを使用して燃料１２０の合成を行う燃料合成装置１１と、燃料１２０から分離されたオフガス１３０を供給するオフガスラインＬ１３と、オフガスラインＬ１３からオフガス１３０が供給され、オフガス１３０を使用して発電を行う固体酸化物形燃料電池１３と、水蒸気供給ラインＬ５２から分岐すると共に、オフガスラインＬ１３又は固体酸化物形燃料電池１３に接続して、水蒸気供給ラインＬ１３の水蒸気５０Ｂの一部をオフガス１３０に混入する水蒸気混入ラインＬ５２′とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス資源から燃料を合成する際に発生するオフガスを、固体酸化物形燃料電池の燃料に使用して発電を行う、発電システムに関する。

近年、燃料価格の高騰対策や地球環境負荷低減、さらには燃料確保の容易化を目指して、木材や藻類などのバイオマス資源（以下、バイオマスともいう）から液体燃料を製造する液体燃料製造システムが種々提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２）。
以下、特許文献１及び特許文献２にそれぞれ開示された技術について説明するが、参考に各特許文献で使用されている符号を括弧付きで示す。
特許文献１に開示された技術では、乾燥器（１２）を使用してバイオマス（１１）を乾燥し、このバイオマス（１１）を粉砕器（１３）により粉砕してガス化炉（１４）によりガス化する。ガス化により生成された生成ガス１１０は、除塵・精製された後、液体燃料合成装置（２２）に供給されて液体燃料の合成に使用される。その際に液体燃料から分離された排ガス（２４）（オフガス）は未だ発熱量を有していることから、燃焼炉（２６）で燃焼させ、その燃焼炉排ガス（２７）の一部を前記乾燥器（１２）に供給してバイオマス（１１）の乾燥の熱源としている。（段落[００２３]，[００２４]及び[００４７]並びに図１など参照。）

特許文献２に開示された技術では、原料（９１）をガス化して一酸化炭素と水素とを含むガス（９３）を生成するガス化炉（１１）と、ガス化炉（１１）に水蒸気を供給する水蒸気供給手段（１３）と、ガス化炉（１１）で生成されたガス（９３）に含まれる一酸化炭素と水素とを合成して液体燃料を生成する液体燃料化装置（３）と、液体燃料化装置（３）で生じた余剰ガス（オフガス）を燃料として発電する発電機（４）とを備え、ガス化炉（１１）の少なくとも排出側をメタン等のタールの分解温度以上に制御することで、タールを除去するガス精製装置を不要としている（特許請求の範囲、段落[００１９]，[００２３]及び図３など参照）。
液体燃料化装置（３）は、ＦＴ法（フィッシャー・トロプシュ法）により一酸化炭素と水素とを合成するＦＴ合成部（３３）と、ＦＴ合成部（３３）の合成物から水及び前記余剰ガスを冷却分離して液体燃料となる軽質油（９４）を抽出する冷却分離部（３５）とを備えて構成される。
特許文献２では、原料（９１）の一例としてバイオマスが挙げられ、発電機（４）の一例として燃料電池が挙げられている。

特許第４６５８９８０号公報 特許第５５２７７４３号公報

特許文献１及び特許文献２に開示された各技術では、液体燃料製造装置内で生じるオフガスをバイオマスの乾燥に利用することでオフガスの有効利用を実現しているが、液体燃料製造装置において、オフガスをさらに効率良く且つ幅広い用途に利用できることが望まれている。

また、特許文献２に開示された技術では、上述したようにＦＴ合成部（３３）の合成物から余剰ガスを冷却分離して軽質油（９４）を分離している。余剰ガスを冷却して軽質油（９４）を分離するためには、余剰ガスを外気温度若しくはそれ以下の温度まで冷却する必要がある。この冷却の際、ガス化炉（１１）で生成されたガス（９３）に含まれる水蒸気は、水（液体）となって余剰ガスから分離される。このような余剰ガスを燃料として燃料電池に供給すると、余剰ガスに含まれる水蒸気量が少ないため燃料極で炭素が析出し燃料電池の性能を著しく低下させてしまうおそれがある。

特許文献２に開示された技術では、上述したようにガス化炉（１１）の少なくとも排出側をタールの分解温度以上に制御することにより、ガス化炉（１１）で生成されるガス（９３）にタールが残留することを抑制してガス精製装置を不要としている。しかしながら、ガス化炉（１１）をタールの分解温度以上に制御しても、ガス化炉（１１）で生成されるガス（９３）には微量に硫化水素が含まれてしまう。特許文献２に開示された技術では、ガス精製装置が設置されていないため、この硫化水素が燃料電池に供給されてしまうおそれがある。硫化水素は、数ｐｐｍの僅かな濃度であっても燃料電池の燃料極を被毒し、燃料電池の性能を著しく低下させてしまうことが知られている。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、燃料を合成する際に生じるオフガスを効率良く且つ幅広い用途に利用することができる、発電システムを提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明の発電システムは、バイオマス資源を供給するバイオマス搬送路と、水蒸気を供給する水蒸気供給ラインと、前記バイオマス搬送路から前記バイオマス資源が供給されると共に、ガス化剤として少なくとも前記水蒸気供給ラインから前記水蒸気が供給され、前記バイオマス資源をガス化して生成ガスを生成するガス化炉と、前記生成ガスを使用して燃料の合成を行う燃料合成装置と、前記燃料から分離されたオフガスを供給するオフガスラインと、前記オフガスラインから前記オフガスが供給され、前記オフガスを使用して発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記水蒸気供給ラインから分岐すると共に、前記オフガスライン又は前記固体酸化物形燃料電池に接続して、前記水蒸気供給ラインの前記水蒸気の一部を前記オフガス混入する水蒸気混入ラインとを備えたことを特徴としている。

本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、ガス化炉によりバイオマス資源をガス化して生成ガスを生成し、この生成ガスから燃料合成装置により合成された燃料からオフガスを分離し、このオフガスを燃料として、高効率な固体酸化物形燃料電池により発電を行なうことができる。すなわち、バイオマス資源を使用して固体酸化物形燃料電池により高効率に発電を行なうことができる。

また、本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、ガス化剤に水蒸気を使用するので、ガス化炉内でバイオマス資源のガスシフト反応が活性化され、生成ガスに多くの水素（例えば水蒸気を供給しない場合に較べて２倍程度）を生成することができる。これにより、水素を含む生成ガスを用いて燃料の合成を行うことで、燃料から分離・除去されるオフガスをメタンリッチなガスとすることができる。従って、メタンリッチなオフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガスとして使用することができ、オフガス利用のガスエンジン発電などと比べ発電端効率を向上することができる。
本発明は、水蒸気に加えて他のガス化剤を使用することを排除するものではなく、ガス化剤として、水蒸気だけ使用することは勿論、水蒸気と酸素（酸素富化空気を含む）との両方を使用してもよいし、水蒸気と空気との両方を使用してもよい。この場合、ガス化剤をガス化炉に供給するための搬送経路に、水蒸気供給ラインや、酸素供給ライン（空気供給ライン及び酸素富化空気供給ラインを含む）を接続してもよいし、ガス化炉に、水蒸気供給ラインや酸素供給ラインをそれぞれ直接接続してもよい。或いは、ガス化炉に直接接続された酸素供給ラインに水蒸気供給ラインを接続して、酸素供給ラインから、水蒸気と酸素（空気及び酸素富化空気を含む）とからなるガス化剤を、ガス化炉に供給してもよい。逆に、ガス化炉に直接接続された水蒸気供給ラインに酸素供給ラインを接続して、水蒸気供給ラインから、水蒸気と酸素とからなるガス化剤を、ガス化炉に供給してもよい。

さらに、固体酸化物形燃料電池に供給されるオフガスに予め蒸気を混入するので、オフガス中の水蒸気と炭素とのモル比（Ｓ／Ｃ）を適正にして、固体酸化物形燃料電池の燃料極での炭素の析出を回避することができ、燃料電池の性能の低下を回避できる。

（２）前記水蒸気と、バイオマスに含まれる炭素とのモル比（Ｈ_２Ｏ／Ｃ）が１．５〜４の範囲に入るように前記ガス化剤を供給することが好ましい。
本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、水蒸気と、バイオマスに含まれる炭素とのモル比（Ｈ_２Ｏ／Ｃ）が１．５〜４の範囲に入るようにガス化剤を供給することで、ガスシフト反応が活性化され、オフガスのメタンリッチ可を促進することができる。ここで、Ｈ_２Ｏ／Ｃが４を超えると、ガス化炉内の温度が低下し、ガスシフト反応が低下する。すなわち、燃料の合成に有効な生成ガス量が低下し、固体酸化物形燃料電池での発電に支障をきたす恐れがある。また、Ｈ_２Ｏ／Ｃが１．５未満の場合、Ｈ_２の生成量が少なくなることから、燃料の合成に必要な生成ガス量が低下し、合成によって得られる燃料の収率は低下する。

（３）前記ガス化炉により生成された生成ガスを精製するガス精製装置を備え、前記燃料合成装置は、前記ガス精製装置により精製された生成ガスを使用して燃料の合成を行うことが好ましい。
本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、ガス精製装置により、ガス化炉で生成された生成ガスを精製して硫化水素を除去するので、この精製後の生成ガス由来のオフガスには硫化水素は含有されない又は殆ど含有されない。したがって、オフガスを燃料として燃料電池に供給した際、硫化水素により燃料電池の燃料極が被毒されて燃料電池の性能が低下してしまうことを防止することができる。

（４）ガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機とを備え、前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記ガスタービンに燃料として供給する電池排ガスラインを備えることが好ましい。

本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスをガスタービンに燃料として供給し、このガスタービンにより発電機を駆動して発電を行うので、バイオマスを使用してより多くの電力を得ることができる。しかも、固体酸化物形燃料電池内から排出される電池排ガスが固体酸化物形燃料電池内の発熱反応で昇温されるため、システム全体での熱効率ひいてはシステム全体での発電効率を向上させることができる。

（５）前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガス又は前記ガスタービンから排出されたタービン排ガスを前記乾燥器に供給する排ガスラインを備えることが好ましい。

本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、ガス化炉に供給する前に水分を多く含むバイオマス資源を乾燥器により乾燥させることで、ガス化炉への搬送が容易になるとともに、ガス化炉での熱効率を低下させることなく、燃料を供給することができる。また、バイオマス資源の水分を除去することで、ガス化炉での燃焼制御を容易にすることができる。

（６）前記ガス化炉が、噴流床方式のガス化炉であることが好ましい。

本発明の少なくとも１実施形態による発電システムは、ガス化炉を噴流床方式とすることで生成ガスの温度が高くすることができる。つまり、噴流床方式のガス化炉では、固定床式や循環流動層式など他の型式のガス化炉に較べて、炉内流速が速いため炉内に留まる粒子が少なく、粒子によって生成ガスから吸熱される熱量が少ないので、生成ガスの温度が高くすることができる。したがって、メタンが生成されやすい炉内雰囲気とすることができる。特に、ガス化剤に水蒸気を含めるので水素と一酸化炭素の比を２：１とすることができ、燃料合成に最適な生成ガス性状が得られるため燃料合成過程で効率的に直鎖系炭化水素が生成される結果、ジェット燃料には適さないメタンも多く生成されるので、固体酸化物形燃料電池に適した、よりメタンリッチなオフガスを供給することができる。ここで、メタンは、バイオマスのガス化の過程で生成するものと、燃料の合成で生成する過程がある。メタンの発生量はガス化炉で発生する量を１とした場合、燃料合成によって発生する量は１．２〜１．５となる。
ここで、バイオマスのガス化の過程で生成するメタンの反応式は下式（１）のとおりである。
ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ・・・（１）
また、燃料合成（ＦＴ合成）の過程で生成するメタンの反応式は下式（２）のとおりである。
ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ_２→Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋Ｈ_２Ｏ・・・（２）

本発明によれば、ガス化炉によりバイオマス資源をガス化して生成ガスを生成し、この生成ガスから燃料合成装置により合成された燃料からオフガスを分離し、このオフガスを燃料として、高効率な固体酸化物形燃料電池により発電を行なうことができる。すなわち、バイオマス資源を使用して固体酸化物形燃料電池により高効率に発電を行なうことができる。
そして、バイオマス資源から燃料を製造する際に生じるオフガスから電力を取り出すことができるので、オフガスを熱エネルギとして利用するよりも、多様な電動機器の使用に利用できるようになる。
ガス化剤に水蒸気を含めるので、ガスシフト反応が活発に行われて水素が多く生成される。この結果、燃料から分離・除去されるオフガスをメタンリッチなガスとして固体酸化物形燃料電池の燃料に使用することができるので、固体酸化物形燃料電池による高効率な発電を行うことができる。
また、固体酸化物形燃料電池に供給されるオフガスに予め蒸気を混入するので、オフガス中の水蒸気と炭素とのモル比（Ｓ／Ｃ）を適正にして、固体酸化物形燃料電池の燃料極での炭素の析出を回避することができ、燃料電池の性能の低下を回避できる。
したがって、バイオマス資源から燃料を製造する際に生じるオフガスを効率良く且つ幅広い用途に利用することができる。

本発明の少なくとも１実施形態（第１実施形態）に係る発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の少なくとも別の１実施形態（第２実施形態）に係る発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の少なくとも別の１実施形態（第３実施形態）に係る発電システムの構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の各実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．１実施形態（第１実施形態）］
以下、図１を参照して１実施形態について説明する。
図１は、本発明の少なくとも１実施形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。

［１−１．構成］
図１に示す発電システム１は、バイオマス資源（以下、バイオマスともいう）１００から燃料を製造する際に生じるオフガス１３０を使用して発電を行うものである。具体的には、図１に示すように、本実施形態の発電システム１は、乾燥器２，粉砕器３，ガス化炉４，高温熱交換器５，除塵装置６，低温熱交換器７，ガス精製装置８，昇圧器９，脱炭装置１０，液体燃料合成装置（燃料合成装置）１１，気液分離器１２，固体酸化物形燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell、以下「ＳＯＦＣ」という）１３及び空気圧縮機１３ａを備える。

乾燥器２の入口は、バイオマス供給路Ｌ１（例えばコンベア，スクリューフィーダ，配管）によりバイオマスの貯蔵設備（図示略）と接続されており、乾燥器２には、貯蔵設備からバイオマス供給路Ｌ１を介して木質（薪，木炭，チップ，ペレット他）などの水分を多く含むバイオマス資源１００が供給される。乾燥器２は、このバイオマス１００を乾燥して、乾燥状態のバイオマス１００Ａとする。乾燥器２の出口は、また、バイオマス搬送路Ｌ２（例えばコンベア，スクリューフィーダ，配管）により粉砕器３の入口と接続されており、乾燥器２から、乾燥状態のバイオマス１００Ａがバイオマス搬送路Ｌ２を介して粉砕器３へと供給される。乾燥器２においてのバイオマス１００Ａを乾燥するための熱源については後述する。
粉砕器３は、この乾燥状態のバイオマス１００Ａを粉砕して、ガス化に適した粒径のバイオマス１００Ｂとする。粉砕器３の出口は、バイオマス搬送路Ｌ３（例えばコンベア，スクリューフィーダ，配管）によりガス化炉４のバイオマス供給部と接続されており、粉砕器３から、ガス化に適した粒径に粉砕されたバイオマス１００Ｂが、バイオマス搬送路Ｌ３を介してガス化炉４へと供給される。

ガス化炉４は、この粉砕されたバイオマス１００Ｂをガス化して、製造する燃料の原料となるガス（以下、生成ガスという）１１０を生成する。
ガス化炉４は、バーナ（図示略）によりバイオマス１００Ｂをガス化剤５０と共に噴出する噴流床方式のものであり、ガス化剤５０として、酸素配管（酸素供給ライン）Ｌ５３から酸素５０Ａが供給されると共に、蒸気配管（水蒸気供給ライン）Ｌ５２から水蒸気５０Ｂが供給される。このため、生成ガス１１０はメタンリッチなガスとなる。
これは、（１）ガス化剤５０に水蒸気５０Ｂが含まれるので、ガス化炉４においてガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋Ｈ_２）が活発に行われて生成ガス１１０に水素が多く含まれる点、（２）ガス化炉４が噴流床方式なので、固定床式や流動層式など他の型式のガス化炉に較べて、炉内流速が速いため炉内に留まる粒子が少なく、粒子が生成ガスから吸熱する熱量が少なくなって炉内の生成ガス１１０の温度が高くなる点、の２点から、相乗的に、メタン（ＣＨ_４）が生成されやすい雰囲気になるためである。
なお、炉内の生成ガス１１０の温度が高くなるが、炉内流速が速いため生成ガス１１０が炉内に留まる時間は短い。このため、特許文献２に開示された燃料生成システム（１００）のようにガス化炉（１１）でメタン（ＣＨ_４）が完全に分解されることはない。
ここで、水蒸気５０Ｂと、バイオマス１００Ｂに含まれる炭素とのモル比（Ｈ_２Ｏ／Ｃ）が１．５〜４の範囲に入るようにガス化剤５０を供給することが好ましい。これによりガスシフト反応が活性化されることから、後述するように液体燃料合成装置１１のオフガス１３０のメタンリッチ可を促進することができる。

ここで、オフガス１３０中の水蒸気（Ｓ：Steam）と炭素（Ｃ）とのモル比（Ｓ／Ｃ）が低いと、ＳＯＦＣ１３のセル（燃料極）で炭素析出が生じてＳＯＦＣ１３の性能が低下するおそれがある。気液分離器１２において、軽質燃料であるナフサを蒸留する際、一般的には３５℃近傍まで冷却され、炭化水素燃料１２０とオフガス１３０との分離が行われると、水蒸気は水となってオフガス１３０からは分離される。このため、オフガス１３０に含まれる水蒸気量が不足気味になるおそれがある。そこで、モル比（Ｓ／Ｃ）が不足しないように、ガス化炉４に供給するガス化剤５０の水蒸気５０Ｂを一部抜き出してオフガス１３０へ混入することで、前記の炭素析出を回避可能な構成としている。これにより、ＳＯＦＣ１３の燃料極での炭素析出によるＳＯＦＣ１３の性能の低下を抑制することができる。

具体的な構成としては、図１中に示すように、バイパスライン（水蒸気混入ライン）Ｌ５２′と、後述のＳＯＦＣ１３にオフガス１３０を供給するガス搬送路（以下「オフガスライン」ともいう）Ｌ１３に介装されオフガス１３０のモル比（Ｓ／Ｃ）を計測する計測手段（図示略）と、バイパスラインＬ５２′に介装され前記計測手段の計測結果に基づいて制御される開閉弁（例えば電磁バルブ）２０とを設けている。

バイパスラインＬ５２′は、ガス化炉４に水蒸気５０Ｂを供給する後述の蒸気配管（水蒸気供給ライン）Ｌ５２と、オフガスラインＬ１３とを接続し、蒸気配管Ｌ５２から水蒸気５０Ｂを一部抜き出して、この抜き出した水蒸気５０Ｂを、ガス化炉４をバイパスさせて、オフガスライン１３を流通するオフガス１３０へと混入するためのものである。
また、前記計測手段により計測されたオフガス１３０のモル比（Ｓ／Ｃ）が所定の閾値（例えば２．０〜５．０）よりも低い場合には、開閉弁２０は開弁制御される一方、前記計測手段により計測された前記オフガス１３０のモル比（Ｓ／Ｃ）が所定の閾値を越える場合には、開閉弁２０は閉弁制御される。
ガス化剤として使用される水蒸気５０Ｂは、余剰にあるため、バイパスラインＬ５２′により一部抜き出してもガス化炉４でガス化剤として使用される水蒸気が不足することなく、且つ水蒸気５０Ｂは５００℃程度の高温であるため、作動温度の高いＳＯＦＣ１３にも、バイパスラインＬ５２′で加熱することなく供給可能である。

なお、バイパスライン５２′から定常的にガス化剤５０の水蒸気５０Ｂを一部抜き出してオフガス１３０へ混入するようにしてもよい。この場合には、モル比（Ｓ／Ｃ）を計測する計測手段や開閉弁２０を省略することができる。

ガス化炉４のガス出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ４により高温熱交換器５のガス側入口と接続されており、ガス化炉４で生成された生成ガス１１０は、ガス化炉４からガス搬送路Ｌ４を介して高温熱交換器５のガス側入口へと供給される。高温熱交換器５のガス側出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ５により除塵装置６の入口と接続されており、生成ガス１１０は、高温熱交換器５からガス搬送路Ｌ５を介して除塵装置６へと供給される。除塵装置６は、生成ガス１１０を除塵して煤塵を除去された生成ガス１１０Ａとする。除塵装置６の出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ６により低温熱交換器７のガス側入口と接続されており、生成ガス１１０Ａは、除塵装置６からガス搬送路Ｌ６を介して低温熱交換器７へと供給される。

また、低温熱交換器７の蒸気側入口は、蒸気配管Ｌ５０により、図示しない蒸気源（例えば蒸気ボイラ）と接続されており、この蒸気源から、蒸気配管Ｌ５０を介して、加熱媒体として水蒸気５０Ｂが低温熱交換器７へ供給される。また、低温熱交換器７の蒸気側出口は、蒸気配管Ｌ５１により高温熱交換器５の蒸気側入口と接続されており、低温熱交換器７から、水蒸気５０Ｂが、蒸気配管Ｌ５１を介して高温熱交換器５へと供給される。高温熱交換器５の蒸気側出口は、蒸気配管Ｌ５２によりガス化炉４と接続されており、高温熱交換器５から水蒸気５０Ｂが蒸気配管Ｌ５２を介してガス化炉４へと供給される。

このような構成により、高温熱交換器５及び低温熱交換器７は、ガス化炉４で生成された生成ガス１１０と水蒸気５０Ｂとを熱交換させて、ガス化剤を構成する水蒸気５０Ｂを昇温させる。昇温した水蒸気５０Ｂはガス化炉４に供給される。

低温熱交換器７のガス側出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ７によりガス精製装置８の入口と接続されており、低温熱交換器７から、ガス搬送路７を介して、低温熱交換器６を通過し除塵装置６により煤塵を除去された生成ガス１１０Ａが、ガス精製装置８へと供給される。ガス精製装置８は、微量に含まれる硫化水素などの不要な成分を除去して生成ガス１１０Ａを精製する。

ガス精製装置８の出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ８により昇圧器９の入口と接続されており、ガス精製装置８から、ガス搬送路Ｌ８を介して、ガス精製装置８により精製された生成ガス１１０Ｂが、昇圧器９へ供給される。昇圧器９は、この精製された生成ガス１１０Ｂを液体燃料製造用に昇圧する。
昇圧器９の出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ９により脱炭装置１０の入口と接続されており、昇圧器９から、ガス搬送路Ｌ９を介して、昇圧器９により昇圧された生成ガス１１０Ｂが、脱炭装置１０へ供給される。
脱炭装置１０は、この昇圧された生成ガス１１０Ｂから炭酸成分を除去する。これにより、後段の液体燃料合成装置１１による液体燃料合成の効率向上が図られている。

脱炭装置１０の出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ１０により液体燃料合成装置１１の入口と接続されており、脱炭装置１０で炭酸成分を除去された生成ガス１１０Ｃは、ガス搬送路Ｌ１０を介して液体燃料合成装置１１へ供給される。
液体燃料合成装置１１は、フィッシャー・トロプシュ（ＦＴ）法を使用して炭化水素燃料１２０を合成する。つまり、炭酸成分を除去された生成ガス１１０Ｃ中の一酸化炭素と水素とから触媒反応を用いて炭化水素燃料１２０を合成する。ここで、ＦＴ法により、炭化水素燃料１２０として、複数種類の炭化水素ガス（ＣｎＨ_２ｎ、ｎは１以上１００以下）が混合状態に合成され、ガソリン、軽油、灯油、ジェット燃料、及びワックス等を得ることができる。

液体燃料合成装置１１の出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ１１により気液分離器１２の入口と接続されており、液体燃料合成装置１１により合成された炭化水素燃料１２０は、ガス搬送路Ｌ１１を介して気液分離器１２へ供給される。
気液分離器１２は、液体燃料合成装置１１により合成された炭化水素燃料１２０を冷却分離して、副生成物（メタンなどの軽質の炭化水素ガス）であるオフガス１３０と、オフガス１３０を除去された完成した液体燃料である炭化水素燃料１２０Ａ（そこで、以下、液体燃料１２０Ａともいう）とに分留する。
気液分離器１２のオフガス出口は、ガス搬送路（例えばダクト又は配管）Ｌ１３によりＳＯＦＣ１３のオフガス入口と接続されており、気液分離器１２により分離されたオフガス１３０は、ガス搬送路Ｌ１３を介して、燃料ガスとしてＳＯＦＣ１３の燃料極へと供給される。
また、気液分離器１２の炭化水素燃料出口は、配管Ｌ１２により図示しない回収設備の入口と接続されており、炭化水素燃料１２０Ａは、配管Ｌ１２を介して前記回収設備に回収される。

ＳＯＦＣ１３は、イオン伝導率を高めるために作動温度が約７００〜１０００℃程度と高く、高効率な高温型燃料電池として知られている。ＳＯＦＣ１３では、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、水素（Ｈ_２）および一酸化炭素（ＣＯ）、メタン（ＣＨ_４）などの炭化水素系ガスが燃料として使用される。ここでは、ＳＯＦＣ１３には、燃料極には上述したとおりオフガス１３０が供給される。ＳＯＦＣ１３の空気入口は、配管Ｌ１５により空気圧縮機１３ａの空気吐出口に接続されており、ＳＯＦＣ１３の空気極には、空気圧縮機１３ａから配管Ｌ１５を介して高圧の空気１４０が供給される。
ここで、上述したように、ガス化炉４で生成された生成ガス１１０はメタンリッチなガスである。下表１は、ガス化炉４の出口の生成ガス１１０、脱炭酸装置１０の出口の生成ガス１１０Ｃ、気液分離機１２の出口のオフガス１３０における代表ガス（Ｎ_２，Ｈ_２Ｏを除いたガス、すなわちＣＯ，Ｈ_２，ＣＯ_２，ＣＨ_４）のモル比を示し、生成ガス１１０は、ガス精製装置８，脱炭酸装置１０，液体燃料合成装置１１，気液分離機１２等により各種成分が分離・除去されてオフガス１３０となってもメタン（ＣＨ_４）は殆ど除去されることはない。そこで、このメタンリッチなオフガス１３０をＳＯＦＣ１３の燃料として有効利用している。

なお、ＳＯＦＣ１３は、イオン伝導率を高めるために作動温度が約７００〜１０００℃程度と高いため、オフガス１３０をＳＯＦＣ１３に燃料として供給する前に予熱するのが好ましい。予熱の態様としては何ら限定されないが、上述したように、ガス化剤として使用される水蒸気５０Ｂの一部をオフガス１３０に混入してもよい。或いは、ＳＯＦＣ１３の作動温度が高いため、燃料極から排出されるオフガス（電池排ガス）１３０Ａも高温であることから、これらの高温のオフガス１３０Ａを用いて気液分離器１２出口のオフガス１３０を予熱するようにしてもよい。具体的な構成としては、例えば、オフガス１３０Ａが流通する配管（電池排ガスライン）Ｌ１４に分岐管を設け、この分岐管と熱交換する熱交換器をオフガスラインＬ１３に介装する構成が考えられる。

ここで、上述したとおり、ＳＯＦＣ１３は、イオン伝導率を高めるために作動温度が約７００〜１０００℃程度と高く、燃料極から排出されるオフガス１３０Ａも高温である。そこで、本実施形態の発電システム１は、これらのオフガス１３０Ａを乾燥器２に供給して、バイオマス１００を乾燥するための熱源としている。具体的には、ＳＯＦＣ１３のオフガス排出口と接続された配管Ｌ１４の出口を、乾燥器２の内部（バイオマス１００が供給される乾燥室内）に連通接続する。これにより、オフガス１３０Ａを、配管Ｌ１４を介して前記乾燥室内に供給し、これらのオフガス１３０Ａにより直接バイオマス１００を乾燥する。
或いは、乾燥器２に間接加熱用のジャケットを具備し、配管Ｌ１４の出口をこのジャケットに接続して、ジャケットに供給されたオフガス１３０Ａにより乾燥室内のバイオマス１００を間接加熱するようにしてもよい。

バイオマス１００は、その性質上、高水分であることが多く、そのまま用いると、ガス化への支障、プラント効率の著しい低下、ハンドリング性の悪化が予想される。このため、バイオマス１００を取り扱うプラントでは、本実施形態の発電システム１のようにバイオマス１００を乾燥させる乾燥器２を備えるのが一般的である。そこで、オフガス１３０の有効利用先として、乾燥器２が好適である。

ＳＯＦＣ１３の空気排出口には配管Ｌ１６が接続されており、ＳＯＦＣ１３の空気極から排出された空気１４０Ａは配管Ｌ１６を介して外部に放出される。空気１４０Ａがバイオマス１００の乾燥に使用できる程度に高温である場合には、オフガス１３０Ａの配管Ｌ１４と同様に、空気１４０Ａの配管Ｌ１６を乾燥器２の乾燥室又はジャケットに接続して空気１４０Ａを乾燥器２の乾燥熱源としてもよい。

［１−２．作用・効果］
本発明の１実施形態（第１実施形態）としての発電システム１によれば、液体燃料合成装置１１により合成された炭化水素燃料１２０から分離されたオフガス１３０を燃料として、高効率なＳＯＦＣ１３により発電を行える（ＳＯＦＣ１３により高効率の発電を行なえる）。
また、水蒸気５０Ｂをガス化剤５０の一部として使用することで、この水蒸気５０Ｂによりガスシフト反応を活性化できると共に、ガス化炉４を噴流床方式とすることで、他の型式のガス化炉に較べて生成ガス１１０の温度を高くすることができる。特に、ガス化剤に水蒸気を含めるので水素と一酸化炭素の比を２：１とすることができ、燃料合成に最適な生成ガス性状が得られるため燃料合成過程で効率的に直鎖系炭化水素が生成される結果、ジェット燃料には適さないメタンも多く生成されるので、固体酸化物形燃料電池に適した、よりメタンリッチなオフガスを供給することができる。ここで、メタンは、バイオマスのガス化の過程で生成するものと、燃料の合成で生成する過程がある。メタンの発生量はガス化炉で発生する量を１とした場合、燃料合成によって発生する量は１．２〜１．５となる。
ここで、バイオマスのガス化の過程で生成するメタンの反応式は下式（１）のとおりである。
ＣＯ＋３Ｈ_２→ＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ・・・（１）
また、燃料合成（ＦＴ合成）の過程で生成するメタンの反応式は下式（２）のとおりである。
ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ_２→Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋Ｈ_２Ｏ・・・（２）
このように、オフガス１３０をメタンリッチなガスとすることができ、このオフガス１３０をＳＯＦＣ１３の燃料に使用することでＳＯＦＣ１３での発電端効率を向上することができる。

さらに、オフガス１３０を使用して発電を行うので、得られた電力を、発電システム１で使用される各種電気機器に供給することができ、或いは、発電システム１の外部に送電することができ、バイオマス由来の電力を種々の用途に利用できる、
したがって、液体燃料１２０Ａを製造する際に生じるオフガス１３０を効率良く且つ幅広い用途に利用することができる。

また、ガス化炉４に供給する前に、水分を多く含むバイオマス資源１００を乾燥器２により乾燥させることで、ガス化炉４への搬送が容易になるとともに、水分の潜熱により熱量が奪われてしまうことを抑制してガス化炉４での熱効率の低下を抑制できる。
また、バイオマス資源１００の水分を除去することで、ガス化炉４でのガス化制御（部分燃焼の制御）を容易にすることができる。つまり、通常、バイオマス資源１００は高水分であり、そのままガス化炉４へ搬送すると搬送過程で付着や閉塞といった問題を生じるが、バイオマス資源１００を乾燥し水分を除去することでハンドリングが容易となり、ガス化制御（部分燃焼の制御）も容易となる。
そして、ＳＯＦＣ１３から排出されたオフガス１３０Ａを、バイオマス１００の乾燥の熱源として利用することで、オフガス１３０の一層の有効利用を図ることができる。

また、ガス精製装置８により、ガス化炉４で生成された生成ガス１１０Ａを精製して硫化水素を除去するので、この生成ガス１１０Ａ由来のオフガス１３０には硫化水素は含有されない（又は殆ど含有されない）。したがって、オフガス１３０を燃料としてＳＯＦＣ１３に供給した際に、硫化水素によりＳＯＦＣ１３の燃料極が被毒されてＳＯＦＣ１３の性能が低下してしまうことを防止することができる。

さらに、ガス化炉４に供給するガス化剤５０の水蒸気５０Ｂを一部抜き出してオフガス１３０へ混入するので、オフガス１３０中の水蒸気（Ｓ：Steam）と炭素（Ｃ）とのモル比（Ｓ／Ｃ）を適正範囲とすることができ、ＳＯＦＣ１３の燃料極で炭素が析出してＳＯＦＣ１３の性能が低下してしまうことを防止することができる。

［２．他の１実施形態（第２実施形態）］
以下、図２を参照して他の１実施形態（第２実施形態）について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

［２−１．構成］
上記一実施形態としての第１実施形態では、ＳＯＦＣ１３から排出されたオフガス１３０Ａ及び空気１４０Ａを乾燥器２に供給した。これに対し、本実施形態の発電システム１Ａは、さらにガスタービン１４及び発電機１５を備え、ＳＯＦＣ１３から排出されたオフガス１３０Ａ及び空気１４０Ａをガスタービン１４の燃料及び燃焼用空気と使用している。
以下、発電システム１Ａについて具体的に説明する。ガスタービン１４及びガスタービン１４の回転軸１４ａと接続された発電機１５は、発電機であるＳＯＦＣ１３と組み合わされて複合発電システムを構成する。
また、ガスタービン１４の燃焼器１４ｂのオフガス入口（燃料入口）は、配管Ｌ１４によりＳＯＦＣ１３のオフガス排出口と接続される。また、燃焼器１４ｂの空気入口は配管Ｌ１６によりＳＯＦＣ１３の空気排出口と接続されている。これにより、ＳＯＦＣ１３から燃焼器１４ｂに、配管Ｌ１４を介してオフガス１３０Ａが、配管Ｌ１６を介して空気１４０Ａがそれぞれ供給される。

上述したようにＳＯＦＣ１３の作動温度が約７００〜１０００℃程度と高いため、燃料極から排出されるオフガス１３０Ａや空気極から排出される空気１４０Ａも高温となり、これらの高温のオフガス１３０Ａと高温の空気１４０Ａとをガスタービン１４の燃焼器１４ｂに供給して燃焼させ、燃焼器１４ｂで発生した燃焼ガスでガスタービン１４を回転させて発電機１５を回転駆動させることで発電を行う。つまり、オフガス１３０Ａや空気１４０Ａを、配管Ｌ１４，Ｌ１６を介してガスタービン１４に供給し、オフガス１３０Ａの熱，圧力及び残燃料性分と、空気１４０Ａの熱及び圧力とを、ガスタービン１４による発電に利用している。
ガスタービン１４を回転駆動した後、ガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０は、ガスタービン１４のタービン最終翼よりも排ガス下流側の排ガス出口に接続された排ガス経路（タービン排ガスライン）Ｌ１７（例えばダクト又は配管）を介して、必要に応じて排ガス経路Ｌ１７に介装された浄化処理装置により浄化処理され、大気へと放出される。
その他の構成は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

［２−２．作用・効果］
本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果が得られる他、以下のような作用・効果が得られる。
つまり、ＳＯＦＣ１３から排出された高温のオフガス１３０Ａと高温の空気１４０Ａとを有効利用して、ＳＯＦＣ１３とガスタービン１４とを使用したコンバインドサイクル方式による発電（複合発電）を行うので、ＳＯＦＣ１３だけを使用して発電を行うよりも発電効率をさらに向上することができる。
特に、オフガス１３０Ａは、ＳＯＦＣ１３内の発熱反応で昇温されるため、ガスタービン１４の燃料として使用することで、ガスタービン１４の燃焼効率を向上させることができる。したがって、ガスタービン１４による発電効率を向上させることができる。
オフガス１３０をガスエンジンの燃料として使用した場合の発電効率は４０％程度であるのに対し、オフガス１３０を燃料としたＳＯＦＣ１３による発電及びガスタービン１４による発電を組み合わせた複合発電とすることにより発電効率を５０％程度まで向上することができる。

また、ガス化剤５０の成分として水蒸気５０Ｂを使用しているので、ガス化剤５０の成分として酸素だけを使用する場合に較べて、ガス化炉４の生成ガス１１０ひいては、ガスタービン１４に燃料として供給されるＳＯＦＣ１３のオフガス１３０Ａの成分としては、ＣＯが少なくなる一方Ｈ_２が多くなる。このため、ガスタービン１４におけるオフガス１３０Ａの着火性が向上する。

［３．他の１実施形態（第３実施形態）］
［３−１．構成］
以下、図３を参照して他の１実施形態（第３実施形態）について説明する。なお、上記第１実施形態及び上記第２実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
ガスタービン１４を回転駆動した後にガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０は２５０℃程度と比較的高温になる。そこで、本実施形態の発電システム１Ｂは、このタービン排ガス１５０を乾燥器２に供給して、バイオマス１００を乾燥するための熱源としている。具体的には、前記の排ガス経路Ｌ１７の出口を乾燥器２の乾燥室内に連通接続して、ガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０を、排ガス経路Ｌ１７を介して乾燥室内に供給し、このタービン排ガス１５０により直接バイオマス１００を乾燥する。
或いは、乾燥器２に間接加熱用のジャケットを具備し、排ガス経路Ｌ１７の出口をこのジャケットに接続して、ジャケットに供給されたタービン排ガスにより乾燥室内のバイオマス１００を間接加熱するようにしてもよい。

バイオマス１００は、その性質上、高水分であることが多く、そのまま用いると、ガス化への支障、プラント効率の著しい低下、ハンドリング性の悪化が予想される。このため、バイオマス１００を取り扱うプラントでは、本実施形態の発電システム１Ｂのようにバイオマス１００を乾燥させる乾燥器２を備えるのが一般的である。そこで、ガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０の有効利用先として、乾燥器２が好適である。
なお、ガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０に加えて、第１実施形態のように、ＳＯＦＣ１３から排出されたオフガス１３０Ａを乾燥器２の乾燥熱源としてもよい。具体的には、ガス搬送路Ｌ１４に分岐搬送路（例えばダクト又は配管）を設け、この分岐経路を乾燥器２の乾燥室内又はジャケットに接続すればよい。
その他の構成は、第２実施形態と同様なので説明を省略する。

［３−２．作用・効果］
本実施形態によれば、第２実施形態と同様の作用・効果が得られる他、以下のような作用・効果が得られる。
つまり、ガス化炉４に供給する前に、水分を多く含むバイオマス資源１００を乾燥器２により乾燥させることで、第１実施形態において、バイオマス資源１００を乾燥器２により乾燥させたことによる効果と同様の効果が得られる。
つまり、ガス化炉４への搬送が容易になるとともに、水分の潜熱により熱量が奪われてしまうことを抑制してガス化炉４での熱効率の低下を抑制できる。
また、通常、バイオマス資源１００は高水分であり、そのままガス化炉４へ搬送すると搬送過程で付着や閉塞といった問題を生じるが、バイオマス資源１００を乾燥し水分を除去することでハンドリングが容易となり、ガス化制御（部分燃焼の制御）も容易となる。
このように、オフガス１３０由来の排ガスであってガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０を、バイオマス１００の乾燥の熱源として利用することで、オフガス１３０の一層の有効利用を図ることができる。

［４．その他］
（１）上記実施形態では、ガス化剤に、酸素５０Ａ及び水蒸気５０Ｂを使用したが、ガス化剤は、少なくとも水蒸気を含むものであれば、これに限定されない。例えば、ガス化剤として、水蒸気だけ使用してもよいし、水蒸気と酸素との両方を使用してもよいし、水蒸気と空気（酸素富化空気を含む）との両方を使用してもよい。

（２）上記第２実施形態及び第３実施形態では、ガスタービン１４と空気圧縮機１３ａとを別に設けたが、一体に構成してもよい。つまり、空気圧縮機１３ａを、ガスタービンのタービン軸と直結したコンプレッサ部により構成してもよい。

（３）上記各実施形態では、バイオマス１００Ａを粉砕器３によりガス化に適した粒径に粉砕したが、予め所定粒径に粉砕されたバイオマスを用いる場合には、粉砕器３を省略してもよい。また、上記各実施形態では、脱炭装置１０により生成ガス１１０Ｂから炭酸成分を除去することで液体燃料合成の効率向上を図っているが、脱炭装置１０は必須ではない。

（４）上記第２実施形態では、ガスタービン１４に接続された排ガス経路Ｌ１７の出口を、乾燥器２に接続して、ガスタービン１４から排出されたタービン排ガス１５０を乾燥器２に供給して、乾燥器２におけるバイオマス１００の乾燥熱源としたが、タービン排ガス１５０を、ガス化炉４に供給する水蒸気５０Ｂの加熱源としてもよい。具体的には、排ガス経路Ｌ１７を、乾燥器２に替えて又は乾燥器２と併せて、高温熱交換器５及び低温熱交換器７の少なくとも一方に接続すればよい。

（５）上記各実施形態では、ガス化剤としての水蒸気５０Ｂを、蒸気配管（水蒸気供給ライン）Ｌ５２からガス化炉４へと直接供給しているが、水蒸気５０Ｂをガス化炉４へと直接供給する構成に限定されない。例えば、蒸気配管（水蒸気供給ライン）Ｌ５２を酸素配管Ｌ５３に接続して水蒸気５０Ｂを酸素配管Ｌ５３内に供給して、酸素配管Ｌ５３を介して酸素５０Ａと混合した状態でガス化炉４へ供給してもよい。すなわち、本発明において、水蒸気供給ラインから水蒸気をガス化炉に供給するとは、水蒸気供給ラインから他の搬送路を経由して水蒸気をガス化炉に供給することを含む。

（６）上記各実施形態では、バイパスライン（水蒸気混入ライン）Ｌ５２′をオフガスラインＬ１３に接続して、水蒸気５０Ｂを、オフガスラインＬ１３のオフガス１３０に混入するようにしたが、バイパスライン（水蒸気混入ライン）Ｌ５２′を直接にＳＯＦＣ１３に接続して、水蒸気５０Ｂを燃料極に供給されるオフガス１３０に混入するようにしてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ 発電システム
２ 乾燥器
４ ガス化炉
１１ 液体燃料合成装置（燃料合成装置）
１２ 気液分離器
１３ 固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）
１３ａ 空気圧縮機
１４ ガスタービン
１５ 発電機
５０ ガス化剤
５０Ａ 酸素
５０Ｂ 水蒸気
１００，１００Ａ，１００Ｂ バイオマス資源（バイオマス）
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ 生成ガス
１２０ 炭化水素燃料
１２０Ａ 液体燃料
１３０ オフガス
１３０Ａ オフガス（電池排ガス）
１４０，１４０Ａ 空気
１５０ タービン排ガス
Ｌ１４ 配管（電池排ガスライン）
Ｌ１７ 排ガス経路（タービン排ガスライン）
Ｌ５２ 蒸気配管（水蒸気供給ライン）
Ｌ５２′ バイパスライン（水蒸気混入ライン）
Ｌ５３ 酸素配管

Claims (7)

1. バイオマス資源を供給するバイオマス搬送路と、
   水蒸気を供給する水蒸気供給ラインと、
   前記バイオマス搬送路から前記バイオマス資源が供給されると共に、ガス化剤として少なくとも前記水蒸気供給ラインから前記水蒸気が供給され、前記バイオマス資源をガス化して生成ガスを生成するガス化炉と、
   前記生成ガスを使用して燃料の合成を行う燃料合成装置と、
   前記燃料から分離されたオフガスを供給するオフガスラインと、
   前記オフガスラインから前記オフガスが供給され、前記オフガスを使用して発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
   前記水蒸気供給ラインから分岐すると共に、前記オフガスライン又は前記固体酸化物形燃料電池に接続して、前記水蒸気供給ラインの前記水蒸気の一部を前記オフガスに混入する水蒸気混入ラインとを備えた
   ことを特徴とする、発電システム。
2. 前記水蒸気と、バイオマスに含まれる炭素とのモル比（Ｈ_２Ｏ／Ｃ）が１．５〜４の範囲に入るように前記ガス化剤を供給する
   ことを特徴とする、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記ガス化炉により生成された生成ガスを精製するガス精製装置を備え、
   前記燃料合成装置は、前記ガス精製装置により精製された生成ガスを使用して燃料の合成を行うことを特徴とする、請求項１又は２に記載の発電システム。
4. 前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、
   前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記乾燥器に供給する電池排ガスラインを備えた
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。
5. ガスタービンと、
   前記ガスタービンにより駆動される発電機とを備え、
   前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記ガスタービンに燃料として供給する電池排ガスラインを備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の発電システム。
6. 前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、
   前記ガスタービンから排出されたタービン排ガスを前記乾燥器に供給するタービン排ガスラインを備えた
   ことを特徴とする、請求項５に記載の発電システム。
7. 前記ガス化炉が、噴流床方式のガス化炉である
   ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の発電システム。

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