JP2022037807A

JP2022037807A - 水性ガス生成システム、バイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システム

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Publication number: JP2022037807A
Application number: JP2020142145A
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Inventors: 秀雄佐藤; Hideo Sato
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Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-09
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Abstract

【課題】効率よく組成比が均一な熱分解ガスを得ることが可能な水性ガス生成システム、バイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムを提供する。【解決手段】水性ガス生成システム１は、バイオマスを加工処理する原料供給装置２と、原料供給装置から供給された加工処理済みのバイオマスを加熱して炭化する炭化炉３と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置４と、過熱蒸気発生装置から供給される過熱蒸気と炭化炉で炭化して得られた炭化物とを、炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解炉５と、熱分解ガスを洗浄して水性ガスを回収する水性ガス回収装置６とを備えている。そして、熱分解炉は、長尺状のセンターパイプ５１とその周囲を覆うジャケット部５２とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能エネルギー源の一つである廃棄材などのバイオマス（有機廃棄物）を利用した水性ガス生成システム、バイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムに関するものである。

特許文献１，２に開示されているように、バイオマスを熱分解してガス化し、それによって得られた水性ガスを用いて、ガスエンジン等で効率よく発電するバイオマス発電システムが知られている。

リグニンを多く含む木質系材料（バイオマス）の熱分解ガス化は、新規なエネルギー資源の供給源として大きな可能性を有しており、近年、有効に利用しようという試みが行われている。木質系材料を熱分解ガス化するには、原料となる木質バイオマスを温度600℃から900℃で低酸素状態において、ガス（ＣＯ、Ｈ_２、ＣＨ_４、ＣＯ_２、Ｈ₂Ｏ）、炭化物、炭化水素に分解し、その熱分解生成物を酸素又は空気の制限下に供給して燃焼させるとともに、炭化物を高温加熱してガス化させることで水性ガスを生成する。

また、特許文献３に開示されているように、水素ガスを燃料とする燃料電池自動車や家庭用燃料電池コージェネレーションシステムの普及が始まっており、再生可能エネルギーとなる水素ガスの需要が高まってきている。この特許文献３には、バイオマスによって生成された水素ガスを燃料電池自動車に供給するための水素ステーションシステムが開示されている。

特開２０１５－１６５０１９号公報特許第６１７０５７９号公報特開２０１７－１３２６６８号公報

しかしながら、バイオマスの熱分解及び水蒸気改質によって生成されるガス中の水素の割合は低く、効率よく水素を製造することが難しいという問題があるため、バイオマスから水素含有量が多い水性ガスを製造するための開発が行われているが、組成比が均一な熱分解ガスが得られる熱分解ガス化技術の開発は、効率性の面で充分なものとは言えないのが現状である。

そこで、本発明は、効率よく組成比が均一な熱分解ガスを得ることが可能な水性ガス生成システム、バイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の水性ガス生成システムは、バイオマスを加工処理する原料供給装置と、前記原料供給装置から供給された加工処理済みのバイオマスを加熱して炭化する炭化炉と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、前記過熱蒸気発生装置から供給される前記過熱蒸気と前記炭化炉で炭化して得られた炭化物とを、前記炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄して水性ガスを回収する水性ガス回収装置とを備え、前記熱分解炉は、長尺状のセンターパイプとその周囲を覆うジャケット部とを有し、前記センターパイプの下端部から供給される前記過熱蒸気とその上方から供給される前記炭化物とは、前記センターパイプの内部を上昇するとともに、前記センターパイプと前記ジャケット部との間に供給された前記燃焼排ガスによって加熱されて、前記センターパイプの上端部から前記熱分解ガスが排出されることを特徴とする。

ここで、前記センターパイプは、ステンレス鋼によって長さが6mから9mの円筒管に形成される構成とすることができる。また、前記センターパイプにおける前記過熱蒸気の上昇速度を、10m/sから15m/sに設定するのが好ましい。

また、バイオマス発電システムの発明は、上記いずれかに記載の水性ガス生成システムと、前記水性ガス生成システムによって生成された水性ガスを用いて発電を行う発電装置とを備えたことを特徴とする。

さらに、バイオマス水素供給システムの発明は、上記いずれかに記載の水性ガス生成システムと、前記水性ガス生成システムによって生成された水性ガスを精製して水素を供給する水素供給装置とを備えたことを特徴とする。

このように構成された本発明の水性ガス生成システムは、熱分解ガスを発生させる熱分解炉が長尺状のセンターパイプとその周囲を覆うジャケット部とを有している。そして、センターパイプの下端部から供給される過熱蒸気とその上方から供給される炭化物とがセンターパイプ内を上昇している間に熱分解反応して、センターパイプの上端部から熱分解ガスが排出される構成となっている。

このため、広い反応面積で組成比が均一な熱分解ガスを効率よく得ることができる。特に、センターパイプを、ステンレス鋼によって長さが6mから9mの円筒管に形成することで、1000℃以上の高温加熱が可能となり、炭化物と過熱蒸気とを充分に反応させることができる。

また、センターパイプにおける過熱蒸気の上昇速度を、炭化物の終末速度以上の10m/sから15m/sに設定することで、炭化物の落下を抑えて効率よくセンターパイプの上端部から熱分解ガスを排出させることができる。

また、バイオマス発電システムの発明は、組成比が均一な熱分解ガスを効率よく発生させる水性ガス生成システムによって生成された水性ガスを用いて発電を行うので、ガス中の可燃ガス（ＣＯ、Ｈ_２）の含有割合によって発熱量が決まる発電機のエンジンを、安定して回転させることができる。

さらに、バイオマス水素供給システムの発明は、組成比が均一な熱分解ガスを効率よく発生させる水性ガス生成システムによって生成された水性ガスを精製して水素を供給するので、バイオマスを使って水素を製造しながら燃料電池自動車に直接、水素を充填することができるオンサイト型の水素ステーションにも、製造場所から別の場所に水素を輸送するオフサイト型の水素ステーションにも、簡単に組み込むことができる。

本実施の形態の水性ガス生成システムが組み込まれたバイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムの構成を説明するブロック図である。本実施の形態の水性ガス生成システムが組み込まれたバイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムの構成を説明する概略図である。熱分解炉を拡大して示した説明図である。水素供給設備を説明するブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施の形態の水性ガス生成システム１が組み込まれたバイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムの構成を説明するブロック図及び概略図である。

本実施の形態の水性ガス生成システム１は、廃棄材や木屑、廃プラスチックなどの有機廃棄物であるバイオマスから炭化炉にて炭化物を回収し、熱分解ガス化することで水性ガスを生成させる装置である。そして、水性ガス生成システム１によって生成された水性ガスは、発電装置であるガス発電機７の燃料となって発電に利用されたり、水素供給装置である水素供給設備８に送られて精製されて水素になったりして、燃料電池自動車や家庭用燃料電池コージェネレーションシステムなどで使用される。

まず、本実施の形態の水性ガス生成システム１について説明する。水性ガス生成システム１は、バイオマスを加工処理して供給する原料供給装置２と、加工処理済みのバイオマスを不完全燃焼して炭化する炭化炉３と、水蒸気を熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置４と、熱分解ガスを発生させる熱分解炉５と、熱分解ガスを洗浄して水性ガスを回収する水性ガス回収装置６とによって主に構成される。

原料供給装置２には、原料供給ライン２１から有機廃棄物（バイオマス）や一部加工処理済みのバイオマスが投入される。有機廃棄物とは、例えば、食品廃棄物、建設廃材、シュレッダーダスト、畜産廃棄物、間伐材や剪定枝等の樹木製の廃材、廃プラスチック、汚泥、家庭から排出される一般廃棄物である。水性ガスを生成する原料には、これらのような種々の有機廃棄物を用いることができるが、樹木製の廃材（木質バイオマス）を用いるのが特に好ましい。

原料供給ライン２１及び原料供給装置２では、投入されたバイオマスが破砕機（図示省略）で破砕されて、磁選機にて金属、非鉄を分離した後、乾燥機で燃焼ガスにより乾燥された後に、炭化炉３に向けて送られる。詳細には、乾燥機には、バイオマスを貯蔵するホッパ（図示省略）から破砕されたバイオマスが供給される。

ホッパから乾燥機に供給されるバイオマスは、例えば、5mm以上60mm以下の長さに破砕された木質チップである。木質チップは、例えば、55％程度の重量比で水分を含有するものが用いられ、乾燥機で燃焼排ガスにて加熱して乾燥させることにより、含有水分量を15％程度の重量比まで低下させる。乾燥機へ供給される燃焼ガスの温度は、250℃から350℃程度に調整されている。また、乾燥機から発生する排ガスは、排ガス処理設備２４にて無害化して大気に放出させる。

原料供給装置２のロードセルが付いた計量槽から排出された加工処理済みの乾燥した木質チップは、コンベア２２によって炭化炉３に向けて送られる。水性ガス生成システム１の処理経路の各所には、量水器（Ｍ：メータ）が取り付けられていて、通過するバイオマスや気体などの流量が計測される。炭化炉３には、炭化炉供給用のコンベア２３から木質チップが送り込まれる。

炭化炉３では、バイオマス（木質チップ）を温度900℃から1100℃で低酸素状態において、炭化物と炭化水素ガスとに分離する。ここで、炭化水素ガスは、燃焼室で二次燃焼して900℃から1200℃の燃焼排ガスを生成し、後述するように熱分解炉５に供給される。

炭化炉３においては、１次空気ブロワ３６１と２次空気ブロワ３６２という２箇所の空気供給制御部から供給される空気の供給量だけで温度制御がされる。１次空気ブロワ３６１は、１次燃焼領域に調整した風量の空気を供給するための送風部である。１次燃焼領域では、１次空気ブロワ３６１から供給された空気によって部分燃焼が起き、炭化物を多く含む固形分と可燃性ガスを含む燃焼ガスとが生成される。

炭化物を多く含む固形分は、炭化炉３の下端から排出されて、コンベア３４を経由して炭化率測定装置３１とクリンカホッパ３２に送られる。ここで、クリンカホッパ３２に送られるクリンカとは、１次燃焼領域での有機廃棄物の燃焼により生成された燃焼灰が溶融して塊となったものである。

一方、可燃性ガスを含む燃焼ガスは、２次燃焼領域へ導かれる。２次燃焼領域では、２次空気ブロワ３６２から供給される調整した風量の空気によって燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる。このようにして燃焼させた燃焼ガスは、炭化炉３の上端部から排出されて、熱分解反応の熱源として利用するために熱分解炉５の上部の燃焼ガスの導入口５３に送られる。

水性ガス生成システム１では、熱分解反応の際に炭化物と接触混合させる過熱蒸気が過熱蒸気発生装置４によって生成される。過熱蒸気は、飽和蒸気の飽和温度を超える温度に加熱した蒸気である。ガス化剤として熱分解炉５に供給する過熱蒸気の温度は、700℃から850℃程度に調整される。

過熱蒸気発生装置４は、第１スチーム過熱器４１と、第２スチーム過熱器４２とによって主に構成される。第１スチーム過熱器４１及び第２スチーム過熱器４２では、飽和蒸気を加熱することにより飽和蒸気から過熱蒸気が生成される。

第１スチーム過熱器４１には、プロセスボイラ４３が生成した飽和蒸気が供給される。また、第１スチーム過熱器４１には、熱分解炉５から排出される水性ガスが供給される。第１スチーム過熱器４１に供給される水性ガスの温度は、800℃から950℃程度となる。

第１スチーム過熱器４１から第２スチーム過熱器４２を経て排出された過熱蒸気は、熱分解炉５へガス化剤として供給される。また、第２スチーム過熱器４２で過熱蒸気を生成する熱源として用いられた燃焼ガスは、プロセスボイラ４３へ供給される。

プロセスボイラ４３では、0.8MPaGの飽和蒸気を回収し、スチームタービン発電機（図示省略）へ供給して発電が行われる。スチームタービン発電機で使用した蒸気を、復水器（図示省略）にて軟水タンクに戻し、ポンプによってプロセスボイラ４３へ供給するというスチーム循環槽４４を配置することにより、外部へ排出する排水をなるべく少なくして水の使用効率を高めることができる。

さらに、プロセスボイラ４３で回収された燃焼排ガスは、図２に示すように、原料供給ライン２１（原料供給装置２）の乾燥機２１１に送られて、木質チップなどのバイオマスの乾燥に利用される。

一定以上の粒径のクリンカが除去された炭化物は、炭化率測定装置３１に供給される。炭化率測定装置３１で計測されてコンベア３５で運ばれた炭化物は、受入ホッパ３３に投入される。その後、窒素置換器（Ｎ_２）から常時供給される窒素ガスによって、空気に含まれる酸素を不活性な窒素ガスに置換してから熱分解炉５に供給する。

熱分解炉５には、このようにして炭化炉３から直接、送り込まれる炭化物と、後述するリサイクルホッパ１３から送られるリターンの炭化物とが供給される。また、上述したように過熱蒸気発生装置４からの過熱蒸気も供給される。

本実施の形態の熱分解炉５は、図３に示すように、長尺状のセンターパイプ５１と、その周囲を覆うジャケット部５２とを備えている。センターパイプ５１は、長さが6mから9mの円筒管によって形成される。センターパイプ５１の長さは、8m程度にするのが好ましい。

センターパイプ５１は、1000℃以上の高温に曝されることになるため、ＳＵＳ３１０などの耐熱性の高いステンレス鋼などによって製作するのが好ましい。ジャケット部５２は、センターパイプ５１を中心にして、センターパイプ５１の外周面と間隔が開くようにして囲繞させる外筒である。

ジャケット部５２の内周面とセンターパイプ５１の外周面との間の隙間には、1000℃から1200℃の高温の燃焼排ガスが通過するため、ジャケット部５２には、350mmから400mm程度の厚さの耐熱材を貼り付ける。

ジャケット部５２は、センターパイプ５１より短く形成される。そして、ジャケット部５２の天井部５２１から上方に向けて突出されるセンターパイプ５１の部分が上端部５１１となり、ジャケット部５２の床部５２２から下方に向けて突出されるセンターパイプ５１の部分が下端部５１２となる。

また、ジャケット部５２の上端付近には、炭化炉３で発生した燃焼排ガスである高温排ガスを内部に取り込むための導入口５３が設けられる。導入口５３からセンターパイプ５１との隙間に流入した高温排ガスは、ジャケット部５２の下端付近の排出口５４から排出される。排出された燃焼排ガスは、第２スチーム過熱器４２に供給される。

8m程度の長さに製作されたセンターパイプ５１は、高温排ガスの通過によって160mmから190mm程度、伸びることになるので、下端部５１２を固定し、上端部５１１をグランド構造にする。また、センターパイプ５１の下端部５１２の下方には、クリンカなどを排出させるためのホッパ５５を配置しておく。

熱分解炉５は、流動式の熱分解ガス化装置である。センターパイプ５１の下端部５１２の端面近くの蒸気供給口５１３からは、上述した過熱蒸気発生装置４によって生成された過熱蒸気が供給される。

過熱蒸気は、炭化物の終末速度以上となる10m/sから15m/sの上昇流が形成されるように供給する。下端部５１２の蒸気供給口５１３より100mmから200mm程度の上方には、リターン未反応炭を供給するリターン供給口５１５と、炭化物を供給する炭化物供給口５１４とを設ける。ここでは、リターン供給口５１５より炭化物供給口５１４を上方に設ける。

炭化物供給口５１４とリターン供給口５１５からセンターパイプ５１内に供給された炭化物及び未反応炭は、それより下方の蒸気供給口５１３から供給された過熱蒸気と一緒にセンターパイプ５１内を上昇する。

炭化物と過熱蒸気が接触混合されると、水性反応（熱分解反応）が起き、水素ガス（Ｈ_２）、一酸化炭素ガス（ＣＯ）、二酸化炭素ガス（ＣＯ_２）を主成分とする水性ガス（熱分解ガス）が生成される。例えば、Ｈ_２が60容積％（V％）、ＣＯが13容積％、ＣＯ_２が25容積％、ＣＨ_４が約2容積％の水性ガスが生成され、上端部５１１の熱分解ガス排出口５１６から排出される。

この水性反応は、トータルで吸熱反応であり、導入口５３からセンターパイプ５１の外周に供給された1000℃から1200℃の高温排ガスによって、センターパイプ５１内では輻射熱及び総括伝熱係数にて900℃から1000℃の温度となる。

ここで、水性反応は、以下のようになる。
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ＋Ｈ_２（１）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２（２）

上記式（１）に示す水性ガス反応は吸熱反応であり、式（２）に示す水性ガスシフト反応は発熱反応である。式（２）に示す発熱反応の発熱量よりも、式（１）に示す吸熱反応の吸熱量の方が大きい。そのため、炭化物と過熱蒸気との熱分解反応は、全体として吸熱反応となる。

一般的に、低温（750℃－800℃）では発熱反応である水性ガスシフト反応が促進され、高カロリーの一酸化炭素が消費されて低カロリーの水素が生成されるので、単位体積当たりの発熱量が小さい水素リッチな熱分解ガスが生成される。一方、高温（900℃－1000℃）では一酸化炭素リッチな熱分解ガスが生成される。また、ガス化剤となる過熱蒸気の供給量が多いほど、熱分解ガス中のＨ_２／ＣＯ比が高くなる。

本実施の形態のように流動式の熱分解炉５を採用することによって、炭化物と過熱蒸気との反応面積が増大し、反応率を上昇させることができる。すなわち長尺状のセンターパイプ５１であれば、上昇していく間の長い距離において、水性反応させるための反応面積を充分に確保することができる。本実施の形態の熱分解炉５であれば、反応率を、供給炭化物に対して80重量％から85重量％（w％）にすることができる。

熱分解炉５のセンターパイプ５１の上端部５１１に設けられた熱分解ガス排出口５１６から排出された水性ガス（熱分解ガス）は、図２に示すように、マルチサイクロン１１に送られる。

マルチサイクロン１１では、水性ガスを内部で旋回させることにより水性ガスに含まれる残渣を遠心分離して、下方へ導いて減温器１２に供給する。また、マルチサイクロン１１では、残渣が除去された水性ガスを上方へ導いて、過熱蒸気発生装置４に供給する。

マルチサイクロン１１では、未反応炭の約99％が分離される。マルチサイクロン１１で分離された未反応炭は、減温器１２において水供給ポンプ（ＴＷ）から液体である水が噴霧されることによって、300℃から400℃に冷却される。そして、冷却された未反応炭は、リサイクルホッパ１３又は余剰ホッパ１４に送られる。

このようなリターンシステムによって、供給された炭化物の約２倍の未反応炭を、熱分解炉５にリターン未反応炭として戻すことができる。すなわち、炭化物の未反応分が水性ガスの生成に用いられずに廃棄されることが回避でき、炭化物からの水性ガスの収率が向上する。また、窒素置換器（Ｎ_２）によって水性ガスが不活性な窒素ガスと置換されて余剰ホッパ１４に送られた未反応炭は、回収される。

一方、マルチサイクロン１１において回収された水性ガスは、第１スチーム過熱器４１にて熱回収（約400℃）されて、ＣＯ改質器６１に送られる。ＣＯ改質器６１では、一酸化炭素（ＣＯ）と水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を触媒上で反応させて、水素（Ｈ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）に変換する。
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２（発熱反応）

ＣＯ改質器６１で改質された水性ガスの組成は、Ｈ_２が約65容積％（V％）、ＣＯが約2容積％、ＣＯ_２が約31容積％、ＣＨ_４が約2容積％となって排出される。そして、改質された水性ガスは、水性ガス洗浄塔６２に送られる。

本実施の形態の水性ガス回収装置６は、水性ガス洗浄塔６２と、循環クーラ６３と、水性ガスルーツブロワ６４と、水性ガスホルダ６５とによって主に構成される。上述したＣＯ改質器６１を、水性ガス回収装置６の構成に含めることもできる。

水性ガス洗浄塔６２では、約400℃の温度で送り込まれた水性ガスを、約40℃にまで冷却する。水性ガスは冷却によって、冷却され水性ガスと残渣（未反応炭）とに分離され、未反応炭は系外へ排出されて回収される。

水性ガス洗浄塔６２には、水性ガス冷却装置となる循環クーラ６３が接続されており、液体である循環水によって洗浄と冷却を行うことで、水性ガスホルダ６５に向けて排出される水性ガスを約40℃にまで冷却することができる。

ここで、水性ガス洗浄塔６２と循環クーラ６３との間には、洗浄塔ポンプ６２１とラインフィルタ６３１とが介在される。また、循環クーラ６３では、水性ガスの洗浄及び冷却のために供給された冷却水（ＣＷ）の戻り水（ＲＣＷ）を回収して、循環ポンプにより再び水性ガスの洗浄及び冷却させる冷却水として循環させる。

水性ガス洗浄塔６２で処理された水性ガスは、水性ガスルーツブロワ６４によって水性ガスホルダ６５に供給される。そして、水性ガスホルダ６５にガス発電機７が接続されていれば、水性ガスによる発電が行われて送電がされる。水性ガス生成システム１の水性ガスホルダ６５にガス発電機７が接続されていれば、バイオマス発電システムとなる。

ガス発電機７は、水性ガスを燃料として動作する発電装置である。ガス発電機７を駆動させる動力源としては、例えば、水性ガスを燃焼させることにより動作するガスエンジンが用いられる。

一方、水性ガス生成システム１の水性ガスホルダ６５に水素供給装置である水素供給設備８が接続されていれば、バイオマス水素供給システムとなる。バイオマス発電システムとバイオマス水素供給システムとは、いずれか一方であってもよいし、図１，２に図示したように両方を備えたシステムであってもよい。

図４は、バイオマス水素供給システムを構成する水素供給設備８の一例を説明するブロック図である。水素供給設備８は、水素精製装置８１と、圧縮機８２と、蓄圧器８３とによって主に構成される。

水素精製装置８１は、水性ガスホルダ６５から供給された水性ガスを、0.9MpaGに加圧して、加圧吸着方式（ＰＳＡ）によって、水素（Ｈ_２）が純度99.995％以上となるように精製する。要するに、水性ガスに含まれる一酸化炭素ガス、二酸化炭索ガス等の成分を除去することで純度が高い水素ガスに精製する。

水素精製装置８１によって精製された水素（Ｈ_２）は、圧縮機８２によって90Mpaまで圧縮されて、蓄圧器８３に充填される。そして、燃料電池自動車ＦＣＶに水素を供給する際には、充填機であるディスペンサ８４に燃料電池自動車ＦＣＶを接続してタンクへの充填が行われる。ディスペンサ８４を使用すれば、流量や圧力を制御しながら水素ガスを燃料電池自動車ＦＣＶに供給することができる。

一方、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムなど、バイオマス水素供給システムとは別の場所で水素ガスを使用する場合は、ボンベ用の充填装置８５を介して蓄圧器８３の水素をボンベＨＧＢやカードルやローリなどに充填する。

次に、本実施の形態の水性ガス生成システム１、バイオマス発電システム及びバイオマス水素供給システムの作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の水性ガス生成システム１は、熱分解ガスを発生させる熱分解炉５が長尺状のセンターパイプ５１とその周囲を覆うジャケット部５２とを有している。

そして、センターパイプ５１の下端部５１２から供給される過熱蒸気とその上方から供給される炭化物とがセンターパイプ５１の内部を上昇している間に熱分解反応して、センターパイプ５１の上端部５１１から熱分解ガスが排出される構成となっている。

このように広い反応面積が確保できるセンターパイプ５１の内部で、炭化物を均一に且つ速やかに高温に加熱して、組成比が均一な熱分解ガスを効率よく得ることができる。特に、センターパイプ５１を、ステンレス鋼によって長さが6mから9mの円筒管に形成することで、1000℃以上の高温加熱が可能となり、炭化物と過熱蒸気とを充分に反応させることができる。ここで、反応面積を増大させるにはセンターパイプ５１が長いほど良いが、熱分解反応に必要となる過熱蒸気の温度が維持される長さを考慮すると、8m程度が好ましい。

また、センターパイプ５１における過熱蒸気の上昇速度を、炭化物の終末速度以上の10m/sから15m/sに設定することで、炭化物の落下を抑えて効率よくセンターパイプ５１の上端部５１１の熱分解ガス排出口５１６から熱分解ガスを排出させることができる。すなわち、炭化物を落下させないで、できるだけ長い時間、センターパイプ５１内で熱分解反応させる上昇速度に設定する。

また、水性ガス生成システム１によって生成された水性ガスを用いて発電を行うバイオマス発電システムは、ガス中の可燃ガス（ＣＯ、Ｈ_２）の含有割合によって発熱量が決まる発電機のエンジンを、安定して回転させることができる。また、窒素、硫黄及びタールなどの不純物は炭化炉３で除去されるので、高い発電効率によって安全で効率のよい電力を供給することができる。要するに、バイオマスの有効利用により、省エネルギーと自然環境保護を実行できるうえに、経済性に優れている。

さらに、水性ガス生成システム１によって生成された水性ガスを精製して水素を供給するバイオマス水素供給システムであれば、バイオマスを使って水素を製造しながら燃料電池自動車ＦＣＶに直接、水素を充填することができるオンサイト型の水素ステーションや、製造場所から別の場所に水素を輸送するオフサイト型の水素ステーションを簡単に実現することができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、熱分解炉５のセンターパイプ５１をステンレス鋼で形成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、鋳物、その他の金属又はセラミックなどの耐熱性の高い素材によって形成されていればよい。

１：水性ガス生成システム
２：原料供給装置
３：炭化炉
４：過熱蒸気発生装置
５：熱分解炉
５１：センターパイプ
５１１：上端部
５１２：下端部
５２：ジャケット部
６：水性ガス回収装置
７：ガス発電機（発電装置）
８：水素供給設備（水素供給装置）

Claims

バイオマスを加工処理する原料供給装置と、
前記原料供給装置から供給された加工処理済みのバイオマスを加熱して炭化する炭化炉と、
水蒸気を熱して過熱蒸気を発生させる過熱蒸気発生装置と、
前記過熱蒸気発生装置から供給される前記過熱蒸気と前記炭化炉で炭化して得られた炭化物とを、前記炭化炉で発生した燃焼排ガスによって加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、
前記熱分解ガスを洗浄して水性ガスを回収する水性ガス回収装置とを備え、
前記熱分解炉は、長尺状のセンターパイプとその周囲を覆うジャケット部とを有し、
前記センターパイプの下端部から供給される前記過熱蒸気とその上方から供給される前記炭化物とは、前記センターパイプの内部を上昇するとともに、前記センターパイプと前記ジャケット部との間に供給された前記燃焼排ガスによって加熱されて、前記センターパイプの上端部から前記熱分解ガスが排出されることを特徴とする水性ガス生成システム。
前記センターパイプは、ステンレス鋼によって長さが6mから9mの円筒管に形成されることを特徴とする請求項１に記載の水性ガス生成システム。
前記センターパイプにおける前記過熱蒸気の上昇速度を、10m/sから15m/sに設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の水性ガス生成システム。
請求項1乃至３のいずれか１項に記載の水性ガス生成システムと、
前記水性ガス生成システムによって生成された水性ガスを用いて発電を行う発電装置とを備えたことを特徴とするバイオマス発電システム。
請求項1乃至３のいずれか１項に記載の水性ガス生成システムと、
前記水性ガス生成システムによって生成された水性ガスを精製して水素を供給する水素供給装置とを備えたことを特徴とするバイオマス水素供給システム。