JP4658980B2 - 有機燃料ガス化液体燃料製造システム - Google Patents

Description

本発明は、バイオマス等の有機燃料を用いた有機燃料ガス化液体燃料製造システムに関する。

一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。

上記バイオマスをガス化燃料として利用することで燃料用のガス及びメタノール等のクリーンなエネルギー源の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つとともに、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ₂の固定により生育される。大気のＣＯ₂を増加させないので、ＣＯ₂の抑制につながることとなり、好ましい技術である。

ここで、供給するバイオマスとしては、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物資源（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、例えば、スイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等が用いられている（特許文献１及び特許文献２、非特許文献１）。

特開２００１−２４０８７７号公報 特開２００１−２４０８７８号公報 坂井正康著、「バイオマスが拓く２１世紀エネルギー」、森北出版株式会社、１９９８年１０月２８日発行

ところで、バイオマス原料はその性質上、高水分であり、そのまま用いるとプラント効率が著しく低下すると共に、そのハンドリングも困難である、という問題がある。

このため、水分を除去するために例えば天日乾燥する場合には、膨大な敷地面積を必要とし、またバイオマスの種類によっては、その乾燥の際に悪臭を発生する、という問題がある。

本発明は、前記問題に鑑み、バイオマス等の有機燃料を効率的に乾燥することができるバイオマス等の有機燃料を用いた有機燃料ガス化液体燃料製造システムを提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマスを乾燥する乾燥器と、前記乾燥器で乾燥されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、前記バイオマスガス化炉で生成された生成ガスを用いてガス化用酸化剤である水蒸気と熱交換する高温熱交換器及び低温熱交換器と、前記高温熱交換器と低温熱交換器との間に介装され、前記生成ガス中の煤塵を除去する除塵装置と、低温熱交換後の生成ガス中の不純物を除去するガス精製装置と、精製ガスを液体燃料製造用に昇圧する昇圧器と、この昇圧された昇圧ガスを用いて液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、前記得られた液体燃料と排ガスとを気液分離する気液分離器と、前記気液分離器で気液分離された排ガスを燃焼する燃焼炉とを具備してなり、前記燃焼炉からの燃焼炉排ガスを前記乾燥器の熱源として用いてなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記乾燥器の乾燥に用いた空気を前記燃焼炉の空気源として用いる空気ラインを有すると共に、前記空気ラインに空気用除塵装置を介装してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第３の発明は、第２の発明において、空気用除塵装置の後流側に冷却装置を介装してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記気液分離器で発生する低温度の熱源を冷却装置に用いてなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記低温熱交換器からの熱を乾燥器の乾燥に用いてなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第６の発明は、第１乃至５のいずれか一つの発明において、前記低温熱交換器と前記ガス精製装置との間に、生成ガスを改質する改質装置を有してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記高温熱交換器で熱交換後のガス化用酸化剤を前記燃焼炉に導き、ここでガス化用酸化剤の過熱を行ない、その後バイオマスガス化炉に導入してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第８の発明は、第１乃至７のいずれか一つの発明において、前記精製ガスの一部を前記排ガスと共に燃焼炉に供給してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第９の発明は、第１乃至８のいずれか一つの発明において、前記精製ガスの一部を前記排ガスと共に燃焼炉に供給してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第１０の発明は、第１乃至９のいずれか一つの発明において、前記低温熱交換器で熱交換後のガス化用酸化剤を前記乾燥器に供給し、乾燥器の熱源に用いてなる乾燥器用ガス化剤ラインと、前記乾燥器から高温熱交換器にガス化剤を供給する熱交換用ガス化剤ラインとを有することを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

第１１の発明は、第１乃至１０のいずれか一つの発明において、前記乾燥器に供給するバイオマス中の微粉を除去する除塵器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システムにある。

本発明によれば、前記液体燃料を合成した後に分離される排ガスを燃焼炉で燃焼させ、その際に発生する燃焼炉排ガスを乾燥器の熱源に用いることにより、バイオマスガス化効率の向上を図ることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。
図１に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ａは、例えば有機燃料であるバイオマス１１を乾燥する乾燥器１２と、バイオマス１１を乾燥する乾燥器１２と、前記乾燥器１２で乾燥されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉１４と、前記バイオマスガス化炉１４で生成された生成ガス１５を用いてガス化用酸化剤である水蒸気Ｓと熱交換する高温熱交換器１６及び低温熱交換器１８と、前記高温熱交換器１６と低温熱交換器１８との間に介装され、前記生成ガス１５中の煤塵を除去する除塵装置１７と、低温熱交換後の生成ガス１５中の不純物を除去するガス精製装置１９と、前記精製ガス２０を液体燃料製造用に昇圧する昇圧器２１と、この昇圧された昇圧ガス２０Ｂを用いて液体燃料を合成する液体燃料合成装置２２と、前記得られた液体燃料２３と排ガス２４とを気液分離する気液分離器２５と、前記気液分離器２５で気液分離された気液分離排ガス２４を燃焼する燃焼炉２６とを具備してなり、前記燃焼炉２６からの燃焼炉排ガス２７を前記乾燥器１２の熱源として用いてなるものである。
本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、例えばスイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等を例示することができる。また、糠、木くず、間伐材等の農林系廃棄物も含まれる。

ここで、ラインＬ₁は、前記乾燥器１２からバイオマス１１をバイオマスガス化炉１４に供給するバイオマス供給ラインである。ラインＬ₂はバイオマスガス化炉１４から生成した生成ガス１５を液体燃料合成装置２２まで供給する生成ガス供給ラインである。ラインＬ₃は、気液分離器２５から排ガス２４を燃焼炉２６に供給する気液分離排ガス供給ラインである。ラインＬ₄は、燃焼炉で発生した排ガスの一部２７ａを乾燥器１２に供給する燃焼炉排ガス供給ラインである。ラインＬ₅は、前記乾燥器１２から前記燃焼炉２６に空気３０を供給する空気供給ラインである。ラインＬ₆は、前記低温熱交換器１８、高温熱交換器１６により生成ガス１５と熱交換されてバイオマスガス化炉１４にガス化剤（水蒸気）Ｓを供給するガス化剤供給ラインである。

本実施例では、前記液体燃料２３を製造した後においても未だ発熱量を有する排ガス２４を用いて、前記燃焼炉２６で燃焼させ、その燃焼炉排ガス２７の一部２７ａを用いてバイオマスの乾燥の熱源とするようにしている。

ここで、前記燃料炉排ガスを用いて前記乾燥器１２における乾燥手段としては、例えば油等の熱媒を通す場合や、前記燃焼排ガス２７ａに水を噴霧して排ガスの熱容量を高めて使用することを例示することができる。
また、前記乾燥器１２は、特に限定されるものではないが、例えば伝導伝熱型とするのが望ましい。
これにより、前記バイオマス１１をバイオマスガス化炉１４に供給する前において、乾燥（水分含有を５０％から１０％以下とする。）させることにより、バイオマスを用いた有機燃料製造システムのプラント効率が飛躍的に増加（約１０％の改善）することとなる。

なお、前記乾燥器１２においてその乾燥時に臭気をもつ排熱が発生するが、Ｌ5により供給される空気３０を燃焼炉２６での燃焼空気源とすることで、燃焼処理することとなり、この結果乾燥時における無臭化を図ることができる。
よって、従来のようにバイオマスを天日乾し等の広大なスペースを確保する必要がなく、しかも乾燥における悪臭の発生を防止することができる。

また、バイオマスガス化炉１４からの生成ガス１５を用いて例えばメタノール、ジメチルエーテル等を合成した液体燃料合成装置２２で得られた液体燃料２３から気液分離器２５で分離された発熱量を有する気液分離排ガス２４の有効利用が可能となり、バイオマスガス化プラントで発生する発熱量を有する資源利用の有効利用を図ることができる。

図２は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｂは、実施例１の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ａにおいて、前記乾燥器１２から前記燃焼炉２６に空気３０を供給する空気供給ラインＬ₅に、空気用除塵装置３１を介装してなるものである。
この空気用除塵装置３１としては、例えばサイクロン等の除塵装置を用いることにより、バイオマス１１中に存在する微粉２９の除去を行なうようにしている。

この結果、前記気液分離排ガス２４を用いた燃焼炉２６の出口から排出される燃焼炉排ガス２７の煤塵含有量の低下を図るようにしている。
なお、前記空気用除塵装置３１で回収した微粉２９は、乾燥器１２において十分に乾燥しているので、そのままバイオマス供給ラインＬ₁に供給してバイオマスガス化炉１４に供給してガス化に供することが可能である。

図３は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｃは、実施例２の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｂにおいて、空気供給ラインＬ₅の空気用除塵装置３１の燃焼炉２６側に、冷却装置３２を設けたものである。
前記乾燥器１２で乾燥に供された空気３０には水分が含まれるため、気液分離排ガス２４の熱量が低い場合、燃えない可能性がある。
そこで、前記乾燥器１２から排出される空気３０中の水分を冷却することで水を凝縮して、外部に排水３６として排出し、前記焼却炉２６での燃焼性を改善するようにしている。

図４は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｄは、実施例３の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｃにおいて、前記気液分離器２５で発生する低温度の熱源である冷却水３４を前記冷却装置３２に用いてなるものである。

図５に本実施例に係る前記気液分離器２５の概略図を示す。図５示すように、前記液体燃料合成装置２２からの合成燃料２２ａを気液分離する際に、前記気液分離器２５がその断熱膨張により低温となるため、例えば市水（常温：例えば２５℃程度）３３を供給して、冷却水（例えば５〜１０℃程度）３４を得て、この冷却水３４を用いて空気の冷却装置３２に使用するようにしている。
この結果、バイオマス１１を乾燥した空気３０中の水分をより効率的に分離できるとともに、前記気液分離器２５で発生した低温熱源の有効利用が図れると共に、気液分離器２５の凍結を防止することができる。

図６は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｅは、前記低温熱交換器１８からの熱３７を乾燥器１２の乾燥に用いてなるものである。
前記気液分離器２５からの気液分離排ガス２４を燃料として用いた燃焼のみでは、前記乾燥器１２での乾燥に用いる熱量が足りないときは、前記生成ガス１５の熱３７を熱供給ラインＬ₈を介して低温熱交換器１８から追加して賄うようにしている。
これにより、常にバイオマス１１を水分含有量が１０％以下となるように乾燥することを安定して行なうこととなる。

図７は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図７に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｆは、実施例１の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ａにおいて、前記低温熱交換器１８と前記ガス精製装置１９との間に、前記生成ガス１５を改質する改質装置５０を有してなるものである。

前記改質装置５０により生成ガス１５を改質（炭化水素を分解する改質反応又はＣＯシフト反応の進行等）することで、液体燃料合成に寄与する生成ガスの有効成分を増大させることができ、その結果、液体燃料２３の収率の向上も図ることができる。

図８は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図８に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｇは、実施例１の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ａにおいて、前記高温熱交換器１６で熱交換後のガス化剤Ｓを用いて、ガス化剤供給ラインＬ₆を前記燃焼炉２６内に通過させるようにし、ここでガス化剤Ｓの過熱を行ない、その後バイオマスガス化炉１４に導入するようにしている。

前記燃焼炉２６での発生熱量は高いので、前記バイオマス１１を乾燥すると共に、バイオマスガス火炉１４に供給するガス化剤（水蒸気）Ｓの過熱に利用して、システム全体における熱利用率の向上を図るようにしている。
この結果、ガス化剤Ｓの過熱によりプラント利用効率が向上することとなる。

図９は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図９に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｈは、実施例１の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ａにおいて、前記精製ガス２０の一部２０ａを供給ラインＬ₉により気液分離排ガス供給ラインＬ₃に導入し、前記気液分離排ガス２４と共に燃焼炉２６に供給してなるものである。

前記液体燃料合成装置２２での液体燃料合成後の発熱量を持った気液分離排ガス２４の発熱量が足りない場合は、前記精製ガス２０の一部２０ａを分岐して混合することで燃焼炉２６の燃料効率を向上させるようにしている。
これにより、常にバイオマス１１を水分含有量が１０％以下となるように乾燥することを安定して行なうこととなる。

図１０は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図１０に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｉは、実施例１の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ａにおいて、乾燥器１２に空気を導入することなく、乾燥処理を行なうようにしている。
すなわち、前記低温熱交換器１８で熱交換後のガス化剤Ｓを前記乾燥器１２に供給し、乾燥器１２の熱源に用いてなる乾燥器用ガス化剤ラインＬ6-1と、前記乾燥器１２から高温熱交換器１６にガス化剤Ｓを供給する熱交換用ガス化剤ラインＬ6-2とを有するものである。

前記乾燥器１２で用いる空気の代わりにガス化剤を使用するものである。この際、水蒸気を含んでいるような場合でも、１００℃以上の高温であれば乾燥器１２に供給することが可能である。
ここで、使用したガス化剤Ｓはバイオマスガス化炉１４へ直接吹き込んでもいいし、高温熱交換器１６の後流側に戻すようにしてもよい。

この結果、前記燃焼炉２６を独立して運用することが可能となる。
また、生成ガスの発熱量が低下して燃焼炉２６が不要となった場合も有効となる。

図１１は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図１１に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｊは、実施例９の有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｉにおいて、熱交換用ガス化剤ラインＬ_6-2にガス化剤用除塵装置３５を介装してなるものである。

前記ガス化剤用除塵装置３５を設けることによりガス化剤Ｓが浄化され、その後に熱交換する高温熱交換器１６での熱交換効率を向上させるようにすることができる。

図１２は、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムを示す概念図である。なお、図１に示す実施例１と同一の構成部材には同一の符号を付してその説明は省略する。
図１２に示すように、本実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システム１０Ｋは、前記乾燥器１２に供給するバイオマス１１中の微粉２９を例えばサイクロン等の除塵装置３５で除去することにより、図１に示すような水分を含む空気３０から微粉２９を除去する必要がなくなる。

また、除去した微粉２９は高水分であるものの、その絶対量が少ないので、乾燥したバイオマス１１を供給するバイオマス供給ラインＬ₁にそのまま供給して、ガス化炉１４に導入することができる。

ここで、本実施例１〜１１において、前記粉砕器１３を用いて所定のガス化に適した粒径にバイオマスを粉砕しているが、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不要である。

以上のように、本発明によれば、バイオマス等の有機燃料を効率的に乾燥することができる。

実施例１に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例２に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例３に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例４に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例４に係る気液分離器の概略図である。 実施例５に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例６に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例７に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例８に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例９に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例１０に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。 実施例１１に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムの概略図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｋ 有機燃料ガス化液体燃料製造システム
１１ バイオマス
１２ 乾燥器
１４ バイオマスガス化炉
１５ 生成ガス
１６ 高温熱交換器
１７ 除塵装置
１８ 低温熱交換器
１９ ガス精製装置
２０ 精製ガス
２１ 昇圧器
２２ 液体燃料合成装置
２３ 液体燃料
２４ 排ガス
２５ 気液分離器
２６ 燃焼炉
２７ 燃焼炉排ガス
３０ 空気

Claims (11)

1. バイオマスを乾燥する乾燥器と、
   前記乾燥器で乾燥されたバイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、
   前記バイオマスガス化炉で生成された生成ガスを用いてガス化用酸化剤である水蒸気と熱交換する高温熱交換器及び低温熱交換器と、
   前記高温熱交換器と低温熱交換器との間に介装され、前記生成ガス中の煤塵を除去する除塵装置と、
   低温熱交換後の生成ガス中の不純物を除去するガス精製装置と、
   精製ガスを液体燃料製造用に昇圧する昇圧器と、
   この昇圧された昇圧ガスを用いて液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、
   前記得られた液体燃料と排ガスとを気液分離する気液分離器と、
   前記気液分離器で気液分離された排ガスを燃焼する燃焼炉とを具備してなり、
   前記燃焼炉からの燃焼炉排ガスを前記乾燥器の熱源として用いてなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
2. 請求項１において、
   前記乾燥器の乾燥に用いた空気を前記燃焼炉の空気源として用いる空気ラインを有すると共に、
   前記空気ラインに空気用除塵装置を介装してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
3. 請求項２において、
   空気用除塵装置の後流側に冷却装置を介装してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
   前記気液分離器で発生する低温度の熱源を冷却装置に用いてなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
   前記低温熱交換器からの熱を乾燥器の乾燥に用いてなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
6. 請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
   前記低温熱交換器と前記ガス精製装置との間に、生成ガスを改質する改質装置を有してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
   前記高温熱交換器で熱交換後のガス化用酸化剤を前記燃焼炉に導き、ここでガス化用酸化剤の過熱を行ない、その後バイオマスガス化炉に導入してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一つにおいて、
   前記精製ガスの一部を前記排ガスと共に燃焼炉に供給してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか一つにおいて、
   前記精製ガスの一部を前記排ガスと共に燃焼炉に供給してなることを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
10. 請求項１乃至９のいずれか一つにおいて、
    前記低温熱交換器で熱交換後のガス化用酸化剤を前記乾燥器に供給し、乾燥器の熱源に用いてなる乾燥器用ガス化剤ラインと、
    前記乾燥器から高温熱交換器にガス化剤を供給する熱交換用ガス化剤ラインとを有することを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一つにおいて、
    前記乾燥器に供給するバイオマス中の微粉を除去する除塵器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化液体燃料製造システム。

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