JP6601831B1

JP6601831B1 - バイオマス由来ｃｏ２フリー電力・水素併産システム

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Publication number: JP6601831B1
Application number: JP2019540130A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　信三; 信三伊藤
Original assignee: EUREKA ENGINEERING INC.
Current assignee: EUREKA ENGINEERING INC.
Priority date: 2019-05-20
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2039-05-20
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Abstract

電力生産装置と水素生産装置とを有するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムであって、電力生産装置は、バイオマス供給装置から供給されたバイオマスを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、直接ガス化ガスによって電力および熱を生成する熱電併給装置を備え、水素生産装置は、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を含むバイオマス由来炭化物と水蒸気とを加熱用ガスの燃焼によって間接加熱しバイオマス由来炭化物を水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、水素リッチなガス化ガスと水との間で熱交換させて、水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、水を蒸発させて水蒸気を間接加熱式ガス化ガス装置に供給するガスクーラーと、冷却された水素リッチなガス化ガスから水素を分離する水素分離装置を備える。

Description

本発明は、バイオマスのガス化ガスによって電力および水素を生産するバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムに関する。

地球温暖化問題はますます深刻化を増しており、ＣＯＰ２４で地球温暖化対策の枠組みを運用する実施方針が採択され、温暖化ガスを排出するほぼすべての国が参加する国際的枠組みが動きだした。地球温暖化対策の最大のターゲットは化石燃料由来の火力発電であるが、自動車の動力源に対しても地球温暖化と排ガスの環境汚染の観点から社会の関心が高まり、化石燃料由来内燃機関車は、将来その製造・販売を禁止する動きがある。
非特許文献１には、バイオマスを熱分解して熱分解ガスとチャーを生成し、このチャーを不完全燃焼させてチャーと熱分解ガスとをガス化反応させることによりガス化ガスを生成し、このガス化ガスでエンジンを作動させて発電機を駆動し発電する小型バイオマスガス化発電システムが記載されている。特許文献１には、有機廃棄物を加熱して炭化物を生成し、この炭化物と水蒸気とを加熱して水性ガスを生成し、この水性ガスから分離した水素を蓄圧器に貯蔵し、蓄圧器から水素をディスペンサーで供給する水素ステーションシステムが開示されている。

特許文献１：特開２０１７−１３２６６８号公報

非特許文献１：日本燃焼学会誌第４９巻１５０号（２００７年）２２８−２３５頁

非特許文献１に記載の熱分解ガス化による小型バイオマスガス化発電システムでは、バイオマスを熱分解ガス化する際に改質剤と未反応のチャーを含有するガス化残渣（未反応チャー含有ガス化残渣）が、投入バイオマスに対し重量比で数パーセント残存する。通常、この未反応チャー含有ガス化残渣は土壌改良剤などに利用されているが経済的、資源的に十分に利用されているとはいえない。
特許文献１には、有機廃棄物を炭化し水蒸気改質して生成した水素を蓄圧器に貯蔵し、蓄圧器から水素をディスペンサーで供給する水素ステーションが記載されているが、水素の需要が不安定であり、かかる水素ステーションを単独で運営するだけで経営が成り立つか不安がある。
バイオマスガス化発電システムでは熱分解ガス化するバイオマスとして、安定して熱分解ガス化反応を行うホワイトペレットを使用することが多い。従来、ホワイトペレットを製造するときに、原木から剥がされたバーク（樹皮）は、廃棄処分、或いはホワイトペレット製造システムにおける原木からバークを剥がした木部を粉砕して生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置の乾燥熱源用燃料として使用されていた。しかし、廃棄処分にはコストを要し、乾燥熱源用燃料としては、バークだけでは量的に不足し、他の燃料と併用する必要があった。このような状況下で、バークの有効な利用が望まれていた。

本発明は、バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスによって電力を生産する電力生産装置と、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を含むバイオマス由来炭化物を水蒸気改質して生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置とを備えたバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムを提供することを目的とする。

本発明は、バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムであって、前記電力生産装置は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置と、前記バイオマス供給装置から前記バイオマスが供給され、前記バイオマスを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスが供給され、前記直接ガス化ガスによって電力および熱を生成する熱電併給装置を備え、前記水素生産装置は、前記直接加熱式ガス化装置から取り出された前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣である前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とが供給され、前記バイオマス由来炭化物と前記水蒸気とを加熱用ガスの燃焼によって間接加熱し前記バイオマス由来炭化物を水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、バイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムである。
前記バイオマス由来炭化物は、前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣に限られるものではなく、原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭、或は前記未反応チャー含有ガス化残渣に前記原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭を加えたものでもよい。
前記加熱用ガスは、前記直接加熱式ガス化装置で前記バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した前記直接ガス化ガスの一部（他方部分）、或は原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して炭化物を生成するときに生じる乾留ガスである。

本発明のバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムは、電力生産装置において、バイオマスを直接加熱式ガス化装置で熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成し、この直接ガス化ガスで電力を生産し、水素生産装置において、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣であるバイオマス由来炭化物と水蒸気とを間接加熱式ガス化装置に供給し、間接加熱式ガス化装置でバイオマス由来炭化物と水蒸気とを加熱用ガスの燃焼によって間接的に加熱し水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成し、水素リッチなガス化ガスから水素以外のガスを除去して水素を生産する。これにより、直接ガス化ガスによって電力を効率的に生産できるとともに、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を有効に利用して水素を生成することができる。そして、バイオマスのガス化ガスによって電力を生産する電力生産装置と水素を生産する水素生産装置とを有機的に結合して併設することにより、ＣＯ_２フリーな水素生産装置を水素の需要が不安定な状況下においても経済的に安定して運営することができ、水素ステーションの経営基盤を確立することができる。さらに、既存のバイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスによって電力を生産する電力生産装置に、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気改質して生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を容易に追加することができる。
前記バイオマス由来炭化物を、原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭、或は前記未反応チャー含有ガス化残渣に前記木炭を加えたものとし、前記間接加熱式ガス化装置に前記バイオマス由来炭化物および水蒸気を供給し、前記炭化装置で生じた乾留ガスが前記間接加熱式ガス化装置に加熱用ガスとして供給されて燃焼し、前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とを間接加熱して前記バイオマス由来炭化物を水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する場合、固定炭素の含有率の高い（２０％〜２５％）バークを利用して水素リッチなガス化ガスを有効に生成することができる。
さらに、バイオマス由来炭化物は、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣、或は原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭、或は未反応チャー含有ガス化残渣にバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭を加えたものであるので、水素生産用バイオマス（炭素源）の調達コストが不要となる。

第１の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第４の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第５の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第６の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第７の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。第８の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。

１．第１の実施形態の構成
第１の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ａは、図１に示すように、木質チップなどのバイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置１０と、熱分解ガス化反応の未反応チャーを含む残渣（未反応チャー含有ガス化残渣）を水蒸気改質させて水素を生成する水素生産装置１５とを併設し、前記電力生産装置１０は、前記バイオマスを供給するバイオマス供給装置２０と、前記バイオマス供給装置２０から供給された前記バイオマスを直接ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置２５と、前記直接ガス化ガスによって電力および熱を生産する熱電併給装置３０を有する。

水素生産装置１５は、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残渣をバイオマス由来炭化物として供給するバイオマス由来炭化物供給装置３５と、前記バイオマス由来炭化物供給装置３５から供給された前記未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置４０と、前記水素リッチなガス化ガスと水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて水蒸気を間接加熱式ガス化装置４０に供給するガスクーラー４５と、ガスクーラー４５から冷却して供給された前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置５０を有する。

木質チップ、木質ペレットなどのバイオマスは、公知のバイオマス供給装置２０によって直接加熱式ガス化装置２５に供給される。バイオマス供給装置２０は、例えば間伐材や廃材を裁断して生成した木質チップをホッパから貯留部に受入れ、コンベアによって送出口から直接加熱式ガス化装置２５に供給する。

直接加熱式ガス化装置２５は公知であり、バイオマス供給装置２０から供給されたバイオマスを酸素不足の不完全燃焼の状態で化学式（１）のように熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する。
ＣｎＨｍＯｐ＋ａＯ_２＋ｂＨ_２Ｏ→ｃＣＯ＋ｄＣＯ_２＋ｅＨ_２＋ＣｘＨｙ（１）
直接加熱式ガス化装置２５では、木質チップが熱分解して生成されたチャーがガス化反応して直接ガス化ガスが生成されるとともに、未反応チャー含有残滓が残存する。未反応チャー含有残滓は、土壌改良剤としての使用では経済的な損失が大きいので、第１の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ａでは、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有残滓は間接加熱式ガス化装置４０に供給されて、水蒸気改質されて水素リッチなガス化ガスに改質される。

直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスは、公知の分配装置２６によって分配され、直接ガス化ガスの一方部分は公知の熱電併給装置３０に供給され、他方部分は間接加熱式ガス化装置４０に供給される。熱電併給装置３０は、発電装置３１と熱供給装置３２とを備える。発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスの一方部分でエンジンを作動させ、発電機を駆動して発電し、発電されたＣＯ_２フリーな電力は電力使用部３３で使用される。熱供給装置３２は、エンジンを冷却する冷却水から排熱を回収し、回収された排熱は乾燥装置、温水器、暖房器等の熱利用装置３４で利用される。このように、熱電併給装置３０は、発電の際に生じる排熱を回収し、熱利用装置３４で熱放出する。

間接加熱式ガス化装置４０は公知であり、直接加熱式ガス化装置２５から直接ガス化ガスの他方部分が分配装置２６を介して供給される燃焼炉４１と、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣およびガスクーラー４５で生成された水蒸気が供給される反応筒４２とを有する。反応筒４２は燃焼炉４１内に配置され、直接ガス化ガスの他方部分が燃焼炉４１内で燃焼することによって加熱され、内部に供給された未反応チャー含有ガス化残渣および水蒸気を高温の燃焼熱によって間接的に加熱し、化学式（２）のように水蒸気改質反応させて水素リッチなガス化ガスを生成する。
Ｃ＋２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２＋ＣＯ_２（２）
直接ガス化ガスの他方部分が燃焼炉４１で燃焼して生成された高温の排ガスは排ガス利用装置４３に送出され熱として利用される。

ガスクーラー４５は公知であり、間接加熱式ガス化装置４０から高温の水素リッチなガス化ガスが供給され、水供給装置４６から水が供給される。ガスクーラー４５は、間接加熱式ガス化装置４０から供給された水素リッチなガス化ガスと水供給装置４６から供給された水との間で熱交換させて、水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、水を蒸発させて水蒸気を生成するように構成されている。生成された水蒸気は前述の間接加熱式ガス化装置４０の反応炉４１にガス化剤として供給される。

圧力スイング吸着（ＰＳＡ：ＰｒｅｓｓｕｒｅＳｗｉｎｇＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式の水素分離装置５０は公知であり、ガスクーラー４５から冷却された水素リッチなガス化ガスが供給され、水素リッチなガス化ガスから水素以外の主として炭酸ガスを吸着剤で除去して純粋な水素ガスを得るように構成されている。水素分離装置５０で分離された水素は、例えば充電スタンド、水素ステーションのような水素利用装置５２に送出される。水素リッチなガス化ガスから水素を分離されたオフガスは、水素分離装置５０からオフガス利用装置５１に送出され、例えば燃料として使用される。

２．第１の実施形態の作動
電力生産装置１０において、直接加熱式ガス化装置２５は、バイオマス供給装置２０から供給されたバイオマスを不完全燃焼させ、熱分解ガス化反応させて一酸化炭素リッチな直接ガス化ガスを生成する。熱電併給装置３０の発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスでエンジンを作動させ、発電機を駆動してＣＯ_２フリーな電力を送出する。熱供給装置３２は、エンジンの冷却水から熱を回収して熱利用装置３４で乾燥装置、温水供給、暖房等に使用する。

水素生産装置１５において、間接加熱式ガス化装置４０は、反応筒４２に直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残渣が供給され、ガスクーラー４５から水蒸気が供給される。反応筒４２内の未反応チャー含有ガス化残渣および水蒸気は、分配装置２１から燃焼炉４１に供給された直接ガス化ガスの他方部分の燃焼によって間接的に加熱され、水蒸気改質反応して水素リッチなガス化ガスに改質され、ガスクーラー４５に送出される。直接ガス化ガスの他方部分が燃焼炉４１で燃焼して生成された高温の排ガスは、排ガス利用箇所４３に送出され熱として利用される。

水素リッチなガス化ガスは、ガスクーラー４５において水供給装置４６から供給された水と熱交換して冷却され、水素分離装置５０に送出される。水はガスクーラー４５で熱交換して蒸発され、生成された水蒸気は反応筒４２に供給される。

水素分離装置５０は、ガスクーラー４５から送出された水素リッチなガス化ガスから水素以外の主として炭酸ガスを吸着剤で除去して純粋な水素ガスを分離し、ＣＯ_２フリーな水素を送出する。水素リッチなガス化ガスから水素を分離されたオフガスは、オフガス利用装置５１で燃料として利用される。純粋な水素は、水素利用装置５２に送出され、例えば充電スタンドでは、供給された水素が燃料電池で空気と反応して発電し、電気自動車のバッテリーを充電する。水素ステーションでは、水素自動車に水素を充填する。

３．第１の実施形態の効果
本実施形態のバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムは、バイオマスを直接加熱式ガス化装置で熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成し、この直接ガス化ガスの一方部分で電力および熱を生成し、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣および水蒸気を間接加熱式ガス化装置に供給し、間接加熱式ガス化装置で直接ガス化ガスの他方部分を燃焼させて、未反応チャー含有ガス化残渣と水蒸気を間接的に加熱し水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成し、水素リッチなガス化ガスから主に炭酸ガスを除去して水素を生成する。これにより、電力生産装置１０において、直接ガス化ガスによって電力および熱を効率的に多く生産できるとともに、水素生産装置１５において、未反応チャー含有ガス化残渣を有効に利用して水素を生成することができる。そして、電力生産装置１０と水素生産装置１５とを有機的に結合して併設することにより、水素生産装置１５を経済的に安定して運営することが可能となる。さらに、既存のバイオマス直接加熱式ガス化発電プラント（電力生産装置１０）に水素生産装置１５を容易に追加することができる。

バイオマスを直接加熱式ガス化装置で生成した直接ガス化ガスで５００ｋＷの発電能力を有する発電装置を作動させる場合、一例として、一日当たり約４．７ｍ３／日の未反応チャー含有残渣が生じる。含有水分３５％を除いた未反応チャー含有残渣の成分を、灰分１０％、揮発分１０％、固定炭素８０％とし、比重を０．１５と推定し、この未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気改質して水素を生産したとすると、１，３５３Ｎｍ３／日の水素を生産することができる。燃料電池車１台当たり水素充填に必要な水素量を５ｋｇとすると、ロスを見込んで一日当たり約２０台の燃料電池車を充電することができる。このことから高速道路の山間に設けられた多くのサービスエリアに本実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムを設置すれば、高速道路を走行する水素充填の必要な燃料電池車に水素を十分に充填することができる。また、燃料電池を設置して発電することもできる。

４．第２の実施形態の構成
第２の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｂは、排ガス利用装置４３を排熱回収ボイラ４４とした点以外は第１の実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

図２に示すように、水素生産装置１５に排熱回収ボイラ４４が設けられている。排熱回収ボイラ４４には、水供給装置４６から水が供給され、間接加熱式ガス化装置４０から直接ガス化ガスの他方部分が燃焼して排出された高温排ガスが供給され、高温排ガスによって水を蒸発させて水蒸気を生成するようになっている。排熱回収ボイラ４４で生成された水蒸気は、ガスクーラー４５で生成された水蒸気と混合されて間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給される。

５．第２の実施形態の効果
第２の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｂは、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、ガスクーラー４５で生成された水蒸気に排熱回収ボイラ４４で生成した水蒸気を加えて間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給するので、未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気が十分存在する状態で水蒸気改質反応させることができ、水素の収率を高めることができる。

６．第３の実施形態の構成
第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｃは、オフガス利用装置５１を混合装置２７とした点以外は第１の実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

図３に示すように、水素生産装置１５に混合装置２７が設けられている。混合装置２７には、分配装置２６から直接ガス化ガスの他方部分が供給され、水素分離装置５０からオフガスが供給され、直接ガス化ガスの他方部分とオフガスは混合されて加熱用ガスとして間接加熱式ガス化装置４０の加熱炉４２に供給される。

７．第３の実施形態の効果
第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｃは、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスの他方部分に水素分離装置５０から排出されるオフガスを混合して間接加熱式ガス化装置４０の燃焼炉４１で燃焼される加熱用ガスとして使用するので、熱電併給装置３０に供給される直接ガス化ガスの一方部分の割合を多くしてより多くの電力を生産することができる。

８．第４の実施形態
第４の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｄは、第２の実施形態と同様に排ガス利用装置４３を排熱回収ボイラ４４とし、第３の実施形態と同様にオフガス利用装置５１を混合装置２７とした点以外は第１の実施形態と同じである。従って、第４の実施形態は、第２乃至第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ａ〜１ｃが奏する効果を併せて有する。

９．第５の実施形態の構成
第５の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｅは、ホワイトペレットを製造する際に生じるバーク（樹皮）を炭化する公知の炭化装置３６を設け、炭化装置３６で生成された木炭を未反応チャー含有ガス化残渣とともにバイオマス由来炭化物供給装置３５から間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給する点、間接加熱式ガス化装置４０の燃焼炉４１に直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスの他方部分に代えて炭化装置３６で生じた乾留ガスを供給して燃焼させる点以外は第１の実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。

６０は、ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造プラントである。原木供給装置６１から供給された原木は、剥皮装置６２で剥皮される。剥皮された木部は破砕装置６３で粉砕されてチップ化またはオガ粉化される。このチップまたはオガ粉は乾燥装置６４で乾燥される。乾燥されたチップは粉砕装置６５に送られてオガ粉化される。乾燥装置６４で乾燥されたオガ粉は成型装置６６に送られ圧縮されてホワイトペレット化される。成型装置６６で成型されたホワイトペレットは冷却装置６７で冷却されてバイオマス供給装置２０で直接加熱式ガス化装置２５に供給される。

電力生産装置１０を構成する直接加熱式ガス化装置２５では、ホワイトペレットが熱分解して生成されたチャーが熱分解ガス化反応して直接ガス化ガスが生成されるとともに、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残滓が残存する。直接ガス化ガスは分配されることなく全部、熱電併給装置３０に供給される。

熱電併給装置３０の発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスの燃焼に基づいてエンジンを作動させ、発電機を駆動してＣＯ_２フリーな電力を生産する。熱電併給装置３０の熱供給装置３２は、発電装置３１における直接ガス化ガスの燃焼によるエンジンの温度上昇を防止するためにエンジンを冷却する冷却水から排熱を回収し、約９０℃の高温水をホワイトペレット製造装置プラント６０の乾燥装置６４に供給し、破砕装置６３から供給されたチップ又はオガ粉を乾燥する。乾燥装置６４で熱を放出し温度が約７０℃に低下した低温水は熱供給装置３２に戻されて循環する。このように、熱電併給装置３０は、発電の際に生じるエンジンの排熱を回収し、ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システム６０における原木からバークを剥がされた木部を粉砕し生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置６４で熱放出する熱供給装置３２を備える。

水素生産装置１５を構成する炭化装置３６は、剥皮装置６２によって原木から剥がされたバークが供給され、バークを酸素の不足状態で燃焼させ熱分解させて木炭、乾留ガスおよびタールを生成する。炭化装置３６から取り出された木炭は、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残滓とともに、バイオマス由来炭化物供給装置３５によって間接加熱式ガス化装置４２の反応筒４２に供給される。炭化装置３６で生成された乾留ガスは、間接加熱式ガス化装置４２の加熱炉４１に加熱用ガスとして供給される。

１０．第５の実施形態の作動および効果
電力生産装置１０において、バイオマス供給装置２０は、ホワイトペレット製造システム６０の冷却装置６７で冷却されたホワイトペレットを直接加熱式ガス化装置２５に供給する。直接加熱式ガス化装置２５は、供給されたホワイトペレットを不完全燃焼させ、熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する。熱電併給装置３０の発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスでエンジンを作動させ、発電機を駆動してＣＯ_２フリーな電力を送出する。熱供給装置３２は、エンジンの冷却水から熱回収した温水を乾燥装置６４を循環させてチップ又はオガ粉を乾燥させる。

水素生産装置１５において、ホワイトペレット製造システム６０の剥皮装置３６で原木から剥がされたバークは、炭化装置３６に供給されて木炭、乾留ガスおよびタールに分解される。木炭は、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残渣とともにバイオマス由来炭化物としてバイオマス由来炭化物供給装置３５から間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給される。間接加熱式ガス化装置４０の加熱炉４１には炭化装置３６から乾留ガスが加熱用ガスとして供給され、バイオマス由来炭化物と水蒸気を加熱する。他の作動は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第５の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｅは、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、ホワイトペレットを製造する際に生じる固定炭素の含有率が高いバークを水素の生産に有効に利用することができる。間接加熱式ガス化装置４０では、バークの熱分解で生じた乾留ガスを加熱炉４１で燃焼させるので、直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスの全部を熱電併給装置３０に供給して多くの電力を生産することができる。さらに、熱電併給装置３０の熱回収装置３２で回収した熱を有効に利用してホワイトペレット製造システム６０の乾燥装置６４でチップ又はオガ粉を乾燥させることができる。この場合、熱回収装置３２で熱回収される熱量単独によって、ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システム６０における原木からバークを剥がされた木部を粉砕し生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置６４に必要な熱量を十分に賄うことができる。

ホワイトペレットを直接加熱式ガス化装置２５で生成した直接ガス化ガスで１６５０ｋＷの発電能力を有する発電装置を作動させる場合、一例として、約２，８８０ｋｇ／日のバークが排出され、このバークからバークの含有成分を勘案すると５１８ｋｇ／日の木炭が炭化装置３６で生成される。また、直接加熱式ガス化装置２５では、７２０ｋｇ／日の未反応チャー含有ガス化残渣が排出され、未反応チャー含有ガス化残渣の含有成分を勘案すると、未反応チャー含有ガス化残渣に含まれる炭化物の量は、４０３ｋｇ／日である。従って、バイオマス由来炭化物供給装置３５は、５１８ｋｇ／日＋４０３ｋｇ／日＝９２１ｋｇ／日のバイオマス由来炭化物（固定炭素）を間接加熱式ガス化装置４０に供給し、水素生産装置１５で一日あたり３，３７７Ｎｍ３の水素を生産することができる。燃料電池車１台当たり水素充填に必要な水素量を５ｋｇとすると、ロスを見込んで一日当たり約５０台の燃料電池車を充電することができる。このことから高速道路の山間に設けられた多くのサービスエリアに本実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムを設置すれば、高速道路を走行する水素充填の必要な燃料電池車に水素を十分に充填することができる。また、燃料電池を設置して発電することもできる。
第５の実施形態では、バイオマス由来炭化物供給装置３５は、炭化装置３６で生成された木炭を直接加熱式ガス化装置２５に残存する未反応チャー含有ガス化残渣とともに間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給しているが、未反応チャー含有残滓を間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給しないで、土壌改良剤として使用するようにしてもよい。

８．第６乃至第８の実施形態
第６の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｆは、第５の実施形態と第１の実施形態との相違部分を、第２の実施形態に第５の実施形態と同様に追加したものである。従って、第６の実施形態は、第１、第２、第５の実施形態の効果を併せて奏する。
第７の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｇは、第５の実施形態と第１の実施形態との相違部分を、第３の実施形態に第５の実施形態と同様に追加したものである。従って、第７の実施形態は、第１、第３、第５の実施形態の効果を併せて奏する。
第８の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム１ｈは、第５の実施形態と第１の実施形態との相違部分を、第４の実施形態に第５の実施形態と同様に追加したものである。従って、第８の実施形態は、第１、第４、第５の実施形態の効果を併せて奏する。

１ａ〜１ｈ：バイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム、１０：電力生産装置、１５：水素生産装置、２０：バイオマス供給装置、２５：直接加熱式ガス化装置、２６：分配装置、２７：混合装置、３０：熱電併給装置、３１：発電装置、３２：熱供給装置、３３：電力使用部、３４：熱利用装置、３５：バイオマス由来炭化物供給装置、３６：炭化装置、４０：間接加熱式ガス化装置、４１：加熱炉、４２：反応筒、４４：排熱回収ボイラ、４５：ガスクーラー、４６：水供給装置、５０：水素分離装置、５１：オフガス利用装置、５２：水素利用装置、６０：ホワイトペレット製造システム、６２：剥皮装置、６５：乾燥装置。

Claims

バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して電力を生産する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムであって、
前記電力生産装置は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置と、
前記バイオマス供給装置から前記バイオマスが供給され、前記バイオマスを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、
前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスの一方部分が供給され、前記直接ガス化ガスの一方部分によって前記電力および熱を生産する熱電併給装置を備え、
前記水素生産装置は、前記直接加熱式ガス化装置から取り出された前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣である前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、
前記未反応チャー含有ガス化残渣と水蒸気とが供給され、前記直接加熱式ガス化装置で生成された前記直接ガス化ガスの他方部分が加熱用ガスとして供給されて燃焼し前記未反応チャー含有ガス化残渣と前記水蒸気とを間接加熱して前記未反応チャー含有ガス化残渣を前記水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、
水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、
前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、
バイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。
前記水素生産装置には、前記水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスの他方部分が燃焼して排出された高温排ガスが供給され、前記高温排ガスによって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成し、生成した前記水蒸気を前記間接加熱式ガス化装置に供給する排熱回収ボイラが設けられた請求項１に記載のバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。
前記水素生産装置には、前記直接加熱式ガス化装置で生成された前記直接ガス化ガスの他方部分が供給され、前記水素リッチなガス化ガスから前記水素が分離されたオフガスが前記水素分離装置から供給され、前記直接ガス化ガスの他方部分と前記オフガスとを混合して前記加熱用ガスとして前記間接加熱式ガス化装置に供給する混合装置を備えた請求項１または請求項２に記載のバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。
バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムであって、
前記電力生産装置は、ホワイトペレットを供給するバイオマス供給装置と、
前記バイオマス供給装置から前記ホワイトペレットが供給され、前記ホワイトペレットを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、
前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスが供給され、前記直接ガス化ガスによって発電する熱電併給装置を備え、
前記熱電併給装置は、前記発電の際に生じる排熱を回収し、前記ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システムにおける原木からバークを剥がした木部を粉砕して生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置で熱放出する熱供給装置を備え、
前記水素生産装置は、前記原木から剥がされた前記バークを熱分解して炭化物を生成する炭化装置と、
前記直接加熱式ガス化装置から取り出された前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣に前記炭化装置で生成された木炭を加えたものである前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、
前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とが供給され、前記炭化装置から乾留ガスが加熱用ガスとして供給されて燃焼し前記バイオマス由来炭化物と前記水蒸気とを間接加熱して前記バイオマス由来炭化物を前記水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、
水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、
前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、
バイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。
バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システムであって、
前記電力生産装置は、ホワイトペレットを供給するバイオマス供給装置と、
前記バイオマス供給装置から前記ホワイトペレットが供給され、前記ホワイトペレットを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、
前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスが供給され、前記直接ガス化ガスによって発電する熱電併給装置を備え、
前記熱電併給装置は、前記発電の際に生じる排熱を回収し、前記ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システムにおける原木からバークを剥がした木部を粉砕して生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置で熱放出する熱供給装置を備え、
前記水素生産装置は、前記原木から剥がされた前記バークを熱分解して炭化物を生成する炭化装置と、
前記炭化装置で生成された木炭である前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、
前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とが供給され、前記炭化装置から乾留ガスが加熱用ガスとして供給されて燃焼し前記バイオマス由来炭化物と前記水蒸気とを間接加熱して前記バイオマス由来炭化物を前記水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、
水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、
前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、
バイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。
前記水素生産装置には、前記水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記乾留ガスが燃焼して排出された高温排ガスが供給され、前記高温排ガスによって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成し、生成した前記水蒸気を前記間接加熱式ガス化装置に供給する排熱回収ボイラが設けられた請求項４または請求項５に記載のバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。
前記水素生産装置には、前記炭化装置から前記乾留ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから前記水素が分離されたオフガスが前記水素分離装置から供給され、前記乾留ガスと前記オフガスとを混合して前記加熱用ガスとして前記間接加熱式ガス化装置に供給する混合装置を備えた請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のバイオマス由来ＣＯ_２フリー電力・水素併産システム。