JPWO2009098936A1 - 燃料ガス精製設備、発電システム及び燃料合成システム - Google Patents

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Abstract

バイオマスを熱分解して熱分解ガス及び炭化物を生成する炭化機1と、炭化機1から供給された炭化物を燃焼する火炉2と、火炉2内に配設されると共に火炉2内で燃焼した炭化物の熱により溶融した溶融炭酸塩4を収容する密閉容器3と、熱分解ガスを密閉容器3の溶融炭酸塩4中に導入するように配設された導入管5と、導入管5から送られて溶融炭酸塩4を流通した熱分解ガスが溶融炭酸塩4との反応により精製されたものである燃料ガスを密閉容器3内から火炉2外部へ送るように配設された燃料ガス供給管6とを具備する。

Description

本発明は、燃料ガス精製設備、発電システム及び燃料合成システムに関し、特に、バイオマスをガス化することにより生じる熱分解ガスに含まれる未燃分、灰分、不純物等を除去、精製し、精製して得られた燃料ガスを利用する場合に適用して有用なものである。
近年、バイオマスをエネルギーとして利用することが注目されている。バイオマスのエネルギーの利用方法としては、バイオマスを直接燃焼させて熱・電気エネルギーを得る方法、または熱分解によって燃料ガスを得る方法等が知られている。
図7は、従来技術に係るバイオマスから燃料ガスを精製する燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。
図示するように、炭化機1は、供給されたバイオマスを加熱して熱分解ガスと炭化物とを生成し、これらを火炉2内に供給する。火炉2は、下部のガス化・燃焼部と、上部のガス改質部とから構成されている。下部のガス化・燃焼部では、炭化機1から供給された炭化物が別途供給された空気又は酸素により部分燃焼されることにより高温ガスが発生し、該高温ガスは上部のガス改質部へと導かれる。上部のガス改質部では、炭化機1から供給された熱分解ガスが、高温ガスによる高温場で改質されて、灰分・不純物を含む粗ガスが製造される。そして、粗ガスは、ガス精製装置10により脱硫・脱塵され、一酸化炭素や水素を主成分とする燃料ガスが精製される。
このようにして製造された燃料ガスは、例えばガスタービンや燃料電池等から構成される発電手段20に供給され、発電手段20は、この燃料ガスを用いて発電する。他にも、燃料ガスは、合成液体燃料の原料としても用いられる。
なお、発電手段20で生じた廃熱は、炭化機1に送られてバイオマスを加熱する熱源として利用されている。
ここで、従来のガス精製装置10は、粗ガス中の灰分、タール、不純物を除去するために、脱塵装置、COS変換装置、脱硫装置、ガス冷却装置、ガス洗浄装置等から構成されている。このため、ガス精製を行うための設備構成が複雑化し、設備の運用性を高めることが困難で、コストが高くなっていた。
また、火炉2のガス化・燃焼部で炭化物を燃焼するために、空気や窒素を外部から火炉2に供給しているので、燃料ガス(粗ガス)がこれらの空気や窒素等で希釈され、燃料ガスの単位体積あたりのカロリーが低下してしまう。
なお、上記従来技術と同種の技術を開示する刊行物として次の特許文献1が存在する。
特開2006−2042号公報
本発明は、かかる事情に鑑み、バイオマスから高カロリーの燃料ガスを精製し得る簡素な構成の燃料ガス精製設備を提供することを目的とする。また、バイオマスから高カロリーの燃料ガスを精製し得る簡素な構成の燃料ガス精製設備を有する発電システム、及び燃料合成システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の第1の態様は、バイオマスを熱分解して熱分解ガス及び炭化物を生成する炭化機と、前記炭化機により生成された炭化物が供給されると共に該炭化物を燃焼する火炉と、前記火炉内に配設されると共に前記火炉内で燃焼した前記炭化物の熱により溶融した溶融炭酸塩を収容する密閉容器と、前記炭化機で生成された前記熱分解ガスを前記密閉容器の前記溶融炭酸塩中に導入するように配設された導入管と、前記導入管から送られて前記溶融炭酸塩を流通した熱分解ガスが前記溶融炭酸塩との反応により精製されたものである燃料ガスを前記密閉容器内から前記火炉外部へ送るように配設された燃料ガス供給管とを具備することを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第1の態様では、バイオマスから熱分解ガスと炭化物とが生成され、熱分解ガスは溶融炭酸塩で精製されて燃料ガスとなる。この燃料ガスは、単位体積あたりのカロリーが従来よりも高いものとなる。この際、火炉で燃焼された炭化物の熱により密閉容器中で熱分解ガスの精製が行われるので、従来のような大掛かりなガス精製装置を設ける必要がない。これにより、発電システムの低コスト化を図ることができる。
本発明の第2の態様は、第1の態様に記載する燃料ガス精製設備において、前記炭化機は、前記火炉の廃熱により前記バイオマスの熱分解をするように構成されていることを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第2の態様では、火炉の廃熱を炭化物の熱分解に有効利用するため、燃料ガス精製設備全体のエネルギー効率を向上することができる。
本発明の第3の態様は、第1又は第2の態様に記載する燃料ガス精製設備において、前記密閉容器は前記火炉内に配設されていることを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第3の態様では、密閉容器は火炉内に配設されているので、火炉内で燃焼された炭化物の熱エネルギーが最も効率的に密閉容器の炭酸塩に与えられる。また、密閉容器が火炉内に配設されていることから、火炉外部にガス精製設備を一切設ける必要がないため、全体の省スペース化を図ることができる。
本発明の第4の態様は、第1〜第3の態様の何れか一つに記載する燃料ガス精製設備において、前記溶融炭酸塩に水酸化物を供給する水酸化物供給手段を具備することを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第4の態様は、水酸化物供給手段により密閉容器中の溶融炭酸塩に水酸化物が供給されると、溶融炭酸塩または燃料ガス(熱分解ガス)に含まれる二酸化炭素と水酸化物とが反応して、炭酸塩が生成される。すなわち、密閉容器に水酸化物を供給すると、密閉容器に炭酸塩を供給したのと同様の効果が得られる。また、水酸化物は二酸化炭素を吸収して炭酸塩となるので、二酸化炭素の排出量を低減することができる。
本発明の第5の態様は、第1〜第4の何れか一つの態様に記載する燃料ガス精製設備において、前記溶融炭酸塩には、触媒が含まれていることを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第5の態様では、溶融炭酸塩に含まれる触媒により、熱分解ガスと溶融炭酸塩との化学反応が促進される。これにより、熱分解ガスをより早く精製することができる。
本発明の第6の態様は、第1〜第5の何れか一つの態様に記載する燃料ガス精製設備において、前記溶融炭酸塩を流通した熱分解ガスの気泡を細分する気泡細分手段を備えることを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第6の態様では、溶融炭酸塩に導入された熱分解ガスの気泡が気泡細分手段により細分化され、気泡の表面積は、細分化前に比べて大きくなる。この表面積が大きくなった分だけ、熱分解ガスの気泡は、より大きな接触面積で溶融炭酸塩と接触することになる。このため、熱分解ガスと溶融炭酸塩との反応が促進され、より早く熱分解ガスを精製することができる。
本発明の第7の態様は、第1〜第6の何れか一つの態様に記載する燃料ガス精製設備において、前記炭化機は、前記火炉の外面に当接していることを特徴とする燃料ガス精製設備にある。
かかる第7の態様では、火炉の廃熱が炭化機に直接的に伝熱するようになっている。このため、熱交換機等を介して間接的に火炉の廃熱を利用する場合よりも効率的に火炉の廃熱を炭化機の熱源として有効利用することができる。これにより、燃料ガス精製設備全体の熱効率を向上させることができる。
本発明の第8の態様は、第1〜第7の態様の何れか一つに記載する燃料ガス精製設備と、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスを用いて発電する発電手段とを具備することを特徴とする発電システムにある。
かかる第8の態様では、燃料ガス精製設備で精製された高カロリーの燃料ガスを用いて発電することができる。
本発明の第9の態様は、第8の態様に記載する発電システムにおいて、前記発電手段は、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスが送られる燃料極を備えた高温型の燃料電池を備えることを特徴とする発電システムにある。
かかる第9の態様では、高い運転温度を要する溶融炭酸塩形燃料電池や固体酸化物形燃料電池に高カロリーの燃料ガスを供給することができる。
本発明の第10の態様は、第8の態様に記載する発電システムにおいて、前記発電手段は、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスにより作動するガスエンジンと、該ガスエンジンの作動により発動する発電機とを備えることを特徴とする発電システムにある。
かかる第10の態様では、ガスエンジンを用いて発電することができる。
本発明の第11の態様は、第8の態様に記載する発電システムにおいて、前記発電手段は、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスを燃焼するタービン燃焼器と、該タービン燃焼器からの燃焼ガスの膨張により動力を得ることで発電機の駆動を行うガスタービンとを備えることを特徴とする発電システムにある。
かかる第11の態様では、ガスタービンを用いて発電することができる。
本発明の第12の態様は、第8〜第11の何れか一つの態様に記載する発電システムにおいて、前記炭化機は、前記発電手段の廃熱により前記バイオマスの熱分解をするように構成されていることを特徴とする発電システムにある。
かかる第12の態様では、発電手段の廃熱を炭化物の熱分解に有効利用するため、発電システム全体のエネルギー効率を向上することができる。
本発明の第13の態様は、第1〜第7の何れか一つの態様に記載する燃料ガス精製設備と、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、前記火炉外部へ供給される燃料ガスの水分の比率を調節し得るように前記炭化機又は前記密閉容器内に水を供給する水分供給手段とを具備することを特徴とする燃料合成システムにある。
かかる第13の態様では、水分供給手段を調節することで、燃料ガスの一酸化炭素と水素との比率を、合成する液体燃料に適した比率とすることができる。これにより、所望の液体燃料を製造し得る。
本発明の第14の態様は、第13の態様に記載する燃料合成システムにおいて、前記炭化機は、前記液体燃料合成装置の廃熱により前記バイオマスの熱分解をするように構成されていることを特徴とする燃料合成システムにある。
かかる第14の態様では、液体燃料合成装置の廃熱を炭化物の熱分解に有効利用するため、燃料合成システム全体のエネルギー効率を向上することができる。
本発明によれば、バイオマスから高カロリーの燃料ガスを精製し得る簡素な構成の燃料ガス精製設備が提供される。更に、該燃料ガス精製設備を有する発電システム、及び燃料合成システムが提供される。
実施形態1に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。 実施形態2に係る燃料ガス精製設備を備える燃料合成システムの概略構成図である。 実施形態3に係る炭化機及び火炉の概略斜視図である。 実施形態3に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。 実施形態4に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。 実施形態4に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。 従来技術に係るバイオマスから燃料ガスを精製する燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。
符号の説明
1、1A 炭化機
2 火炉
2a ガス化・燃焼部
2b 容器配置部
3 密閉容器
4 溶融炭酸塩(炭酸塩)
5 導入管
6 燃料ガス供給管
7 炭化物導入管
8 水酸化ナトリウム供給手段
10 ガス精製装置
20 発電手段
30 液体燃料合成装置
31 水分供給手段
41 上側固定部
42 下側固定部
43 本体部
44 内部空間
45 スクリュー羽根
46 バイオマス導入管
47 バイオマス
50 攪拌機(気泡細分手段)
〈実施形態1〉
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
図1は、実施形態1に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。
図示するように、実施形態1に係る燃料ガス精製設備は、バイオマスを熱分解する炭化機1と、炭化物を燃焼する火炉2と、火炉2内に配設された密閉容器3と、炭化機1から熱分解ガスを密閉容器3内に導入する導入管5と、炭化機1から炭化物を火炉2に導入する炭化物導入管7と、密閉容器3で精製された燃料ガスを発電手段20に供給する燃料ガス供給管6と、密閉容器3に水酸化ナトリウム(NaOH)を供給する水酸化ナトリウム供給手段8(図では、「NaOH供給手段」と表記した。)とを具備している。
炭化機1には、木質系バイオマス、都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスおよびこれらの混合バイオマス等が供給される。炭化機1は、バイオマスを蒸し焼きして熱分解し、熱分解ガスと炭化物とを生成する。熱分解ガスは、バイオマス中の揮発分から構成され、主に一酸化炭素、水素、水、炭化水素、タール等からなる。一方、炭化物は、炭素、炭等のいわゆるチャーである。
火炉2は、内部が空洞になっており、下部のガス化・燃焼部2aと、上部の容器配置部2bとから構成されている。ガス化・燃焼部2aでは、炭化機1から炭化物導入管7を介して供給された炭化物が、ガス化・燃焼部2aに別途導入された空気又は酸素により燃焼されることにより高温ガスが発生し、該高温ガスは上部の容器配置部2bへと導かれる。なお、燃焼した炭化物のうち比較的融点の低い灰分は、火炉2底部から溶融スラグとして排出される。
火炉2の容器配置部2bには、密閉容器3が配設されている。密閉容器3の内部は火炉2内部の空間とは隔てられており、該内部には炭酸塩4が収容されている。密閉容器3は、前記した高温ガスが充満した容器配置部2bに配設されているため、密閉容器3内の炭酸塩4は高温ガスの熱により加熱され、溶融する。以後、この溶融した炭酸塩4を溶融炭酸塩4という。
本発明の溶融炭酸塩4としては、炭酸リチウム(LiCO)、炭酸ナトリウム(NaCO)、炭酸カリウム(KCO)等の各種アルカリ金属炭酸塩を、単独又は複数混合したものを用いることができる。また、上記アルカリ金属炭酸塩の他に、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、セリウム(Ce)等の炭酸塩を溶融炭酸塩として用いることも可能である。
炭化機1と密閉容器3とは、導入管5を介して接続されている。導入管5の一端は、炭化機1で精製された熱分解ガスが導入されるように炭化機1の上部に配され、導入管5の他端は、密閉容器3内の溶融炭酸塩4中に配されている。炭化機1で生じた熱分解ガスは、導入管5を介して密閉容器3内の溶融炭酸塩4中に供給される。
このように導入管5を介して送られた熱分解ガスは、密閉容器3中の溶融炭酸塩4を流通する。このとき、熱分解ガスは溶融炭酸塩4との反応により、次に詳言するように、不純物が取り除かれ、熱分解ガスから燃料ガスが精製される。
熱分解ガス中における代表的な不純物元素としては、硫黄(S)分、ハロゲン(F、Cl)分、窒素(N)が挙げられ、これらの元素から高温の還元雰囲気では、硫化水素(HS)、塩化水素(HCl)、フッ化水素(HF)、アンモニア(NH)等の代表的な不純物ガスが発生する。
本実施形態における溶融炭酸塩4(ここではアルカリ金属炭酸塩、MCO、M=Li、Na、K)を用いた上記不純物の除去メカニズムを以下に説明する。
還元雰囲気下で生じたHSは、S2―として溶融炭酸塩4中に取り込まれ、硫化アルカリ金属(MS)として、HCl、HFは、Cl、Fとして溶融炭酸塩4に取り込まれ、塩素分は塩化アルカリ金属(MCl)として、フッ素分はフッ化アルカリ金属(MF)として捕捉される。
また、炭化機1から導入される熱分解ガスに含まれる未燃分、灰分は、溶融炭酸塩4が液体であるため、密閉容器3内で集塵可能である。更に熱分解ガスに含まれるタールも同様に、溶融炭酸塩4と反応し、分解される。
このように、炭化機1で生じた熱分解ガスは溶融炭酸塩4により精製され、一酸化炭素や水素を主成分とする燃料ガスが精製される。
なお、溶融炭酸塩4には、触媒が含まれていてもよい。触媒により熱分解ガスと溶融炭酸塩4との化学反応が促進され、熱分解ガスをより早く精製することができる。この触媒としては、金属、合金、金属酸化物、又はニッケルセラミックスを用いることができる。金属の例としては、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、鉄(Fe)、バナジウム(V)、タングステン(W)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、錫(Sn)、マグネシウム(Mg)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)を挙げることができる。合金は、これらの金属の2種以上からなり、金属酸化物は、これらの金属がそれぞれ酸化したもの若しくはこれらの金属の2種以上が酸化したものである複合酸化物である。触媒は、粉体として溶融炭酸塩4に含まれていることが好ましい。
一方、密閉容器3と発電手段20とは、燃料ガス供給管6を介して接続されている。燃料ガス供給管6の一端は、密閉容器3内の上部に配され、燃料ガス供給管6の他端は発電手段20に接続されている。この燃料ガス供給管6を介して、密閉容器3内で精製された燃料ガスは火炉2外部の発電手段20に供給される。
発電手段20は、例えば、燃料ガス供給管6からの燃料ガスが送られる燃料極を備えた溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)から構成されている。MCFCは、一般に、燃料電池の中でも、高効率で、かつ一酸化炭素を燃料として利用可能なものである。
なお、発電手段20としては、燃料ガス供給管6からの燃料ガスを用いて発電するものであれば特に限定されない。例えば、発電手段20は、燃料ガス供給管6からの燃料ガスにより作動するガスエンジンと、該ガスエンジンの作動により発動する発電機とから構成されていてもよい。他にも、発電手段20は、燃料ガス供給管6からの燃料ガスを燃焼するタービン燃焼器と、該タービン燃焼器からの燃焼ガスの膨張により動力を得ることで発電機の駆動を行うガスタービンとから構成されていてもよい。
また、発電手段20と炭化機1とは、発電手段20で生じた廃熱が、熱交換器(図示せず)等を介して、バイオマスを加熱する炭化機1の熱源となるように構成されている。これにより、発電システム全体のエネルギーの効率を改善できる。また、火炉2と炭化機1とは、火炉2で生じた廃熱が、熱交換器(図示せず)等を介して、バイオマスを加熱する炭化機1の熱源となるように構成されている。これにより、更に発電システム全体のエネルギー効率を改善できる。
水酸化物供給手段の一例である水酸化ナトリウム供給手段8は、溶融炭酸塩4に水酸化ナトリウムを供給するよう構成されている。溶融炭酸塩4に水酸化ナトリウムが供給されると、溶融炭酸塩4中の二酸化炭素が水酸化ナトリウムと反応して、炭酸ナトリウム(炭酸塩)が生成される。
ちなみに、水酸化ナトリウムを供給することなく溶融炭酸塩4で燃料ガスの精製を続けると、密閉容器3では、硫黄アルカリ金属等が蓄積され、溶融炭酸塩4が減少するので、密閉容器3の溶融炭酸塩4を適宜取替える必要がある。例えば、密閉容器3内部と外部とを接続する排出管(図示せず)を介して、密閉容器3内の溶融炭酸塩4や硫黄アルカリ金属等を外部へ排出すると共に、新たな炭酸塩を密閉容器3に供給する必要がある。しかしながら、本発明の燃料ガス精製設備では、水酸化ナトリウムを溶融炭酸塩4に適宜供給することで、溶融炭酸塩4で燃料ガスを精製しつつ、密閉容器3に炭酸塩を供給したのと同様の効果を得られる。さらに、溶融炭酸塩4又は燃料ガス(熱分解ガス)に含まれる二酸化炭素は水酸化ナトリウムに吸収されて炭酸ナトリウムとなるので、二酸化炭素の排出量を低減することができる。
また、密閉容器3の溶融炭酸塩4を取替える際には、上記のように溶融炭酸塩4に水酸化物を供給して間接的に炭酸塩を供給する場合に限定されず、直接炭酸塩を密閉容器3内に供給してもよい。なお、ここでいう炭酸塩は、水分や重曹を含んでいてもよい。
また、水酸化物供給手段としては、水酸化ナトリウムを供給するものに限られず、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、又は水酸化セリウムを供給するものであってもよい。要するに、水酸化物供給手段は、溶融炭酸塩4中の二酸化炭素と反応して炭酸塩を生成しうる水酸化物を密閉容器3内の溶融炭酸塩4に供給するように構成されていればよい。
以上に説明した構成の燃料ガス精製設備を備える発電システムでは、炭化機1によってバイオマスから熱分解ガスと炭化物とが生成され、炭化物は密閉容器3内の炭酸塩を溶融させて溶融炭酸塩4を形成するために燃焼される一方、熱分解ガスは溶融炭酸塩4で精製されて燃料ガスとなり、燃料ガスは発電手段20に供給される。
このように火炉2内に配設された密閉容器3内で、熱分解ガスの精製が行われるので、燃料ガスを精製する装置を火炉2外部に設ける必要がない。これにより、発電システムの省スペース化を図ることができる。また、従来技術のガス精製装置10の如く複雑な構成の装置が不要となるため、設備の運用性を高めることができ、更に、このような装置が不要となる分、発電システムに係るコストを削減できる。なお、本実施形態では、密閉容器3は火炉2内に配設されていたが、必ずしも火炉2内に配設する必要はない。例えば、密閉容器の全体又は一部を火炉2外部に配設し、火炉2で燃焼された炭化物の熱エネルギーを、熱交換器等を介して火炉2外部に配設された密閉容器に供給してもよい。この場合でも、高カロリーの燃料ガスが精製され、この燃料ガスを用いて発電できる。
更に、火炉2内部の空間とは隔てられた密閉容器3内部で熱分解ガスから燃料ガスに精製されるため、燃料ガスは、炭化物の燃焼に用いられる空気や窒素などにより希釈されることはない。また前記したように、燃料ガスは不純物が取り除かれている。これらのことから、単位体積あたりのカロリーが従来よりも高い燃料ガスを燃料ガス供給管6から供給することができる。このように、本発明の燃料ガス精製設備は、高カロリーの燃料ガスを精製するので、特に、高温型の燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)や固体酸化物形燃料電池(SOFC)を発電手段として用いる発電システムに適用して有用である。
〈実施形態2〉
実施形態1では、燃料ガス精製設備により製造された燃料ガスを発電手段20に供給するよう構成した発電システムについて説明したが、本実施形態では、燃料ガスを原料として液体燃料を合成する燃料合成システムについて説明する。
図2は、実施形態2に係る燃料ガス精製設備を備える燃料合成システムの概略構成図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態と実施形態1との相違点は、燃料ガス供給管6から供給される燃料ガスを原料として液体燃料を合成する液体燃料合成装置30と、炭化機1に水分を供給する水分供給手段31とを具備する点にある。
液体燃料合成装置30は、燃料ガスからメタノール、ジメチルエーテル、ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素液体燃料を合成する装置である。この液体燃料は、一般に、水素と一酸化炭素を主成分とするガスを反応に適した温度、圧力とし、触媒の存在下で合成反応させることにより得られることが知られている。
水分供給手段31は、炭化機1内部に水分を供給するように構成されている。炭化機1内部に水分を供給する量を調節することで、燃料ガス供給管6から液体燃料合成装置30に供給される燃料ガスの水分の比率を調節することが可能となっている。このようにして本実施形態の燃料合成システムで製造された燃料ガスは、燃料ガスを構成する一酸化炭素と水素との比率が所望の比率に設定されたものとなっている。
どの種別の液体燃料を合成するかは、原料となる一酸化炭素と水素との比率により決まる。したがって、特定の液体燃料を合成する場合は、燃料ガスの一酸化炭素と水素との比率が、当該液体燃料に適した比率となるように、水分供給手段31を調節すればよい。このように、本実施形態の燃料合成システムは、所望する種別の液体燃料を製造し得る柔軟性を有している。
なお、水分供給手段31は、炭化機1内部に水分を供給する場合に限定されず、例えば密閉容器3内でもよいし、導入管5や燃料ガス供給管6に対して水分を供給してもよい。要するに、水分供給手段31は、液体燃料合成装置30に燃料ガスが供給される前に、燃料ガス(熱分解ガス)に水分を添加できる構成であればよい。
また、火炉2と炭化機1とは、火炉2で生じた廃熱が、熱交換器(図示せず)等を介して、バイオマスを加熱する炭化機1の熱源となるように構成されている。これにより、更に燃料合成システム全体のエネルギー効率を改善できる。
〈実施形態3〉
実施形態1及び実施形態2では、炭化機1は、火炉2から離れて設けられ、火炉2の廃熱が熱交換機等を介して間接的に炭化機1に与えられるように構成されていたが、このような場合に限定されない。
図3は、実施形態3に係る炭化機及び火炉の概略斜視図であり、図4は、実施形態3に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図3及び図4に示すように、炭化機1Aは、円筒状に形成されており、その内面が火炉2の外面に当接するように火炉2に取り付けられている。
具体的には、炭化機1Aは、上側固定部41と下側固定部42と本体部43とから構成されている。上側固定部41及び下側固定部42は、火炉2に固定されており、本体部43は、これらの上側固定部41と下側固定部42とに支持されている。
本体部43は、円筒状に形成されており、その内面が火炉2の外面に当接している。また、本体部43と上側固定部41との間、及び本体部43と下側固定部42との間にはベアリング(図示せず)が設けられており、本体部43は火炉2を中心として回動し、本体部43の内面は、火炉2の外面を摺動するようになっている。
このように、本体部43は火炉2に当接しているので、火炉2の廃熱が本体部43のバイオマス47が投入される内部空間44に直接的に伝熱するようになっている。このため、熱交換機等を介して間接的に火炉2の廃熱を利用する場合よりも効率的に火炉2の廃熱を炭化機1Aの熱源として有効利用することができる。
また、本体部43の内部空間44には、火炉2を中心とする螺旋状に形成されたスクリュー羽根45が設けられている。スクリュー羽根45は、内部44に連通するバイオマス導入管46からバイオマス47を受け取り、本体部43と一緒に回動することで、受け取ったバイオマス47をゆっくりと本体部43の下部に搬送する。このため、バイオマス47に十分な熱を与えることができ、より確実に熱分解ガスを得ることができる。
なお、本体部43には、導入管5が連通しており、この導入管5を介して熱分解ガスが密閉容器3の溶融炭酸塩4に導かれるようになっている。また、本体部43には、炭化物導入管7も連通しており、この炭化物導入管7を介して炭化物が火炉2に導かれるようになっている。
以上に説明したように、本実施形態に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムでは、炭化機1Aが火炉2に当接しているため、火炉2の廃熱が直接的に炭化機1Aの熱源として用いられるようになっている。このため、火炉2の廃熱を効率よく利用することができ、燃料ガス精製設備ないしは発電システム全体の熱効率を向上することができる。
なお、本実施形態では、燃料ガス精製設備を備える発電システムについて説明したが、燃料合成システムにおいても、炭化機を火炉に当接させてもよい。この場合においても、火炉2の廃熱を効率よく利用することができ、燃料合成システム全体の熱効率を向上することができる。
〈実施形態4〉
実施形態1〜実施形態3では、熱分解ガスは溶融炭酸塩4と反応することで精製されたが、この反応を促進するために密閉容器3に気泡細分手段を設けてもよい。
図5は、実施形態4に係る燃料ガス精製設備を備える発電システムの概略構成図である。なお、実施形態3と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図示するように、密閉容器3には、気泡細分手段の一例である攪拌機50が取り付けられている。攪拌機50は、動力部(図示せず)と、この動力部に取り付けられたシャフト51と、シャフト51の先端に取り付けられたプロペラ52とから構成されている。シャフト51は、プロペラ52が密閉容器3の溶融炭酸塩4内に浸された状態で密閉容器3に取り付けられている。これにより、動力部による駆動によりシャフト51が回動し、これに伴いプロペラ52が溶融炭酸塩4内で回動するようになっている。
このようにプロペラ52が溶融炭酸塩4内で回動すると、溶融炭酸塩4に導入された熱分解ガスの気泡が細かく分割され、気泡が細分化される。この表面積が大きくなった分だけ、熱分解ガスの気泡は、より大きな接触面積で溶融炭酸塩4と接触することになる。このため、熱分解ガスと溶融炭酸塩4との反応が促進され、より早く熱分解ガスを精製することができる。
なお、本実施形態では、燃料ガス精製設備を備える発電システムについて説明したが、燃料合成システムにおいても、密閉容器3に攪拌機50を設けてもよい。この場合においても、熱分解ガスの気泡は微細化されることにより、より早く熱分解ガスを精製することができる。
また、本実施形態では、実施形態3をベースとして攪拌機50を設けた燃料ガス精製設備を例示したが、図6に示すように、実施形態1をベースとして攪拌機50を設けた燃料ガス精製設備としてもよい。すなわち、炭化機が火炉の外面に当接していない燃料ガス精製設備において、密閉容器3に攪拌機50を設けてもよい。その他にも、密閉容器3が火炉2の外部にある場合、例えば、密閉容器の全体又は一部を火炉2外部に配設した燃料ガス精製設備において、密閉容器3に攪拌機50を設けてもよい。いずれの燃料ガス精製設備でも熱分解ガスの気泡は攪拌機50により微細化され、これにより、より早く熱分解ガスを精製することができる。
バイオマスをガス化して燃料や液体燃料の原料として用いる設備を使用、製造、販売する産業分野で有効に利用し得る。

Claims (14)

  1. バイオマスを熱分解して熱分解ガス及び炭化物を生成する炭化機と、
    前記炭化機により生成された炭化物が供給されると共に該炭化物を燃焼する火炉と、
    前記火炉内で燃焼した前記炭化物の熱により溶融した溶融炭酸塩を収容する密閉容器と、
    前記炭化機で生成された前記熱分解ガスを前記密閉容器の前記溶融炭酸塩中に導入するように配設された導入管と、
    前記導入管から送られて前記溶融炭酸塩を流通した熱分解ガスが前記溶融炭酸塩との反応により精製されたものである燃料ガスを前記密閉容器内から前記火炉外部へ送るように配設された燃料ガス供給管とを具備する
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  2. 請求項1に記載する燃料ガス精製設備において、
    前記炭化機は、前記火炉の廃熱により前記バイオマスの熱分解をするように構成されている
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  3. 請求項1又は請求項2に記載する燃料ガス精製設備において、
    前記密閉容器は前記火炉内に配設されている
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  4. 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載する燃料ガス精製設備において、
    前記溶融炭酸塩に水酸化物を供給する水酸化物供給手段を具備する
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  5. 請求項1〜請求項4の何れか一項に記載する燃料ガス精製設備において、
    前記溶融炭酸塩には、触媒が含まれている
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  6. 請求項1〜請求項5の何れか一項に記載する燃料ガス精製設備において、
    前記溶融炭酸塩を流通した熱分解ガスの気泡を細分する気泡細分手段を備える
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  7. 請求項1〜請求項6の何れか一項に記載する燃料ガス精製設備において、
    前記炭化機は、前記火炉の外面に当接している
    ことを特徴とする燃料ガス精製設備。
  8. 請求項1〜請求項7の何れか一項に記載する燃料ガス精製設備と、
    前記燃料ガス供給管からの燃料ガスを用いて発電する発電手段とを具備する
    ことを特徴とする発電システム。
  9. 請求項8に記載する発電システムにおいて、
    前記発電手段は、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスが送られる燃料極を備えた高温型の燃料電池を備える
    ことを特徴とする発電システム。
  10. 請求項8に記載する発電システムにおいて、
    前記発電手段は、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスにより作動するガスエンジンと、該ガスエンジンの作動により発動する発電機とを備える
    ことを特徴とする発電システム。
  11. 請求項8に記載する発電システムにおいて、
    前記発電手段は、前記燃料ガス供給管からの燃料ガスを燃焼するタービン燃焼器と、該タービン燃焼器からの燃焼ガスの膨張により動力を得ることで発電機の駆動を行うガスタービンとを備える
    ことを特徴とする発電システム。
  12. 請求項8〜請求項11の何れか一項に記載する発電システムにおいて、
    前記炭化機は、前記発電手段の廃熱により前記バイオマスの熱分解をするように構成されている
    ことを特徴とする発電システム。
  13. 請求項1〜請求項7の何れか一項に記載する燃料ガス精製設備と、
    前記燃料ガス供給管からの燃料ガスから液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、
    前記火炉外部へ供給される燃料ガスの水分の比率を調節し得るように前記炭化機又は前記密閉容器内に水を供給する水分供給手段とを具備する
    ことを特徴とする燃料合成システム。
  14. 請求項13に記載する燃料合成システムにおいて、
    前記炭化機は、前記液体燃料合成装置の廃熱により前記バイオマスの熱分解をするように構成されている
    ことを特徴とする燃料合成システム。
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