JP2008208275A

JP2008208275A - 有機燃料ガス化発電システム及び方法

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Publication number: JP2008208275A
Application number: JP2007048051A
Authority: JP
Inventors: Keigo Matsumoto; 啓吾松本; Keiji Takeno; 計二武野; Shinji Matsumoto; 慎治松本; Tsugio Yamamoto; 次男山本; Toshimitsu Ichinose; 利光一ノ瀬; Koji Nishimura; 幸治西村; Hideaki Ota; 英明太田; Atsushi Fujii; 篤藤井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: JP5259963B2

Abstract

【課題】バイオマス等の有機燃料を用いた有機燃料ガス化発電システム及び方法を提供する。
【解決手段】バイオマス１１を乾燥する乾燥器１２と、前記乾燥したバイオマスを粉砕する粉砕器１３と、前記粉砕器１３で粉砕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を熱交換する熱交換器１６と、前記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１７と、前記精製ガスを用いて発電して電力を得る例えばガスエンジン等の発電装置１８と、前記発電装置１８からの排ガスを乾燥器１２に供給するガス供給ラインＬ₃と、前記乾燥器１２に供給したバイオマスガス化炉１４の酸化剤である空気２０中の煤塵を除去する除塵器２１と、前記除塵された後の空気２０中の水分を凝縮する冷却器２２とを介装してなる酸化剤供給ラインＬ₄とを具備する。
【選択図】図１

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発電システム及び方法に関する。

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。

そこで、バイオマスを乾燥器により乾燥させ、その乾燥空気をバイオマスガス化炉の酸化剤として利用することを試みたが、その乾燥の際に取り込まれる水分がバイオマスガス化ガス中に存在することとなり、ガス精製装置での排水の際にタール成分等の重質分の臭気が発生するという問題があり、ガス精製の際の無排水化を図ることが切望されている。

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と共に、生成ガスの無排水化を図ったバイオマス等の有機燃料を用いた有機燃料ガス化発電システム及び方法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熱交換する熱交換器と、前記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、前記精製ガスを用いて発電して電力を得る発電装置と、前記発電装置からの排ガスを乾燥器に供給するガス供給ラインと、前記乾燥器に供給したバイオマスガス化炉の酸化剤である空気中の煤塵を除去する除塵器と、前記空気中の水分を凝縮する冷却器とを介装してなる酸化剤供給ラインとを具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システムにある。

第２の発明は、第１の発明において、前記乾燥したバイオマスを粉砕する粉砕器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システムにある。

第３の発明は、第１又は２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発電システムにある。

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、前記酸化剤供給ラインに、前記乾燥器に供給したバイオマスガス化炉の酸化剤である空気中の煤塵を除去する空気用除塵器を介装してなることを特徴とする有機燃料ガス化発電システムにある。

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、前記乾燥したバイオマスを粉砕する粉砕器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システムにある。

第５の発明は、乾燥器で乾燥されたバイオマスをバイオマスガス化炉によりガス化し、その生成ガスを用いて発電装置から電力を得る有機燃料ガス化発電方法であって、前記発電装置からの排ガスを乾燥器の乾燥に用いると共に、前記バイオマスガス化炉の酸化剤として供給する空気を乾燥器の乾燥に用いた後に、前記空気中の微粉を除塵し、次いで空気中の水分を凝縮・除去することを特徴とする有機燃料ガス化発電方法にある。

本発明によれば、前記発電装置からの排ガスを乾燥器の乾燥に用いると共に、
前記バイオマスガス化炉の酸化剤として供給する空気を乾燥器の乾燥に用いた後に、前記空気中の微粉を除塵し、次いで空気中の水分を凝縮・除去することにより、バイオマスガス化による生成ガスの無排水化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発電システムについて、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発電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発電システム１０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、前記乾燥したバイオマスをラインＬ₁により供給して粉砕する粉砕器１３と、前記粉砕器１３で粉砕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を生成ガス供給ラインＬ₂により供給して熱交換する熱交換器１６と、前記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１７と、前記精製ガスを用いて発電して電力を得る例えばガスエンジン、ガスタービン等の発電装置１８と、前記発電装置１８からの排ガスを乾燥器１２に供給するガス供給ラインＬ₃と、前記乾燥器１２に供給したバイオマスガス化炉１４の酸化剤である空気２０中の煤塵を除去する除塵器２１と、前記除塵された後の空気２０中の水分を凝縮する冷却器２２とを介装してなる酸化剤供給ラインＬ₄とを具備するものである。
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。

本実施例では、酸化剤として導入する空気２０は、前記乾燥器１２中を通過させることで予熱し、その後空気中の２３を除去する除塵器２１を通過し除去し、次いで冷却器で空気中の水分を排水２４として除去するようにしている。また、前記発電装置１８からの排ガス１９を乾燥器１２に導入して乾燥器１２の熱源として熱の有効利用を図るようにしている。

この結果、発電装置１８の排ガス１９の熱を有効利用することができると共に、酸化剤としてバイオマスガス化炉１４に供給する空気を乾燥に用いる際に、水分が含まれるがその水分を冷却器２２で除去することで、バイオマスガス化炉１４に持ち込む水分量を大幅に低減させることができる。
この結果、バイオマスガス化炉のガス化効率が向上すると共に、生成ガス中においても水分の低減を図ることができ、ガス精製装置１７においても無排水化を行なうことができる。

すなわち、前記乾燥器１２でバイオマス１１の乾燥を行なった空気２０は、水分が４０〜５０％程度含まれているので、そのままバイオマスガス化炉１４に供給すると、ガス化効率が大幅に低下することとなる。

これに対し、本発明では、酸化剤供給ラインＬ₄に介装された除塵器２１で先ず、空気中の微粉２３を除去した後、冷却器２２で冷却することで水分濃度を２０％以下、好ましくは１０％以下とすることで、ガス化効率の向上を図るようにしている。

また、前記冷却器２２での水分除去に先立って除塵器２１で空気２０中の微粉２３を除去しているので、冷却器２２での冷却による排水中の汚染防止を図ることができる。

これにより、バイオマスガス化炉１４でのガス化効率が向上（約１０％の改良）すると共に、生成ガス１５中の水分も極微量となるので、ガス精製装置１７においても無廃水化を図ることができる。

この結果、バイオマスガス化炉１４に供給する前において酸化剤である空気中の水分が除去される結果、ガス精製装置１７での凝縮水の発生が無く、無排水化がなされ、これにより排水除去の際に伴うタール成分等の重質分の臭気の発生が防止される。

また、前記発電装置１８から発生する排ガス１９は、排熱を有しているので、前記バイオマス１１を乾燥する乾燥器１２に供給することで、有効利用を図ることができる。

ここで、排熱の有効利用のためには、前記乾燥装置１２に供給する前記排ガス１９に水を噴霧して排ガスの熱容量を高めて使用するようにしてもよい。

なお、本実施例では、前記酸化剤供給ラインＬ₄に、前記乾燥器１２に供給したバイオマスガス化炉１４の酸化剤である空気２０中の煤塵を除去する空気用除塵器２１を介装しているが、微粉を有していない例えば芝等のバイオマスを用いる場合には、前記空気用除塵装置２１を用いる必要がない。

また、図２に示すように、例えば油等の熱媒３１を用いた熱交換器３２を用いて、排ガス１９と熱交換し、熱交換された熱媒３１を乾燥器１２内に供給するようにして間接的にバイオマス１１を乾燥させるようにしてもよい。

また、バイオマス１１中の水分が多い場合には、図３に示すように、熱交換器１６で熱交換された余剰の熱を用いて乾燥を行なうようにしてもよい。

また、図４に示すように、乾燥器１２に供給するバイオマス１１中の微粉２３を例えばサイクロン等のバイオマス用の除塵装置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から微粉２３を除去する必要がなくなる。

ここで、本実施例では、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と共に、生成ガスの無排水化を図ることができる。

本実施例に係る有機燃料ガス化発電システムの概略図である。本実施例に係る乾燥器の熱交換の概略図である。本実施例に係る他の有機燃料ガス化発電システムの概略図である。本実施例に係る他の有機燃料ガス化発電システムの概略図である。

符号の説明

１０有機燃料ガス化発電システム
１１バイオマス
１２乾燥器
１３粉砕器
１４バイオマスガス化炉
１５生成ガス
１６熱交換器
１７ガス精製装置
１８発電装置
１９排ガス
２０空気
２１除塵器
２２冷却器

Claims

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熱交換する熱交換器と、
前記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、
前記精製ガスを用いて発電して電力を得る発電装置と、
前記発電装置からの排ガスを乾燥器に供給するガス供給ラインと、
前記空気中の水分を凝縮する冷却器とを介装してなる酸化剤供給ラインとを具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システム。
請求項１において、
前記乾燥したバイオマスを粉砕する粉砕器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システム。
請求項１又は２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バイオマス用除塵器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システム。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記酸化剤供給ラインに、前記乾燥器に供給したバイオマスガス化炉の酸化剤である空気中の煤塵を除去する空気用除塵器を介装してなることを特徴とする有機燃料ガス化発電システム。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記乾燥したバイオマスを粉砕する粉砕器を具備することを特徴とする有機燃料ガス化発電システム。
乾燥器で乾燥されたバイオマスをバイオマスガス化炉によりガス化し、その生成ガスを用いて発電装置から電力を得る有機燃料ガス化発電方法であって、
前記発電装置からの排ガスを乾燥器の乾燥に用いると共に、
前記バイオマスガス化炉の酸化剤として供給する空気を乾燥器の乾燥に用いた後に、前記空気中の微粉を除塵し、次いで空気中の水分を凝縮・除去することを特徴とする有機燃料ガス化発電方法。