JP2023023432A - バイオマスガス化装置並びにバイオマスガス化プラント並びにバイオマスガスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ効率を向上させることを目的とする。【解決手段】バイオマスガス化装置１０は、バイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成するバイオマスガス化炉１１と、バイオマスガス化炉１１から排出されたバイオマスガスからチャーを分離するフィルタ１３と、フィルタ１３で分離されたチャーと、バイオマスガス化炉１１へ供給するガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、ガス化剤を加熱するチャークーラ１６と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、バイオマスガス化装置並びにバイオマスガス化プラント並びにバイオマスガスの製造方法に関するものである。

バイオマス燃料等の炭素含有固体燃料を炉内に供給し、炭素含有固体燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性ガスを生成するガス化炉を備えたガス化装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特許文献１には、バイオマスを乾燥する乾燥器と、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、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、高温熱交換器と低温熱交換器との間に介装され、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等を備えたガス化装置が記載されている。

特許第４６５８９８０号公報

バイオマス燃料をガス化するガス化装置では、ガス化炉でのガス化反応の際に、バイオマス燃料中の未燃炭素及び灰を主成分とするチャーが発生する。このため、ガス化炉で生成された生成ガスには、チャーが含まれている。チャーはガス化炉の後流に設けられた各種装置に悪影響を及ぼすため、生成ガスから除去する必要がある。このため、ガス化炉の後流には、生成ガスからチャーを除去する除去装置が設けられている。除去装置で除去されたチャーは、非常に高温である。このため、除去したチャーをそのまま大気下へ排出すると空気中の酸素と反応して発熱や発火してしまう可能性がある。これを抑制するため、チャーは、大気下へ排出する前に、チャーを冷却するためのチャークーラに送られて、冷却される。

チャークーラでは、例えば、チャーと冷却水とを熱交換することで、チャーを冷却する。冷却水は、チャーとの熱交換によって加熱されるが、従来この加熱された冷却水はガス化装置外へ排出されていた。このため、ガス化装置において、チャーの排熱が有効利用されておらず、ガス化装置のエネルギ効率に寄与していなかった。近年、ガス化装置が大型化しており、これに伴ってチャーを冷却する際の排熱も増大していた。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、エネルギ効率を向上させることができるバイオマスガス化装置並びにバイオマスガス化プラント並びにバイオマスガスの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示のバイオマスガス化装置並びにバイオマスガス化プラント並びにバイオマスガスの製造方法は以下の手段を採用する。
本開示の一態様に係るバイオマスガス化装置は、バイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成するガス化炉と、前記ガス化炉から排出された前記バイオマスガスからチャーを分離する分離部と、前記分離部で分離された前記チャーと、前記ガス化炉へ供給する前記ガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、前記ガス化剤を加熱する熱交換部と、を備える。

本開示の一態様に係るバイオマスガスの製造方法は、ガス化炉でバイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成する生成工程と、前記生成工程で生成され前記ガス化炉から排出された前記バイオマスガスからチャーを分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記チャーと、前記ガス化炉へ供給する前記ガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、前記ガス化剤を加熱する熱交換工程と、を備え、前記生成工程では、前記熱交換工程で加熱された前記ガス化剤を用いてバイオマスガスを生成する。

本開示によれば、バイオマスガス化装置全体におけるエネルギ効率を向上させることができる。

本開示の第１実施形態に係るバイオマスガス化装置の概略構成図である。 本開示の第２実施形態に係るバイオマスガス化プラントの概略構成図である。

以下に、本開示に係るバイオマスガス化装置並びにバイオマスガス化プラント並びにバイオマスガスの製造方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本開示の第１実施形態に係るバイオマスガス化装置ついて、図１を用いて説明する。
本実施形態に係るバイオマスガス化装置１０は、バイオマス燃料を部分燃焼させてガス化することで、可燃性のバイオマスガスを生成する装置である。バイオマス燃料とは、再生可能な生物由来の有機性資源であり、例えば、間伐材、廃木材、流木、草類、廃棄物、汚泥及びこれらを原料としたリサイクル燃料（ペレットやチップ）などであり、ここに提示したものに限定されることはない。バイオマス燃料は、バイオマスの成育過程において二酸化炭素を取り込むことから、地球温暖化ガスとなる二酸化炭素を排出しないカーボンニュートラルとされるため、その利用が種々検討されている。

図１に示すように、バイオマスガス化装置１０は、バイオマスガスを生成するバイオマスガス化炉１１と、バイオマスガス化炉１１から排出されたバイオマスガスが導かれる高温合成ガスクーラ１２（高温ＳＧＣ：Synthesis Gas Cooler）と、バイオマスガスに含まれるチャー（未燃炭素及び灰が主成分）を除去するフィルタ（分離部）１３と、除去されたチャーを貯留するチャーホッパ１５と、除去されたチャーを冷却するチャークーラ（熱交換部）１６と、チャーが除去されたバイオマスガスが導かれる低温合成ガスクーラ１４（低温ＳＧＣ）と、低温合成ガスクーラ１４へ導かれるガス化剤を予熱する給水予熱部１７と、バイオマスガスから不純物を取り除くスクラバ１８と、を備えている。

バイオマスガス化炉１１は、バイオマス供給部（供給部）１９によって供給されるバイオマス燃料をガス化することで、バイオマスガスを生成する。バイオマス供給部１９は、バイオマス燃料をバイオマスガス化炉１１まで搬送するとともに、バイオマス燃料をバイオマスガス化炉１１へ投入するフィーダ（図示省略）を有している。バイオマスガス化炉１１には、酸素ラインＬ１７が接続されている。酸素ラインＬ１７は、酸素供給装置（図示省略）から供給される酸素が流通している。バイオマスガス化炉１１には、第４蒸気ラインＬ１６の下流端が接続されている。第４蒸気ラインＬ１６は、高温合成ガスクーラ１２等で加熱された蒸気（ガス化剤）が流通している。

高温合成ガスクーラ（バイオマスガス冷却部）１２及び低温合成ガスクーラ（バイオマスガス冷却部）１４は、バイオマスガスと給水又は蒸気（ガス化剤）とを熱交換する。高温合成ガスクーラ１２及び低温合成ガスクーラ１４は、バイオマスガス化炉１１で生成されたバイオマスガスの熱を利用して、バイオマスガス化炉１１へガス化剤として導かれる蒸気を加熱するとともに、バイオマスガスを冷却する。

フィルタ１３は、バイオマスガスを通過させるとともに、通過するバイオマスガスに含まれるチャーを捕集する。すなわち、フィルタ１３は、バイオマスガスからチャーを分離する。チャーホッパ１５は、内部に空間が形成されており、この空間にチャーを貯留する。チャークーラ１６は、補給水によってチャーを冷却する。チャークーラ１６には、補給水供給装置（図示省略）から常温の補給水が供給される。
給水予熱部１７は、熱媒体によって給水を加熱する。給水予熱部１７には、給水供給装置（図示省略）から常温の給水が供給される。スクラバ１８は、バイオマスガスに含まれる不純物（例えば、タール分やアンモニア等）を除去する。

次に、本実施形態に係るバイオマスガス化装置１０におけるバイオマスガス等の流れについて説明する。なお、以下の説明において具体的な温度等の数値は一例であり、記載の温度に限定されない。
バイオマス供給部１９によってバイオマスガス化炉１１へバイオマス燃料が供給される。また、バイオマスガス化炉１１には、酸素ラインＬ１７から酸素が供給される。また、バイオマスガス化炉１１には、ガス化剤が供給される。ガス化剤の流れの詳細については後述する。
バイオマスガス化炉１１では、供給されたバイオマス燃料と酸素の反応により、一酸化炭素を発生させ、さらに、ガス化剤（水蒸気）との水性ガスシフト反応により、後流設備の仕様に合致した混合割合を有する一酸化炭素と水素の混合ガス（バイオマスガス）を生成する（生成工程）。バイオマスガス化炉１１で生成されたバイオマスガスは、第１バイオマスガスラインＬ１を介して高温合成ガスクーラ１２へ導かれる。高温合成ガスクーラ１２では、バイオマスガスとガス化剤との熱交換が行われ、バイオマスガスは冷却される。

高温合成ガスクーラ１２から排出されたバイオマスガスは、第２バイオマスガスラインＬ２を介して、フィルタ１３へ導かれる。フィルタ１３に導かれたバイオマスガスは、フィルタ１３を通過する。この際に、バイオマスガスに含まれるチャーがフィルタ１３によって捕集される。すなわち、バイオマスガスからチャーが分離される（分離工程）。捕集されたチャーは、第１チャーラインＬ６を介して、チャーホッパ１５へ導かれる。チャーホッパ１５は、チャーを一時的に貯留する。チャーホッパ１５に貯留されたチャーは、所定のタイミングでチャーホッパ１５の出口から排出され、第２チャーラインＬ７を介して、チャークーラ１６へ導かれる。このとき、チャークーラ１６へ導かれるチャーの温度は、３００℃～４００℃程度である。チャークーラ１６では、チャーと補給水との熱交換が行われ、チャーが常温まで冷却される（熱交換工程）。冷却されたチャーは、第３チャーラインＬ８を介して、系外へ排出される。

一方、フィルタ１３を通過したバイオマスガス（すなわち、チャーが除去されたバイオマスガス）は、第３バイオマスガスラインＬ３を介して低温合成ガスクーラ１４へ導かれる。低温合成ガスクーラ１４では、バイオマスガスとガス化剤との熱交換が行われ、バイオマスガスが冷却される。低温合成ガスクーラ１４から排出されたバイオマスガスは、第４バイオマスガスラインＬ４を介して、スクラバ１８へ導かれる。スクラバ１８にはスクラバ水（図示省略）が供給されており、バイオマスガスに含まれる不純物（例えば、タール分やアンモニア等）がスクラバ水により除去される。また、バイオマスガスに含まれる水蒸気（水性ガスシフト反応で消費されなかった余剰水蒸気）も、スクラバ１８において凝縮回収される。スクラバ１８で除去された不純物と余剰水蒸気は、スクラバ水とともに排水として排水ラインＬ１８を介して系外へ排出される。一方、不純物と余剰水蒸気が除去されたバイオマスガスは、スクラバ１８から排出され、第５バイオマスガスラインＬ５を介して後流設備へ導かれる。後流設備とは、一例として、バイオジェット燃料などの液体燃料合成設備等が挙げられる。

次に、本実施形態に係るバイオマスガス化装置１０における補給水、給水及び蒸気の流れについて説明する。
補給水供給装置（図示省略）から第１補給水ラインＬ９を介してチャークーラ１６へ補給水（ガス化剤）が導かれる。チャークーラ１６へ導かれる補給水は、常温とされている。また、チャークーラ１６へ導かれる補給水は、系外から導入される。これは、上述するように、バイオマスガス化炉１１へ供給されるガス化剤（水蒸気）は、水性ガスシフト反応により一酸化炭素と水素に転換されて後流設備へ導かれるか、スクラバ１８において凝縮回収されて排水ラインＬ１８を介して系外へ排出されることから、その分系内へガス化剤を補給する必要があるためである。
チャークーラ１６では、チャーと補給水との熱交換が行われ、補給水が加熱される（熱交換工程）。具体的には、補給水は約８０℃まで加熱される。この補給水は、後述するように、種々の装置で加熱された後に、バイオマスガス化炉１１へ供給され、バイオマスガスを生成する際のガス化剤の一部として利用される。

チャークーラ１６で加熱された補給水は、チャークーラ１６とバイオマス供給部１９とを接続する第２補給水ライン（供給部導入ライン）Ｌ１０を介して、バイオマス供給部１９へ導かれる。バイオマス供給部１９に導かれた補給水は、バイオマス供給部１９を構成する装置（例えば、バイオマスガス化炉１１へバイオマス燃料を投入する燃料フィーダ）において熱交換を行う。バイオマス供給部１９を構成する装置（図示省略）は、バイオマスガス化炉１１の熱によって高温となっているので、補給水との熱交換によって冷却される。ここで、バイオマス供給部１９を構成する装置を冷却する冷却媒体の温度が露点以下であると、バイオマス供給部１９において結露が発生し、例えば、バイオマス燃料が付着・閉塞するなどの問題を起こす可能性がある。本実施形態では、チャークーラ１６で露点温度以上に加熱された補給水を冷却媒体として利用しているので、結露の発生を抑制することができる。バイオマス供給部１９を構成する装置において熱交換した補給水は、当該装置の熱によって加熱される。具体的には、補給水は約１００℃まで加熱される。バイオマス供給部１９から排出された補給水は、バイオマス供給部１９と給水ラインとを接続する第３補給水ラインＬ１１を介して、第１給水ラインＬ１２へ導かれる。第１給水ラインＬ１２へ導かれた補給水は、第１給水ラインＬ１２内を流通する給水と合流し、給水予熱部１７へ導かれる。

給水予熱部１７では、熱媒体と給水（第１給水ラインＬ１２から導かれた給水と、第３補給水ラインＬ１１から導かれた補給水とを合わせたもの）との熱交換が行われる。給水予熱部１７において給水は、熱媒体との熱交換で加熱され一部又は全部が蒸気となる。給水は、低温合成ガスクーラ１４にて結露や不純物の析出の観点から支障が無い温度まで加熱される。給水予熱部１７から排出された蒸気は、第１蒸気ライン（冷却部導入ライン）Ｌ１３を介して、低温合成ガスクーラ１４へ導かれる。低温合成ガスクーラ１４では、バイオマスガスと蒸気との熱交換が行われ、蒸気が加熱される。低温合成ガスクーラ１４から排出された蒸気は、第２蒸気ライン（冷却部導入ライン）Ｌ１４を介して、高温合成ガスクーラ１２へ導かれる。高温合成ガスクーラ１２では、バイオマスガスと蒸気との熱交換が行われ、蒸気が加熱される。高温合成ガスクーラ１２から排出された蒸気は、第３蒸気ラインＬ１５を介して、バイオマスガス化炉１１へガス化剤として導かれる。バイオマスガス化炉１１へ導かれた蒸気（ガス化剤）は、バイオマスガスの生成に用いられる。バイオマスガス化炉１１に供給された蒸気（ガス化剤）の一部（水性ガスシフト反応で消費されなかった余剰水蒸気）は、バイオマスガスとともに流通し、スクラバ１８でバイオマスガスから凝縮回収され、排水として系外へ排出される。また、第３蒸気ラインＬ１５の途中位置からは第４蒸気ラインＬ１６が分岐している。第４蒸気ラインＬ１６は、高温合成ガスクーラ１２で加熱された蒸気の一部を、蒸気利用先へ導く。蒸気利用先の一例として、給水予熱部１７が挙げられる。この場合には、給水予熱部１７へ導かれた蒸気は、給水を予熱する熱媒体として利用される。なお、蒸気利用先は、他の装置であってもよく、例えば、バイオマスガス化炉１１へ供給されるバイオマス燃料を予熱するバイオマス予熱部（図示省略）であってもよい。この場合には、バイオマス予熱部へ導かれた蒸気は、バイオマス燃料を予熱する熱媒体として利用される。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、フィルタ１３で分離されたチャーと、バイオマスガス化炉１１へ供給するガス化剤（補給水）とを熱交換し、ガス化剤を加熱している。これにより、チャーの熱によって、バイオマスガス化炉１１へ供給する前のガス化剤を予熱することができる。したがって、バイオマスガス化炉１１へ導かれるガス化剤を予熱する給水予熱部１７において、チャークーラ１６でガス化剤を加熱している分、給水予熱部１７で要するエネルギを低減することができる。このように、チャーの排熱をガス化剤の予熱に利用することで、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化装置１０全体におけるエネルギ効率を向上させることができる。

また、バイオマスガス化炉１１へバイオマス燃料を供給するバイオマス供給部１９は、バイオマスガス化炉１１内の熱に曝されている。このため、バイオマス供給部１９を冷却して熱的な損傷を抑制する必要があるが、常温（露点以下）の冷却媒体でバイオマス供給部１９を冷却するとバイオマス供給部１９で結露が生じて種々の問題を引き起こす可能性がある。よって、バイオマス供給部１９を冷却するために、比較的高温（露点を超える温度）の冷却媒体（例えば８０℃程度）をバイオマス供給部１９へ供給する必要がある。

一方、本実施形態では、バイオマス供給部１９において、ガス化剤（補給水）と熱交換を行っている。これにより、ガス化剤によって、バイオマス供給部１９を冷却し、バイオマス供給部１９の熱的な損傷を抑制することができる。また、本実施形態では、チャークーラ１６で加熱されたガス化剤をバイオマス供給部１９へ導いている。これにより、チャークーラ１６で加熱されていないガス化剤（例えば、常温のガス化剤）をバイオマス供給部１９へ導く場合と比較して、高温のガス化剤をバイオマス供給部１９へ導くことができる。したがって、バイオマス供給部１９において、結露が生じ難くすることができる。また、バイオマス供給部１９へ導くガス化剤を加熱するのに、チャーの排熱を利用しているので、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、エネルギ効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、バイオマス供給部１９で加熱されたガス化剤をバイオマスガス化炉１１へ導いている。このように、バイオマス供給部１９の冷却熱をガス化剤の予熱に利用しているので、バイオマス供給部１９を別の冷却媒体により冷却する場合と比較して、バイオマスガス化装置１０全体におけるエネルギ効率を向上させることができる。

バイオマスガス化炉１１で生成されるバイオマスガスは、非常に高温（例えば、１０００℃程度）である。このため、バイオマスガス化炉１１から排出されたバイオマスガスは、バイオマスガス冷却部（例えば、高温合成ガスクーラ１２や低温合成ガスクーラ１４）で所定の温度まで冷却される。バイオマスガスを冷却するための冷却媒体の温度が低すぎると、バイオマスガス冷却部の熱交換器（例えば、冷却媒体が流通する伝熱管等）におけるバイオマス側の伝熱面に、バイオマスガスに含まれるバイオマス燃料由来のタール成分が析出する。特に、バイオマス燃料をガス化するバイオマスガス化装置では、例えば石炭をガス化する石炭ガス化装置よりも炉内温度が低くなる傾向にあるので、バイオマスガス冷却部においてタール成分が析出し易い。熱交換器の伝熱面にタール成分が析出すると、伝熱の阻害や流路の閉塞などの種々のトラブルの原因となる可能性がある。このため、バイオマスガス冷却部に導入される冷却媒体の温度は、ある程度高温（タール成分の昇華点以上）とする必要がある。

一方、本実施形態では、チャークーラ１６で加熱されたガス化剤を低温合成ガスクーラ１４へ導いている。これにより、チャークーラ１６で加熱されていないガス化剤を低温合成ガスクーラ１４へ導く場合と比較して、高い温度のガス化剤を低温合成ガスクーラ１４へ導くことができる。したがって、低温合成ガスクーラ１４の伝熱面におけるタール成分の析出を抑制することができる。また、低温合成ガスクーラ１４へ導くガス化剤を加熱するのに、チャーの排熱を利用しているので、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化装置１０全体のエネルギ効率を向上させることができる。

また、本実施形態では、常温の補給水がチャークーラ１６へ供給される。すなわち、常温の補給水によって、チャーを冷却している。これにより、例えば、チャーを冷却するために、冷却塔などの冷却設備（図示省略）からの冷却水を利用する場合と比較して、冷却設備の容量を低減することができる。したがって、冷却設備で消費される動力や設置コストを低減することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本開示の第２実施形態に係るバイオマスガス化プラント１００について、図２を用いて説明する。
本実施形態に係るバイオマスガス化プラント１００は、図２に示すように、バイオマスガス化装置２０と、発電装置３０と、を備えている。
本実施形態に係るバイオマスガス化装置２０は、補給水の流通経路が上記第１実施形態に係るバイオマスガス化装置１０と異なっている。それ以外の点については上記第１実施形態に係るバイオマスガス化装置１０と同一であるので、同一の構成については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るバイオマスガス化装置２０は、チャークーラ１６と給水タンク３４とを接続する第４補給水ラインＬ２１を備えている。

発電装置３０は、燃料を燃焼することで蒸気を生成するボイラ３１と、ボイラ３１で生成した蒸気によって回転駆動する蒸気タービン３２と、蒸気タービン３２から排出された蒸気を凝縮する復水器３３と、復水器３３で凝縮させた復水等を貯留する給水タンク３４と、給水タンク３４から導かれた給水を加熱する給水加熱器３５と、給水に含まれる非凝縮性ガスを除去する脱気器３６と、を備えている。給水タンク３４には、チャークーラ１６から排出された補給水が流通する第４補給水ライン（循環系統導入ライン）Ｌ２１の下流端が接続している。また、発電装置３０は、蒸気タービン３２に連結され蒸気タービン３２の回転力によって発電を行う発電機（図示省略）を備えている。ボイラ３１で使用される燃料は、バイオマス燃料を用いてもよい。また、発電機で発電した電気は、バイオマスガス化プラント１００を構成する各種装置で利用されてもよい。

次に、本実施形態に係るバイオマスガス化装置２０における補給水、給水及び蒸気の流れについて説明する。なお、本実施形態に係るバイオマスガス化装置２０におけるバイオマスガス等の流れは、第１実施形態のバイオマスガス化装置１０におけるバイオマスガス等の流れと略同様であるので、同様の流れについては説明を省略する。

補給水供給装置（図示省略）から第１補給水ラインＬ９を介してチャークーラ１６へ補給水が導かれる。チャークーラ１６へ導かれる補給水の温度は、常温とされている。チャークーラ１６では、チャーと補給水との熱交換が行われ、補給水が加熱される。チャークーラ１６から排出された補給水は、チャークーラ１６と給水タンク３４とを接続する第４補給水ラインＬ２１を介して、給水タンク３４へ導かれる。

ボイラ３１は、燃料供給部３７によって、例えば、バイオマス燃料が供給される。ボイラ３１では、供給された燃料を燃焼させることで、給水を蒸発させて蒸気を生成する。ボイラ３１で生成された蒸気は、第５蒸気ラインＬ２２を介して蒸気タービン３２へ導かれる。蒸気タービン３２へ導かれた蒸気は、蒸気タービン３２を回転駆動させる。蒸気タービン３２を通過した蒸気は、第６蒸気ラインＬ２３を介して、復水器３３へ導かれる。復水器３３に導かれた蒸気は、冷却水との熱交換によって凝縮されて復水となる。復水器３３から排出された復水は、復水ラインＬ２４を介して、給水タンク３４へ導かれる。給水タンク３４には、復水ラインＬ２４を介して導かれた復水と、第４補給水ラインＬ２１を介して導かれた補給水が貯留される。以下では、復水と補給水とを合わせたものを給水と称して説明する。

給水タンク３４から排出された給水は、第２給水ラインＬ２５を介して給水加熱器３５へ導かれる。給水加熱器３５では、熱媒体と給水との熱交換が行われ、給水が加熱される。給水加熱器３５で使用される熱媒体には、例えば、蒸気タービン３２から抽気された蒸気が使用される。給水加熱器３５から排出された給水は、第３給水ラインＬ２６を介して、脱気器３６へ導かれる。脱気器３６では、熱媒体と給水との熱交換が行われ、給水が加熱して給水中に含まれる非凝縮性ガスが除去される。脱気器３６で使用される熱媒体には、例えば、蒸気タービン３２から抽気された蒸気が使用される。脱気器３６から排出された給水の一部は、第４給水ラインＬ２７を介して、低温合成ガスクーラ１４へ導かれる。低温合成ガスクーラ１４へ導かれた給水は、バイオマスガスと熱交換することで加熱され蒸発する。低温合成ガスクーラ１４から排出された蒸気は、第１実施形態と同様に、第２蒸気ラインＬ１４、高温合成ガスクーラ１２及び第３蒸気ラインＬ１５を介してガス化剤としてバイオマスガス化炉１１へ導かれる。また、本実施形態では、第４蒸気ラインＬ１６は、高温合成ガスクーラ１２で加熱された蒸気の一部（ガス化剤としてバイオマスガス化炉１１に供給されなかった余剰分の蒸気）を第５蒸気ラインＬ２２へ導いている。すなわち、余剰分の蒸気は蒸気タービン３２へ導かれる。また、脱気器３６から排出された給水の一部は、第５給水ラインＬ２８を介して、ボイラ３１へ導かれる。このように、ボイラ３１で生成された蒸気は、第５蒸気ラインＬ２２を介して蒸気タービン３２に供給された後、第６蒸気ラインＬ２３、復水ラインＬ２４、第２給水ラインＬ２５、第３給水ラインＬ２６及び第５給水ラインＬ２８を流通することで、循環している。
発電装置３０を構成する各種装置並びに各種装置を接続する第５蒸気ラインＬ２２、第６蒸気ラインＬ２３、復水ラインＬ２４、第２給水ラインＬ２５、第３給水ラインＬ２６及び第５給水ラインＬ２８は、ボイラ３１で生成され蒸気タービン３２から排出された蒸気（復水、給水）をボイラ３１へ再度導く循環系統３８を構成している。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態では、バイオマスガス化装置２０で用いられるガス化剤（水蒸気）と発電装置３０の循環系統３８を流通する流体（水）を共通化することができる。

また、本実施形態では、チャークーラ１６で加熱されたガス化剤（補給水）を循環系統３８へ導いている。具体的には、チャークーラ１６で加熱されたガス化剤（補給水）を給水タンク３４へ導いている。これにより、循環系統３８内を流通する蒸気又は給水の加熱に、チャーの排熱を利用することができる。したがって、給水加熱器３５で給水を加熱する際に要するエネルギを低減することができる。したがって、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化プラント１００全体のエネルギ効率を向上させることができる。

なお、本開示は、上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。

例えば、上記第１実施形態では、補給水をチャークーラ１６及びバイオマス供給部１９で加熱した後に第１給水ラインＬ１２へ導いているが、本開示はこれに限定されない。例えば、チャークーラ１６でのみ補給水を加熱し第１給水ラインＬ１２へ導いてもよい。

また、上記第２実施形態では、補給水をチャークーラ１６でのみ加熱して給水タンク３４へ導いているが、本開示はこれに限定されない。例えば、第１実施形態と同様に、チャークーラ１６から排出された補給水をバイオマス供給部１９へ導いてもよい。この場合、バイオマス供給部１９から排出された補給水は、給水タンク３４へ導かれる。このようにすることで、バイオマス供給部１９の冷却熱も利用することができるので、よりバイオマスガス化プラント１００全体のエネルギ効率を向上させることができる。

また、上記第１実施形態では、給水予熱部１７を設ける例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、第１給水ラインＬ１２へ導かれる補給水が、チャークーラ１６及びバイオマス供給部１９で十分に加熱されており、低温合成ガスクーラ１４へ導いても問題のない温度となっている場合には、給水予熱部１７を省略してもよい。

以上説明した実施形態に記載のバイオマスガス化装置並びにバイオマスガス化プラント並びにバイオマスガスの製造方法は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係るバイオマスガス化装置は、バイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成するガス化炉（１１）と、前記ガス化炉（１１）から排出された前記バイオマスガスからチャーを分離する分離部（１３）と、前記分離部（１３）で分離された前記チャーと、前記ガス化炉（１１）へ供給する前記ガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、前記ガス化剤を加熱する熱交換部（１６）と、を備える。

上記構成では、分離部で分離されたチャーと、ガス化炉へ供給するガス化剤とを熱交換し、ガス化剤を加熱している。これにより、チャーの熱によって、ガス化炉へ供給する前のガス化剤を予熱することができる。したがって、例えば、熱交換部とは別にガス化炉へ導かれるガス化剤を予熱する予熱装置を設けている場合には、熱交換部でガス化剤を加熱している分、予熱装置でのエネルギ消費を抑制することができる。このように、チャーの排熱をガス化剤の予熱に利用することで、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化装置全体におけるエネルギ効率を向上させることができる。

また、本開示の一態様に係るバイオマスガス化装置は、前記バイオマス燃料を前記ガス化炉（１１）へ供給する供給部（１９）と、前記熱交換部（１６）で熱交換した前記ガス化剤を前記供給部（１９）へ導く供給部導入ライン（Ｌ１０）と、を備え、前記供給部（１９）は、前記熱交換部（１６）から導かれた前記ガス化剤と熱交換を行い、前記供給部（１９）で熱交換を行った前記ガス化剤が前記ガス化炉（１１）へ導かれる。

ガス化炉へバイオマス燃料を供給する供給部は、バイオマスガス化炉内の熱に曝されている。このため、供給部を冷却して熱的な損傷を抑制する必要があるが、露点以下の冷却媒体で供給部を冷却すると供給部で結露が生じて種々の問題を引き起こす可能性がある。よって、供給部を冷却するために、露点を超える温度の冷却媒体（例えば８０℃程度）を供給部へ供給する必要がある。
上記構成では、供給部が、ガス化剤と熱交換を行っている。これにより、ガス化剤によって、供給部を冷却し、供給部の熱的な損傷を抑制することができる。また、上記構成では、熱交換部で加熱されたガス化剤を供給部へ導いている。これにより、熱交換部で加熱されていないガス化剤を供給部へ導く場合と比較して、高温のガス化剤を供給部へ導くことができる。したがって、供給部において、結露が生じ難くすることができる。また、供給部へ導くガス化剤を加熱するのに、チャーの排熱を利用しているので、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、エネルギ効率を向上させることができる。
また、上記構成では、供給部で加熱されたガス化剤をガス化炉へ導いている。このように、供給部の冷却熱をガス化剤の加熱に利用しているので、供給部の排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化装置全体におけるエネルギ効率を向上させることができる。

また、本開示の一態様に係るバイオマスガス化装置は、前記バイオマスガスを冷却するバイオマスガス冷却部（１２，１４）と、前記熱交換部（１６）で加熱された前記ガス化剤を前記バイオマスガス冷却部（１２，１４）へ導く冷却部導入ライン（Ｌ１０）と、を備え、前記バイオマスガス冷却部（１２，１４）は、前記バイオマスガスと前記ガス化剤とを熱交換することで、前記バイオマスガスを冷却する。

バイオマスガス化炉で生成されるバイオマスガスは、非常に高温（例えば、１０００℃程度）である。このため、バイオマスガス化炉から排出されたバイオマスガスは、バイオマスガス冷却部で所定の温度まで冷却される。バイオマスガスを冷却するための冷却媒体の温度が低すぎると、バイオマスガス冷却部の熱交換器（例えば、冷却媒体が流通する伝熱管等）におけるバイオマスガス側の伝熱面にバイオマスガス中のタール成分が析出する。特に、バイオマス燃料をガス化するバイオマスガス化装置では、例えば石炭をガス化する石炭ガス化装置よりも炉内温度が低くなる傾向にあるので、バイオマスガス冷却部においてタール成分が析出し易い。熱交換器の伝熱面にタール成分が析出すると、伝熱の阻害や流路の閉塞などの種々のトラブルの原因となる可能性がある。このため、バイオマスガス冷却部に導入される冷却媒体の温度は、ある程度高温（タール成分の昇華点以上）とする必要がある。
上記構成では、熱交換部で加熱されたガス化剤をバイオマスガス冷却部へ導いている。これにより、熱交換部で加熱されていないガス化剤をバイオマスガス冷却部へ導く場合と比較して、高温のガス化剤をバイオマスガス冷却部へ導くことができる。したがって、バイオマスガス冷却部において、熱交換器の伝熱面におけるタール成分の析出を抑制することができる。また、バイオマスガス冷却部へ導くガス化剤を加熱するのに、チャーの排熱を利用しているので、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化装置全体のエネルギ効率を向上させることができる。

本開示の一態様に係るバイオマスガス化プラントは、上記いずれかに記載のバイオマスガス化装置（１０，２０）と、燃料を燃焼することで蒸気を生成するボイラ（３１）と、前記ボイラ（３１）で生成した前記蒸気によって回転駆動する蒸気タービン（３２）と、前記蒸気タービン（３２）の回転力によって発電を行う発電機と、前記蒸気タービン（３２）から排出された前記蒸気を凝縮させた給水を前記ボイラ（３１）へ導く循環系統（３８）と、前記熱交換部（１６）で加熱された前記ガス化剤を前記循環系統（３８）へ導く循環系統導入ライン（Ｌ２１）と、を備え、前記ガス化剤は、水蒸気である。

上記構成では、バイオマスガス化装置で用いられるガス化剤が水蒸気である。これにより、バイオマスガス化装置と循環系統とで、流通する流体（給水又は水蒸気）を共通化することができる。
また、上記構成では、熱交換部で加熱されたガス化剤を循環系統へ導いている。これにより、循環系統内を流通する蒸気又は給水を加熱するのに、チャーの排熱を利用することができる。したがって、チャーの排熱を利用しない場合と比較して、バイオマスガス化プラント全体のエネルギ効率を向上させることができる。

本開示の一態様に係るバイオマスガスの製造方法は、ガス火炉（１１）でバイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成する生成工程と、前記生成工程で生成され前記ガス化炉（１１）から排出された前記バイオマスガスからチャーを分離する分離工程と、前記分離工程で分離された前記チャーと、前記ガス化炉（１１）へ供給する前記ガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、前記ガス化剤を加熱する熱交換工程と、を備え、前記生成工程では、前記熱交換工程で加熱された前記ガス化剤を用いてバイオマスガスを生成する。

１０ ：バイオマスガス化装置
１１ ：バイオマスガス化炉（ガス化炉）
１２ ：高温合成ガスクーラ（バイオマスガス冷却部）
１３ ：フィルタ（分離部）
１４ ：低温合成ガスクーラ（バイオマスガス冷却部）
１５ ：チャーホッパ
１６ ：チャークーラ（熱交換部）
１７ ：給水予熱部
１８ ：スクラバ
１９ ：バイオマス供給部（供給部）
２０ ：バイオマスガス化装置
３０ ：発電装置
３１ ：ボイラ
３２ ：蒸気タービン
３３ ：復水器
３４ ：給水タンク
３５ ：給水加熱器
３６ ：脱気器
３７ ：燃料供給部
３８ ：循環系統
１００ ：バイオマスガス化プラント
Ｌ１ ：第１バイオマスガスライン
Ｌ２ ：第２バイオマスガスライン
Ｌ３ ：第３バイオマスガスライン
Ｌ４ ：第４バイオマスガスライン
Ｌ５ ：第５バイオマスガスライン
Ｌ６ ：第１チャーライン
Ｌ７ ：第２チャーライン
Ｌ８ ：第３チャーライン
Ｌ９ ：第１補給水ライン
Ｌ１０ ：第２補給水ライン（供給部導入ライン）
Ｌ１１ ：第３補給水ライン
Ｌ１２ ：第１給水ライン
Ｌ１３ ：第１蒸気ライン（冷却部導入ライン）
Ｌ１４ ：第２蒸気ライン（冷却部導入ライン）
Ｌ１５ ：第３蒸気ライン
Ｌ１６ ：第４蒸気ライン
Ｌ１７ ：酸素ライン
Ｌ１８ ：排水ライン
Ｌ２１ ：第４補給水ライン（循環系統導入ライン）
Ｌ２２ ：第５蒸気ライン
Ｌ２３ ：第６蒸気ライン
Ｌ２４ ：復水ライン
Ｌ２５ ：第２給水ライン
Ｌ２６ ：第３給水ライン
Ｌ２７ ：第４給水ライン
Ｌ２８ ：第５給水ライン

Claims (5)

1. バイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成するガス化炉と、
   前記ガス化炉から排出された前記バイオマスガスからチャーを分離する分離部と、
   前記分離部で分離された前記チャーと、前記ガス化炉へ供給する前記ガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、前記ガス化剤を加熱する熱交換部と、を備えるバイオマスガス化装置。
2. 前記バイオマス燃料を前記ガス化炉へ供給する供給部と、
   前記熱交換部で熱交換した前記ガス化剤を前記供給部へ導く供給部導入ラインと、を備え、
   前記供給部は、前記熱交換部から導かれた前記ガス化剤と熱交換を行い、
   前記供給部で熱交換を行った前記ガス化剤が前記ガス化炉へ導かれる請求項１に記載のバイオマスガス化装置。
3. 前記バイオマスガスを冷却するバイオマスガス冷却部と、
   前記熱交換部で加熱された前記ガス化剤を前記バイオマスガス冷却部へ導く冷却部導入ラインと、を備え、
   前記バイオマスガス冷却部は、前記バイオマスガスと前記ガス化剤とを熱交換することで、前記バイオマスガスを冷却する請求項１または請求項２に記載のバイオマスガス化装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のバイオマスガス化装置と、
   燃料を燃焼することで蒸気を生成するボイラと、
   前記ボイラで生成した前記蒸気によって回転駆動する蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンの回転力によって発電を行う発電機と、
   前記蒸気タービンから排出された前記蒸気を凝縮させた給水を前記ボイラへ導く循環系統と、
   前記熱交換部で加熱された前記ガス化剤を前記循環系統へ導く循環系統導入ラインと、を備え、
   前記ガス化剤は、水蒸気であるバイオマスガス化プラント。
5. ガス化炉でバイオマス燃料とガス化剤からバイオマスガスを生成する生成工程と、
   前記生成工程で生成され前記ガス化炉から排出された前記バイオマスガスからチャーを分離する分離工程と、
   前記分離工程で分離された前記チャーと、前記ガス化炉へ供給する前記ガス化剤の少なくとも一部とを熱交換し、前記ガス化剤を加熱する熱交換工程と、を備え、
   前記生成工程では、前記熱交換工程で加熱された前記ガス化剤を用いて前記バイオマスガスを生成するバイオマスガスの製造方法。
   

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