JP6886242B2 - 水素供給システム - Google Patents
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Description
C+H2O → CO+H2 (1)
CO+H2O → CO2+H2 (2)
1)乾燥機10にて水分を約55wt%を15wt%まで、乾燥し、炭化炉20に供給する。
2)炭化炉10にて、原料量に対し15wt%〜25wt%のクリーンな炭化物を回収する。なお、後述するように、炭化炉20内は上部より燃焼ゾーン1000℃〜1200℃、燃焼炭化ゾーン1000℃〜1100℃、精錬ゾーン1000℃〜1100℃、消化ゾーン300℃〜500℃に自動制御し、ターンテーブルにて常温の炭化物を回収する。上記の温度を自動制御により、木酢酸、タール等の発生を防止している。
3)炭化炉にて回収された炭化物を一定量、炭化部に含まれる空気を窒素ガスN2にて置換後、熱分解炉30へ供給する。
4)熱分解炉30にて、反応管32は熱輻射にて700℃〜800℃に加熱され、反応率は供給炭化物に対して80〜90wt%で、水性ガス組成は、水素H2:60〜65v%、一酸化炭素CO:10〜20v%、二酸化炭素CO2:20〜25v%を得ている。
5)CO改質塔55へ供給された水性ガスは、触媒にてCOシフト反応させることで、水性ガス組成は、水素H2:70〜75v%、一酸化炭素CO:2〜5v%、二酸化炭素CO2:23〜28v%を得ている。
6)水素精製装置71の入口スナッパー711にて、水性ガスを0.01〜0.06MpaGにて受入れ、水性ガス圧縮機712にて、0.8〜0.9MpaGまで、水性ガスを圧縮する。
7)加圧吸着塔716にて、一酸化炭素CO、二酸化炭素CO2等を吸着させ、99.999v%の純度の水素H2を回収した。
8)水素圧縮装置72にて、水素精製装置71から供給された、0.8〜0.9MpaGの水素H2を圧縮機721、723にて70MpaGまで圧縮した。
2次空気供給部26が2次燃焼領域R4へ供給する2次燃焼用空気の量は、2次燃焼領域R4に存在する燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを完金燃焼させる量よりも一定量だけ多い量とするのが好ましい。すなわち、2次燃焼領域R4における空気過剰率を1.0より大きい一定値とするのが好ましい。
発明者らが実施検証したところ、本発明の熱分解炉のリターンシステムを採用することにより、反応管内の滞留時間が数倍になることから、水性反応率が75%乃至80%から90%乃至95%に上昇改善される。これにより水性ガス量が1.19倍〜1.27倍に多くなることがわかった。
a)未反応分の50%〜200%をリターンできるリターンシステムを設置
b)熱分解炉の反応管内の滞留時間:1.5倍〜3倍
とすることで、水性反応率が75%〜80%から90%〜95%に上昇。
そこで、水素供給システムに適用した場合:
リターンシステムを採用しない場合を100Nm3/hとするとリターンシステムを設置した場合119〜127Nm3/hの水素を供給可能となる。
原料(木屑)が2To/h(含水率15wt%)の場合、
水素量が660Nm3/hから790〜838Nm3/h(99.999v%の水素)増大する。
10…乾燥機
13…排ガス冷却洗浄装置
20…炭化炉
20a…間隙
21…本体部
22…円筒部
23…有機廃棄物投入部
24…炭化物排出部
25…1次空気供給部
26…2次空気供給部
27…燃焼ガス排出部
28a、28b、28c…温度センサ(温度検出部)
28d…レベルセンサ(堆積量検出部)
29…炭化炉制御部(制御部)
30…熱分解炉
30d…搬送路
31…本体部
32…反応管
32f…第1傾斜板
32g…第2傾斜板
34…水性ガス出口ノズル
35…燃焼ガス供給部
36…燃焼ガス排出部
40…減温器
41…チャー回収装置
50…サイクロン
55…CO改質塔
60…水性ガス冷却装置
70…水性ガスホルダ
71…水素精製装置
711…入口スナッパー
712…水性ガス圧縮機
715…加圧吸着塔
716…出口スナッパー
717…水素ホルダ
72…水素圧縮装置
712…前段圧縮機
723…後段圧縮機
73…水素ステーション供給ホルダ
80…蒸気発生器
81…蒸気過熱器
82…水供給装置
90…制御装置
Claims (10)
- バイオマスを炭化する炭化炉と、前記炭化炉で得られた燃焼ガスを熱源とし、前記炭化炉で得られた炭化物および水蒸気により熱分解ガスを発生させる熱分解炉と、前記熱分解ガスを洗浄し得られた水性ガスを水素精製する水素精製装置と、水素圧縮装置を備え、
前記バイオマスから水素ガスを生成し供給し、
前記炭化炉に、空気の供給量により温度制御する手段を備え、温度制御された燃焼ガスを熱分解炉に供給し、
前記炭化炉は、
堆積する前記バイオマスに向けて前記バイオマスを部分燃焼させる1次燃焼用空気を供給する1次空気供給部と、
前記バイオマスを部分燃焼させる1次燃焼領域において生成される燃焼ガスに含まれる可燃性ガスを燃焼させる2次燃焼用空気を供給する2次空気供給部と、
を有することを特徴とする水素供給システム。 - 前記1次空気供給部は、外部から導入した空気を送風する第1送風部を有し、
前記2次空気供給部は、外部から導入した空気を送風する第2送風部を有し、
前記第1送風部が送風する空気の送風量を制御し、前記第2送風部が送風する空気の送風量を制御する炭化炉制御部を備えることを特徴とする請求項1記載の水素供給システム。 - 前記炭化炉制御部は、前記1次燃焼領域の温度が所定温度の範囲に収まるように前記第1送風部が送風する空気の送風量を制御することを特徴とする請求項2記載の水素供給システム。
- 前記炭化炉制御部は、
検出された前記燃焼ガスの温度が、所定の第1燃焼ガス温度より低いか否か判定し、前記第1燃焼ガス温度よりも低いと判定した場合は、前記第2送風部の送風量が減少するように前記第2送風部が送風する空気の送風量を制御することを特徴とする請求項2又は3記載の水素供給システム。 - 前記炭化炉制御部は、
検出された前記燃焼ガスの温度が、前記第1燃焼ガス温度より高く設定された所定の第2燃焼ガス温度より低いか否か判定し、前記第2燃焼ガス温度よりも高いと判定した場合は、前記第2送風部の送風量が増加するように前記第2送風部が送風する空気の送風量を制御することを特徴とする請求項4記載の水素供給システム。 - 前記熱分解炉は、
筒状の本体部と、
前記本体部の内部に前記本体部の上端よりも突出した反応管と、
を有し、
前記本体部の内壁と前記反応管の外周面間を加熱用流路とし、反応管内部を炭化物とガス化剤の反応部とし、得られた水性ガスを用いて前記水素精製装置に供給し、
前記熱分解炉は、前記本体部の上板の下面と接するように設けられるとともに前記反応管の外周面と接触する内周面を有する平面視円環状の部材であって、前記本体部の前記上板から前記加熱用流路内の前記燃焼ガスが外部へ流出することを遮断するグランドパッキンを備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1記載の水素供給システム。 - 前記水素精製装置に、水性ガス圧縮手段と、前記水性ガス圧縮手段により得られた水素ガスから不要物を吸着する加圧吸着手段を有することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1記載の水素供給システム。
- 前記炭化炉の前段に乾燥機を設け、前記炭化炉に投入するバイオマスを事前に乾燥させることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1記載の水素供給システム。
- 前記熱分解炉の反応管内部に複数の傾斜板を設け、上端側から下端側へ段階的に炭化物を滞留させることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1記載の水素供給システム。
- 前記熱分解炉に、前記熱分解炉にて炭化物とガス化剤との反応後の未反応物を回収する回収手段と、前記回収手段から未反応物を前記熱分解炉の反応管上部へ搬送する搬送手段を備え、
前記未反応物を前記熱分解炉へ再度投入可能とすることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1記載の水素供給システム。
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