JPWO2020166659A1 - Biomass gas production method, hydrogen production method, biomass gas production system and hydrogen production system - Google Patents
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Abstract
バイオマスを原料とし、金属成分を含む水蒸気によるガス化により、バイオマスガスを得る熱分解ガス化工程と水素製造工程とを有する、バイオマスガス製造方法及び水素製造方法。A biomass gas production method and a hydrogen production method, which comprises a pyrolysis gasification step and a hydrogen production step of obtaining biomass gas by gasification with steam containing a metal component using biomass as a raw material.
Description
本発明は、バイオマスガス製造方法、水素製造方法、バイオマスガス製造システム及び水素製造システムに関する。本願は、2019年2月15日に日本に出願された特願2019−26012号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。 The present invention relates to a biomass gas production method, a hydrogen production method, a biomass gas production system and a hydrogen production system. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-26012 filed in Japan on February 15, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
これまで、木質バイオマスは燃焼燃料として用いられるか、又は廃棄物として処理されてきた。一方、バイオマスを高温の水蒸気を用いて直接熱分解ガス化する一段式ガス化技術及びバイオマスの炭化処理で生成する炭化物を高温の水蒸気で熱分解ガス化する二段式ガス化技術等、様々な形態の熱分解ガス化炉がこれまでに開発されている。熱分解ガス化で生成するバイオマスガス(CO、水素、CO2及びメタン等を含む混合ガス)は、ガスエンジン発電で電力利用するほか、バイオマスガスの改質反応で高純度水素を製造して燃料電池用等に利用されている(非特許文献1〜4参照)。So far, woody biomass has been used as a combustion fuel or treated as waste. On the other hand, there are various technologies such as one-stage gasification technology that directly pyrolyzes and gasifies biomass using high-temperature steam, and two-stage gasification technology that pyrolyzes and gasifies the charcoal produced by the biomass carbonization process with high-temperature steam. A form of pyrolysis gasification furnace has been developed so far. Biomass gas (mixed gas containing CO, hydrogen, CO 2, methane, etc.) generated by thermal decomposition gasification is used for power generation in gas engine power generation, and high-purity hydrogen is produced by the reforming reaction of biomass gas as fuel. It is used for batteries and the like (see Non-Patent
バイオマスの熱分解ガス化は、バイオマスの供給方法、水蒸気等の酸化剤の圧力、温度、流量等の反応条件や含有量、加熱方式、ガス化炉構造等により様々な形式がある。
圧力としては、常圧(0.1〜0.12MPa)と加圧(0.2〜2MPa)で、バイオマスを熱分解ガス化する形式がある。
温度としては、低温(650℃未満)、高温(650〜1200℃)において、バイオマスを熱分解ガス化する形式がある。
ガス化剤としては、空気、酸素、水蒸気を用いて、バイオマスを熱分解ガス化する形式がある。
加熱方式としては、ガス化原料となるバイオマスの一部を酸素と反応させて内部燃焼する内燃式ガス化と、原料となるバイオマスと水蒸気とを外部より加熱する外燃式ガス化がある。
ガス化炉形式としては、固定床、流動床、移動床、攪拌床、ロータリーキルン式等が挙げられる。
バイオマスの熱分解ガス化は、これらの形式やその組み合わせによって、それぞれ分類される。There are various types of thermal decomposition gasification of biomass depending on the method of supplying biomass, reaction conditions and contents such as pressure, temperature and flow rate of oxidant such as steam, heating method, gasification furnace structure and the like.
As the pressure, there is a type in which biomass is pyrolyzed and gasified by normal pressure (0.1 to 0.12 MPa) and pressurization (0.2 to 2 MPa).
As the temperature, there is a form in which biomass is pyrolyzed and gasified at a low temperature (less than 650 ° C.) and a high temperature (650 to 1200 ° C.).
As a gasifying agent, there is a form in which biomass is pyrolyzed and gasified using air, oxygen, and steam.
As a heating method, there are an internal combustion type gasification in which a part of biomass as a gasification raw material is reacted with oxygen and internally combusted, and an external combustion type gasification in which the raw material biomass and steam are heated from the outside.
Examples of the gasification furnace type include a fixed bed, a fluidized bed, a moving bed, a stirring bed, and a rotary kiln type.
Pyrolysis gasification of biomass is classified according to these types and their combinations.
バイオマスの熱分解ガス化で生成するバイオマスガスの利用方法としては、ガスエンジン発電や、水蒸気改質反応を応用した水素製造がある。これまでの開発事例では、直接に高温の水蒸気を用いてバイオマスをガス化する一段式熱分解ガス化方法と、バイオマスを炭化炉で炭化して得た炭化物に高温の水蒸気を用いてガス化する二段式熱分解ガス化方法が知られている(特許文献1〜2、非特許文献1〜5参照)。
Biomass gas generated by pyrolysis gasification of biomass can be used for gas engine power generation and hydrogen production by applying a steam reforming reaction. In the development cases so far, a one-stage pyrolysis gasification method that directly gasifies biomass using high-temperature steam, and a carbonized product obtained by carbonizing biomass in a carbonization furnace are gasified using high-temperature steam. A two-stage pyrolysis gasification method is known (see
しかしながら、従来の技術では、バイオマスの熱分解ガス化におけるガス化効率(バイオマスガス熱量/(バイオマス熱量+外熱投入熱量)×100)は高々50〜65%であり、ガス化効率の改良と生成ガス量の増大が求められている。
加えて、従来の技術では、熱分解ガス化において、タール、木酢液やコーク等が副次的に生成される。副次的に生成される副生成物の処理コストや地域環境への負担低減が求められている。高温熱分解ガス化炉の排熱利用の向上が求められている。加えて、バイオマスガスを用いる水素製造方法においては、反応工程の低温化、低圧化及び触媒性能の改良による省エネルギー化並びに水素製造コストの低減が求められている。However, in the conventional technique, the gasification efficiency (biomass heat amount / (biomass heat amount + external heat input heat amount) × 100) in the thermal decomposition gasification of biomass is at most 50 to 65%, and the gasification efficiency is improved and generated. There is a need to increase the amount of gas.
In addition, in the conventional technique, tar, wood vinegar, cork and the like are secondarily produced in pyrolysis gasification. It is required to reduce the processing cost of by-products generated as a by-product and the burden on the local environment. There is a need to improve the use of waste heat from high-temperature thermal decomposition gasification furnaces. In addition, in the hydrogen production method using biomass gas, energy saving and reduction of hydrogen production cost by lowering the temperature of the reaction process, lowering the pressure, and improving the catalytic performance are required.
本発明は、バイオマスの熱分解ガス化におけるタール等の副生成物を低減し、バイオマスのガス化効率及びバイオマスガス生成量の向上を図れるバイオマスガス製造方法、水素製造方法、バイオマスガス製造システム及び水素製造システムを目的とする。 The present invention is a biomass gas production method, a hydrogen production method, a biomass gas production system, and hydrogen that can reduce by-products such as tar in the thermal decomposition gasification of biomass and improve the gasification efficiency of biomass and the amount of biomass gas produced. The purpose is a manufacturing system.
本発明は、以下の態様を有する。
[1]バイオマスを原料とし、金属成分を含む水蒸気によるガス化により、バイオマスガスを得る熱分解ガス化工程を有する、バイオマスガス製造方法。
[2]前記熱分解ガス化工程は、前記バイオマスの一部を燃焼する燃焼操作と、前記バイオマスの他の一部と前記水蒸気とから前記バイオマスガスを得るガス化操作とを有し、前記ガス化操作は、前記燃焼操作で発生した排熱を熱源として用いる、[1]に記載のバイオマスガス製造方法。
[3]前記熱分解ガス化工程は、前記バイオマスを炭化して炭化物を得る炭化操作と、前記炭化物と前記水蒸気とから前記バイオマスガスを得る炭化物ガス化操作とを有する、[1]に記載のバイオマスガス製造方法。
[4]前記熱分解ガス化工程で発生した排熱を熱源として用いて、前記水蒸気を加熱する水蒸気加熱工程を有する、[1]〜[3]のいずれか一項に記載のバイオマスガス製造方法。
[5]前記金属成分が、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素を含む、[1]〜[4]のいずれか一項に記載のバイオマスガス製造方法。
[6]前記金属成分が炭酸塩、硫酸塩、塩酸塩及びケイ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の塩を含み、前記塩の含有量が前記水蒸気1kgに対して、10〜10000mgである[1]〜[5]のいずれか一項に記載のバイオマスガス製造方法。The present invention has the following aspects.
[1] A biomass gas production method comprising a pyrolysis gasification step of obtaining biomass gas by using biomass as a raw material and gasifying with steam containing a metal component.
[2] The thermal decomposition gasification step includes a combustion operation for burning a part of the biomass and a gasification operation for obtaining the biomass gas from the other part of the biomass and the steam. The biomass gas production method according to [1], wherein the gasification operation uses the exhaust heat generated in the combustion operation as a heat source.
[3] The pyrolysis gasification step according to [1], which comprises a carbonization operation of carbonizing the biomass to obtain carbonized material and a carbonization gasification operation of obtaining the biomass gas from the carbonized material and the water vapor. Biomass gas production method.
[4] The biomass gas production method according to any one of [1] to [3], which comprises a steam heating step of heating the steam using the waste heat generated in the pyrolysis gasification step as a heat source. ..
[5] The metal components of [1] to [4], wherein the metal component contains at least one element selected from the group consisting of sodium, potassium, lithium, calcium, magnesium, strontium, barium, boron, aluminum and gallium. The biomass gas production method according to any one of the above.
[6] The metal component contains at least one salt selected from the group consisting of carbonates, sulfates, hydrochlorides and silicates, and the content of the salt is 10 to 10,000 mg with respect to 1 kg of the water vapor. The biomass gas production method according to any one of [1] to [5].
[7][1]〜[6]のいずれか一項に記載のバイオマスガス製造方法により前記バイオマスガスを得るバイオマスガス製造工程と、前記バイオマスガスを改質して水素を生成する水素製造工程と、を有する、水素製造方法。
[8]前記水素製造工程は、鉄、コバルト、白金、ロジウム、モリブデン、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも1種の金属元素を含む複合型改質触媒を用いる、[7]に記載の水素製造方法。[7] A biomass gas production step of obtaining the biomass gas by the biomass gas production method according to any one of [1] to [6], and a hydrogen production step of reforming the biomass gas to generate hydrogen. , A hydrogen production method.
[8] The hydrogen production step uses a composite reforming catalyst containing at least one metal element selected from iron, cobalt, platinum, rhodium, molybdenum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum and neodymium [7]. ] The hydrogen production method described in.
[9]バイオマスを原料とし、金属成分を含む水蒸気によるガス化により、バイオマスガスを得る熱分解ガス化装置を有する、バイオマスガス製造システム。
[10]前記熱分解ガス化装置は、前記バイオマスの一部を燃焼する燃焼炉と、前記バイオマスの他の一部と前記水蒸気とから前記バイオマスガスを得るガス化炉とを有し、前記熱分解ガス化装置は、前記燃焼炉で発生した排熱を前記ガス化炉へ供給する手段を有する、[9]に記載のバイオマスガス製造システム。
[11]前記熱分解ガス化装置は、前記バイオマスを炭化して炭化物を得る炭化炉と、前記炭化物と前記水蒸気とから前記バイオマスガスを得る炭化物ガス化炉とを有する、[9]に記載のバイオマスガス製造システム。
[12]前記熱分解ガス化装置で発生した排熱を熱源として用いて、前記水蒸気を加熱する水蒸気加熱手段を有する、[9]〜[11]のいずれか一項に記載のバイオマスガス製造システム。[9] A biomass gas production system having a pyrolysis gasification device that uses biomass as a raw material and gasifies it with steam containing a metal component to obtain biomass gas.
[10] The thermal decomposition gasification apparatus has a combustion furnace that burns a part of the biomass, and a gasification furnace that obtains the biomass gas from the other part of the biomass and the steam, and the heat. The biomass gas production system according to [9], wherein the decomposition gasification apparatus has means for supplying the exhaust heat generated in the combustion furnace to the gasification furnace.
[11] The pyrolysis gasification apparatus according to [9], wherein the pyrolysis gasification apparatus includes a carbonization furnace that carbonizes the biomass to obtain carbonized material, and a carbide gasification furnace that obtains the biomass gas from the carbonized material and the water vapor. Biomass gas production system.
[12] The biomass gas production system according to any one of [9] to [11], which has a steam heating means for heating the steam by using the waste heat generated by the pyrolysis gasification device as a heat source. ..
[13][9]〜[12]のいずれか一項に記載のバイオマスガス製造システムと、前記バイオマスガスを改質して水素を生成する水素製造装置と、を有する、水素製造システム。
[14]前記水素製造装置は、複合型改質触媒が充填された反応床を有し、前記複合型改質触媒は、鉄、コバルト、白金、ロジウム、モリブデン、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも1種の金属元素を含む、[13]に記載の水素の製造システム。[13] A hydrogen production system comprising the biomass gas production system according to any one of [9] to [12] and a hydrogen production apparatus for reforming the biomass gas to generate hydrogen.
[14] The hydrogen production apparatus has a reaction bed filled with a composite reforming catalyst, and the composite reforming catalyst includes iron, cobalt, platinum, rhodium, molybdenum, zirconium, titanium, cerium, lantern and the like. The hydrogen production system according to [13], which comprises at least one metallic element selected from neodymium.
本発明のバイオマスガス製造方法、水素製造方法、バイオマスガス製造システム及び水素製造システムによれば、バイオマスの熱分解ガス化におけるタール等の副生成物を低減し、バイオマスのガス化効率及びバイオマスガス生成量の向上を図れる。 According to the biomass gas production method, the hydrogen production method, the biomass gas production system and the hydrogen production system of the present invention, by-products such as tar in the pyrolysis gasification of biomass are reduced, and the efficiency of biomass gasification and the generation of biomass gas are achieved. The amount can be improved.
本発明は、地熱水蒸気等の金属成分を含む高熱量水蒸気を利用して、バイオマスを熱分解ガス化することを特徴とするバイオマスガス製造方法である。本実施形態に示す技術により、バイオマスのガス化効率とバイオマスガス生成量の向上を図り、加えて、タール等の副生成物を限りなく除去できる。熱分解ガス化装置の排熱及び燃焼炉の排熱を地熱発電(バイナリー発電を含む)用のスチームの熱交換手段を用いて排熱の利用を向上できる。これにより、環境面と経済性に優れたバイオマスガス製造方法と水素製造方法とを提供できる。 The present invention is a biomass gas production method characterized in that biomass is pyrolyzed and gasified by utilizing high calorific value steam containing a metal component such as geothermal steam. By the technique shown in this embodiment, it is possible to improve the gasification efficiency of biomass and the amount of biomass gas produced, and in addition, it is possible to remove by-products such as tar as much as possible. The exhaust heat of the pyrolysis gasifier and the exhaust heat of the combustion furnace can be improved by using the steam heat exchange means for geothermal power generation (including binary power generation). This makes it possible to provide a biomass gas production method and a hydrogen production method that are excellent in terms of environment and economy.
本発明において、原料として用いるバイオマスとしては、林業や農業における生産又は廃棄されたバイオマスを粉砕し、乾燥したものを用いることが好ましい。バイオマスとしては、例えば、杉、松、竹等の森林伐採材、稲わら、サトウキビ等の農業生産物や副産物、建築廃材、綿、繊維製品等の産業廃棄物等を例示できる。 In the present invention, as the biomass used as a raw material, it is preferable to use crushed and dried biomass produced or discarded in forestry or agriculture. Examples of biomass include deforested timber such as cedar, pine and bamboo, agricultural products and by-products such as rice straw and sugar cane, construction waste, and industrial waste such as cotton and textile products.
[第一実施形態]
本発明の第一実施形態について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る水素製造システムの概略図である。[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram of a hydrogen production system according to the present embodiment.
図1の水素製造システム100は、バイオマスガス製造システム60と、水素製造装置16とを有する。バイオマスガス製造システム60は、燃焼炉9と、熱分解ガス化装置50(「熱分解ガス化炉」ともいう。)と、気水分離器32とを有する。
燃焼炉9は、空気ブロアー30と、熱分解ガス化装置50とに接続されている。気水分離器32は、地熱水貯留層31と、熱分解ガス化装置50とに接続されている。熱分解ガス化装置50は、ガス分離精製処理部13を介して、熱交換器18と接続されている。熱交換器18は、タービン発電機19と、ガスホールダー14と、熱交換器17とに接続されている。ガスホールダー14は、ガスエンジン発電装置15と接続されている。熱交換器17は、気水分離器32と接続されている。
本実施形態において、熱分解ガス化装置50は、ガス化炉本体1と、ガス化炉加熱部8と、ガス化反応塔10と、水蒸気熱交換器34とで構成されている。ガス化炉本体1は、ガス化炉加熱部8と、ガス化反応塔10と、水蒸気熱交換器34とに接続されている。
水蒸気熱交換器34は、水蒸気加熱手段として機能する。The
The
In the present embodiment, the
The
ガス化炉本体1は、地熱水蒸気等の金属成分を含む水蒸気33を炉内部に供給する水蒸気投入部5を有する。
ガス化炉加熱部8は、炉頂部から熱分解ガス化用のバイオマス3を炉内部に供給するバイオマス投入部4と接続されている。
ガス化反応塔10の下部には、熱分解ガス化で生成する固形灰やコークを取り出す排出部11が設けられている。ガス化反応塔10の上部には、生成するバイオマスガス2の排出部12が設けられている。The gasification furnace
The gasification
At the lower part of the
次に、水素製造システム100を用いた水素製造方法の一例について、図1及び図2を用いて説明する。
図2に示すように、本実施形態に係る水素製造方法は、バイオマスを原料とし、金属成分を含む水蒸気によるガス化により、バイオマスガスを得るバイオマスガス製造工程P3と、バイオマスガスを改質して水素を生成する水素製造工程P4とを有する。Next, an example of a hydrogen production method using the
As shown in FIG. 2, in the hydrogen production method according to the present embodiment, a biomass gas production step P3 for obtaining biomass gas by gasification with steam containing a metal component using biomass as a raw material and reforming the biomass gas are performed. It has a hydrogen production step P4 for producing hydrogen.
まず、燃料用のバイオマス6を燃焼炉9の上部開口部より燃焼炉9内に投入し、空気ブロアー30で燃焼炉9内に空気を供給しながら、バイオマス6の一部を燃焼して燃焼ガス7を生成する(燃焼操作S1)。
燃焼炉9で生成した燃焼ガス7は、熱分解ガス化装置50のガス化炉加熱部8に供給される。First, the
The combustion gas 7 generated in the
次に、熱分解ガス化装置50のバイオマス投入部4から熱分解ガス化用のバイオマス3をガス化炉本体1に投入する。
Next, the
本実施形態において、金属成分を含む水蒸気33として、地熱水貯留層31より汲み上げた地熱水を気水分離器32で気体を分離して得られる地熱水蒸気を使用する。
水蒸気33に含まれる金属成分としては、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素が挙げられる。
水蒸気33に含まれる金属成分は、炭酸塩、硫酸塩、塩酸塩及びケイ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の塩を含んでもよい。
塩の含有量は、水蒸気1kgに対して、10〜10000mgが好ましく、20〜1000mgがより好ましい。In the present embodiment, as the
Examples of the metal component contained in the
The metal component contained in the
The salt content is preferably 10 to 10000 mg, more preferably 20 to 1000 mg with respect to 1 kg of water vapor.
水蒸気33は、水蒸気熱交換器34において燃焼操作S1で発生した排熱WHを熱源として加熱される(水蒸気加熱工程P2)。水蒸気33は、ガス化炉本体1の下部の水蒸気投入部5よりガス化炉本体1内に投入される。水蒸気33としては、水道水や工業用水を軟水処理後に直接、あるいは重油燃焼ボイラー処理で得られる水蒸気を、同様に用いることができる。
ガス化炉本体1内においては、投入されたバイオマス3と高温の水蒸気33とが混合対流しつつ均一に加熱されて、バイオマスガス2が得られる(ガス化操作S2)。
水蒸気33は、金属成分を含むので、タール等の副生成物を低減したバイオマスガス2が得られる。The
In the gasification furnace
Since the
ガス化炉本体1内に供給する水蒸気33は、650〜1200℃の高温度域において、好ましくは800〜1000℃に加熱されて、ガス化操作S2に供せられる。ガス化操作S2で得られたバイオマスガスは、ガス化炉反応塔10に供給される。ガス化炉反応塔10の内部で、高温度域での水蒸気33による熱分解ガス化が促進され、CH4、C2H4等の炭化水素及びH2、CO、CO2を含むバイオマスガス2が生成する(熱分解ガス化工程P1)。The
熱分解ガス化工程P1では、一般に、バイオマス(CnH2Om:杉、竹、草木材の場合C1.42H2O0.91、n、mは正の数。)を原料に、水蒸気(H2O)をガス化剤として、ガス化炉反応塔10の内部の温度に応じて下記式(1)、(2)、(3)の熱分解ガス化反応が主体となる。
ガス化炉反応塔10の内部の温度800℃:
C1.42H2O0.91+0.38H2O=0.74H2+0.75CO+0.24CH4+0.24C2H4+0.28CO2 ・・・式(1)
ガス化炉反応塔10の内部の温度900℃:
C1.42H2O0.91+0.71H2O=1.27H2+0.76CO+0.21CH4+0.02C2H4+0.41CO2 ・・・式(2)
ガス化炉反応塔10の内部の温度1000℃:
C1.42H2O0.91+0.89H2O=1.59H2+0.76CO+0.15CH4+0.51CO2 ・・・式(3)In the pyrolysis gasification step P1, in general, biomass (C n H 2 O m : C 1.42 H 2 O 0.91 for cedar, bamboo and grass wood, n and m are positive numbers) is used as a raw material. , Steam (H 2 O) is used as a gasifying agent, and the pyrolysis gasification reactions of the following formulas (1), (2) and (3) are mainly carried out according to the temperature inside the gasification
The temperature inside the
C 1.42 H 2 O 0.91 + 0.38H 2 O = 0.74H 2 + 0.75CO + 0.24CH 4 + 0.24C 2 H 4 + 0.28CO 2 ... Equation (1)
Temperature inside the
C 1.42 H 2 O 0.91 + 0.71H 2 O = 1.27H 2 + 0.76CO + 0.21CH 4 + 0.02C 2 H 4 + 0.41CO 2 ... Equation (2)
The temperature inside the
C 1.42 H 2 O 0.91 +0.89H 2 O = 1.59H 2 +0.76CO +0.15CH 4 +0.51CO 2 ... Equation (3)
生成したバイオマスガスを用いて、水素を製造するためには、上記式(1)、(2)、(3)の反応がスムーズに行われるように熱分解ガス化工程P1を調整する必要がある。水蒸気に酸素や空気が混有する場合は、バイオマスの完全燃焼によりバイオマスガスのガス熱量が低下するので水蒸気の脱酸素化を行ってもよい。 In order to produce hydrogen using the generated biomass gas, it is necessary to adjust the pyrolysis gasification step P1 so that the reactions of the above formulas (1), (2) and (3) can be smoothly carried out. .. When oxygen or air is mixed with water vapor, the gas calorific value of the biomass gas decreases due to the complete combustion of the biomass, so that the water vapor may be deoxidized.
熱分解ガス化工程P1を調整する手段の1つとしては、ガス化炉反応塔10の内部の温度を、800〜1000℃に制御することにある。ガス化炉反応塔10の内部の温度の制御は、燃焼ガス7の温度及び流量制御に加えて、ガス化炉本体1に供給するバイオマス3及び水蒸気33の供給流量の調整により行われる。ガス化炉反応塔10の内部の温度を、800〜1000℃に制御することにより、バイオマス3の熱分解ガス化反応(1)〜(3)が好ましいガス化変換率で進行してバイオマスガス2が得られる(以上、バイオマスガス製造工程P3)。
One of the means for adjusting the pyrolysis gasification step P1 is to control the temperature inside the gasification
バイオマスガス2に含まれる固形灰やコーク等の煤塵は、サイクロンと、副次的に生成されるタールを物理的に除去するバグフィルターとを備えるガス分離精製処理部13で除去される。バイオマスガス2は、ガス分離精製処理部13を経由してガスホールダー14に貯蔵される。バイオマスガス2は、ガスエンジン発電装置15及び水素製造装置16の双方又はいずれか一方に供給される。
Soot dust such as solid ash and cork contained in the
本実施形態において、バイオマス投入部4は炉頂部に設けられており、水蒸気投入部5はガス化炉本体1の下部に設けられている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、バイオマス3をガス化炉本体1の下方又は側方から供給してもよい。水蒸気33をガス化炉本体1の炉頂部又は側方から供給してもよい。バイオマスや水蒸気の供給箇所は1箇所のみならずに複数箇所としてもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態において、燃焼操作S1で発生した燃焼ガス7の排熱WHは、熱交換機17に供給される。熱分解ガス化工程P1で発生したバイオマスガス2の排熱WHは、熱交換機18に供給される。熱交換機17又は熱交換機18に供給された排熱WHは、地熱水蒸気の追加の熱源として利用される(水蒸気加熱工程P2)。熱交換処理後の水蒸気は、タービン発電機19に投入して排熱を利用したスチーム発電に供される。
In the present embodiment, the waste heat WH of the combustion gas 7 generated in the combustion operation S1 is supplied to the
バイオマスガス2を用いて水素Hを製造する場合は、複合型改質触媒が充填された反応床を有する水素製造装置16において、バイオマスガス2を改質して水素Hを生成する(水素製造工程P4)。水素製造装置16は、ガス圧力を所定圧に加圧するブースターと、生成した水素Hを分離する気液分離装置とを備えていてもよい。所定圧としては、例えば、1〜20気圧(0.1〜2MPa)が挙げられる。水素製造装置16の熱源として、熱交換器17より排出する燃焼ガス7の排熱を用いて所定温度域で水素を製造することもできる。所定温度域としては、例えば、250℃〜600℃が挙げられる。
When hydrogen H is produced using the
本実施形態の水素製造工程P4においては、鉄、コバルト、白金、ロジウム、モリブデン、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも1種の金属元素を含む複合型改質触媒を用いてもよい。本明細書において、「複合型改質触媒」とは、ニッケルやルテニウム等を主成分とする従来の触媒に、鉄、コバルト、白金、ロジウム、モリブデン、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも1種の金属元素を混合した触媒をいう。これらの触媒は、上記金属元素を含む多孔質酸化物であってもよい。多孔質酸化物とは、細かい孔が非常に多く空いている金属酸化物のことをいう。多孔質酸化物としては、例えば、ジルコニア等が挙げられる。複合型改質触媒は、従来の含浸法に従って、上記金属元素を含む物質のアセチルアセトナト錯体のアセトン溶液や様々な塩(硝酸塩や塩酸塩等)の水溶液を用いて調製できる。通常、調製された触媒に水素ガスあるいは還元試薬を用いて還元処理後にバイオマスガスの改質反応に供する。しかし、本発明において、複合型改質触媒は、水素ガスあるいは還元試薬を用いて還元処理を行わずにバイオマスガスの改質反応に供されてもよい。 In the hydrogen production step P4 of the present embodiment, a composite reforming catalyst containing at least one metal element selected from iron, cobalt, platinum, rhodium, molybdenum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum and neodymium is used. May be good. In the present specification, the "composite type reforming catalyst" is selected from iron, cobalt, platinum, rhodium, molybdenum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum and neodymium as a conventional catalyst containing nickel, ruthenium and the like as main components. A catalyst in which at least one kind of metal element is mixed. These catalysts may be porous oxides containing the above metal elements. Porous oxides are metal oxides with a large number of fine pores. Examples of the porous oxide include zirconia and the like. The composite reforming catalyst can be prepared by using an acetone solution of the acetylacetonato complex of the above-mentioned metal-containing substance or an aqueous solution of various salts (nitrate, hydrochloride, etc.) according to the conventional impregnation method. Usually, the prepared catalyst is subjected to a reforming reaction of biomass gas after a reduction treatment using hydrogen gas or a reducing reagent. However, in the present invention, the complex reforming catalyst may be subjected to a reforming reaction of biomass gas without performing a reduction treatment using hydrogen gas or a reducing reagent.
本実施形態の水素製造工程P4においては、バイオマスガス2の改質反応で水素製造を行う。バイオマスガス2の改質反応において、反応温度は、反応性及び熱効率という観点から250℃〜600℃が好ましく、350℃〜450℃がより好ましい。反応圧力は、1〜20気圧(0.1〜2MPa)が好ましく、5〜10気圧(0.5〜1MPa)がより好ましい。
In the hydrogen production step P4 of the present embodiment, hydrogen production is performed by the reforming reaction of the
本実施形態においては、生成した水素Hは、PSA(圧力変動吸着:Pressure Swing Adsorption)ガス分離装置によりガス精製されて高純度水素(純度99.999%以上の水素)として得られる。高純度水素は、燃料電池自動車、家庭発電及び緊急電源設備(UPS:Uninterruptible Power Supply)の燃料電池用に利用される。 In the present embodiment, the generated hydrogen H is gas-purified by a PSA (Pressure Swing Adsorption) gas separator to obtain high-purity hydrogen (hydrogen having a purity of 99.999% or more). High-purity hydrogen is used for fuel cells in fuel cell vehicles, household power generation and uninterruptible power supply (UPS).
[第二実施形態]
本発明の第二実施形態について、図3を用いて説明する。
図3に、本発明の第二実施形態に係る水素製造システムの概略図を示す。第一実施形態と同じ構成には、同じ符号を付して、その説明を省略する。[Second Embodiment]
The second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows a schematic view of the hydrogen production system according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図3の水素製造システム200は、バイオマスガス製造システム62と、水素製造装置16とを有する。バイオマスガス製造システム62は、炭化炉21と、炭化物ガス化炉24と、水蒸気熱交換器27とを有する。
炭化炉21は、空気ブロアー30と、炭化物ガス化炉24に設けられたガス化炉加熱部25とに接続されている。水蒸気熱交換器27は、ガス化炉加熱部25と、炭化物ガス化炉24の水蒸気投入部26と、水蒸気29の供給源とに接続されている。炭化物ガス化炉24は、ガス分離精製処理部13を介して、熱交換器18と接続されている。熱交換器18は、タービン発電機19と、ガスホールダー14と、熱交換器17とに接続されている。ガスホールダー14は、ガスエンジン発電装置15と接続されている。熱交換器17は、水蒸気熱交換器27と接続されている。
本実施形態において、熱分解ガス化装置52は、炭化炉21と、炭化物ガス化炉24とで構成されている。
水蒸気熱交換器27は、水蒸気加熱手段として機能する。The
The
In the present embodiment, the
The
次に、水素製造システム200を用いた水素製造方法の一例について、図3及び図4を用いて説明する。
図4に示すように、本実施形態の水素製造方法は、バイオマスを炭化して炭化物を得る炭化操作S3と、炭化物と水蒸気とからバイオマスガスを得る炭化物ガス化操作S4とを有するバイオマスガス製造工程P3と、バイオマスガスを改質して水素を生成する水素製造工程P4とを有する。Next, an example of a hydrogen production method using the
As shown in FIG. 4, the hydrogen production method of the present embodiment has a biomass gas production step including a carbonization operation S3 for carbonizing biomass to obtain carbon dioxide and a carbonization gasification operation S4 for obtaining biomass gas from carbon dioxide and water vapor. It has P3 and a hydrogen production step P4 that reforms biomass gas to generate hydrogen.
まず、杉、松、竹等の木質バイオマス20を炭化炉21の上部開口部より炭化炉21内に投入し、空気ブロアー30で炭化炉21内に空気を供給しながら、木質バイオマス20の部分燃焼で炭化物22を生成する(炭化操作S3)。
炭化炉21で生成した炭化物22は、炭化炉21の下端部より取り出され、破砕処理を施された後に、上部開口部又は中部開口部より、炭化物ガス化炉24に投入される。
炭化炉21で発生する燃焼ガス23は、上部開口部を経てガス化炉加熱部25に供給され、炭化物ガス化炉24の内壁を所定温度に加熱する。燃焼ガス23は、ガス化炉加熱部25を経て、水蒸気熱交換器27に供給される。First,
The
The
水蒸気29は、金属成分を含む。
水蒸気29に含まれる金属成分としては、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、アルミニウム及びガリウムからなる群から選択される少なくとも1種の元素が挙げられる。
水蒸気29に含まれる金属成分は、炭酸塩、硫酸塩、塩酸塩及びケイ酸塩からなる群から選択される少なくとも1種の塩を含んでもよい。
塩の含有量は、水蒸気1kgに対して、10〜10000mgが好ましく、20〜1000mgがより好ましい。The
Examples of the metal component contained in the
The metal component contained in the
The salt content is preferably 10 to 10000 mg, more preferably 20 to 1000 mg with respect to 1 kg of water vapor.
水蒸気29は、水蒸気熱交換器27で、所定の温度に加熱された後、その一部が水蒸気投入部26から炭化物ガス化炉24内に供給される。所定の温度としては、例えば、650〜1200℃が挙げられる。
炭化物ガス化炉24の内部では、水蒸気29と炭化物22との熱分解ガス化反応(C+H2O=CO+H2)及びCOシフト反応(CO+H2O=CO2+H2)等が連続して進行する(熱分解ガス化工程P1)。その結果、水素(H2)、一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)及び二酸化炭素(CO2)の混合ガスであるバイオマスガス28が生成する(炭化物ガス化操作S4)。生成したバイオマスガス28は、ガス分離精製処理部13に供給される(以上、バイオマスガス製造工程P3)。
水蒸気29は、金属成分を含むので、タール等の副生成物を低減したバイオマスガス28が得られる。
ガス分離精製処理部13を経由したバイオマスガス28は、熱交換器18に供給される。The
Inside the carbide gasification furnace 24, a pyrolysis gasification reaction (C + H 2 O = CO + H 2 ) and a CO shift reaction (CO + H 2 O = CO 2 + H 2 ) between the
Since the
The
水蒸気熱交換器27で加熱された水蒸気29の一部は、熱交換器17、18を経由し、タービン発電機19に供給される。
A part of the
水蒸気熱交換器27より排出される燃焼ガス23の排熱WHは、熱交換機17に供給される。炭化物ガス化炉24で生成するバイオマスガス28の排熱WHは、熱交換機18に供給される。熱交換機17又は熱交換機18に供給された排熱WHは、第一実施形態と同様に、熱交換器17、18において、地熱水蒸気等の水蒸気の追加の熱源として利用される(水蒸気加熱工程P2)。熱交換処理後の水蒸気は、タービン発電機19に投入して排熱を利用したスチーム発電に供される。
The waste heat WH of the
本実施形態の炭化物ガス化炉24で生成するバイオマスガス28は、第一実施形態と同様に、ガス分離精製処理部13で、タールやコークが分離され、精製処理後に、熱交換器18、17を順に経由して、ガスホールダー14に貯蔵される。
ガスホールダー14内のバイオマスガス28は、ガスエンジン発電装置15あるいは水素製造装置16に供給されて、ガス発電及び水素製造に利用される。As in the first embodiment, the
The
本実施形態では、第一実施形態と同様に、生成するバイオマスガス28を複合型改質触媒に接触させることにより、低圧(例えば、1MPa以下)で、かつ、低温度域(例えば、650℃未満)において水素製造を行うことが可能である(水素製造工程P4)。水素製造装置16の加熱熱源として、炭化炉21及び炭化物ガス化炉24より排出する燃焼ガス23及びバイオマスガス28の排熱を用いて所定温度域で水素製造を行うこともできる。
In the present embodiment, as in the first embodiment, by contacting the generated
本発明の実施例を以下に示すが、下記の実施例は、発明を例示するだけのものあって、本発明の内容が下記の実施例によって制限されるものではない。 Examples of the present invention are shown below, but the following examples are merely examples of the invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
[実施例1、比較例1]
金属成分を含む水蒸気として、地熱水貯蔵層より汲み上げた地熱水の気水分離器で得られる地熱水蒸気をバイオマスの熱分解ガス化用の水蒸気として使用した。バイオマスとして杉材ペレット(15%含水率)をガス化用100kg/h及び燃焼用50kg/hの供給速度で、それぞれ熱分解ガス化炉及び燃焼ガス炉に投入してバイオマスの熱分解ガス化実験を行った。熱分解ガス化炉の温度は900℃、圧力は1.2気圧(0.12MPa)とした。熱分解ガス化炉におけるスチーム(水蒸気)とバイオマスとの重量比(S/C[kg]/[kg])は、1.9とした。金属成分を含む水蒸気として地熱水蒸気A(150℃、0.3MPa、流量200kg/h、熱量650kcal/kg)を用いた場合(実施例1)と、軟水処理の水道水を用いた場合(比較例1)での熱分解ガス炉のバイオマスのガス化変換効率及びバイオマスガスの生成量等について熱分解ガス化反応の試験結果を表1に比較して示した。表中、「燃料ガス収率(m3/kg)」は、バイオマス1kg当たりの燃料ガス(H2+CO+CH4+C2H6+CO2)の生成量(Nm3)を意味する。表中、「CnHm(vol%)」は、n(n、mは自然数)が2以上の揮発性長鎖炭化水素成分の体積%を意味する。出口ガス中のCO、水素、CO2、CH4及びその他の炭化水素濃度は、ガスクロパック(Gaskuropack)及びモレキュラシーブ13Xを充填するマイクロガスクロ分析器(ジーエルサイエンス株式会社製)とFID(水素炎イオン化検出器)ガスクロ分析器(株式会社島津製作所製)を用いて測定した。排出ガスの流量は、湿式ガス流量計により測定した。生成ガスの生成速度は、流出ガスのGC(ガスクロマトグラフィー)分析から算出した。ガス化変換率は、式「(バイオマスガスの総低位発熱量)/(投入バイオマスの低位発熱量)×100」から算出した。バイオマスガスの生成速度は、2〜10時間の平均値とした。タール及びチャーの生成量は、バイオマス供給を停止した後、フィルター採取重量測定により決定した。地熱水蒸気Aの含有金属成分は、Na:600mg/kg、K:95mg/kg、Mg:35mg/kg、Ca:65mg/kg、Sr:15mg/kgであった。地熱水蒸気Aの含有金属成分は、イオンクロマトグラフ法により測定した。軟水処理後の水道水を用いた水蒸気中の金属成分及び塩成分は水蒸気1kg当たりの濃度で、Na:8mg/kg、K:3mg/kg、Ca:6mg/kg、Mg:3mg/kg、Al:0.2mg/kg、B:0.5mg/kgであった。軟水処理後の水道水を用いた水蒸気中の金属成分及び塩成分は、イオンクロマトグラフ法及びICP(誘導結合プラズマ)発光分光分析法により測定した。この結果から、金属成分を含む地熱水蒸気を用いるバイオマスのガス化炉において水道水を用いた場合に比べて、ガス化変換率と燃料ガス(バイオマスガス)の生成量及びガス発熱量(低位ガス熱量)が顕著に向上して、かつ副次的に生成されるタールが低減した。[Example 1, Comparative Example 1]
As the steam containing a metal component, the geothermal steam obtained by the hydrothermal separator pumped from the geothermal water storage layer was used as the steam for pyrolysis gasification of biomass. Pyrolysis gasification experiment of biomass by putting cedar pellets (15% water content) as biomass into pyrolysis gasification furnace and combustion gas furnace at supply speeds of 100 kg / h for gasification and 50 kg / h for combustion, respectively. Was done. The temperature of the pyrolysis gasification furnace was 900 ° C. and the pressure was 1.2 atm (0.12 MPa). The weight ratio (S / C [kg] / [kg]) of steam (steam) to biomass in the pyrolysis gasification furnace was set to 1.9. When geothermal steam A (150 ° C., 0.3 MPa,
[実施例2〜3]
実施例1と同様に、金属成分を含む高温水蒸気B及びCを用いてバイオマスの熱分解ガス化反応を行った。熱分解ガス化炉の温度は1000℃、圧力は1気圧(0.1MPa)とした。熱分解ガス化炉におけるスチーム(水蒸気)とカーボンとのモル比(S/C)は、1.5とした。水蒸気B(実施例2:165℃、0.35MPa、流量210kg/h、熱量650kcal/kg)及び水蒸気C(実施例3:180℃、0.5MPa、流量200kg/h、熱量670kcal/kg)を用いて行った場合の燃料ガスのガス成分組成、ガス化変換率、燃料ガス収量等を表2に示した。この結果から、熱分解ガス化において金属成分を含む水蒸気B及びCを用いた場合、ガス化変換率、燃料ガスの収量及びガス発熱量(低位ガス熱量)は通常水を用いた比較例1に比べて増加することが実証された。タールの生成量は顕著に低下した。水蒸気Bの含有金属成分は水蒸気1kg当たりの濃度で、Na:650mg/kg、Li:150mg/kg、Ca:20mg/kg、B:120mg/kg、Mg:230mg/kgであった。一方、水蒸気Cの含有金属成分の濃度は、水蒸気1kg当たり、Na:380mg/kg、K:120mg/kg、Mg:85mg/kg、Al:130mg/kg、Ba:78mg/kgであった。水蒸気Bの含有金属成分は、軟水処理後の水道水を用いた水蒸気中の金属成分及び塩成分と同様の方法により測定した。水蒸気Cの含有金属成分は、地熱水蒸気Aの含有金属成分と同様の方法により測定した。[Examples 2 to 3]
Similar to Example 1, the thermal decomposition gasification reaction of biomass was carried out using high temperature steam B and C containing a metal component. The temperature of the pyrolysis gasification furnace was 1000 ° C. and the pressure was 1 atm (0.1 MPa). The molar ratio (S / C) of steam (steam) to carbon in the pyrolysis gasification furnace was 1.5. Steam B (Example 2: 165 ° C., 0.35 MPa, flow rate 210 kg / h, calorific value 650 kcal / kg) and steam C (Example 3: 180 ° C., 0.5 MPa,
[実施例4〜5、比較例2]
複合型改質触媒A(8%Ni、10%Ru、1%Pt、5%Ce、1%Ti、2%Co/Al2O3)又は複合型改質触媒B(2%Fe、10%Ru、1%Rh、5%Zr、2%Mo、2%La/Al2O3)(重量%)を充填した水蒸気改質反応器に実施例1の熱分解ガス化で得られたバイオマスガス(45%H2、8%CH4、25%CO、21%CO2、1%C2H6)を用いて改質反応を行った(実施例4、5)。熱分解ガス化炉の出口バイオマスガスを水洗浄処理及びガス精製後に水蒸気改質反応器に投入した。反応条件は、反応温度:250℃、圧力:0.5MPaとした。バイオマス熱分解ガス化で得られるバイオマスガスの水蒸気改質反応器を具備した場合の水素製造試験結果を表3に示す。表中、「水素収量(Nm3/h)」は、純度99.999%以上の水素の量を表す。表3に示すように、生成水素ガスを気液分離後、PSAガス精製処理を行った水素収量は690Nm3/h(実施例4)、645Nm3/h(実施例5)であった。比較例2に示した市販触媒(25%Ni、5%Ru/Al2O3)を用いて行った場合(540Nm3/h)に比べて、実施例4の触媒A及び実施例5の触媒Bを用いた場合の水素収量及び水素変換率が増大することが実証された。[Examples 4 to 5, Comparative Example 2]
Composite reforming catalyst A (8% Ni, 10% Ru, 1% Pt, 5% Ce, 1% Ti, 2% Co / Al 2 O 3) or a composite type reforming catalyst B (2% Fe, 10% ru, 1% Rh, 5% Zr, 2% Mo, 2% La / Al 2 O 3) ( wt%) biomass gas obtained by thermal decomposition gasification of example 1 filled steam reforming reactor The reforming reaction was carried out using (45% H 2 , 8% CH 4 , 25% CO, 21% CO 2 , 1% C 2 H 6 ) (Examples 4 and 5). The biomass gas at the outlet of the pyrolysis gasification furnace was charged into the steam reforming reactor after water cleaning treatment and gas purification. The reaction conditions were reaction temperature: 250 ° C. and pressure: 0.5 MPa. Table 3 shows the results of the hydrogen production test when equipped with a steam reforming reactor for biomass gas obtained by biomass pyrolysis gasification. In the table, "hydrogen yield (Nm 3 / h)" represents the amount of hydrogen having a purity of 99.999% or more. As shown in Table 3, the hydrogen yields obtained by performing the PSA gas purification treatment after gas-liquid separation of the produced hydrogen gas were 690 Nm 3 / h (Example 4) and 645 Nm 3 / h (Example 5). Compared with the case of using the commercially available catalyst (25% Ni, 5% Ru / Al 2 O 3 ) shown in Comparative Example 2 (540 Nm 3 / h), the catalyst A of Example 4 and the catalyst of Example 5 are used. It was demonstrated that the hydrogen yield and hydrogen conversion rate were increased when B was used.
[実験例1]
実施例1において、杉ペレットを用いた熱分解ガス化炉で排出される燃焼ガス(1000〜1200℃)とバイオマスガス(650〜800℃)とをガス化炉出口及び炉加熱部にそれぞれ接続する熱交換器において、スチーム発電用の地熱水蒸気(流量2t/h)の追い炊き加熱を実施した。実施例1と同様の稼動条件において、熱分解ガス化炉の燃焼ガス及びバイオマスガスの排熱利用で得られる高熱量水蒸気を用いてスチームターボ発電を行った(実験例1)。その結果、熱分解ガス化炉の排熱を利用する場合と排熱を利用しない場合の発電効率は16%及び15%であり、送電端出力は273kWe及び213kWeであった。バイオマスガス化炉の排熱利用により地熱発電出力は30%増加することが分かった。[Experimental Example 1]
In Example 1, the combustion gas (1000 to 1200 ° C.) and the biomass gas (650 to 800 ° C.) discharged in the thermal decomposition gasification furnace using cedar pellets are connected to the gasification furnace outlet and the furnace heating unit, respectively. In the heat exchanger, additional heating of geothermal steam (flow rate 2 t / h) for steam power generation was carried out. Under the same operating conditions as in Example 1, steam turbo power generation was performed using high calorific value steam obtained by utilizing the exhaust heat of the combustion gas and biomass gas of the pyrolysis gasification furnace (Experimental Example 1). As a result, the power generation efficiencies when the waste heat of the pyrolysis gasification furnace was used and when the waste heat was not used were 16% and 15%, and the power transmission end outputs were 273kWe and 213kWe. It was found that the use of waste heat from the biomass gasification furnace increased the geothermal power generation output by 30%.
[実施例6、比較例3]
バイオマスとして建築廃材ペレット(15%含水率)を用いて150kg/hの供給速度で図3に示す高温炭化炉に投入して炭化物回収率35%で炭化物45kg/hを生成した。回収炭化物を機械的に破砕して得られた炭化物を熱分解ガス化炉の上部より投入した。金属成分を含む水蒸気D(実施例6:150℃、0.35MPa、流量200kg/h、熱量658kcal/kg)を熱分解ガス化炉に投入した場合と水道水を用いた場合(比較例3)の炭化物のガス化変換率及び生成ガス量、ガス組成について熱分解ガス化反応の試験結果を表4に比較して示した。熱分解ガス化炉の温度は950℃、圧力は1.2気圧(0.12MPa)とした。熱分解ガス化炉におけるスチーム(水蒸気)と炭化物とのモル比(S/C)は、1.2とした。この結果から、バイオマスの2段式熱分解ガス化炉において金属成分を含む水蒸気を用いた場合、ガス化変換率、燃料ガス収率及び低位ガス熱量は、水道水を用いた比較例3に比べて増加することが実証された。生成ガスのH2/COモル比は、水蒸気Dを用いた場合4.3であり、水道水を用いた場合の2.5に比べて水素生成モル比が増大した。加えて、バイオマスのガス化変換効率は68%に改善した。水蒸気Dの含有金属成分の濃度は、水蒸気1kg当たり、Na:600mg/kg、Li:80mg/kg、Sr:15mg/kg、Ga:20mg/kg、B:12mg/kgであった。水蒸気Dの含有金属成分の濃度は、軟水処理後の水道水を用いた水蒸気中の金属成分及び塩成分と同様の方法により測定した。使用した水道水の金属成分の濃度は、水蒸気1kg当たり、Na:6mg/kg、K:2mg/kg、Ca:5mg/kg、Mg:2mg/kg、Al:0.1mg/kgであった。水道水の金属成分の濃度は、地熱水蒸気Aの含有金属成分と同様の方法により測定した。[Example 6, Comparative Example 3]
Building waste pellets (15% water content) were used as biomass and charged into a high-temperature carbonization furnace shown in FIG. 3 at a supply rate of 150 kg / h to generate 45 kg / h of carbide with a carbonization recovery rate of 35%. The carbide obtained by mechanically crushing the recovered carbide was charged from the upper part of the pyrolysis gasification furnace. When steam D containing a metal component (Example 6: 150 ° C., 0.35 MPa,
本発明によれば、木材や農業廃棄物等のバイオマスの熱分解ガス化において地熱水蒸気等金属成分を含む水蒸気を利用することにより、バイオマスのガス化効率と燃料ガス及び水素収量を向上できることが分かった。これにより、環境負荷の低減と経済的なバイオマスの熱分解ガス化と水素製造方法とを提供できる。 According to the present invention, it has been found that the gasification efficiency of biomass and the yield of fuel gas and hydrogen can be improved by using steam containing a metal component such as geothermal steam in the pyrolysis gasification of biomass such as wood and agricultural waste. rice field. This makes it possible to provide a reduction in environmental load, an economical pyrolysis gasification of biomass, and a hydrogen production method.
本発明によれば、バイオマスの熱分解ガス化におけるタール等の副生成物を低減し、バイオマスのガス化効率及びバイオマスガス生成量の向上を図れる。 According to the present invention, by-products such as tar in the pyrolysis gasification of biomass can be reduced, and the gasification efficiency of biomass and the amount of biomass gas produced can be improved.
1 ガス化炉本体
2 熱分解ガス(バイオマスガス)
3 熱分解ガス化用のバイオマス
4 バイオマス投入部
5 水蒸気投入部
6 燃料用のバイオマス
7 燃焼ガス
8 ガス化炉加熱部
9 燃焼炉
10 ガス化反応塔
11 排出部
12 バイオマスガスの排出部
13 ガス分離精製処理部
14 ガスホールダー
15 ガスエンジン発電装置
16 水素製造装置
17 熱交換器
18 熱交換器
19 タービン発電機
20 木質バイオマス
21 炭化炉
22 炭化物
23 燃焼ガス
24 炭化物ガス化炉
25 ガス化炉加熱部
26 水蒸気投入部
27 水蒸気熱交換器
28 バイオマスガス
29 水蒸気
30 空気ブロアー
31 地熱水貯留層
32 気水分離器
33 水蒸気
34 水蒸気熱交換器
50 熱分解ガス化装置
52 熱分解ガス化装置
60 バイオマスガス製造システム
62 バイオマスガス製造システム
100 水素製造システム
200 水素製造システム
P1 熱分解ガス化工程
P2 水蒸気加熱工程
P3 バイオマスガス製造工程
P4 水素製造工程
S1 燃焼操作
S2 ガス化操作
S3 炭化操作
S4 炭化物ガス化操作
WH 排熱1
3 Biomass for
Claims (14)
前記ガス化操作は、前記燃焼操作で発生した排熱を熱源として用いる、請求項1に記載のバイオマスガス製造方法。The pyrolysis gasification step includes a combustion operation for burning a part of the biomass and a gasification operation for obtaining the biomass gas from the other part of the biomass and the steam.
The biomass gas production method according to claim 1, wherein the gasification operation uses the waste heat generated in the combustion operation as a heat source.
前記バイオマスガスを改質して水素を生成する水素製造工程と、を有する、水素製造方法。The biomass gas production step of obtaining the biomass gas by the biomass gas production method according to any one of claims 1 to 6.
A hydrogen production method comprising a hydrogen production step of reforming the biomass gas to generate hydrogen.
前記熱分解ガス化装置は、前記燃焼炉で発生した排熱を前記ガス化炉へ供給する手段を有する、請求項9に記載のバイオマスガス製造システム。The pyrolysis gasifier has a combustion furnace that burns a part of the biomass, and a gasification furnace that obtains the biomass gas from the other part of the biomass and the steam.
The biomass gas production system according to claim 9, wherein the pyrolysis gasification device has means for supplying the waste heat generated in the combustion furnace to the gasification furnace.
前記バイオマスガスを改質して水素を生成する水素製造装置と、を有する、水素製造システム。The biomass gas production system according to any one of claims 9 to 12.
A hydrogen production system comprising a hydrogen production apparatus that reforms the biomass gas to generate hydrogen.
前記複合型改質触媒は、鉄、コバルト、白金、ロジウム、モリブデン、ジルコニウム、チタン、セリウム、ランタン及びネオジムから選択される少なくとも1種の金属元素を含む、請求項13に記載の水素製造システム。The hydrogen production apparatus has a reaction bed filled with a composite reforming catalyst and has a reaction bed.
The hydrogen production system according to claim 13, wherein the composite reforming catalyst contains at least one metal element selected from iron, cobalt, platinum, rhodium, molybdenum, zirconium, titanium, cerium, lanthanum and neodymium.
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