WO2020234978A1 - バイオマス由来ｃｏ２フリー電力・水素併産システム - Google Patents

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WO2020234978A1
WO2020234978A1 PCT/JP2019/019967 JP2019019967W WO2020234978A1 WO 2020234978 A1 WO2020234978 A1 WO 2020234978A1 JP 2019019967 W JP2019019967 W JP 2019019967W WO 2020234978 A1 WO2020234978 A1 WO 2020234978A1
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gasification
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伊藤　信三
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株式会社 ユーリカ エンジニアリング
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/36—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using oxygen or mixtures containing oxygen as gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/04—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials

Definitions

  • the present invention relates to a biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system that produces electric power and hydrogen by gasifying biomass gas.
  • Non-Patent Document 1 biomass is thermally decomposed to generate a thermal decomposition gas and a char, and this char is incompletely burned to gasify the char and the thermal decomposition gas to generate a gasification gas.
  • a small biomass gasification power generation system that operates an engine with this gasification gas to drive a generator to generate power is described.
  • organic waste is heated to generate carbides, the carbides and steam are heated to generate an aqueous gas, hydrogen separated from the water gas is stored in an accumulator, and the accumulator is used.
  • a hydrogen station system that supplies hydrogen with a dispenser is disclosed.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-132668
  • Non-Patent Document 1 Journal of the Combustion Society of Japan, Vol. 49, No. 150 (2007), pp. 228-235
  • Patent Document 1 describes a hydrogen station in which hydrogen generated by carbonizing organic waste and reforming with steam is stored in an accumulator and hydrogen is supplied from the accumulator by a dispenser, but the demand for hydrogen is unsatisfactory.
  • white pellets that stably perform a pyrolysis gasification reaction are often used as biomass that is pyrolyzed and gasified.
  • the bark (bark) peeled from the log is disposed of, or the chips or ogre powder produced by crushing the xylem from which the bark is peeled from the log in the white pellet manufacturing system is dried. It was used as a fuel for the drying heat source of the drying equipment.
  • disposal is costly, and as a fuel for a dry heat source, bark alone is insufficient in quantity, and it is necessary to use it in combination with other fuels. Under such circumstances, effective use of bark was desired.
  • the present invention is a power production device that produces electric power by direct gasification gas generated by pyrolysis gasification reaction of biomass, and steam reforming of biomass-derived charcoal containing unreacted char-containing gasification residue of thermal decomposition gasification reaction. It is an object of the present invention to provide a biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system equipped with a hydrogen production apparatus for producing hydrogen from a quality-produced hydrogen-rich gasification gas.
  • hydrogen is produced from a power production device that generates power by using a direct gasification gas generated by performing a thermal decomposition gasification reaction of biomass and a hydrogen-rich gasification gas produced by steam reforming a biomass-derived carbide.
  • a biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system having a hydrogen production apparatus for producing, wherein the electric power production apparatus includes a biomass supply apparatus for supplying biomass and the biomass to be supplied from the biomass supply apparatus.
  • the direct heating type gasification device that directly generates gasification gas by thermally decomposing gasification reaction and the direct gasification gas are supplied from the direct heating type gasification device, and power and heat are generated by the direct gasification gas.
  • the hydrogen production device is provided with a combined heat and power supply device to be generated, and the hydrogen production device is derived from a biomass that supplies the biomass-derived carbide which is an unreacted char-containing gasification residue of the thermal decomposition gasification reaction taken out from the direct heating gasification device.
  • a carbonized material supply device, the biomass-derived carbide and steam are supplied, and the biomass-derived carbide and the steam are indirectly heated by combustion of a heating gas to reform the biomass-derived carbide with steam to form a hydrogen-rich gasification gas.
  • Water is supplied from the indirect heating type gasification device and the water supply device, the hydrogen-rich gasification gas is supplied from the indirect heating type gasification device, and the hydrogen-rich gasification gas and the water A gas cooler and a gas cooler that cool the hydrogen-rich gasification gas by exchanging heat between the two, and generate the water vapor supplied to the indirect heating type gasification gas device by evaporating the water.
  • It is a biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system including a hydrogen separation device that is supplied with the hydrogen-rich gasification gas cooled from the gas and separates the hydrogen gas from the hydrogen-rich gasification gas.
  • the biomass-derived carbonized material is not limited to the unreacted char-containing gasification residue of the thermal decomposition gasification reaction, but is charcoal produced by thermally decomposing bark peeled from raw wood with a carbonization device, or the unreacted charcoal. Charcoal produced by thermally decomposing the bark peeled from the raw wood with a carbonization device may be added to the char-containing gasification residue.
  • the heating gas is a carbonization device for a part (the other part) of the direct gasification gas generated by pyrolyzing the biomass in the direct heating gasification device or a bark peeled from the log. It is a dry distillation gas generated when carbonized matter is produced by thermal decomposition in.
  • biomass in an electric power production apparatus, biomass is thermally decomposed and gasified by a direct heating gasification apparatus to directly generate gasification gas, and this direct gasification gas is produced.
  • the biomass-derived carbon dioxide and water vapor which are the unreacted char-containing gasification residue of the thermal decomposition gasification reaction, are supplied to the indirect heating type gasification equipment, and the indirect heating type gasification equipment is used.
  • Biocarbon-derived carbon dioxide and water vapor are indirectly heated by burning the heating gas to reform the water vapor to generate hydrogen-rich gasification gas, and gas other than hydrogen is removed from the hydrogen-rich gasification gas to produce hydrogen.
  • a hydrogen production device that produces hydrogen from a hydrogen-rich gasification gas can be easily added.
  • the biomass-derived carbonized material is carbonized by thermally decomposing bark peeled from the raw wood with a carbonizing device, or the charcoal is added to the unreacted char-containing gasification residue, and the indirect heating type gasification device is used.
  • the biomass-derived carbonized material and water vapor are supplied to the gasifier, and the carbonization gas generated in the carbonization device is supplied to the indirect heating type gasifier as a heating gas and burned to indirectly heat the biomass-derived carbonized material and water vapor.
  • the biomass-derived carbonized material When the biomass-derived carbonized material is steam-modified with steam to generate a hydrogen-rich gasification gas, a hydrogen-rich gasification gas is effectively used by using a bark having a high fixed carbon content (20% to 25%). Can be generated in. Further, the biomass-derived carbonized material is an unreacted char-containing gasification residue of a thermal decomposition gasification reaction, or charcoal or unreacted char-containing gasification residue produced by thermally decomposing a bark peeled from a log with a carbonization device. Since charcoal produced by pyrolyzing bark with a carbonization device is added to the charcoal, the procurement cost of biomass (carbon source) for hydrogen production is not required.
  • the biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system 1a was generated by subjecting biomass such as wood chips to a thermal decomposition gasification reaction as shown in FIG.
  • a power production device 10 that directly uses gasification gas to generate power, and a hydrogen production device that steam reforms a residue containing unreacted char of a thermal decomposition gasification reaction (gasification residue containing unreacted char) to generate hydrogen.
  • the power production device 10 directly generates gasification gas by directly gasifying the biomass supply device 20 that supplies the biomass and the biomass supplied from the biomass supply device 20. It has a heating type gasification device 25 and a combined heat and power supply device 30 that produces electric power and heat by the direct gasification gas.
  • the hydrogen production device 15 was supplied from the biomass-derived carbon dioxide supply device 35 that supplies the unreacted char-containing gasification residue taken out from the direct heating type gasification device 25 as the biomass-derived carbon dioxide, and the biomass-derived carbon dioxide supply device 35.
  • the unreacted char-containing gasification residue is steam-modified to generate a hydrogen-rich gasification gas
  • the indirect heating type gasification device 40 is subjected to heat exchange between the hydrogen-rich gasification gas and water.
  • a gas cooler 45 that cools the hydrogen-rich gasification gas and evaporates the water to supply water vapor to the indirect heating type gasification gas device 40, and the hydrogen-rich gas that is cooled and supplied from the gas cooler 45. It has a hydrogen separator 50 that separates hydrogen gas from gasification gas.
  • Biomass such as wood chips and wood pellets is directly supplied to the heating type gasifier 25 by a known biomass supply device 20.
  • the biomass supply device 20 receives, for example, wood chips produced by cutting thinned wood or waste wood from a hopper into a storage unit, and supplies the wood chips directly from a transmission port to a heated gasification device 25 by a conveyor.
  • the direct heating type gasification device 25 is known, and the biomass supplied from the biomass supply device 20 is pyrolyzed and gasified as in the chemical formula (1) in a state of incomplete combustion due to lack of oxygen to directly produce gasification gas. Generate. CnHmOp + aO 2 + bH 2 O ⁇ cCO + dCO 2 + eH 2 + CxHy (1)
  • the direct heating type gasification device 25 the char generated by the thermal decomposition of the wood chips undergoes a gasification reaction to directly generate gasification gas, and the unreacted char-containing residue remains.
  • the direct heating gasification device 25 is used in the biomass-derived CO 2- free power / hydrogen co-production system 1a according to the first embodiment.
  • the unreacted char-containing residue taken out from is supplied to the indirect heating type gasification device 40, and is steam reformed into a hydrogen-rich gasification gas.
  • the direct gasification gas generated by the direct heating type gasification device 25 is distributed by a known distribution device 26, one part of the direct gasification gas is supplied to the known heat and power cogeneration device 30, and the other part is an indirect heating type. It is supplied to the gasifier 40.
  • the combined heat and power device 30 includes a power generation device 31 and a heat supply device 32.
  • the power generation device 31 operates the engine with one part of the direct gasification gas supplied from the direct heating type gasification device 25 to drive the generator to generate electricity, and the generated CO 2- free electric power is the power consumption unit. Used in 33.
  • the heat supply device 32 recovers exhaust heat from the cooling water that cools the engine, and the recovered exhaust heat is used in a heat utilization device 34 such as a drying device, a water heater, and a heater. In this way, the combined heat and power supply device 30 recovers the exhaust heat generated during power generation, and the heat utilization device 34 releases the heat.
  • the indirect heating type gasification device 40 is known, and the other portion of the gasification gas directly from the direct heating type gasification device 25 is supplied from the combustion furnace 41 via the distribution device 26, and the direct heating type gasification device 25. It has an unreacted char-containing gasification residue of a pyrolysis gasification reaction taken out and a reaction cylinder 42 to which water vapor generated by the gas cooler 45 is supplied.
  • the reaction cylinder 42 is arranged in the combustion furnace 41, and the other part of the gasification gas is directly heated by burning in the combustion furnace 41, and the unreacted char-containing gasification residue and steam supplied to the inside are burned at a high temperature.
  • the gas cooler 45 is known, and a high-temperature hydrogen-rich gasification gas is supplied from the indirect heating type gasification device 40, and water is supplied from the water supply device 46.
  • the gas cooler 45 cools the hydrogen-rich gasification gas by exchanging heat between the hydrogen-rich gasification gas supplied from the indirect heating type gasification device 40 and the water supplied from the water supply device 46. At the same time, it is configured to evaporate water to generate water vapor.
  • the generated steam is supplied as a gasifying agent to the reaction furnace 41 of the indirect heating type gasification gas apparatus 40 described above.
  • a pressure swing adsorption (PSA) type hydrogen separator 50 is known, and a hydrogen-rich gasified gas cooled by a gas cooler 45 is supplied, and the hydrogen-rich gasified gas is mainly carbonated other than hydrogen. It is configured to remove the gas with an adsorbent to obtain pure hydrogen gas.
  • the hydrogen separated by the hydrogen separation device 50 is sent to a hydrogen utilization device 52 such as a charging station or a hydrogen station.
  • the off-gas obtained by separating hydrogen from the hydrogen-rich gasification gas is sent from the hydrogen separation device 50 to the off-gas utilization device 51 and used as fuel, for example.
  • the direct heating type gasification device 25 incompletely burns the biomass supplied from the biomass supply device 20 and causes a pyrolysis gasification reaction to directly burn carbon monoxide rich. Generates gasification gas.
  • the power generation device 31 of the combined heat and power supply device 30 operates the engine with the direct gasification gas supplied from the direct heating type gasification device 25, drives the generator, and transmits CO 2- free electric power.
  • the heat supply device 32 recovers heat from the cooling water of the engine and is used by the heat utilization device 34 for a drying device, hot water supply, heating, and the like.
  • the indirect heating type gasification device 40 is supplied with the unreacted char-containing gasification residue taken out from the direct heating type gasification device 25 to the reaction cylinder 42, and steam is supplied from the gas cooler 45. ..
  • the unreacted char-containing gasification residue and steam in the reaction cylinder 42 are indirectly heated by combustion of the other part of the direct gasification gas supplied from the distributor 21 to the combustion furnace 41, and undergo a steam reforming reaction to hydrogen. It is reformed into a rich gasified gas and sent to the gas cooler 45.
  • the high-temperature exhaust gas generated by burning the other portion of the gasification gas directly in the combustion furnace 41 is sent to the exhaust gas utilization portion 43 and used as heat.
  • the hydrogen-rich gasified gas exchanges heat with the water supplied from the water supply device 46 in the gas cooler 45 to be cooled, and is sent to the hydrogen separation device 50. Water is heat-exchanged in the gas cooler 45 and evaporated, and the generated water vapor is supplied to the reaction cylinder 42.
  • the hydrogen separator 50 separates pure hydrogen gas by removing mainly carbon dioxide gas other than hydrogen from the hydrogen-rich gasification gas sent from the gas cooler 45 with an adsorbent, and sends out CO 2- free hydrogen.
  • the off-gas obtained by separating hydrogen from the hydrogen-rich gasification gas is used as fuel in the off-gas utilization device 51.
  • Pure hydrogen is sent to the hydrogen utilization device 52.
  • the supplied hydrogen reacts with air in a fuel cell to generate electricity and charge a battery of an electric vehicle.
  • hydrogen vehicles are filled with hydrogen.
  • biomass is directly subjected to a thermal decomposition gasification reaction by a heating type gasification device to directly generate gasification gas, and this direct gasification gasification reaction is performed. Electric power and heat are generated in one part of the gasification gas, and the unreacted char-containing gasification residue and water vapor of the thermal decomposition gasification reaction are supplied to the indirect heating type gasification device and directly gasified by the indirect heating type gasification device.
  • the other part of the gas is burned to indirectly heat the unreacted char-containing gasification residue and water vapor to reform the water vapor to generate hydrogen-rich gasification gas, and mainly carbon dioxide gas from the hydrogen-rich gasification gas.
  • hydrogen is generated by effectively utilizing the unreacted char-containing gasification residue. Can be done.
  • the hydrogen production device 15 can be operated economically and stably. Further, the hydrogen production device 15 can be easily added to the existing biomass direct heating type gasification power plant (electric power production device 10).
  • an unreacted char-containing residue of about 4.7 m3 / day is generated per day.
  • the components of the unreacted char-containing residue excluding the water content of 35% were ash content 10%, volatile content 10%, and fixed carbon 80%, the specific gravity was estimated to be 0.15, and the unreacted char-containing gasification residue was steamed.
  • hydrogen is produced by reforming, hydrogen of 1,353 Nm3 / day can be produced.
  • the amount of hydrogen required for hydrogen filling per fuel cell vehicle is 5 kg, about 20 fuel cell vehicles can be charged per day in anticipation of loss.
  • the biomass-derived CO2-free power / hydrogen co-production system according to this embodiment is installed in many service areas provided in the mountains of the expressway, it will become a fuel cell vehicle that runs on the expressway and requires hydrogen filling. It can be fully filled with hydrogen. It is also possible to install a fuel cell to generate electricity.
  • the hydrogen production apparatus 15 is provided with an exhaust heat recovery boiler 44.
  • Water is supplied to the exhaust heat recovery boiler 44 from the water supply device 46, and high-temperature exhaust gas discharged by directly burning the other portion of the gasified gas is supplied from the indirect heating type gasification device 40, and the water is supplied by the high-temperature exhaust gas. Is designed to evaporate to generate water vapor.
  • the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 44 is mixed with the steam generated by the gas cooler 45 and supplied to the reaction cylinder 42 of the indirect heating type gasifier 40.
  • the biomass-derived CO 2- free power / hydrogen co-production system 1b according to the 2nd embodiment has the same effect as that of the 1st embodiment, and also on the steam generated by the gas cooler 45. Since the steam generated by the exhaust heat recovery boiler 44 is added and supplied to the reaction cylinder 42 of the indirect heating type gasification device 40, the unreacted char-containing gasification residue can be subjected to a steam reforming reaction in the presence of sufficient steam. It can increase the yield of hydrogen.
  • the biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system 1c according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment except that the off-gas utilization device 51 is used as the mixing device 27. Therefore, the differences will be described, and the same components as those in the first embodiment will be assigned the same reference numbers and the description thereof will be omitted.
  • the hydrogen production device 15 is provided with a mixing device 27.
  • the other part of the gasification gas is directly supplied to the mixing device 27 from the distribution device 26, the off gas is supplied from the hydrogen separation device 50, and the other part of the direct gasification gas and the off gas are mixed and indirectly heated as a heating gas. It is supplied to the heating furnace 42 of the type gasifier 40.
  • the biomass-derived CO 2- free power / hydrogen cogeneration system 1c according to the third embodiment has the same effect as that of the first embodiment and is generated by the direct heating type gasifier 25. Since the off gas discharged from the hydrogen separation device 50 is mixed with the other portion of the directly gasified gas and used as the heating gas to be burned in the combustion furnace 41 of the indirect heating type gasification device 40, the combined heat and power supply device 30 More electricity can be produced by increasing the proportion of one part of the direct gasification gas supplied to.
  • the biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system 1d according to the fourth embodiment uses the exhaust gas utilization device 43 as the exhaust heat recovery boiler 44 as in the second embodiment, and is the third embodiment. It is the same as the first embodiment except that the off-gas utilization device 51 is used as the mixing device 27 as in the first embodiment. Therefore, the fourth embodiment also has the effects of the biomass-derived CO 2- free power / hydrogen co-production systems 1a to 1c according to the second to third embodiments.
  • the biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system 1e is provided with a known carbonization device 36 for carbonizing bark (bark) generated during the production of white pellets.
  • a known carbonization device 36 for carbonizing bark (bark) generated during the production of white pellets.
  • the dry distillation gas generated by the carbonization device 36 is supplied to the furnace 41 in place of the other portion of the direct gasification gas generated by the direct heating type gasifier 25 and burned. Therefore, the differences will be described, and the same components as those in the first embodiment will be assigned the same reference numbers and the description thereof will be omitted.
  • Reference numeral 60 denotes a white pellet manufacturing plant that manufactures white pellets.
  • the log supplied from the log supply device 61 is peeled by the peeling device 62.
  • the peeled xylem is crushed by the crushing device 63 to be chipped or pulverized.
  • the chips or ogre flour are dried in a drying device 64.
  • the dried chips are sent to the crushing device 65 and pulverized.
  • the Oga powder dried by the drying device 64 is sent to the molding device 66 and compressed into white pellets.
  • the white pellets molded by the molding device 66 are cooled by the cooling device 67 and directly supplied to the heated gasification device 25 by the biomass supply device 20.
  • the char generated by the thermal decomposition of the white pellets undergoes a thermal decomposition gasification reaction to directly generate gasification gas, and the thermal decomposition gasification reaction The unreacted char-containing gasification residue remains. All of the direct gasification gas is supplied to the combined heat and power device 30 without being distributed.
  • the power generation device 31 of the combined heat and power supply device 30 operates the engine based on the combustion of the direct gasification gas supplied from the direct heating type gasification device 25, and drives the generator to produce CO 2- free electric power.
  • the heat supply device 32 of the combined heat and power supply device 30 recovers exhaust heat from the cooling water that cools the engine in order to prevent the temperature of the engine from rising due to the combustion of the gasified gas directly in the power generation device 31, and is a high temperature water of about 90 ° C. Is supplied to the drying device 64 of the white pellet manufacturing device plant 60, and the chips or cogeneration powder supplied from the crushing device 63 are dried. The low-temperature water whose temperature has dropped to about 70 ° C. after releasing heat in the drying device 64 is returned to the heat supply device 32 and circulated.
  • the combined heat and power supply device 30 recovers the exhaust heat of the engine generated during power generation, and crushes the wood part from which the bark has been peeled off from the raw wood in the white pellet manufacturing system 60 for manufacturing white pellets, or a chip produced.
  • a heat supply device 32 for releasing heat by a drying device 64 for drying the cogeneration powder is provided.
  • the carbonization device 36 constituting the hydrogen production device 15 is supplied with bark peeled from the raw wood by the peeling device 62, and burns the bark in a state of lack of oxygen and thermally decomposes it to generate charcoal, carbonization gas, and tar.
  • the charcoal taken out from the carbonization device 36 is supplied to the reaction cylinder 42 of the indirect heating type gasification device 42 by the biomass-derived carbide supply device 35 together with the unreacted char-containing gasification residue taken out from the direct heating type gasification device 25. Will be done.
  • the carbonization gas generated by the carbonization device 36 is supplied as a heating gas to the heating furnace 41 of the indirect heating type gasification device 42.
  • the biomass supply device 20 directly supplies the white pellets cooled by the cooling device 67 of the white pellet production system 60 to the heating type gasification device 25.
  • the direct heating type gasification device 25 incompletely burns the supplied white pellets and causes a pyrolysis gasification reaction to directly generate gasification gas.
  • the power generation device 31 of the combined heat and power supply device 30 operates the engine with the direct gasification gas supplied from the direct heating type gasification device 25, drives the generator, and transmits CO 2- free electric power.
  • the heat supply device 32 circulates the hot water recovered from the cooling water of the engine through the drying device 64 to dry the chips or the ogre powder.
  • the bark peeled from the log by the peeling apparatus 36 of the white pellet production system 60 is supplied to the carbonization apparatus 36 and decomposed into charcoal, carbonization gas and tar.
  • the charcoal is supplied from the biomass-derived carbide supply device 35 to the reaction cylinder 42 of the indirect heating type gasification device 40 as biomass-derived carbide together with the unreacted char-containing gasification residue taken out from the direct heating type gasification device 25.
  • a dry distillation gas is supplied as a heating gas from the carbonization device 36 to the heating furnace 41 of the indirect heating type gasification device 40 to heat biomass-derived carbides and steam. Since other operations are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system 1e according to the fifth embodiment has the same effect as that of the first embodiment, and has a high content of fixed carbon generated when white pellets are produced. Can be effectively used for hydrogen production.
  • the indirect heating type gasification device 40 the carbonization gas generated by the thermal decomposition of Burke is burned in the heating furnace 41, so that all the direct gasification gas generated by the direct heating type gasification device 25 is transferred to the combined heat and power device 30. It can be supplied to produce a lot of electricity. Further, the heat recovered by the heat recovery device 32 of the combined heat and power supply device 30 can be effectively used to dry the chips or the ogre powder by the drying device 64 of the white pellet manufacturing system 60.
  • a drying device that dries the chips or oga powder produced by crushing the wood part from which the bark has been peeled off from the raw wood in the white pellet manufacturing system 60 that manufactures white pellets by the amount of heat recovered by the heat recovery device 32 alone.
  • the amount of heat required for 64 can be sufficiently supplied.
  • the biomass-derived carbonized product supply device 35 uses the charcoal produced by the carbonization device 36 together with the unreacted char-containing gasification residue remaining in the direct heating gasification device 25 and the indirect heating gasification device 40. Although it is supplied to the reaction cylinder 42, the unreacted char-containing residue may be used as a soil conditioner without being supplied to the reaction cylinder 42 of the indirect heating type gasifier 40.
  • the difference between the 5th embodiment and the 1st embodiment is the second embodiment. It is added to the embodiment in the same manner as in the fifth embodiment. Therefore, the sixth embodiment also exhibits the effects of the first, second, and fifth embodiments.
  • the biomass-derived CO 2- free electric power / hydrogen co-production system 1g according to the seventh embodiment shows the difference between the fifth embodiment and the first embodiment in the third embodiment and the fifth embodiment. It was added in the same way. Therefore, the seventh embodiment also exhibits the effects of the first, third, and fifth embodiments.
  • the difference between the fifth embodiment and the first embodiment is changed to the fourth embodiment and the fifth embodiment. It was added in the same way. Therefore, the eighth embodiment also exhibits the effects of the first, fourth, and fifth embodiments.

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Abstract

電力生産装置と水素生産装置とを有するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムであって、電力生産装置は、バイオマス供給装置から供給されたバイオマスを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、直接ガス化ガスによって電力および熱を生成する熱電併給装置を備え、水素生産装置は、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を含むバイオマス由来炭化物と水蒸気とを加熱用ガスの燃焼によって間接加熱しバイオマス由来炭化物を水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、水素リッチなガス化ガスと水との間で熱交換させて、水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、水を蒸発させて水蒸気を間接加熱式ガス化ガス装置に供給するガスクーラーと、冷却された水素リッチなガス化ガスから水素を分離する水素分離装置を備える。

Description

バイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム
　本発明は、バイオマスのガス化ガスによって電力および水素を生産するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムに関する。
　地球温暖化問題はますます深刻化を増しており、ＣＯＰ２４で地球温暖化対策の枠組みを運用する実施方針が採択され、温暖化ガスを排出するほぼすべての国が参加する国際的枠組みが動きだした。地球温暖化対策の最大のターゲットは化石燃料由来の火力発電であるが、自動車の動力源に対しても地球温暖化と排ガスの環境汚染の観点から社会の関心が高まり、化石燃料由来内燃機関車は、将来その製造・販売を禁止する動きがある。
非特許文献１には、バイオマスを熱分解して熱分解ガスとチャーを生成し、このチャーを不完全燃焼させてチャーと熱分解ガスとをガス化反応させることによりガス化ガスを生成し、このガス化ガスでエンジンを作動させて発電機を駆動し発電する小型バイオマスガス化発電システムが記載されている。　特許文献１には、有機廃棄物を加熱して炭化物を生成し、この炭化物と水蒸気とを加熱して水性ガスを生成し、この水性ガスから分離した水素を蓄圧器に貯蔵し、蓄圧器から水素をディスペンサーで供給する水素ステーションシステムが開示されている。
特許文献１：特開２０１７－１３２６６８号公報
非特許文献１：日本燃焼学会誌　第４９巻１５０号（２００７年）２２８－２３５頁
　非特許文献１に記載の熱分解ガス化による小型バイオマスガス化発電システムでは、バイオマスを熱分解ガス化する際に改質剤と未反応のチャーを含有するガス化残渣（未反応チャー含有ガス化残渣）が、投入バイオマスに対し重量比で数パーセント残存する。通常、この未反応チャー含有ガス化残渣は土壌改良剤などに利用されているが経済的、資源的に十分に利用されているとはいえない。
　特許文献１には、有機廃棄物を炭化し水蒸気改質して生成した水素を蓄圧器に貯蔵し、蓄圧器から水素をディスペンサーで供給する水素ステーションが記載されているが、水素の需要が不安定であり、かかる水素ステーションを単独で運営するだけで経営が成り立つか不安がある。
　バイオマスガス化発電システムでは熱分解ガス化するバイオマスとして、安定して熱分解ガス化反応を行うホワイトペレットを使用することが多い。従来、ホワイトペレットを製造するときに、原木から剥がされたバーク（樹皮）は、廃棄処分、或いはホワイトペレット製造システムにおける原木からバークを剥がした木部を粉砕して生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置の乾燥熱源用燃料として使用されていた。しかし、廃棄処分にはコストを要し、乾燥熱源用燃料としては、バークだけでは量的に不足し、他の燃料と併用する必要があった。このような状況下で、バークの有効な利用が望まれていた。
　本発明は、バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスによって電力を生産する電力生産装置と、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を含むバイオマス由来炭化物を水蒸気改質して生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置とを備えたバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムを提供することを目的とする。
本発明は、バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムであって、前記電力生産装置は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置と、前記バイオマス供給装置から前記バイオマスが供給され、前記バイオマスを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスが供給され、前記直接ガス化ガスによって電力および熱を生成する熱電併給装置を備え、前記水素生産装置は、前記直接加熱式ガス化装置から取り出された前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣である前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とが供給され、前記バイオマス由来炭化物と前記水蒸気とを加熱用ガスの燃焼によって間接加熱し前記バイオマス由来炭化物を水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化ガス装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、バイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムである。
　前記バイオマス由来炭化物は、前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣に限られるものではなく、原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭、或は前記未反応チャー含有ガス化残渣に前記原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭を加えたものでもよい。
前記加熱用ガスは、前記直接加熱式ガス化装置で前記バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した前記直接ガス化ガスの一部（他方部分）、或は原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して炭化物を生成するときに生じる乾留ガスである。
本発明のバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムは、電力生産装置において、バイオマスを直接加熱式ガス化装置で熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成し、この直接ガス化ガスで電力を生産し、水素生産装置において、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣であるバイオマス由来炭化物と水蒸気とを間接加熱式ガス化装置に供給し、間接加熱式ガス化装置でバイオマス由来炭化物と水蒸気とを加熱用ガスの燃焼によって間接的に加熱し水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成し、水素リッチなガス化ガスから水素以外のガスを除去して水素を生産する。これにより、直接ガス化ガスによって電力を効率的に生産できるとともに、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を有効に利用して水素を生成することができる。そして、バイオマスのガス化ガスによって電力を生産する電力生産装置と水素を生産する水素生産装置とを有機的に結合して併設することにより、ＣＯ２フリーな水素生産装置を水素の需要が不安定な状況下においても経済的に安定して運営することができ、水素ステーションの経営基盤を確立することができる。さらに、既存のバイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスによって電力を生産する電力生産装置に、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気改質して生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を容易に追加することができる。
前記バイオマス由来炭化物を、原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭、或は前記未反応チャー含有ガス化残渣に前記木炭を加えたものとし、前記間接加熱式ガス化装置に前記バイオマス由来炭化物および水蒸気を供給し、前記炭化装置で生じた乾留ガスが前記間接加熱式ガス化装置に加熱用ガスとして供給されて燃焼し、前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とを間接加熱して前記バイオマス由来炭化物を水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する場合、固定炭素の含有率の高い（２０％～２５％）バークを利用して水素リッチなガス化ガスを有効に生成することができる。
さらに、バイオマス由来炭化物は、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣、或は原木から剥がされたバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭、或は未反応チャー含有ガス化残渣にバークを炭化装置で熱分解して生成した木炭を加えたものであるので、水素生産用バイオマス（炭素源）の調達コストが不要となる。
第１の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第６の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第７の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。 第８の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムの全体構成を示すブロック図である。
１．第１の実施形態の構成
第１の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ａは、図１に示すように、木質チップなどのバイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置１０と、熱分解ガス化反応の未反応チャーを含む残渣（未反応チャー含有ガス化残渣）を水蒸気改質させて水素を生成する水素生産装置１５とを併設し、前記電力生産装置１０は、前記バイオマスを供給するバイオマス供給装置２０と、前記バイオマス供給装置２０から供給された前記バイオマスを直接ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置２５と、前記直接ガス化ガスによって電力および熱を生産する熱電併給装置３０を有する。
水素生産装置１５は、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残渣をバイオマス由来炭化物として供給するバイオマス由来炭化物供給装置３５と、前記バイオマス由来炭化物供給装置３５から供給された前記未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置４０と、前記水素リッチなガス化ガスと水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて水蒸気を間接加熱式ガス化ガス装置４０に供給するガスクーラー４５と、ガスクーラー４５から冷却して供給された前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置５０を有する。
木質チップ、木質ペレットなどのバイオマスは、公知のバイオマス供給装置２０によって直接加熱式ガス化装置２５に供給される。バイオマス供給装置２０は、例えば間伐材や廃材を裁断して生成した木質チップをホッパから貯留部に受入れ、コンベアによって送出口から直接加熱式ガス化装置２５に供給する。
直接加熱式ガス化装置２５は公知であり、バイオマス供給装置２０から供給されたバイオマスを酸素不足の不完全燃焼の状態で化学式（１）のように熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する。
ＣｎＨｍＯｐ＋ａＯ２＋ｂＨ２Ｏ→ｃＣＯ＋ｄＣＯ２＋ｅＨ２＋ＣｘＨｙ　　　（１）
直接加熱式ガス化装置２５では、木質チップが熱分解して生成されたチャーがガス化反応して直接ガス化ガスが生成されるとともに、未反応チャー含有残滓が残存する。未反応チャー含有残滓は、土壌改良剤としての使用では経済的な損失が大きいので、第１の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ａでは、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有残滓は間接加熱式ガス化装置４０に供給されて、水蒸気改質されて水素リッチなガス化ガスに改質される。
直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスは、公知の分配装置２６によって分配され、直接ガス化ガスの一方部分は公知の熱電併給装置３０に供給され、他方部分は間接加熱式ガス化装置４０に供給される。熱電併給装置３０は、発電装置３１と熱供給装置３２とを備える。発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスの一方部分でエンジンを作動させ、発電機を駆動して発電し、発電されたＣＯ２フリーな電力は電力使用部３３で使用される。熱供給装置３２は、エンジンを冷却する冷却水から排熱を回収し、回収された排熱は乾燥装置、温水器、暖房器等の熱利用装置３４で利用される。このように、熱電併給装置３０は、発電の際に生じる排熱を回収し、熱利用装置３４で熱放出する。
間接加熱式ガス化装置４０は公知であり、直接加熱式ガス化装置２５から直接ガス化ガスの他方部分が分配装置２６を介して供給される燃焼炉４１と、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣およびガスクーラー４５で生成された水蒸気が供給される反応筒４２とを有する。反応筒４２は燃焼炉４１内に配置され、直接ガス化ガスの他方部分が燃焼炉４１内で燃焼することによって加熱され、内部に供給された未反応チャー含有ガス化残渣および水蒸気を高温の燃焼熱によって間接的に加熱し、化学式（２）のように水蒸気改質反応させて水素リッチなガス化ガスを生成する。
Ｃ＋２Ｈ２Ｏ→２Ｈ２＋ＣＯ２　　　　　　　　　　（２）
直接ガス化ガスの他方部分が燃焼炉４１で燃焼して生成された高温の排ガスは排ガス利用装置４３に送出され熱として利用される。
ガスクーラー４５は公知であり、間接加熱式ガス化装置４０から高温の水素リッチなガス化ガスが供給され、水供給装置４６から水が供給される。ガスクーラー４５は、間接加熱式ガス化装置４０から供給された水素リッチなガス化ガスと水供給装置４６から供給された水との間で熱交換させて、水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、水を蒸発させて水蒸気を生成するように構成されている。生成された水蒸気は前述の間接加熱式ガス化ガス装置４０の反応炉４１にガス化剤として供給される。
圧力スイング吸着（ＰＳＡ：Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｗｉｎｇ　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式の水素分離装置５０は公知であり、ガスクーラー４５から冷却された水素リッチなガス化ガスが供給され、水素リッチなガス化ガスから水素以外の主として炭酸ガスを吸着剤で除去して純粋な水素ガスを得るように構成されている。水素分離装置５０で分離された水素は、例えば充電スタンド、水素ステーションのような水素利用装置５２に送出される。水素リッチなガス化ガスから水素を分離されたオフガスは、水素分離装置５０からオフガス利用装置５１に送出され、例えば燃料として使用される。
２．第１の実施形態の作動
電力生産装置１０において、直接加熱式ガス化装置２５は、バイオマス供給装置２０から供給されたバイオマスを不完全燃焼させ、熱分解ガス化反応させて一酸化炭素リッチな直接ガス化ガスを生成する。熱電併給装置３０の発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスでエンジンを作動させ、発電機を駆動してＣＯ２フリーな電力を送出する。熱供給装置３２は、エンジンの冷却水から熱を回収して熱利用装置３４で乾燥装置、温水供給、暖房等に使用する。
水素生産装置１５において、間接加熱式ガス化装置４０は、反応筒４２に直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残渣が供給され、ガスクーラー４５から水蒸気が供給される。反応筒４２内の未反応チャー含有ガス化残渣および水蒸気は、分配装置２１から燃焼炉４１に供給された直接ガス化ガスの他方部分の燃焼によって間接的に加熱され、水蒸気改質反応して水素リッチなガス化ガスに改質され、ガスクーラー４５に送出される。直接ガス化ガスの他方部分が燃焼炉４１で燃焼して生成された高温の排ガスは、排ガス利用箇所４３に送出され熱として利用される。
水素リッチなガス化ガスは、ガスクーラー４５において水供給装置４６から供給された水と熱交換して冷却され、水素分離装置５０に送出される。水はガスクーラー４５で熱交換して蒸発され、生成された水蒸気は反応筒４２に供給される。
　水素分離装置５０は、ガスクーラー４５から送出された水素リッチなガス化ガスから水素以外の主として炭酸ガスを吸着剤で除去して純粋な水素ガスを分離し、ＣＯ２フリーな水素を送出する。水素リッチなガス化ガスから水素を分離されたオフガスは、オフガス利用装置５１で燃料として利用される。純粋な水素は、水素利用装置５２に送出され、例えば充電スタンドでは、供給された水素が燃料電池で空気と反応して発電し、電気自動車のバッテリーを充電する。水素ステーションでは、水素自動車に水素を充填する。
３．第１の実施形態の効果
本実施形態のバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムは、バイオマスを直接加熱式ガス化装置で熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成し、この直接ガス化ガスの一方部分で電力および熱を生成し、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣および水蒸気を間接加熱式ガス化装置に供給し、間接加熱式ガス化装置で直接ガス化ガスの他方部分を燃焼させて、未反応チャー含有ガス化残渣と水蒸気を間接的に加熱し水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成し、水素リッチなガス化ガスから主に炭酸ガスを除去して水素を生成する。これにより、電力生産装置１０において、直接ガス化ガスによって電力および熱を効率的に多く生産できるとともに、水素生産装置１５において、未反応チャー含有ガス化残渣を有効に利用して水素を生成することができる。そして、電力生産装置１０と水素生産装置１５とを有機的に結合して併設することにより、水素生産装置１５を経済的に安定して運営することが可能となる。さらに、既存のバイオマス直接加熱式ガス化発電プラント（電力生産装置１０）に水素生産装置１５を容易に追加することができる。
　バイオマスを直接加熱式ガス化装置で生成した直接ガス化ガスで５００ｋＷの発電能力を有する発電装置を作動させる場合、一例として、一日当たり約４．７ｍ３／日の未反応チャー含有残渣が生じる。含有水分３５％を除いた未反応チャー含有残渣の成分を、灰分１０％、揮発分１０％、固定炭素８０％とし、比重を０．１５と推定し、この未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気改質して水素を生産したとすると、１，３５３Ｎｍ３／日の水素を生産することができる。燃料電池車１台当たり水素充填に必要な水素量を５ｋｇとすると、ロスを見込んで一日当たり約２０台の燃料電池車を充電することができる。このことから高速道路の山間に設けられた多くのサービスエリアに本実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムを設置すれば、高速道路を走行する水素充填の必要な燃料電池車に水素を十分に充填することができる。また、燃料電池を設置して発電することもできる。
４．第２の実施形態の構成
第２の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｂは、排ガス利用装置４３を排熱回収ボイラ４４とした点以外は第１の実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
図２に示すように、水素生産装置１５に排熱回収ボイラ４４が設けられている。排熱回収ボイラ４４には、水供給装置４６から水が供給され、間接加熱式ガス化装置４０から直接ガス化ガスの他方部分が燃焼して排出された高温排ガスが供給され、高温排ガスによって水を蒸発させて水蒸気を生成するようになっている。排熱回収ボイラ４４で生成された水蒸気は、ガスクーラー４５で生成された水蒸気と混合されて間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給される。
５．第２の実施形態の効果
第２の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｂは、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、ガスクーラー４５で生成された水蒸気に排熱回収ボイラ４４で生成した水蒸気を加えて間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給するので、未反応チャー含有ガス化残渣を水蒸気が十分存在する状態で水蒸気改質反応させることができ、水素の収率を高めることができる。
６．第３の実施形態の構成
第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｃは、オフガス利用装置５１を混合装置２７とした点以外は第１の実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
図３に示すように、水素生産装置１５に混合装置２７が設けられている。混合装置２７には、分配装置２６から直接ガス化ガスの他方部分が供給され、水素分離装置５０からオフガスが供給され、直接ガス化ガスの他方部分とオフガスは混合されて加熱用ガスとして間接加熱式ガス化装置４０の加熱炉４２に供給される。
７．第３の実施形態の効果
第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｃは、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスの他方部分に水素分離装置５０から排出されるオフガスを混合して間接加熱式ガス化装置４０の燃焼炉４１で燃焼される加熱用ガスとして使用するので、熱電併給装置３０に供給される直接ガス化ガスの一方部分の割合を多くしてより多くの電力を生産することができる。
８．第４の実施形態
第４の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｄは、第２の実施形態と同様に排ガス利用装置４３を排熱回収ボイラ４４とし、第３の実施形態と同様にオフガス利用装置５１を混合装置２７とした点以外は第１の実施形態と同じである。従って、第４の実施形態は、第２乃至第３の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ａ～１ｃが奏する効果を併せて有する。
９．第５の実施形態の構成
第５の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｅは、ホワイトペレットを製造する際に生じるバーク（樹皮）を炭化する公知の炭化装置３６を設け、炭化装置３６で生成された木炭を未反応チャー含有ガス化残渣とともにバイオマス由来炭化物供給装置３５から間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給する点、間接加熱式ガス化装置４０の燃焼炉４１に直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスの他方部分に代えて炭化装置３６で生じた乾留ガスを供給して燃焼させる点以外は第１の実施形態と同じであるので、相違点について説明し、第１の実施形態と同じ構成要素には同一の参照番号を付して説明を省略する。
６０は、ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造プラントである。原木供給装置６１から供給された原木は、剥皮装置６２で剥皮される。剥皮された木部は破砕装置６３で粉砕されてチップ化またはオガ粉化される。このチップまたはオガ粉は乾燥装置６４で乾燥される。乾燥されたチップは粉砕装置６５に送られてオガ粉化される。乾燥装置６４で乾燥されたオガ粉は成型装置６６に送られ圧縮されてホワイトペレット化される。成型装置６６で成型されたホワイトペレットは冷却装置６７で冷却されてバイオマス供給装置２０で直接加熱式ガス化装置２５に供給される。
　電力生産装置１０を構成する直接加熱式ガス化装置２５では、ホワイトペレットが熱分解して生成されたチャーが熱分解ガス化反応して直接ガス化ガスが生成されるとともに、熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残滓が残存する。直接ガス化ガスは分配されることなく全部、熱電併給装置３０に供給される。
　熱電併給装置３０の発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスの燃焼に基づいてエンジンを作動させ、発電機を駆動してＣＯ２フリーな電力を生産する。熱電併給装置３０の熱供給装置３２は、発電装置３１における直接ガス化ガスの燃焼によるエンジンの温度上昇を防止するためにエンジンを冷却する冷却水から排熱を回収し、約９０℃の高温水をホワイトペレット製造装置プラント６０の乾燥装置６４に供給し、破砕装置６３から供給されたチップ又はオガ粉を乾燥する。乾燥装置６４で熱を放出し温度が約７０℃に低下した低温水は熱供給装置３２に戻されて循環する。このように、熱電併給装置３０は、発電の際に生じるエンジンの排熱を回収し、ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システム６０における原木からバークを剥がされた木部を粉砕し生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置６４で熱放出する熱供給装置３２を備える。
　水素生産装置１５を構成する炭化装置３６は、剥皮装置６２によって原木から剥がされたバークが供給され、バークを酸素の不足状態で燃焼させ熱分解させて木炭、乾留ガスおよびタールを生成する。炭化装置３６から取り出された木炭は、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残滓とともに、バイオマス由来炭化物供給装置３５によって間接加熱式ガス化装置４２の反応筒４２に供給される。炭化装置３６で生成された乾留ガスは、間接加熱式ガス化装置４２の加熱炉４１に加熱用ガスとして供給される。
１０．第５の実施形態の作動および効果
電力生産装置１０において、バイオマス供給装置２０は、ホワイトペレット製造システム６０の冷却装置６７で冷却されたホワイトペレットを直接加熱式ガス化装置２５に供給する。直接加熱式ガス化装置２５は、供給されたホワイトペレットを不完全燃焼させ、熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する。熱電併給装置３０の発電装置３１は、直接加熱式ガス化装置２５から供給された直接ガス化ガスでエンジンを作動させ、発電機を駆動してＣＯ２フリーな電力を送出する。熱供給装置３２は、エンジンの冷却水から熱回収した温水を乾燥装置６４を循環させてチップ又はオガ粉を乾燥させる。
水素生産装置１５において、ホワイトペレット製造システム６０の剥皮装置３６で原木から剥がされたバークは、炭化装置３６に供給されて木炭、乾留ガスおよびタールに分解される。木炭は、直接加熱式ガス化装置２５から取り出された未反応チャー含有ガス化残渣とともにバイオマス由来炭化物としてバイオマス由来炭化物供給装置３５から間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給される。間接加熱式ガス化装置４０の加熱炉４１には炭化装置３６から乾留ガスが加熱用ガスとして供給され、バイオマス由来炭化物と水蒸気を加熱する。他の作動は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
第５の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｅは、第１の実施形態と同様の効果を奏するとともに、ホワイトペレットを製造する際に生じる固定炭素の含有率が高いバークを水素の生産に有効に利用することができる。間接加熱式ガス化装置４０では、バークの熱分解で生じた乾留ガスを加熱炉４１で燃焼させるので、直接加熱式ガス化装置２５で生成された直接ガス化ガスの全部を熱電併給装置３０に供給して多くの電力を生産することができる。さらに、熱電併給装置３０の熱回収装置３２で回収した熱を有効に利用してホワイトペレット製造システム６０の乾燥装置６４でチップ又はオガ粉を乾燥させることができる。この場合、熱回収装置３２で熱回収される熱量単独によって、ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システム６０における原木からバークを剥がされた木部を粉砕し生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置６４に必要な熱量を十分に賄うことができる。
　ホワイトペレットを直接加熱式ガス化装置２５で生成した直接ガス化ガスで１６５０ｋＷの発電能力を有する発電装置を作動させる場合、一例として、約２，８８０ｋｇ／日のバークが排出され、このバークからバークの含有成分を勘案すると５１８ｋｇ／日の木炭が炭化装置３６で生成される。また、直接加熱式ガス化装置２５では、７２０ｋｇ／日の未反応チャー含有ガス化残渣が排出され、未反応チャー含有ガス化残渣の含有成分を勘案すると、未反応チャー含有ガス化残渣に含まれる炭化物の量は、４０３ｋｇ／日である。従って、バイオマス由来炭化物供給装置３５は、５１８ｋｇ／日＋４０３ｋｇ／日＝９２１ｋｇ／日のバイオマス由来炭化物（固定炭素）を間接加熱式ガス化装置４０に供給し、水素生産装置１５で一日あたり３，３７７Ｎｍ３の水素を生産することができる。燃料電池車１台当たり水素充填に必要な水素量を５ｋｇとすると、ロスを見込んで一日当たり約５０台の燃料電池車を充電することができる。このことから高速道路の山間に設けられた多くのサービスエリアに本実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムを設置すれば、高速道路を走行する水素充填の必要な燃料電池車に水素を十分に充填することができる。また、燃料電池を設置して発電することもできる。
　第５の実施形態では、バイオマス由来炭化物供給装置３５は、炭化装置３６で生成された木炭を直接加熱式ガス化装置２５に残存する未反応チャー含有ガス化残渣とともに間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給しているが、未反応チャー含有残滓を間接加熱式ガス化装置４０の反応筒４２に供給しないで、土壌改良剤として使用するようにしてもよい。
８．第６乃至第８の実施形態
第６の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｆは、第５の実施形態と第１の実施形態との相違部分を、第２の実施形態に第５の実施形態と同様に追加したものである。従って、第６の実施形態は、第１、第２、第５の実施形態の効果を併せて奏する。
第７の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｇは、第５の実施形態と第１の実施形態との相違部分を、第３の実施形態に第５の実施形態と同様に追加したものである。従って、第７の実施形態は、第１、第３、第５の実施形態の効果を併せて奏する。
第８の実施形態に係るバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム１ｈは、第５の実施形態と第１の実施形態との相違部分を、第４の実施形態に第５の実施形態と同様に追加したものである。従って、第８の実施形態は、第１、第４、第５の実施形態の効果を併せて奏する。
　１ａ～１ｈ：バイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム、１０：電力生産装置、１５：水素生産装置、２０：バイオマス供給装置、２５：直接加熱式ガス化装置、２６：分配装置、２７：混合装置、３０：熱電併給装置、３１：発電装置、３２：熱供給装置、３３：電力使用部、３４：熱利用装置、３５：バイオマス由来炭化物供給装置、３６：炭化装置、４０：間接加熱式ガス化装置、４１：加熱炉、４２：反応筒、４４：排熱回収ボイラ、４５：ガスクーラー、４６：水供給装置、５０：水素分離装置、５１：オフガス利用装置、５２：水素利用装置、６０：ホワイトペレット製造システム、６２：剥皮装置、６５：乾燥装置　。

Claims (7)

  1. バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して電力を生産する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムであって、
    前記電力生産装置は、バイオマスを供給するバイオマス供給装置と、
    前記バイオマス供給装置から前記バイオマスが供給され、前記バイオマスを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、
    前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスの一方部分が供給され、前記直接ガス化ガスの一方部分によって前記電力および熱を生産する熱電併給装置を備え、
    前記水素生産装置は、前記直接加熱式ガス化装置から取り出された前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣である前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、
    前記未反応チャー含有ガス化残渣と水蒸気とが供給され、前記直接加熱式ガス化装置で生成された前記直接ガス化ガスの他方部分が加熱用ガスとして供給されて燃焼し前記未反応チャー含有ガス化残渣と前記水蒸気とを間接加熱して前記未反応チャー含有ガス化残渣を前記水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、
    水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化ガス装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、
    前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、
    バイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。
  2. 前記水素生産装置には、前記水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスの他方部分が燃焼して排出された高温排ガスが供給され、前記高温排ガスによって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成し、生成した前記水蒸気を前記間接加熱式ガス化装置に供給する排熱回収ボイラが設けられた請求項１に記載のバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。
  3. 前記水素生産装置には、前記直接加熱式ガス化ガスで生成された前記直接ガス化ガスの他方部分が供給され、前記水素リッチなガス化ガスから前記水素が分離されたオフガスが前記水素分離装置から供給され、前記直接ガス化ガスの他方部分と前記オフガスとを混合して前記加熱用ガスとして前記間接加熱式ガス化装置に供給する混合装置を備えた請求項１または請求項２に記載のバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。
  4. バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムであって、
    前記電力生産装置は、ホワイトペレットを供給するバイオマス供給装置と、
    前記バイオマス供給装置から前記ホワイトペレットが供給され、前記ホワイトペレットを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、
    前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスが供給され、前記直接ガス化ガスによって発電する熱電併給装置を備え、
    前記熱電併給装置は、前記発電の際に生じる排熱を回収し、前記ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システムにおける原木からバークを剥がした木部を粉砕して生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置で熱放出する熱供給装置を備え、
    前記水素生産装置は、前記原木から剥がされた前記バークを熱分解して炭化物を生成する炭化装置と、
    前記直接加熱式ガス化装置から取り出された前記熱分解ガス化反応の未反応チャー含有ガス化残渣に前記炭化装置で生成された木炭を加えたものである前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、
    前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とが供給され、前記炭化装置から乾留ガスが加熱用ガスとして供給されて燃焼し前記バイオマス由来炭化物と前記水蒸気とを間接加熱して前記バイオマス由来炭化物を前記水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、
    水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化ガス装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、
    前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、
    バイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。
  5. バイオマスを熱分解ガス化反応させて生成した直接ガス化ガスを使用して発電する電力生産装置と、バイオマス由来炭化物を水蒸気改質させて生成した水素リッチなガス化ガスから水素を生産する水素生産装置を有するバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システムであって、
    前記電力生産装置は、ホワイトペレットを供給するバイオマス供給装置と、
    前記バイオマス供給装置から前記ホワイトペレットが供給され、前記ホワイトペレットを熱分解ガス化反応させて直接ガス化ガスを生成する直接加熱式ガス化装置と、
    前記直接加熱式ガス化装置から前記直接ガス化ガスが供給され、前記直接ガス化ガスによって発電する熱電併給装置を備え、
    前記熱電併給装置は、前記発電の際に生じる排熱を回収し、前記ホワイトペレットを製造するホワイトペレット製造システムにおける原木からバークを剥がした木部を粉砕して生成したチップまたはオガ粉を乾燥させる乾燥装置で熱放出する熱供給装置を備え、
    前記水素生産装置は、前記原木から剥がされた前記バークを熱分解して炭化物を生成する炭化装置と、
    前記炭化装置で生成された木炭である前記バイオマス由来炭化物を供給するバイオマス由来炭化物供給装置と、
    前記バイオマス由来炭化物と水蒸気とが供給され、前記炭化装置から乾留ガスが加熱用ガスとして供給されて燃焼し前記バイオマス由来炭化物と前記水蒸気とを間接加熱して前記バイオマス由来炭化物を前記水蒸気で水蒸気改質して水素リッチなガス化ガスを生成する間接加熱式ガス化装置と、
    水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスと前記水との間で熱交換させて、前記水素リッチなガス化ガスを冷却するとともに、前記水を蒸発させて前記間接加熱式ガス化ガス装置に供給される前記水蒸気を生成するガスクーラーと、
    前記ガスクーラーから冷却された前記水素リッチなガス化ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから水素ガスを分離する水素分離装置を備える、
    バイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。
  6. 前記水素生産装置には、前記水供給装置から水が供給され、前記間接加熱式ガス化装置から前記乾留ガスが燃焼して排出された高温排ガスが供給され、前記高温排ガスによって前記水を蒸発させて前記水蒸気を生成し、生成した前記水蒸気を前記間接加熱式ガス化装置に供給する排熱回収ボイラが設けられた請求項４または請求項５に記載のバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。
  7. 前記水素生産装置には、前記炭化装置から前記乾留ガスが供給され、前記水素リッチなガス化ガスから前記水素が分離されたオフガスが前記水素分離装置から供給され、前記乾留ガスと前記オフガスとを混合して前記加熱用ガスとして前記間接加熱式ガス化装置に供給する混合装置を備えた請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載のバイオマス由来ＣＯ２フリー電力・水素併産システム。


     
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