(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法であって、
1)  空気分離装置から生成された酸素と水蒸気をバイオマスと混合し、ノズルを介してガス化炉内圧力1〜3Mpa、ガス化炉内温度1500〜1800℃の高温高圧でバイオマスをガス化して粗ガス化ガスを生成し、顕熱回収から得られた5〜6MPaの中圧過熱蒸気を蒸気タービンに送るバイオマスのガス化工程と、
2)  メタン化反応の要件に応じて、前記工程1で生成された粗ガス化ガスを変換反応により水素・炭素比を3：1に調節し、低温メタノールを用いて脱硫および脱炭することにより精製合成ガスを生成する変換・精製工程と、
3)  前記工程2で水素・炭素比が調整された精製合成ガスをメタン化ユニットに導入し、合成ガスメタン化工程は多量メタン化段階および補充メタン化段階を含み、前記多量メタン化段階は２個の並列する反応器が含まれ、第2多量メタン化後に、プロセスガスの一部を第1多量メタン化反応器の入口に戻して新鮮な原料ガスと混合してから第1多量メタン化反応器に流入させることにより、多量メタン化入口における反応物質の濃度を低下させるとともに、プロセスガスにより不活性媒体から熱を取ることにより触媒床温度を制御し、殆どのメタン化反応を多量メタン化段階で完了させ、多量メタン化後の合成ガスを補充メタン化反応に送り、補充メタン化段階は直列する2個の補充メタン化反応器の組み合わせであり、そこで少量の未反応COと多量のCO2がCH4に変換され、メタン化段階で生成された中圧過熱蒸気を蒸気タービンに送るメタン化工程と、
4)  前記工程3で得られた微量の窒素と水蒸気が混合された高モル濃度の合成天然ガスを、圧力スイング吸着法によって濃縮しメタン化することにより、メタンのモル濃度を96％にさせ、合成天然ガスの発熱量を8256kcal/Nm3として、現在の国内規格に適合させるメタン濃縮工程と
を含み、
前記工程3で水素・炭素比が調整された精製合成ガスは２つの等しい流れに分割され、夫々は第1多量メタン化反応器および第2多量メタン化反応器に流入し、前記第1多量メタン化反応器に流入した原料ガスは最初に循環ガスと混合され、混合ガスは温度が300〜330℃に制御されて前記反応器の触媒床に流入することにより、放熱によるメタン化反応が生じ、前記混合ガスの出口温度は600〜630℃であり、第１メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により中圧蒸気が生成され、前記蒸気過熱器からのプロセスガスは新鮮な原料ガスと混合されてから300〜330℃で前記第2多量メタン化反応器に流入させられて更にメタン化反応が生じ、前記第2多量メタン化反応器からのガス出口温度は600〜630℃であり、前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスは第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により中圧蒸気が生成され、また循環ガスを予熱し、前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスは２つの流れに分割され、一方の流れは30〜40％を占めており、リサイクル圧縮器を介して前記第1多量メタン化反応器に流れ、別の流れは60〜70％を占めて第1補充メタン化反応器に流入し、プロセスガスは270〜290℃に冷却されて第1補充メタン化反応器に流入して更にメタン化反応が行われ、前記第1補充メタン化反応器の混合ガスの出口温度は440〜460℃であり、第2補充メタン化反応器の原料ガスの入口温度は270〜290℃であり、前記第2補充メタン化反応器で更なるメタン化反応が生じることにより、SNG生成ガスの規格に適合し、メタン化反応により生成された中圧蒸気が蒸気タービンに送られる、方法。
【請求項２】
前記工程1の空気分離装置で生成された酸素混合過熱蒸気および処理後のバイオマスを、100〜120m/sの速度でノズルから気流床ガス化炉に導入して並流ガス化を行う、請求項１に記載のバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法。
【請求項３】
前記工程1においてガス化炉上側部からの粗ガス化ガスは温度が1200〜1500℃となるように制御され、前記ガス化炉からの粗ガス化ガスは排熱ボイラに導入されて排熱が再利用され、中圧過熱蒸気が生成されて、その一部はガス化剤として酸素と混合され、残りは蒸気タービンに送られ、熱回収後に、ガス化ガスの温度は220〜280℃に低下し、２段階サイクロン分離器および洗浄塔を経て、ガス化ガスの大部分の塵および水蒸気が精製・冷却されて前記ガス化ガスの温度は50〜55℃以下に低下し、塵含有量は50mg/m3以下に低下し、主にCO、H2、N2を含むガス化ガスが生成される、請求項１または２に記載のバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法。
【請求項４】
前記多量メタン化反応段階の排熱ボイラおよび蒸気過熱器により再利用される反応熱によって生成される中圧過熱蒸気の圧力は4.5〜5MPaである、請求項１または２に記載のバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法。
【請求項５】
前記工程3のメタン化では高担持ニッケルを触媒として利用し、反応温度は270〜630℃、圧力は1〜3MPaで行われ、反応式は次の化学式のとおりである
【化２】
0005959721.tif 000008
請求項１または２に記載のバイオマスのガス化およびメタン化に基づくガス−蒸気コジェネレーション方法。
【請求項６】
前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスが第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により冷却された後に、リサイクル圧縮器を通り前記第1多量メタン化反応器へ流れる第1流は30〜40％を占め、前記第1補充メタン化反応器へ流入する第2流は60〜70％を占める、請求項１または２に記載のバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法。
【請求項７】
バイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーションシステムであって、バイオマスガス化ユニットと、変換ユニットと、精製ユニットと、メタン化ユニットと、メタン濃縮ユニットを含み、前記バイオマスガス化ユニットのガス化炉の上側部分に排熱ボイラは設けられ、前記ガス化炉からの粗ガス化ガスの排熱ボイラにより排熱が再利用され、生成された中圧過熱蒸気は蒸気タービンに送られ、前記バイオマスガス化炉のガス化ガスの出口部分に局部的外部恒常高温加熱器が設けられて、前記ガス化炉内のガス化温度を1500〜1800℃に維持し、ガス化ガスからの粗ガス化ガスの温度は1200〜1500℃に制御され、
前記メタン化ユニットは多量メタン化ユニットおよび補充メタン化ユニットを含み、前記多量メタン化ユニットは２個の並列する反応器を含み、前記第1多量メタン化反応器の入口温度が300〜330℃に出口温度が600〜630℃に制御され、前記第2多量メタン化反応器の入口温度が300〜330℃に出口温度が600〜630℃に制御され、第2多量メタン化反応器の出口には２個のバイパスが設けられており、一方のバイパスは第1多量メタン化反応器の入口と連結されることにより、前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスの30〜40％が新鮮な原料ガスと混合されてから前記第1多量メタン化反応器に入り、他方のバイパスは補充メタン化反応器と連結されることにより、前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスの60〜70％が該補充メタン化反応器に入るように制御され、該補充メタン化反応器は直列する第1補充メタン化反応器および第2補充メタン化反応器を含み、前記第1補充メタン化反応器の入口温度が270〜290℃に出口温度が440〜460℃に制御され、前記第2補充メタン化反応器の入口温度が270〜290℃に制御され、前記第2補充メタン化反応器は前記メタン濃縮ユニットと連結され、
前記第1多量メタン化反応器の出口における混合ガスは第1メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により反応熱が再利用され、前記第2多量メタン化反応器の出口における混合ガスは第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により反応熱が再利用され、そこから生成される中圧過熱蒸気は蒸気タービンに送られることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスエネルギの分野に関し、特に、もみ殻、麦わら、おがくずなどのバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、経済や社会の発展に伴い、天然ガスの需要が急速に高まっていることから、天然ガスは21世紀に消費の伸びが最も早いエネルギになると考えられる。しかし、中国における天然ガスの供給能力は相対的に遅れをとっていることから、天然ガスの需要と供給の間に大きな矛盾が生じている。従って、利用可能な国内資源に頼ることに加えて、複数の経路や態様により資源の供給を拡大させて、増加する市場の需要を満たす必要がある。また、国内における天然ガス資源を開発するとともに海外へ天然ガス資源を導入するだけでなく、中国における豊富なバイオマス資源を利用して、バイオマスから作られる代替天然ガスを積極的に開発するとともに、天然ガス供給の緊迫した状況を解放することが必要であり、オイルやガス資源の段階的な置換、エネルギ安全保障、エネルギの節約、および排出削減を実現するために戦略的に重要である。
【０００３】
バイオマスのガス化から生成される粗合成ガスは、多量のCO、H2、CO2等を含んでおり、低発熱量やCOの毒性に起因して、都市ガスや複合サイクル発電プラント用燃料として直接使用するには適当ではない。天然ガスは、高発熱量や無毒性により、都市ガスや複合サイクル発電プラントの燃料として使用するのに適している。触媒の存在下では、COおよびCO2はメタンに完全に変換され、合成代替天然ガス（SNG）となる。メタン化の主な反応は次のとおりである。
【０００４】
【化１】
0005959721.tif 000002
【０００５】
メタン化反応の強発熱特性に基づき、メタン化工程の経路は主に反応熱の制御および回収を考慮して設計される。反応熱は合成ガスの発熱量の約20％にも達することから、熱を効率よく再利用することが、メタン化技術では極めて重要である。
【０００６】
一層重要なこととしては、発電効率が良くCO2排出削減効果を伴う新しいクリーンで高効率のバイオマス発電技術として、バイオマス一体化ガス化複合サイクル発電技術（BIGCC）がある。
【０００７】
これは、バイオマスが長距離輸送に適していないという問題を解消するとともに、バイオマスの高効率でクリーンな使用を促すだけでなく、既存の天然ガスパイプラインを使用し、より低い経済コストで、天然ガスの需要と供給の間の矛盾を有効に解消することができ、バイオマスの包括的な利用の強力な手段となる。
【０００８】
「石炭のガス化およびメタン化に基づくガス−蒸気複合サイクルシステムおよび方法」と題された特許文献１では、原料が低発熱量の再生不能な石炭から得られ、メタン化反応で硫化モリブデン触媒を使用することから、合成ガスの変換効率が低く、処理能力が大きく制限され、実用が困難である。等温反応器の設計が厄介であり、構造が複雑で製造コストが高く、機械的増幅が困難であり、触媒の充填や抜き出しが困難である等により、大規模用途は一層難しい。加えて、反応は等温反応器において210〜280℃で生じるので、高品質の蒸気を生成したり、反応熱を有効に再利用することは困難である。
【０００９】
「石炭のガス化およびメタン化に基づき電気代替天然ガスを製造する複合システムおよび方法」と題された特許文献２では、原料は低発熱量の再生不能な石炭から得られ、メタン化反応が高温反応器および低温反応器で行われる。この工程は、触媒に対する要件が厳しく、工程中に生成されるガスと蒸気循環システムの熱交換効率が低く、メタン化反応熱の回収効率が低い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】中国特許第１０１２４５２６２
【特許文献２】中国特許第１００５８２２０１C
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、高温および高圧でのバイオマスのガス化および循環断熱固定床でのメタン化技術を包括的に利用することに基づく、バイオマスのガス化およびメタン化による効率のよいガス−蒸気コジェネレーション方法およびシステムを提供する。また、本方法は、多量の過熱蒸気と代替天然ガスを効率良く生成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の技術的構想は、次のとおりである。バイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率ガス−蒸気コジェネレーション方法であって、以下の工程を含む。
【００１３】
1)  空気分離装置から生成された酸素および水蒸気をバイオマスに混合し、得られた混合物をノズルから高温高圧のバイオマスガス化炉に送り、ガス化炉内を圧力1〜3MPa、温度1500〜1800℃に制御して粗ガス化ガスを生成し、顕熱回収から得られた圧力5〜6MPaの中圧過熱蒸気を蒸気タービンに送るバイオマスのガス化工程。
【００１４】
2)  メタン化反応要件に従い、工程１で生成された粗ガス化ガスの水素・炭素比を、シフト反応を利用して3：1に調整し、低温メタノールを用いて脱硫および脱炭を行い、精製合成ガスを生成する変換・精製工程。
【００１５】
3)  工程２の水素・炭素比が調整された精製合成ガスをメタン化ユニットに導入する合成ガスのメタン化工程。多量メタン化段階と補充メタン化段階に分けられ、多量メタン化段階は2個の並列する反応器を有し、第2多量メタン化後に、プロセスガスの一部を第1多量メタン化反応器の入口に戻して、新鮮な原料ガスと混合した後、第1多量メタン化反応器に流入させることにより、多量メタン化の入口における反応物質の濃度を低下させる一方、プロセスガスを不活性媒体として循環させて熱を奪うことにより触媒床温度を制御し、メタン化反応中の大部分である多量メタン化段階を完成させ、多量メタン化後の合成ガスを補充メタン化反応に導入し、補充メタン化段階は直列する2個の補充メタン化反応器の組み合わせであり、少量の未反応COと多量のCO2をCH4に変換し、メタン化段階で生成された中圧過熱蒸気を蒸気タービンに送る。
【００１６】
4)  工程３で得られた微量の窒素と水蒸気を含む高モル濃度の合成天然ガスに圧力スイング吸着を行うことによりメタンを濃縮して、メタンのモル濃度を96％にし、合成天然ガスの発熱量を8256kcal/Nm3として、現在の国内規格に適合させるメタン濃縮工程。
【００１７】
前記工程1の空気分離装置により生成される酸素混合過熱蒸気および処理後のバイオマスは、並流型ガス化を行うように、ノズルを介して100〜120m／sの速度で気流床ガス化炉に導入される。
【００１８】
前記工程1のガス化炉の上側部からの粗ガス化ガスの温度を1200〜1500℃に制御し、ガス化炉から流出する粗ガス化ガスを排熱ボイラに流入させ、排熱を再利用して中圧過熱蒸気を生成し、その一部をガス化剤として酸素と混合し、残りを蒸気タービンに送り、排熱再利用後のガス化ガスの温度は220〜280℃に低下し、次に２段階サイクロン分離器および洗浄塔に送り、ガス化ガスの大部分の粉塵および蒸気を精製および冷却して、ガス化ガスの温度を50〜55℃以下に低下させ、塵濃度を50mg/m3以下に低下させ、主にCO、H2、N2を含むガス化ガスを生成する。
【００１９】
前記工程3の水素・炭素比が調整された精製合成ガスを２つの等しい流れに分割して第1大量メタン化反応器および第2大量メタン化反応器に流入させ、第1大量メタン化反応器に流入した原料ガスを循環ガスと混合させ、その温度を300〜330℃に制御して反応器触媒床に流入させ、放熱メタン化反応を生じさせ、混合ガスの出口温度を600〜630℃とし、第1メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器を介して中圧蒸気を生成し、蒸気過熱器からのプロセスガスを新鮮な原料ガスと混合してから300〜330℃で第2多量メタン化反応器に流入させて更にメタン化反応を生じさせ、第2多量メタン化反応器の出口ガス温度を600〜630℃とし、第2多量メタン化反応器からのプロセスガスを第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器を介して中圧蒸気を生成するとともに循環ガスを予熱し、第2多量メタン化反応器からのプロセスガスを２つの流れに分割し、一方の流れは30〜40％を占めており、リサイクル圧縮器を介して第1多量メタン化反応器に流入し、他方の流れは60〜70％を占めており、第1補充メタン化反応器に流入するプロセスガスを270〜290℃に冷却して更なるメタン化反応を生じさせ、第1補充メタン化反応器の混合ガスの出口温度を440〜460℃とし、第2補充メタン化反応器の原料ガスの入口温度を270〜290℃とし、更なるメタン化反応を第2補充メタン化反応器で生じさせ、SNG生成ガス規格に適合するようにして、メタン化工程で生成される中圧過熱蒸気を蒸気タービンに送る。
【００２０】
前記多量メタン化反応段階において、排熱ボイラおよび蒸気過熱器により再利用される反応熱から生成される中圧過熱蒸気の圧力は4.5〜5MPaである。
【００２１】
前記工程３のメタン化では高担持ニッケルを触媒として利用し、反応温度は270〜630℃であり、圧力は1〜3MPaであり、反応式は以下の化学式２のとおりである。
【００２２】
【化２】
0005959721.tif 000003
【００２３】
第2多量メタン化反応器からのプロセスガスは第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により冷却され、リサイクル圧縮器を介して第1多量メタン化反応器に流れる一方の流れは30〜40％を占め、第1補充メタン化反応器に流入する第2の流れは60〜70％を占める。
【００２４】
本発明はバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーションシステムであって、バイオマスガス化ユニットと、変換ユニットと、精製ユニットと、メタン化ユニットと、メタン濃縮ユニットを含み、バイオマスガス化ユニットのガス化炉の上側部分に排熱ボイラが設けられ、ガス化炉からの粗ガス化ガスは排熱ボイラにより排熱が再利用され、中圧過熱蒸気が生成されて蒸気タービンに送られ、バイオマスガス化炉のガス化ガス出口部分に局部的外部恒常高温加熱器は設けられており、ガス化炉内のガス化温度を1500〜1800に維持し、ガス化炉からの粗ガス化ガスの温度は1200〜1500℃に制御される。
【００２５】
前記メタン化ユニットは多量メタン化ユニットおよび補充メタン化ユニットを含む。多量メタン化ユニットは2個の並列する反応器を有する。前記第1多量メタン化反応器の入口温度が300〜330℃に出口温度が600〜630℃に制御され、前記第2多量メタン化反応器の入口温度が300〜330℃に出口温度が600〜630℃に制御される。第2多量メタン化反応器の出口には2個のバイパスが設けられており、一方のバイパスは第1多量メタン化反応器の入口と連結されることにより、前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスの30〜40％が新鮮な原料ガスと混合されてから第1多量メタン化反応器に流入し、他方のバイパスは補充メタン化反応器と連結されることにより、前記第2多量メタン化反応器からのプロセスガスの60〜70％が該補充メタン化反応器に入るように制御され、補充メタン化反応器は直列する第1補充メタン化反応器と第2補充メタン化反応器を含み、前記第1補充メタン化反応器の入口温度が270〜290℃に出口温度が440〜460℃に制御され、前記第2補充メタン化反応器の入口温度が270〜290℃に制御され、第2補充メタン化反応器はメタン濃縮ユニットと連結される。
【００２６】
前記第1多量メタン化反応器出口における混合ガスは第1メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により反応熱が再利用され、第2多量メタン化反応器出口の混合ガスは、第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により反応熱が再利用され、生成される中圧過熱蒸気は蒸気タービンに送られる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は次の利点を有する。(1)ガス化装置は局部的外部恒常高温熱源を利用することにより、COおよびH2の有効ガス成分を著しく改善するとともに、バイオマスガス化効率を改善する。(2)通常、バイオマスのガス化では多量のタールが生じる。高温のガス化ユニットはタールの生成を大幅に低減させ、炭素変換率を改善し、タール除去装置への投資を節約する。(3)メタン化工程により、100％のCO変換率と99％のH2変換率を達成すると同時に、副産物である多量の中圧過熱蒸気を生成し、また、従来のメタン化工程におけるリサイクル圧縮器の電力消費を低減させる。(4)本発明の最も優れた効果としては、バイオマスエネルギを発熱量が高く利用が便利であるクリーンな天然ガスに変換するだけでなく、効率良く高品位の過熱蒸気を生成することにより、バイオマスのガス化およびメタン化から放出された多量の熱を有効に再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法を示すフロー図。
【図２】本発明のバイオマスガス化ユニットの概略図。
【図３】本発明の高効率メタン化ユニットの概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図面および実施形態を参照して、本発明を更に詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明の保護範囲を限定するものではない。
【００３０】
添付の図１、図２および図３に示すとおりである。
【００３１】
工程１：稲わら、農作物の茎等のバイオマスを乾燥させ、粉砕し、選別した。直径または最大長さが2mmよりも小さいバイオマス原料を、スクリューフィーダを介して高温気流床のガス化炉へ直接送った。ガス化炉内の圧力は1〜3MPaであった。ガス化炉のガス化ガス出口部分に局部的外部恒常高温加熱器が設けられており、ガス化炉内のガス化温度を1500〜1800℃に維持するとともに、ガス化強度、ガス化ガスの品質、および増強された伝熱工程を保証する。過熱水蒸気および酸素がガス化剤として予め混合されており、次に処理されたバイオマスと完全に混合された。混合物を特別なノズルを用いて100〜120m/sの速度でガス化炉に噴射し、並流によるガス化を行った。粒径が小さく、また気流床の伝熱能力が高いことから、原料は炉に投入された直後に炉温度まで加熱された。略同時に、水分蒸発、揮発性物質の分解、タールの粉砕、炭素の燃焼とガス化が起きた。アルカリを含む金属灰は液体スラグに変換されてから直接排出された。バイオマスの小粒子は反応領域に3秒よりも短い間保持され、溶融する前に急速にガス化され、結合や凝集等の状況が起きることなく、高速ガス流により夫々分離された。ガス化炉の上側部からの粗ガス化ガスは、温度が1200〜1500℃となるように制御された。ガス化炉の上側部分には排熱ボイラが設けられた。ガス化炉からの粗ガス化ガスは、排熱を再利用するために排熱ボイラに流入し、多量の蒸気が生成された。熱回収後に、ガス化ガスの温度は220〜280℃に低下した。次に、2段階サイクロン分離器と洗浄塔を介して、ガス化ガス中の殆どの塵と蒸気が精製および冷却されることにより、ガス化ガスの温度は約50〜55℃に低下し、塵含有量は50mg/m3以下に減少し、主にCOおよびH2を含むガス化ガスが生成された。
【００３２】
工程２：洗浄および除塵後に、粗ガス化ガスを耐硫黄変換工程に入れ、水素・炭素比が3：1となるようにガス中のH2、CO、CO2の比率を調節し、ガス中の有機硫黄の大部分が無機硫黄に変換された。次に、ガスを精製し、低温のメタノールで洗浄することにより、メタノールを使用してプロセスガスのメタン化反応により不要なCO2と硫化物を除去し、またプロセスガスの組成はメタン生成要件を達成した。CO2、H2S、COSに富むメタノールを、減圧、フラッシュ蒸発、窒素ストリッピング等により再利用し、その冷却能力は回復させられて再利用された。
【００３３】
工程３メタン化：工程2で水素と炭素の比が調整された精製合成ガスは、２つの略等しい流れに分割され、夫々の流れは第1多量メタン化反応器および第2多量メタン化反応器に流入した。第1多量メタン化の原料ガスは最初に再循環ガスと混合された。300〜330℃の混合ガスは断熱反応器の触媒床に流入し、そこで発熱メタン化反応が生じた。高温ガスの出口温度は約600〜630℃であり、高温ガスを使用して、第1メタン化排熱ボイラおよび第1過熱器で中圧過熱蒸気が生成された。第1過熱器からのプロセスガスは新鮮な原料ガスの別の流れと混合された。300〜330℃の混合ガスは第2多量メタン化反応器に流入し、更にメタン化反応が行われた。
【００３４】
第2多量メタン化反応器のガスの出口温度は約600〜630℃であり、第2メタン化排熱ボイラおよび過熱器で蒸気を生成するとともに循環ガスを予熱するために使用された。第2メタン化排熱ボイラからの高温のプロセスガスは２つの流れに分割された。一方の流れは30〜40％を占め、リサイクル圧縮器を介して第1多量メタン化反応器に流れ、もう一方の流れは60〜70％を占め、第1補充メタン化反応器に流入した。
【００３５】
第2補充メタン化反応器の入口原料ガス温度は270〜290℃であり、更なるメタン化反応が第2補充メタン化反応器で生じて、SNG生成ガスの規格が達成された。メタン化反応により生じる中圧蒸気は蒸気タービンに送られた。
【００３６】
多量メタン化反応段階において、排熱ボイラおよび蒸気過熱器で再利用された反応熱により生成された中圧過熱蒸気の圧力は4.5〜5MPaであった。
【００３７】
メタン化は高担持ニッケルを触媒として用いて、反応温度が270〜630℃、圧力が1〜3MPaで行われ、以下の化学式２のとおりであった。
【００３８】
【化２】
0005959721.tif 000004
【００３９】
工程4メタン濃縮：粗天然ガスの圧力スイング吸着法によりメタンを濃縮した後に、国内規格に適合する代替天然ガスが得られた。一般的に、天然ガスは家庭用ガスとして都市ガスパイプラインに流入し、また電力不足の場合に、ガスタービンに流入して発電を行ってもよい。
【００４０】
図1に示すように、本発明のバイオマスのガス化およびメタン化に基づく高効率のガス−蒸気コジェネレーション方法およびシステムは、バイオマスガス化ユニットと、変換ユニットと、精製ユニットと、メタン化ユニットと、メタン濃縮ユニットを含む。
【００４１】
図2に示すように、バイオマスガス化ユニットのガス化炉の上側部分に排熱ボイラは設けられる。ガス化炉からの粗ガス化ガスは排熱ボイラによって回収された排熱を利用して、中圧過熱蒸気が生成されて蒸気タービンに送られる。バイオマスガス化炉のガス化ガス出口部分に局部的外部恒常高温加熱器は設けられて、ガス化炉内におけるガス化温度を1500〜1800℃に維持する。ガス化炉からの粗ガス化ガスは温度が1200〜1500℃に制御される。
【００４２】
図3に示すように、メタン化ユニットは多量メタン化ユニットおよび補充メタン化ユニットを含む。多量メタン化ユニットは２個の並列する反応器を有する。第2多量メタン化反応器の出口には２個のバイパスが設けられる。一方のバイパスは第１多量メタン化反応器の入口と連結されることにより、新鮮な原料ガスと混合されてから、第１多量メタン化反応器に流入する。他方のバイパスは補充メタン化反応器と連結される。補充メタン化反応器は、直列する第1補充メタン化反応器および第2補充メタン化反応器を含む。第2補充メタン化反応器はメタン濃縮ユニットと連結される。第2段階の多量メタン化後に、プロセスガスの一部は第1多量メタン化反応器の入口に戻り、新鮮な原料ガスと混合されてから、第1多量メタン化反応器に流入することにより、多量メタン化の入口における反応物質の濃度が低下させられる。また一方で、プロセスガスを再循環させて不活性媒体の熱を取ることにより、触媒床温度を制御する。メタン化反応の大部分は多量メタン化段階で完了する。補充メタン化の反応温度は多量メタン化よりも低い。この段階は直列する２個の補充メタン化反応器の組み合わせから構成されるとともに、少量の未反応COと殆どのCO2をCH4に変換する。メタン化後の生成ガスは冷却されてからメタン濃縮工程に送られる。
【００４３】
前記第1多量メタン化反応器の出口における混合ガスは第1メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により反応熱が再利用され、第2多量メタン化反応器の出口における混合ガスは第2メタン化排熱ボイラおよび蒸気過熱器により反応熱が再利用される。そこから生成される中圧過熱蒸気は蒸気タービンに送られる。
【実施例１】
【００４４】
バイオマス原料1000トン／日に基づく実施例の基本荷重における全体システム性能の計算
【００４５】
実施例１では、乾燥した稲わらをガス化バイオマスとして使用する。成分と低発熱量を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
実施例１では、1,000トン／日のバイオマスと、93％（体積含有量）の酸素を含むガス化剤を用いる。
【００４８】
【表２】
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【実施例２】
【００４９】
1,000トン／日のバイオマスと、98％（体積含有量）の酸素を含むガス化剤を用いる。
【００５０】
【表３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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