(57)【要約】【課題】バイオマスを改質する際において、化成品合成用の所望の組成に調節することができるバイオマス燃料ガス化システム及びガス化ガスを用いた化成品合成システムを提供する。【解決手段】バイオマス１１をガス化するバイオマスガス化炉１２と、バイオマスガス化炉１２で生成された生成ガス１３Ａ中の煤塵を除去するガス精製装置１４と、除塵後の生成ガス１３Ｂを昇圧する第１の昇圧器１５と、昇圧ガス１３Ｃ中の硫黄分を除去する硫黄除去装置１６と、硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄを改質する改質器１７と、改質された改質ガス１８のガス成分を検出するガス成分検出器１９と、改質器１７をバイパスし、硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄを改質器１７の後流側へ流す、第１の調節弁２０を備えた第１のバイパスライン２１と、ガス成分検出器１９で検出したガス組成に応じて、第１の調節弁２０の開度を調節する制御装置２２とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、
前記バイオマスガス化炉で生成された生成ガス中の煤塵を除去するガス精製装置と、
前記除塵後の生成ガスを昇圧する第１の昇圧器と、
前記第１の昇圧器で昇圧された生成ガスを改質する改質器と、
前記改質器で改質された改質ガスのガス成分を検出するガス成分検出器と、
前記改質器をバイパスし、前記第１の昇圧器で昇圧された生成ガスを前記改質器の後流側へ流す、第１の調節弁を備えた第１のバイパスラインと、
前記ガス成分検出器で検出したガス組成に応じて、前記第１の調節弁の開度を調節する制御装置とを具備することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記改質器と前記ガス成分検出器との間に、前記改質ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置を設けることを特徴とするバイオマス燃料ガス化システム。
【請求項３】
請求項２において、
前記ＣＯ2除去装置をバイパスし、前記改質ガスを前記ＣＯ2除去装置の後流側へ流す第２の調節弁を備えた第２のバイパスラインを設けることを特徴とするバイオマス燃料ガス化システム。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記制御装置の制御は、前記改質ガスと前記生成ガスとの混合ガス中の水素濃度が、所定値となるように、前記第１の調節弁の開度を予め設定し、
設定範囲から外れた際に、前記第１の調節弁の開度を調整することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システム。
【請求項５】
請求項３において、
前記制御装置の制御は、前記改質ガスと前記生成ガスとの混合ガス中の水素濃度が、所定値となるように、前記第１の調節弁及び前記第２の調節弁の開度を予め設定し、
設定範囲から外れた際に、前記第１の調節弁又は前記第２の調節弁のいずれか一方又は両方の開度を調整することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記ＣＯ2除去装置のＣＯ2除去能力を調整することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つのバイオマス燃料ガス化システムと、
前記改質ガスと前記生成ガスとの混合ガスを昇圧する第２の昇圧器と、
前記第２の昇圧器で昇圧された昇圧ガスを用いて化成品を合成する化成品合成装置と、を具備することを特徴とするバイオマス燃料ガス化ガスを用いた化成品合成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス燃料ガス化システム及びガス化ガスを用いた化成品合成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。
【０００３】
上記バイオマスをガス化燃料として利用することで燃料用のガス及びメタノール等のクリーンなエネルギー源の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つとともに、新規に生産されるバイオマスも光合成によるＣＯ2の固定により生育される。大気のＣＯ2を増加させないので、ＣＯ2の抑制につながることとなり、好ましい技術である。
【０００４】
ここで、供給するバイオマスとしては、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物資源（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、例えば、スイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等が用いられている（特許文献１及び特許文献２）。
【０００５】
また、バイオマスを用いて、ガス化し液体燃料を製造するシステムについて、先に提案した（特許文献３）。
この特許文献３の提案では、バイオマスを蒸気、酸素でガス化し、水素を多く含むガスを生成し、液体燃料等の各種化成品合成を行うシステムである。
液体燃料として、例えばＦＴ油（ＣnＨ2n+2）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）などを合成するにあたっては、バイオマス（Ｃ1.1〜1.3、Ｈ2Ｏ0.8〜0.9）を原料とした生成ガスは、その組成上化成品に必要な水素が炭素に比べて少ない。
従って化成品を効率よく合成するには、得られたガス化ガス（Ｈ2、ＣＯ、ＣＯ2主体）中のＨ2成分を増大させる必要がある。
この為、生成ガスを改質装置（例えばＣＯシフト反応触媒など）によって、ガス中のＨ2成分を増大させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４０８７７号公報
【特許文献２】特開２００１−２４０８７８号公報
【特許文献３】特開２００８−２０８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、化成品合成に必要な組成を得るには、改質装置ではＨ2、ＣＯ比が平衡組成に改質されるため、化成品合成用の所望の組成に調節することが困難である、という問題がある。
【０００８】
本発明は、前記問題に鑑み、バイオマスを改質する際において、化成品合成用の所望の組成に調節することができるバイオマス燃料ガス化システム及びガス化ガスを用いた化成品合成システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、バイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、前記バイオマスガス化炉で生成された生成ガス中の煤塵を除去するガス精製装置と、前記除塵後の生成ガスを昇圧する第１の昇圧器と、前記第１の昇圧器で昇圧された生成ガスを改質する改質器と、前記改質器で改質された改質ガスのガス成分を検出するガス成分検出器と、前記改質器をバイパスし、前記第１の昇圧器で昇圧された生成ガスを前記改質器の後流側へ流す、第１の調節弁を備えた第１のバイパスラインと、前記ガス成分検出器で検出したガス組成に応じて、前記第１の調節弁の開度を調節する制御装置とを具備することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システムにある。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記改質器と前記ガス成分検出器との間に、前記改質ガス中のＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置を設けることを特徴とするバイオマス燃料ガス化システムにある。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記ＣＯ2除去装置をバイパスし、前記改質ガスを前記ＣＯ2除去装置の後流側へ流す第２の調節弁を備えた第２のバイパスラインを設けることを特徴とするバイオマス燃料ガス化システムにある。
【００１２】
第４の発明は、第１又は２の発明において、前記制御装置の制御は、前記改質ガスと前記生成ガスとの混合ガス中の水素濃度が、所定値となるように、前記第１の調節弁の開度を予め設定し、設定範囲から外れた際に、前記第１の調節弁の開度を調整することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システムにある。
【００１３】
第５の発明は、第３の発明において、前記制御装置の制御は、前記改質ガスと前記生成ガスとの混合ガス中の水素濃度が、所定値となるように、前記第１の調節弁及び前記第２の調節弁の開度を予め設定し、設定範囲から外れた際に、前記第１の調節弁又は前記第２の調節弁のいずれか一方又は両方の開度を調整することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システムにある。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、前記ＣＯ2除去装置のＣＯ2除去能力を調整することを特徴とするバイオマス燃料ガス化システムにある。
【００１５】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つのバイオマス燃料ガス化システムと、前記改質ガスと前記生成ガスとの混合ガスを昇圧する第２の昇圧器と、前記第２の昇圧器で昇圧された昇圧ガスを用いて化成品を合成する化成品合成装置と、を具備することを特徴とするバイオマス燃料ガス化ガスを用いた化成品合成システムにある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、改質器をバイパスする生成ガスの流量を調整することで、化成品合成用の所望のガス組成に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施例１に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。
【図４】図４は、実施例４に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１９】
本発明による実施例に係るバイオマス燃料ガス化システムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るバイオマス燃料ガス化システム１０Ａは、例えば有機燃料であるバイオマス１１をガス化するバイオマスガス化炉１２と、前記バイオマスガス化炉１２で生成された生成ガス１３Ａ中の煤塵を除去するガス精製装置１４と、前記除塵後の生成ガス１３Ｂを昇圧する第１の昇圧器１５と、この昇圧された昇圧ガス１３Ｃ中の硫黄分を除去する硫黄除去装置１６と、硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄを改質する改質器１７と、前記改質器１７で改質された改質ガス１８のガス成分を検出するガス成分検出器１９と、前記改質器１７をバイパスし、硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄを改質器１７の後流側へ流す、第１の調節弁２０を備えた第１のバイパスライン２１と、前記ガス成分検出器１９で検出したガス組成に応じて、前記第１の調節弁２０の開度を調節する制御装置２２とを具備するものである。
図１中、符号３０はガス成分が調節された改質ガス１８を昇圧する第２の昇圧器、３１は昇圧器３０で昇圧された昇圧ガス３２を用いて化成品を合成する化成品合成装置を図示する。
【００２０】
本発明でバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源（例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等）をいい、例えばスイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等を例示することができる。また、糠、木くず、間伐材等の農林系廃棄物も含まれる。
【００２１】
本実施例では、改質器１７をバイパスする第１のバイパスライン２１を設け、所定量の硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄを改質器１７の後流側へ流すようにして、改質器１７での改質量を調整するようにしている。
ガス量の調整は、第１のバイパスライン２１に介装した第１の調節弁２０で行うようにしている。
【００２２】
この調整に先立って、改質器１７の後流側に、ガス成分検出器１９を設け、改質ガス１８と硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄとの合流ガスの組成を検出するようにしている。
そして、ガス成分検出器１９で検出されたガス組成の情報Ｓ1を制御装置２２に送り、化成品合成装置３１で要求する所定の水素濃度の組成に応じて、第１の調節弁２０の開度を調節する指令Ｓ2を行うようにしている。これにより改質器１７へ導入して改質される硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄの流量を調整し、ガス組成を調整するようにしている。
【００２３】
一例としてＦＴ合成で炭化水素油を合成するに際し、Ｈ2／ＣＯ＝２を、化成品合成装置３１の合成触媒側からの要求の所定値とする。
これに対し、事前に予想したガス組成よりバイパス量を設定し、所定量を改質器１７に通ガスさせることにより、Ｈ2を増加させることで、Ｈ2／ＣＯ＝２に、予め近づけておく。
【００２４】
次に、ガス成分検出器１９でＨ2、ＣＯ濃度を測定し、Ｈ2／ＣＯ＝２を維持している場合には、化成品合成装置３１の合成触媒側からの要求に合致しているので、現状維持とする。
【００２５】
次に、前記ガス成分検出器１９での水素濃度が所定値以上（Ｈ2／ＣＯ＞２）となった際に、制御装置２２では、第１の調節弁２０を開く操作を実行する。
【００２６】
これに対し、前記ガス成分検出器１９での水素濃度が所定値以下（Ｈ2／ＣＯ＜２）となった際に、制御装置２２では、第１の調節弁を閉じる操作を実行する。
【００２７】
改質器１７出口の改質ガスの変動の要因としては、例えばバイオマスの種類や水分等の性状の変動、またはその配合比率の変動、バイオマスガス化炉１２のガス化条件の変動等が想定される。
【００２８】
バイオマス１１は、図示しないガス化剤（蒸気）と共に、バイオマスガス化炉１２で燃焼ガス化し、高温（例えば８００〜１，１００℃）の水素（Ｈ2）及び一酸化炭素（ＣＯ）を主成分とする生成ガス１３Ａを得る。生成ガス１３Ａは、ガス精製装置である例えばスクラバ等でガス中の煤塵、タール分を除去する。精製された生成ガス１３Ｂは第１の昇圧器１５で所定圧力まで昇圧され、例えば硫黄除去触媒を充填した硫黄除去装置１６に導入され、ここで硫黄分を除去する。この硫黄分が除去された生成ガス１３Ｄを改質器（例えばＣＯシフト反応触媒、炭化水素を分解する改質触媒等）１７に供給して、蒸気を用いて触媒によりガス改質される。
【００２９】
この際、従来では、改質器１７に導入する生成ガス１３Ｄのガス流量は一定であるので、ガス中のＨ2、ＣＯ比が平衡組成に改質されるため、化成品合成用の任意の組成に調節することが困難であった。
【００３０】
これに対し、本発明では、改質器１７をバイパスする第１のバイパスライン２１を設け、この第１のバイパスラインに第１の調節弁２０を介装しているので、ガス成分検出器１９で検出した改質後のガス組成の変動を検出し、設定範囲である場合（例えばＨ2／ＣＯ＝２）には、そのままの流量を維持する。
【００３１】
そして、前記ガス成分検出器１９での水素濃度が所定値以上（Ｈ2／ＣＯ＞２）となった際に、制御装置２２では、第１の調節弁２０を開く操作を実行するし、前記ガス成分検出器１９での水素濃度が所定値以下（Ｈ2／ＣＯ＜２）となった際に、制御装置２２では、第１の調節弁２０を閉じる操作を実行する。
これにより、常に適正の範囲での改質ガス１８を化成品合成装置３１に供給することができる。
【００３２】
この結果、改質器１７からの改質ガス１８を用いて化成品合成装置３１で炭化水素油を安定して製造することが可能となる。
【実施例２】
【００３３】
本発明による実施例に係るバイオマス燃料ガス化システムについて、図面を参照して説明する。図２は、実施例２に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。なお、実施例１と同一構成部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、本実施例に係るバイオマス燃料ガス化システム１０Ｂは、実施例１のバイオマス燃料ガス化システム１０Ａにおいて、改質器１７とガス成分検出器１９との間に、改質ガス１８中のＣＯ2を除去するＣＯ2除去装置４１を設けている。
【００３４】
化成品合成装置３１で特にアルコール等を製造する場合には、ＣＯ2の割合を調整する必要がある。
これは、通常、バイオマスガス化ガス中のＣＯ2は触媒合成には用いることができないが、メタノール合成触媒ではＣＯシフト反応の逆反応（下記式（１）参照）が起こることから、水素（Ｈ2）とＣＯ以外に、ＣＯ2も合成用として用いることが可能である。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ…（１）
よって、メタノール合成のための理想的なガス組成はＨ2／（２ＣＯ＋３ＣＯ2）＝１以上であり、この指標については所謂「Ｍ値」として、一般に知られている。
この結果、メタノール合成においては、このＭ値が、化成品合成装置３１の合成触媒側からの要求の所定値となる。
【００３５】
このため、本実施例では、改質器１７の後流側にＣＯ2除去装置４１を接続している。そして、本実施例では、この改質器１７及びＣＯ2除去装置４１をバイパスするバイパスライン２３を設け、所定量を改質器１７及びＣＯ2除去装置４１に通ガスさせることが出来るようにしている。
【００３６】
ガス成分検出器１９は、バイパスライン２３でバイパス合流後に設置している。
そして、ガス成分検出器１９で検出されたガス組成の情報Ｓ1を制御装置２２に送り、化成品合成装置３１で要求する所定の水素濃度の組成に応じて、第１の調節弁２０の開度を調節する指令Ｓ2を行うようにしている。これによりガス成分検出器１９で検出されたガス組成に応じて第１の調節弁２０により改質器１７及びＣＯ2除去装置４１への生成ガス１３Ｄの流量を調整させ、ガス組成を調整可能としている。
【００３７】
例えばメタノール合成においては、Ｍ値（Ｈ2／（２ＣＯ＋３ＣＯ2））＝１が合成触媒側で理想とされる組成である。
これに対し、事前に予想したガス組成より第１の調節弁２０の開度を調整してバイパス量を設定し、所定量を改質器１７及びＣＯ2除去装置に通ガスさせることにより、Ｍ値を「１」に近づける。
【００３８】
次に、ガス成分検出器１９でＨ2、ＣＯ、ＣＯ2濃度を測定し、Ｍ＝１を維持している場合には、化成品合成装置３１の合成触媒側からの要求に合致しているので、現状維持とする。
【００３９】
次に、ガス化を行い、ガス成分検出器１９でＨ2、ＣＯ、ＣＯ2を測定し、Ｍ値＜１であれば第１の調節弁２０を閉として、改質器１７への生成ガス流量を増加させ、Ｈ2成分を増加させる。
【００４０】
次に、ガス化を行い、ガス成分検出器１９でＨ2、ＣＯ、ＣＯ2を測定し、Ｍ値＞１であれば第１の調節弁２０を開として、改質器１７への生成ガス流量を減少させ、Ｈ2成分を減少させ、Ｍ値＝１に近づくように、制御装置２２により調整するようにしている。
【００４１】
これにより、本実施例によれば、改質器１７及びＣＯ2除去装置４１をバイパスする生成ガスの流量を調整することで、化成品合成用の所望のガス組成に調節することができる。
【実施例３】
【００４２】
本発明による実施例に係るバイオマス燃料ガス化システムについて、図面を参照して説明する。図３は、実施例３に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。なお、実施例１及び２と同一構成部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るバイオマス燃料ガス化システム１０Ｃは、実施例２のバイオマス燃料ガス化システム１０Ｂにおいて、ＣＯ2除去装置４１バイパスし、改質ガス１８をＣＯ2除去装置４１の後流側へ流す第２の調節弁４３を備えた第２のバイパスライン４２を設けるようにしている。
【００４３】
そして、ガス成分検出器１９で検出されたガス組成の情報Ｓ1を制御装置２２に送り、化成品合成装置３１で要求する所定の水素濃度の組成に応じて、第２の調節弁４３の開度を調節する指令Ｓ3を行うようにしている。これにより、第２のバイパスライン４２に介装された第２の調節弁４３を調節することで、ＣＯ2除去装置４１へ供給する改質ガス１８の流量を調整し、ＣＯ2除去量を調節することができる。
よって、実施例２の制御に加えて、制御装置２２で、個別に第２の調節弁４３を調節することで、ＣＯ2除去量を調整し、Ｍ値＝１となるように調節するようにしている。
【００４４】
これにより、本実施例によれば、改質器１７及びＣＯ2除去装置４１をバイパスする生成ガスの流量を各々調整することで、化成品合成用の所望のガス組成に調節することができる。
【実施例４】
【００４５】
本発明による実施例に係る有機燃料ガス化液体燃料製造システムについて、図面を参照して説明する。図４は、実施例４に係るバイオマス燃料ガス化システムの概略図である。なお、実施例２及び３と同一構成部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るバイオマス燃料ガス化システム１０Ｄは、実施例３のバイオマス燃料ガス化システム１０Ｃにおいて、ＣＯ2除去装置４１に対して、ＣＯ2除去能力の調整を変更（例えばＣＯ2除去装置の運転条件（温度、圧力等）の変動等）するようにしている。
【００４６】
そして、ガス成分検出器１９で検出されたガス組成の情報Ｓ1を制御装置２２に送り、化成品合成装置３１で要求する所定の水素濃度の組成に応じて、ＣＯ2除去装置４１の除去能力を調節する指令Ｓ4を行うようにしている。これにより、ＣＯ2除去装置４１へ供給される改質ガス１８のＣＯ2除去量を調節することができる。
よって、実施例３の制御に加えて、制御装置２２で、個別にＣＯ2除去装置４１の運転条件の変動等を実行することで、ＣＯ2除去量を調整し、Ｍ値＝１となるように調節するようにしている。
【００４７】
これにより、本実施例によれば、改質器１７及びＣＯ2除去装置４１をバイパスする生成ガスの流量を各々調整すると共に、ＣＯ2除去装置での除去能力を調整することで、化成品合成用の所望のガス組成に調節することができる。
【００４８】
本発明のバイオマス燃料ガス化システム及びガス化ガスを用いた化成品合成システムは上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。例えば、硫黄分除去装置１６は第１の昇圧器１５の後流側に設ける他に、第１の昇圧器１５の上流側に設けることとしても良い。また、湿式器硫黄除去装置等など常温で硫黄分を除去する硫黄分除去装置をバイオマス燃料ガス化システムに利用することとしても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１０Ａ〜１０Ｄ  バイオマス燃料ガス化システム
１１  バイオマス
１２  バイオマスガス化炉
１３Ａ〜１３Ｄ  生成ガス
１４  ガス精製装置
１５  第１の昇圧器
１６  硫黄除去装置
１７  改質器
１８  改質ガス
１９  ガス成分検出器
２０  第１の調節弁
２１  第１のバイパスライン
２２  制御装置
３０  第２の昇圧器
３１  化成品合成装置
４１  ＣＯ2除去装置
４２  第２のバイパスライン
４３  第２の調節弁
【図１】
2013213089.tif 000003
【図２】
2013213089.tif 000004
【図３】
2013213089.tif 000005
【図４】
2013213089.tif 000006