(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と二酸化炭素を含有する合成ガスの成分調整を行い精製ガスを得るガス精製装置と；
前記ガス精製装置で得られた精製ガスを原料として、液体燃料を合成する液体燃料合成装置とを備え；
前記ガス精製装置は、前記合成ガスの成分調整を行うコントローラを有し；
前記ガス精製装置は、水素分離装置と該水素分離装置をバイパスするバイパスラインを有し；
前記コントローラは、前記合成ガス中に含有される二酸化炭素の量に応じて、前記合成ガスの一部を前記水素分離装置に通し；
前記水素分離装置により得られる高純度の水素は、前記バイパスラインを通した合成ガスに混合されて、前記精製ガス中の水素と二酸化炭素の比率を調整するように構成された；
液体燃料合成システム。
【請求項２】
被処理物を熱分解ガス化して、前記ガス精製装置に供給する前記合成ガスを発生するガス化装置を備える、請求項１に記載の液体燃料合成システム。
【請求項３】
前記水素分離装置は、前記合成ガスから可燃性の余剰成分の除去を行い高純度の水素を得るように構成され；
前記ガス化装置は、前記除去された余剰成分を燃焼して得られる熱量を、前記熱分解ガス化に必要な反応熱の一部または全部として利用するように構成された；
請求項２に記載の液体燃料合成システム。
【請求項４】
高温の流動媒体を内部で流動させ、第１の界面を有するガス化室流動床を形成し、前記ガス化室流動床内で被処理物をガス化して水素と一酸化炭素及び二酸化炭素を含有する合成ガスを発生するガス化室と；
高温の流動媒体を内部で流通させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流動床を形成し、前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチャーを前記チャー燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体を加熱するチャー燃焼室と；
前記ガス化室にて発生した合成ガスの成分調整を行い精製ガスを得るガス精製装置と；
前記精製ガスを原料として液体燃料を合成する液体燃料合成装置とを備え；
前記ガス化室と前記チャー燃焼室とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直上方においてはガスの流通がないように第１の仕切壁により仕切られ、前記第１の仕切壁の下部には前記ガス化室と前記チャー燃焼室を連通する連通口であって、該連通口の上端の高さは前記第１の界面および第２の界面以下である連通口が形成され、該連通口を通じて、前記チャー燃焼室側から前記ガス化室側へ前記チャー燃焼室で加熱された流動媒体を移動するように構成され；
前記ガス精製装置は、前記合成ガスの成分調整を行うコントローラを有し；
前記ガス精製装置は、水素分離装置と該水素分離装置をバイパスするバイパスラインを有し；
前記コントローラは、前記合成ガス中に含有される二酸化炭素の量に応じて、前記合成ガスの一部を前記水素分離装置に通し；
前記水素分離装置により得られる高純度の水素は、前記バイパスラインを通した合成ガスに混合されて、前記精製ガス中の水素と一酸化炭素と二酸化炭素の比率を調整するように構成された；
液体燃料合成システム。
【請求項５】
前記水素分離装置は、前記合成ガスから可燃性の余剰成分の除去を行い高純度の水素を得るように構成され；
前記ガス化装置は、前記除去された余剰成分を燃焼して得られる熱量を、前記チャー燃焼室で前記流動媒体を加熱する熱源の一部または全部として利用するように構成された；
請求項４に記載の液体燃料合成システム。
【請求項６】
前記水素分離装置は、前記余剰成分を吸着する吸着材と、前記吸着材を収納する容器とを有し、前記合成ガスを前記容器内に導入し、該容器内の圧力を相対的に高圧と低圧との間で変化させることにより前記余剰成分の吸着と脱着とを繰り返すように構成された、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体燃料合成システム。
【請求項７】
前記液体燃料合成装置は、液体燃料の合成に際して可燃性の余剰ガスを発生し；
前記液体燃料合成装置の発生した可燃性の余剰ガスを、前記水素分離装置の上流側で前記合成ガスと混合するように構成された、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体燃料合成システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料合成システムに関し、特に、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する合成ガス、例えば、天然ガスや石油、石炭などの化石燃料や、バイオマス、各種廃棄物等を熱分解して得られる合成ガスである可燃性ガスを原料として、液体燃料合成を行うのに適した液体燃料合成システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題や資源枯渇、化石燃料削減等の要請から、石炭やバイオマス等の固体燃料や、有機性廃棄物を原料とした液体燃料合成技術の実用化が期待されている。
固体燃料や廃棄物からの液体燃料合成には、直接油化するプロセスと、一度廃棄物をガス化させて水素、一酸化炭素等を主体とする合成ガス（生成ガス）を得て、これを原料として液体燃料合成を行うプロセスとがある。ここで、ガス化によるプロセスの場合は、一度合成ガスを経てからこれを精製して液体燃料を得るため、純度の高い、高品質の液体燃料が得られるという利点がある。
この場合、最終製品である液体燃料の種類に応じて、合成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスの比率（Ｈ２／ＣＯ比）及び二酸化炭素の量を所定の値に保つことにより、液体燃料の収率を高めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来のガス化による液体燃料合成の場合、合成ガスを液体燃料合成工程に導く前に、二酸化炭素を除去する工程が必要であった。一般に、ガス化により得られる合成ガス中には、二酸化炭素が過剰に含まれているからである。二酸化炭素の除去には、物理吸収プロセスや化学吸収プロセスなど各種の方法があるが、これらの方法は、吸収液の補充や廃液処理を行う必要があり、またプロセスが複雑である。したがって、大型装置には適しているかもしれないが、小型装置の場合は設備コストや運転コストが増大するという問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する合成ガスを原料として、小規模の装置においても低コストで液体燃料を製造することを可能とする液体燃料合成システムを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による液体燃料合成システムは、例えば図１に示すように、水素と一酸化炭素を含有する合成ガス又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含有する合成ガスの成分調整を行い精製ガスを得るガス精製装置１０２と；ガス精製装置１０２で得られた精製ガス３０１ａを原料として、液体燃料３０９を合成する液体燃料合成装置３００とを備え；ガス精製装置１０２は、水素分離装置１２０と水素分離装置１２０をバイパスするバイパスライン４０６を有し、前記合成ガスの一部を水素分離装置１２０に通して得られる高純度の水素ｊと、バイパスライン４０６を通した合成ガスとを混合して、精製ガス３０１ａ中の水素と一酸化炭素又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素の比率を調整するように構成される。
【０００６】
液体燃料は例えばメタノール・ジメチルエーテル・ガソリン等である。合成ガスの成分調整と共に、典型的には余剰成分の除去も行う。
【０００７】
このように構成すると、ガス精製装置は、水素分離装置と水素分離装置をバイパスするバイパスラインを有し、前記合成ガスの一部を水素分離装置に通して得られる高純度の水素と、バイパスラインを通した合成ガスとを混合するように構成されるので、精製ガス中の水素と一酸化炭素又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素の比率を調整することができる。
ここで合成ガスが、水素と一酸化炭素を含有するガスであるときは、水素と一酸化炭素の比率を調整し、水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含有するガスであるときは、水素と一酸化炭素の比率を調整し、又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素の比率を調整するようにするとよい。
【０００８】
ここで請求項２に記載のように、また例えば図４に示すように、請求項１に記載の液体燃料合成システムでは、被処理物ａを熱分解ガス化して、ガス精製装置１０２に供給する前記合成ガスを発生するガス化装置１０１を備えるようにしてもよい。
【０００９】
さらに請求項３に記載のように、請求項２に記載の液体燃料合成システムでは、水素分離装置１２０は、前記合成ガスから可燃性の余剰成分ｋの除去を行い高純度の水素ｊを得るように構成され；ガス化装置１０１は、前記除去された余剰成分ｋを燃焼して得られる熱量を、前記熱分解ガス化に必要な反応熱の一部または全部として利用するように構成してもよい。
【００１０】
前記目的を達成するために、請求項４に係る発明による液体燃料合成システムは、例えば図４、図５に示すように、高温の流動媒体を内部で流動させ、第１の界面を有するガス化室流動床を形成し、前記ガス化室流動床内で被処理物ａをガス化して水素と一酸化炭素及び二酸化炭素を含有する合成ガスｂを発生するガス化室１と；高温の流動媒体を内部で流通させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流動床を形成し、前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチャーｈを前記チャー燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体を加熱するチャー燃焼室２と；ガス化室１にて発生した合成ガスの成分調整を行い精製ガス３０１ａを得るガス精製装置１０２と；精製ガス３０１ａを原料として液体燃料３０９を合成する液体燃料合成装置３００とを備え；ガス化室１とチャー燃焼室２とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直上方においてはガスの流通がないように第１の仕切壁１５により仕切られ、第１の仕切壁１５の下部にはガス化室１とチャー燃焼室２を連通する連通口２５であって、連通口２５の上端の高さは前記第１の界面および第２の界面以下である連通口２５が形成され、連通口２５を通じて、チャー燃焼室２側からガス化室１側へチャー燃焼室２で加熱された流動媒体を移動するように構成され；ガス精製装置１０２は、水素分離装置１２０と水素分離装置１２０をバイパスするバイパスライン４０６を有し、前記合成ガスの一部を水素分離装置１２０に通して得られる高純度の水素ｊと、バイパスライン４０６を通した合成ガスとを混合して、精製ガス３０１ａ中の水素と一酸化炭素と二酸化炭素の比率を調整するように構成される。
【００１１】
合成ガスの成分調整と共に、典型的には余剰成分ｋの除去も行うようにするのがよい。
【００１２】
また請求項５に記載のように、請求項４に記載の液体燃料合成システムでは、水素分離装置１２０は、前記合成ガスから可燃性の余剰成分ｋの除去を行い高純度の水素ｊを得るように構成され；ガス化装置１０１は、除去された余剰成分ｋを燃焼して得られる熱量を、チャー燃焼室２で前記流動媒体を加熱する熱源の一部または全部として利用するように構成してもよい。
【００１３】
また請求項６に記載のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体燃料合成システムでは、水素分離装置１２０は、余剰成分ｋを吸着する吸着材１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄと、前記吸着材を収納する容器１２１ｅ、１２２ｅ、１２３ｅとを有し、前記合成ガスを前記容器内に導入し、該容器内の圧力を相対的に高圧と低圧との間で変化させることにより余剰成分ｋの吸着と脱着とを繰り返すように構成された、いわゆる圧力スイング吸着式の水素分離装置（例えば図２参照）としてもよい。
【００１４】
また請求項７のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液体燃料合成システムでは、液体燃料合成装置３００は、液体燃料の合成に際して可燃性の余剰ガス３０７ａを発生し；液体燃料合成装置３００の発生した可燃性の余剰ガス３０７ａを、水素分離装置１２０の上流側で前記合成ガスと混合するように構成してもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
図１は、本発明による第１の実施の形態であるメタノール合成システムのフローチャートである。これは本発明の基本的な実施の形態であり、合成ガスｂ中の不要物を除去するとともに合成ガスｂ中の水素・一酸化炭素・二酸化炭素の成分割合を調整して精製ガスを得るガス精製装置１０２と、精製ガス３０１ａを原料として液体燃料３０９の合成を行う液体燃料合成装置としての液体燃料合成システム３００とを含んで構成されている。ガス精製装置１０２と液体燃料合成システム３００との間には、ガス圧縮装置１０７’が設けられている。
なお、ここでは液体燃料合成システムの一例としてメタノール合成システムについて説明するが、同様なシステムは、ジメチルエーテル、ガソリン等、他の液体燃料の合成に用いることもできる。
【００１６】
また図１に示すように、本実施の形態におけるガス精製装置１０２は、典型的には合成ガスｂ中の不要物を除去する不要物除去装置１０３と、合成ガスｂ中の水素・一酸化炭素・二酸化炭素の成分割合を調整するためのＣＯ転化装置１０４及び水素分離装置１２０を含んで構成されている。また図示のように、メタノール合成装置システム３００は、典型的にはメタノール合成装置３２０と、メタノール蒸留装置３３０とを含んで構成されている。
【００１７】
ガス精製装置１０２は、合成ガスｂを洗浄する洗浄装置１０３と、合成ガスｂを昇圧するガス圧縮装置１０７と、合成ガスｂ中の一酸化炭素ガスＣＯを水蒸気Ｈ２Ｏと反応させて水素ガスＨ２に変換するＣＯ転化装置１０４と、前記ＣＯ転化後の合成ガスｉから余剰成分ｋの除去を行い純水素を得る水素分離装置１２０とを含んで構成されている。
【００１８】
また、ガス圧縮装置１０７の吐出口に接続されたガス配管４０１には、三方弁４５１の一つのポートが接続されており、二つ目のポートに接続された配管４０２はＣＯ転化装置１０４に、三つ目のポートに接続された配管４０３は、ＣＯ転化装置１０４をバイパスして、その出口配管４０４に合流するように接続されている。その接続位置は、ＣＯ転化装置１０４と後述の三方弁４５２との間である。
【００１９】
また、ＣＯ転化装置１０４の出口配管４０４には、三方弁４５２の一つのポートが接続されており、二つ目のポートに接続された配管４０５は水素分離装置１２０に、三つ目のポートに接続された配管４０６は、水素分離装置１２０をバイパスして、その出口配管４０７に合流するように接続されている。また三方弁４５２の下流側の配管４０５には、後で詳述するメタノール合成装置システム３００からのメタノール合成余剰ガス配管４１２が接続されている。
【００２０】
ガス洗浄装置１０３は、タンク状の容器を立設した洗浄塔として構成されている。塔の底部に溜まった水を循環ポンプ１０３ａで塔の上部に配置されたスプレーノズルに送り塔内に散布する。統合型ガス化炉１０１から供給される合成ガスｂは、洗浄塔の下部から導入され、散布されている水と向流接触して洗浄される。特にガスｂに同伴されるチャー等の固形分や塩素ガス等が除去される。
【００２１】
ガス洗浄装置１０３の塔頂部の排気口は、ガス圧縮装置１０７に接続されている。ガス圧縮装置１０７は、洗浄された後の合成ガスを圧縮する。特にＣＯ転化装置１０４と水素分離装置１２０で必要とされる圧力、１．５ＭＰａ以上とする。さらに好ましくは２．０ＭＰａ以上とする。圧縮装置１０７は、扱いガス流量が大きいときは遠心式圧縮機、小さいときは往復式圧縮機等の容積式圧縮機とするのがよい。
【００２２】
ガス圧縮装置１０７の下流側には、前述のように三方弁４５１を介してＣＯ転化装置１０４が設置されている。一方、ＣＯ転化装置１０４をバイパスするガス配管４０３が設けられている。ＣＯ転化装置１０４は、タンク状の容器を立設した塔として構成されている。容器中には、ＣＯ転化触媒が充填されている。またＣＯ転化装置１０４には、水蒸気ｌを供給する水蒸気供給配管が接続されている。
【００２３】
引き続き図１を参照して第１の実施の形態のメタノール合成システムの作用を説明する。本実施の形態においては、水素と一酸化炭素を含有する合成ガス又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素を含有する合成ガスを原料として、液体燃料としてメタノールの合成が行われる。特に水素と一酸化炭素を主成分とするガス又は水素と一酸化炭素と二酸化炭素を主成分とするガスを原料とするのが好ましい。ここで「主成分とする」とは、単なる不純物程度としてではなく、メタノール合成の原料成分として有為な程度に含まれていることをいう。また、前記合成ガスは、水素及び一酸化炭素を含有するガス又は水素、一酸化炭素及び二酸化炭素を含有するガスであればよい。一般的には天然ガスや石油の改質反応により得ることもできるし、石炭、木質系・草本系のバイオマス、各種の廃棄物などを熱分解ガス化することで得ることもできる。また、高炉、コークス炉等から発生する副生ガスを用いてもよい。
【００２４】
合成ガスｂはまず、ガス精製装置１０２において合成ガスｂ中に含まれる不要物が除去される。不要物はガス精製装置１０２中の、特にガス洗浄装置１０３で除去される。ここで、不要物とは典型的には合成ガスｂ中に含まれる硫化水素、硫化カルボニル等の硫黄含有ガス成分、塩化水素等の塩素含有ガス成分や、ダスト分、カーボン粒子等である。硫黄含有ガス成分及び塩素含有ガス成分は、後段のメタノール合成装置３２０における触媒を劣化させる作用があるほか、プラント機器の腐食の原因となるため、典型的には１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、さらに好ましくは０．１ｐｐｍ以下まで除去される。積極的に硫化物を除去するためには、図４の第２の実施の形態にあるような、脱硫装置を設けるとよい。
【００２５】
また、ダスト分やカーボン粒子等の固形分は、ガス洗浄装置１０３の後段の水素分離装置１２０における吸着材や、メタノール合成装置３２０における触媒等に付着し、吸着材や触媒の性能を低下させるため、十分に低濃度まで除去される。
【００２６】
続いて、不要物を除去された後の合成ガスは、後段の液体燃料合成反応に適した組成となるように、水素及び一酸化炭素、二酸化炭素の成分比の調整が行われる。
水素Ｈ２及び一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ２から、メタノールＣＨ３ＯＨを合成する合成反応は、以下の２つの化学反応式に基づいて行われる。
２Ｈ２＋ＣＯ  ←→  ＣＨ３ＯＨ            （１）
３Ｈ２＋ＣＯ２  ←→  ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  （２）
【００２７】
式（１）は、一酸化炭素１モルからメタノール１モルを得るためには２モルの水素が必要であることを示している。また式（２）は、二酸化炭素１モルからメタノール１モルを得るためには３モルの水素が必要であることを示している。これら２つの反応の両方を最適化する合成ガス中の水素、一酸化炭素、二酸化炭素のモル比は、下式で表されるＲ値によって評価することができ、Ｒ＝２の場合に式（１）と式（２）の双方が最適化され、メタノールの収率が最も高くなる。
Ｒ＝（Ｈ２−ＣＯ２）／（ＣＯ＋ＣＯ２）
ただし、Ｒ＝２は化学的に最適な組成であり、実際にはメタノール反応装置の性能等によるロスがあるため、Ｒ＝２以上、好ましくは２．１〜２．２程度とするのが望ましい。
【００２８】
合成ガスに二酸化炭素が含まれない場合は、上記のＲ値は単純に水素と一酸化炭素のモル比となり、水素と一酸化炭素のモル比を２とすれば良いことが示されるが、これは反応が式（１）によって進行するためである。しかし、化石燃料や有機廃棄物を原料として得られた合成ガスには、一般に平衡反応上、ある程度の二酸化炭素が含まれている。この場合、式（２）によってもメタノール合成反応が進行する。上記のＲ値はこのことを考慮した指標値である。
【００２９】
任意の水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含む合成ガスのＲ値を２以上に調整するためには、従来は一般的に下記の手法がとられていた。まず合成ガスの一部をＣＯ転化装置に通じ、触媒存在下で下式により表されるＣＯシフト反応を進行させ、合成ガス中の一酸化炭素の一部を水素に変換する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ  ←→  Ｈ２＋ＣＯ２
【００３０】
次いで、ＣＯシフト反応後のガスを、ＣＯ転化装置に通さない合成ガスの残部と混合させ、最終的な水素と一酸化炭素の比率が２以上になるように調整する。ここで、合成ガス中の水素と一酸化炭素の比率が元々２以上である場合には、以上の操作は必ずしも必要ではないため、ＣＯ転化装置も必ずしも必要ではない。
【００３１】
続いて、二酸化炭素除去装置により、合成ガス中の二酸化炭素を除去する。ここで、二酸化炭素が完全に除去できる場合は、ＣＯシフト反応後の合成ガス中の水素と一酸化炭素の比率を２に調整しておくことで、Ｒ＝２を達成することができるが、二酸化炭素除去装置の性能によっては、若干の二酸化炭素が残留するため、ＣＯシフト反応後の水素と一酸化炭素の比率は、残留する二酸化炭素の量に応じて、２より若干高い値に調整しておくことで、最終的なＲ＝２を達成することができる。
【００３２】
また逆に、合成ガス中の水素と一酸化炭素の比率が元々２を大きく上回る場合には、二酸化炭素の全てを除去する必要はなく、若干の二酸化炭素を残留させることによりＲ＝２を達成することができる。
【００３３】
従来、代表的な二酸化炭素除去装置としては、物理吸収法及び化学吸収法が広く用いられていた。物理吸収法の代表例としては、レクチゾール法がある。これは合成ガス中の二酸化炭素を低温下でメタノールに溶解させ除去する方法である。また化学吸収法の代表例としては、アミン法がある。これはアルカノールアミン系の吸収液に合成ガス中の二酸化炭素を化学的に反応させて吸着除去する方法である。
【００３４】
いずれの方法についても、二酸化炭素を吸収した後の吸収液は加温することにより、二酸化炭素を放出することができる。すなわち、合成ガスを吸収液に接触させ二酸化炭素を吸収する吸収塔と、吸収液を加温して二酸化炭素を大気等へ放出する再生塔の間を、加温・冷却を繰り返しながら吸収液を循環させることで、連続的に合成ガス中の二酸化炭素を除去することができる。
【００３５】
これらの方式はプロセスが複雑であるため、比較的大型の装置に適しており、小型の装置の場合は相対的に機器コストが割高となる問題があった。また、液体を媒体として使用するため、吸収液の補充及び劣化した吸収液の抜き出しを行う必要があること、また抜き出した吸収液の処理が必要となること等により、設備の運転コストを上昇させるという問題があった。
【００３６】
以上の問題から、本発明の実施の形態ではこのような二酸化炭素除去装置を用いずに、水素分離装置を利用することで合成ガス中の水素、一酸化炭素、二酸化炭素の成分割合の調整を行う構成としている。
【００３７】
図１に示す第１の実施の形態の方式では、洗浄装置１０３で洗浄後の合成ガスを、三方弁４５１に導き、合成ガスの一部をＣＯ転化装置１０４に供給する。合成ガスの他の部分は、三方弁からバイパス配管４０３を経由して、ＣＯ転化装置１０４で処理されたガスと混合できるように構成されている。ＣＯ転化装置１０４で、合成ガス中の水素と一酸化炭素の比率が２以上になるように調整する。ことき、合成ガス中の水素と一酸化炭素の比率が元々２以上である場合には、この操作は必ずしも必要ではない。
【００３８】
ＣＯ転化装置１０４で比率調整をした合成ガス、又は洗浄装置１０３から直接バイパス配管４０３を通って来るガス、又はガスＣＯ転化装置１０４で比率調整をした合成ガスとバイパス配管４０３からのガスとを混合して比率調整をした合成ガスを三方弁４５２に導き、合成ガスの一部を水素分離装置１２０に供給する。三方弁４５２からの他の部分の合成ガスは、水素分離装置１２０をバイパスして、水素分離装置１２０を経由したガスと混合される。
【００３９】
なお、三方弁４５１は、調節弁として配管４０２と配管４０３を流れるガス流量の割合を調節できるように構成するのが望ましい。そして、調節弁である三方弁４５１は、不図示のコントローラにより、ＣＯ転化装置１０４後バイパス配管４０３と合流した後の配管４０４中の前記比率、言い代えれば三方弁４５２前の前記比率を所定の値に制御するように、配管４０２と配管４０３を流れるガス流量を調節するように構成する。
【００４０】
水素分離装置１２０では、合成ガスｉは、純水素ｊとその他のガスｋに分離される。ここで得られた純水素ｊを、水素分離装置１２０を通さない合成ガスｉの残部と混合することにより、最終的な精製ガス３０１ａを得る。水素分離装置１２０を通さない合成ガスｉは、三方弁４５２からバイパス配管４０６を経由して純水素ｊと混合される。
【００４１】
ここで、合成ガスの一部を水素分離装置１２０に導く割合は、ＣＯ転化装置１０４において水素と一酸化炭素の比率を２以上に調整した後に含まれる二酸化炭素の量によって決まる。すなわち、ＣＯ転化装置において合成ガスの水素と一酸化炭素の比率がちょうど２に調整され、若干の二酸化炭素が残留している場合は、水素と一酸化炭素は前記式（１）により反応してメタノール合成を行う為に最適な組成比となっている。しかしながら、残留している二酸化炭素が前記式（２）により反応してメタノールを合成する為に必要な水素が完全に不足していることになる。
【００４２】
このため、合成ガスの一部を水素分離装置１２０に通して、二酸化炭素と前記式（２）によって反応する相手となる純水素ｊを得て、これを水素分離装置１２０に通さない合成ガスｉの残部と混合することにより、Ｒ＝２以上を達成することができる。
【００４３】
なお、三方弁４５２は、調節弁として配管４０５と配管４０６を流れるガス流量の割合を調節できるように構成するのが望ましい。そして、調節弁である三方弁４５２は、不図示のコントローラにより、水素分離装置１２０後バイパス配管４０６と合流した後の配管４０７中の前記比率、言い代えればメタノール合成装置システム３００前の前記比率を所定の値に制御するように、配管４０５と配管４０６を流れるガス流量を調節するように構成する。
【００４４】
水素分離装置１２０としては、後で図を参照して詳述する圧力スイング吸着式の水素分離装置を用いるのが好ましい。これは、合成ゼオライト等の吸着剤を充填した塔内に、加圧した合成ガスを通じることにより、水素以外の成分を選択的に吸着させ、純水素を得るものである。吸着剤は塔の圧力を変化させることにより吸着・脱着を繰り返し、再生利用することができる。
【００４５】
圧力スイング吸着式の水素分離装置は、構造が単純であるため、設備規模が小規模となっても効率が殆ど低下せず、また設備コストが割高とならない特長を有している。さらに、吸着剤は長期間交換せずに使用可能であり、運転コストが低い。このことから、物理吸収・化学吸収等の二酸化炭素除去装置を用いる従来の方法と比較して、特に小規模の設備の場合に設備コスト・運転コストを低減できるという効果がある。
【００４６】
一方、水素分離装置１２０からは、一酸化炭素、二酸化炭素の他、純水素として回収されなかった若干の水素を含む余剰ガスｋが得られる。この余剰ガスｋは、可燃性であり発熱量を有しているため、システム内における熱源として利用することができる。具体的には、不図示のボイラにおいて余剰ガスｋを燃焼させ、蒸気として熱回収することで蒸気タービン発電を行ったり、システムに熱供給を行うことができる。また、化石燃料や廃棄物等の改質や熱分解ガス化により合成ガスを得るシステムの場合には、改質あるいは熱分解用の熱源として利用することができる。
【００４７】
以上により成分を調整された精製ガス３０１ａは、ガス圧縮装置１０７’によってメタノール合成に必要な圧力まで昇圧されたのち、メタノール合成装置システム３００に導かれる。なお、ガス圧縮装置１０７’も、圧縮装置１０７と同様に、取り扱うガス流量と圧力に応じて、遠心式圧縮機または容積式圧縮機とするのがよい。
【００４８】
メタノール合成装置システム３００については、後で図を参照して詳述するが、一般に、メタノール合成においては収率を高めるため、反応後のガスを冷却して、合成されたメタノールの他に水やエタノール等の不純物を含む液体成分（粗メタノール）と、未反応のガス成分との気液分離を行った後に、未反応のガスをリサイクルして合成装置に供給することが行われる。この場合、窒素やアルゴン等の不活性ガスや炭化水素などの、メタノール合成に寄与しないガス成分の蓄積を避けるため、常に一定量の未反応ガスを液体燃料合成余剰ガスとしての余剰ガス３０７ａとして系外に抜き出すことが必要となる。
【００４９】
この余剰ガス３０７ａは、前記の水素分離装置余剰ガスｋと同様に可燃性であり発熱量を有しているため、システム内における熱源として使用しても良いが、未反応の水素を含んでいるため、配管４１２を通して水素分離装置１２０の上流に戻す。このようにして、水素を回収利用することにより、システム全体の反応効率を高めることが出来る。
【００５０】
ここで図２のフローチャートを参照して、水素分離装置の一例として、本実施の形態で用いる圧力スイング式水素分離装置（水素ＰＳＡ）を説明する。本圧力スイング式水素分離装置１２０は、３基の吸着塔１２１、１２２、１２３と余剰ガスホルダ１２４を備える。
【００５１】
吸着塔１２１、１２２、１２３は、容器１２１ｅ、１２２ｅ、１２３ｅと、その内部にそれぞれ充填された吸着材１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄを含んで構成されている。本実施の形態では、吸着材は合成ゼオライト系の材料で構成されている。
【００５２】
合成ガスｉを導入する配管４０５は、３基の吸着塔に向けて分岐され、それぞれ弁１２１ａ、１２２ａ、１２３ａを介して、吸着塔の容器１２１ｅ、１２２ｅ、１２３ｅに接続されている。弁１２１ａ、１２２ａ、１２３ａと吸着塔１２１、１２２、１２３との間の各配管は、それぞれ分岐されそれぞれ弁１２１ｃ、１２２ｃ、１２３ｃを介した後に合流し、合流した配管は余剰ガスホルダ１２４に接続されている。
【００５３】
余剰ガスホルダ１２４には、余剰ガスｋを導出する配管１２９が接続されており、この配管には弁１２４ａが設けられている。
【００５４】
一方、３基の吸着塔の容器１２１ｅ、１２２ｅ、１２３ｅには、それぞれ高純度の水素ｊを導出する配管が接続され、各配管にはそれぞれ弁１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂが設けられている。各配管は、弁１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂの下流側で１本の配管４０７に合流している。
【００５５】
以下、圧力スイング式水素分離装置１２０の作用を説明する。この水素分離装置１２０は、ガスｉ中に含まれる各ガス成分が、吸着材に物理吸着される速度の違いを利用してガス成分の分離を行う装置である。原料となる合成ガス（混合ガス）ｉは、余剰ガス成分ｋの吸着に必要な圧力まで圧縮された後、吸着塔に導かれる。吸着塔内に充填された吸着材により、混合ガスｉに含まれるガス成分のうち分子量の大きいものから優先的に吸着される。
【００５６】
したがって、分子量の最も小さい水素ガスは、吸着材に吸着される速度が最も遅いため、吸着塔内の混合ガスの滞留時間、即ち混合ガスと吸着材の接触時間が適切な値となる様に設計することにより、混合ガス中に含まれる水素以外の余剰成分は吸着材にほとんど全て吸着され、吸着塔出口の製品ガスはほとんど純水素となる。一般には、水素ガスの一部も吸着材に吸着されるため、原料となる混合ガス中の水素ガスのうち、製品ガス（純水素）として回収されるのは８０％前後であるが、製品ガスの水素純度は９９．９９％以上が容易に得られる。
【００５７】
吸着材が余剰ガス成分を吸着できる量には限界があるため、ある程度十分な時間だけ混合ガスｉを通し続けると、余剰ガス成分ｋの吸着が行われなくなり、製品ガス（純水素）ｊの純度が低下する。したがって、一定時間混合ガスを通じた後に、吸着材に吸着している余剰ガス成分ｋを脱着する必要がある。
【００５８】
吸着材への余剰ガス成分ｋの吸着量は、圧力によって大きく異なり、圧力が高いほどガス成分ｋが多く吸着される。この性質を利用して、吸着塔内の圧力を高圧と低圧との間を変化（圧力スイング）させることにより、吸着材への余剰ガス成分ｋの吸着と脱着を繰り返すことができる。
【００５９】
吸着時の圧力と脱着時の圧力差を大きくとるほど、ガス分離の効率を高めることができるが、原料ガスｉの圧縮を行う際の動力消費が大きくなるため、過度に圧力差を大きくすることは必ずしも適切ではない。一般には、吸着塔内の圧力は、１．５ＭＰａ以上であることが望ましく、さらに好ましくは２．０ＭＰａ以上とする。また、脱着は大気圧前後の圧力において行われるが、後に述べるように余剰ガスｋの利用を考える場合には、０．１〜０．２ＭＰａ程度の微加圧下で行うのが望ましい。
【００６０】
また、吸着、脱着とも温度は常温から５０℃程度の温度下において行われる。余剰ガスｋの脱着中には原料混合ガスｉの処理ができないため、図３に示すように複数の吸着塔１２１、１２２、１２３を設置し、脱着操作を行う吸着塔を切り替えてゆき、常にいずれかの吸着塔において吸着操作が行われるように構成される。
【００６１】
また、余剰ガスホルダ１２４は、脱着後の余剰ガスｋを一時的に溜めておくためのタンクである。脱着行程は間欠的に行われるため、脱着後の余剰ガスｋを燃料ガスとして利用する等の場合は、このように脱着後のガスｋを一時的に溜めておくのが好ましいからである。このようにすれば、ガスを連続的に供給することができる。ガスｋの用途によっては、余剰ガスホルダは設置しなくてもよい。
【００６２】
さらに図２を参照して、３基の吸着塔１２１、１２２、１２３を含んで構成される圧力スイング式水素分離装置１２０の具体的な動作を説明する。ここでは、３基ある吸着塔１２１、１２２、１２３において、それぞれ、吸着、脱着、加圧の動作が行われている場合を説明する。
【００６３】
原料混合ガスｉは、装置１２０において必要な圧力まで加圧されている。また、余剰ガスホルダ１２４は、バルブ１２４ａの開度を調節することにより、常に余剰ガスｋの一定流量を外部へ放出しており、ホルダ１２４内は大気圧程度の低圧状態に保たれている。
【００６４】
まず吸着塔１２１で、吸着操作が行われるものとする。バルブ１２１ａと１２１ｂが開、バルブ１２１ｃが閉となっており、加圧された原料混合ガスｉが塔１２１内に通じ、混合ガスｉ中の余剰ガス成分ｋが吸着材１２１ｄに吸着される。このとき吸着されずに残った水素ガスがバルブ１２１ｂを経由して、製品ガス（純水素）ｊとして外部に排出される。
【００６５】
このとき吸着塔１２２では、脱着操作が行われる。バルブ１２２ａと１２２ｂが閉、バルブ１２２ｃが開となっており、塔１２２内の圧力が余剰ガスホルダ１２４の圧力とはぼ等しくなるまで減圧される。このようにして、以前の吸着操作において吸着材１２２ｄに吸着した余剰ガス成分ｋがバルブ１２２ｃを経由して余剰ガスホルダ１２４へ放出される。
【００６６】
このとき吸着塔１２３では、バルブ１２３ａが開、バルブ１２３ｂが閉、バルブ１２３ｃが閉となっており、加圧された原料混合ガスｉが塔１２３内に導かれることにより塔内が加圧される。塔１２３内が十分に加圧されるまでは、吸着材１２３ｄによる余剰ガス成分ｋの吸着が十分ではないため、バルブ１２３ｂを閉じておくことにより余剰ガス成分ｋが製品ガス（純水素）ｊに混入することを防いでいる。
【００６７】
３つの吸着塔１２１、１２２、１２３において、以上の３つの動作を順次繰り返すことにより、原料混合ガスｉからの水素分離を連続的に行うことができる。
【００６８】
塔数を多くするほど、１つの吸着塔が脱着操作を行う間隔を長くすることができるため、十分な吸着時間を確保することができ、製品水素の回収効率を高くすることができる。一般的には図示のように、塔数は３基以上あればよいが、４〜１０基とするのが好ましい。
【００６９】
以上の実施の形態では、吸着材として余剰ガス成分を吸着するゼオライト系の材料を用いる場合を説明したが、逆に水素を吸着する、例えば水素吸蔵合金を用いることも可能である。圧力をスイングすることにより、水素の吸着と脱着が起こる。この場合はホルダ１２４側に水素が流れ、弁１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ側に余剰ガスが流れる。したがって、弁１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂの下流側に、ホルダ１２４と同様なホルダを設けるのが好ましい。
【００７０】
次に図３のフローチャートを参照して、メタノール合成装置システム３００の一例を説明する。この合成装置システムは、断熱クエンチ型反応装置である。ガス圧縮機１０７’により、メタノール合成反応圧力まで昇圧されたガス３０１ｂは、配管４１１を通してメタノール合成装置システム３００に送り込まれる。合成装置システム３００に送られた圧縮ガス３０１ｂは後述の未反応循環ガス３０７ｂと合流し、循環機３２２の吸い込み側に供給される。循環機３２２としては遠心ブロワが用いられる。
【００７１】
断熱クエンチ型反応装置では、合成ガスを反応に必要な温度まで、熱回収器３２３で予熱した後、全原料合成ガス量の４０〜６０％のガス３０３をメタノール合成塔３２１内の第１触媒層へ供給する。残りのガス３０４はクエンチガスとして、第２触媒層以下の触媒層の温度を適正な温度に制御するため、各触媒層問へ供給され、上部触媒層を通過してきたガスと均一に混合される。これにより触媒層での断熱反応により上昇した反応ガスの温度を低下させ、次の触媒層の温度は適正に制御される。熱回収器３２３としては、熱交換器が用いられる。
【００７２】
メタノール合成塔３２１の出口ガス３０５の保有熱は、熱回収器３２３において、合成塔３２１へ供給する原料合成ガス３０３、３０４の予熱や、後述の蒸留工程で使用する低圧スチームの発生等により熱回収され、冷却される。この冷却されたガス３０６は、高圧分離器３２４で、粗メタノール３０８と未反応ガス３０７に分離される。未反応ガス３０７中に蓄積されるメタン、窒素等の不活性成分の濃度を一定レベルに抑えるため、一定量のガスがパージガス３０７ａとして配管４１２を通して抜き出される。残りのガス３０７ｂは循環ガスとして、前述のように圧縮工程から送られてきた合成ガス３０１ｂと一緒に循環機３２２で圧縮され、熱回収器３２３で予熱された後、メタノール合成塔３２１へ供給される。
【００７３】
分離された粗メタノール３０８は蒸留塔３２５で蒸留工程に供される。粗メタノール３０８は、蒸留工程を経て製品メタノール３０９に精製される。蒸留塔３２５は、不図示であるが初留塔と精留塔の２塔からなる。初留塔はほぼ常圧で運転され、粗メタノールからギ酸メチル、ジメチルエーテル、アセトン等の低沸点成分３１０およびパラフィン類を留去する。精留塔は、ほぼ常圧または０．１ＭＰａ程度の加圧下で運転され、水および高級アルコール等の高沸点成分３１１を除去し、製品メタノール３０９が得られる。この製品は配管４１３を通して抜き出される。
【００７４】
メタノール合成塔３２１内では、一酸化炭素と水系を主成分とする合成ガスを、圧力５〜１０ＭＰａ、温度２００〜３００℃の条件下で、銅・亜鉛を主成分とする触媒上で反応させ、メタノールを合成する。この反応は発熱反応であり、大量の熱が発生する。この反応熱は、熱回収器３２３で前述のように回収され利用されるが、この反応熱は効率的に除去することが反応効率を高める上で有効であるため、熱回収のために不図示の供給管により熱回収器３２３にボイラ水を供給し、反応熱を中圧の２００℃前後の蒸気として熱回収を行ってもよい。
【００７５】
また、メタノール合成反応は平衡反応であるため、合成塔３２１を１回通過しただけでは収率はさほど高くないため、前述のように循環機（循環ブロア）３２２を用いて反応ガスを循環させることが行われる。この循環系からは、生成したメタノールと、反応に関与しない窒素・アルゴン等の不活性成分を常に抜き出す必要がある。不活性ガス成分は、パージガスとして系外に排出されるが、不活性ガス成分だけを反応系から取り除くことはできないため、循環ガスを一定量抜き出し、これに含まれる不活性ガス成分の量が投入した量と等しくなるようにすることで、反応系内の不活性ガス成分濃度を一定に保つ。
【００７６】
抜き出したパージガス３０７ａは、可燃性成分を多く含んでいるため、燃料として利用することが可能であるが、その抜き出し量が多い程、本来メタノール合成に用いるべき有効成分を抜き出してしまっていることになるので、メタノール収率が低下する。したがって、最初の合成ガスには不活性ガス成分はできるだけ含まれていない方が望ましい。本実施の形態では、パージガス３０７ａは、前述のように配管４１２を通して水素分離装置１２０の上流側に戻すことによりメタノール収率の低下を防いでいる（図１参照）。
【００７７】
すなわち、パージガス３０７ａに含まれる窒素、アルゴン等の不活性ガス成分は、最終的には系外に排出する必要があるが、パージガス３０７ａには未反応の水素ガスも含まれているため、パージガス３０７ａを系外に排出する前にこれを水素分離装置１２０に通すことにより、未反応の水素ガスを回収することができる。
【００７８】
なお、パージガス３０７ａには未反応の一酸化炭素や二酸化炭素も含まれるため、例えばこれを三方弁４５２の上流に戻した場合、未反応の一酸化炭素や二酸化炭素を回収することもできる。しかしながら、その場合は、せっかくメタノール合成工程から取り除いた不活性ガス成分の一部が経路４０６を通じて再度メタノール合成工程に流入することになり、メタノール収率の低下をもたらす。
【００７９】
これに対して、図４に示すようにパージガス３０７ａを水素分離装置１２０の直前に戻した場合、パージガス３０７ａ中の不活性ガス成分は余剰ガスｋとして確実にメタノール合成工程の外部に排出されるため、メタノール収率の低下を防ぐことができる上、パージガス３０７ａ中の水素ガスを純水素ｊの一部として回収してメタノール収率を向上させることができるため、特に好ましい。
【００８０】
以上では、メタノールを例にとって合成ガスからの液体燃料合成プロセスについて説明したが、ジメチルエーテル、ガソリン、灯油、軽油等の他の種類の燃料であっても、触媒種や反応条件が一部異なるだけで、プロセスの基本的構成はほぼ同様である。
【００８１】
ジメチルエーテル合成の場合は、基本的にメタノール合成触媒と同じものに脱水触媒を加え、２５０〜３００℃、５〜１０ＭＰａで反応が行われる。即ち、反応条件としてはメタノール合成とほぼ同等である。
【００８２】
ガソリン、灯油、軽油等の炭化水素燃料合成の場合は、鉄系触媒またはコバルト系触媒が用いられる。鉄系触媒の場合には、一般に２５０〜３５０℃、２．０〜４．０ＭＰａで反応が行われる。またコバルト系媒の場合には、２２０〜２５０℃、０．５〜２．０ＭＰａで反応が行われる。これは、フィッシャー・トロプシュ反応とよばれるもので、メタノール合成に比べるとやや圧力が低いが、温度条件はほぼ同等である。なおこのプロセスでは、ガソリン、灯油、軽油等の各種の炭化水素燃料が混合して得られるので、蒸留装置を多段とすることにより、ガソリン、灯油、軽油等を分離して得ることができる。
【００８３】
上記いずれのプロセスにおいても、その特性から、効率よく液体燃料合成を行うためには、以下が求められる。
まず第１に、合成ガスの発熱量が高いこと、即ち有効な成分であるＨ２  、ＣＯガスの濃度が高いことが必要である。これは余剰なガス成分、特にＣＯ２  、Ｈ２Ｏ等の燃焼ガス成分を多く含まないことを意味し、部分燃焼ガス化の場合には部分燃焼割合をできるだけ下げることが特に重要である。
【００８４】
第２に、窒素、アルゴンなどの不活性ガス濃度はできるだけ低い方が望ましい。これらは液体燃料合成工程の前で除去することが困難であるため、反応系の循環ガスに同伴させてパージガスとして除去する。そのため、不活性ガスが多いと反応に有効な成分（Ｈ２  、ＣＯ等）を抜き出す量も多くなり、最終的な液体燃料の収率を低下させる原因となる。
【００８５】
以上の２点は、「反応に余剰なガス成分はできるだけ少ないことが良い」ことを意味している。これは、余剰なガス成分が少ないほど、生成ガスの圧縮動力を低減でき、プロセスのエネルギー効率を高めることができることからも重要である。
【００８６】
第３に、合成ガスのＨ２／ＣＯ比が適正な値である必要がある。量論的には、メタノール合成の場合はＨ２／ＣＯ＝２、ジメチルエーテル合成の場合はＨ２／ＣＯ＝１であれば、最も反応効率が高くなる。Ｈ２／ＣＯ比がこれより低い場合は、ＣＯ転化工程によりＨ２／ＣＯ比を調整する必要があるが、これより高い場合には、ＣＯ転化工程は不要であり、コストダウンが可能である。
【００８７】
第４に、合成ガス中の塩素分、硫黄分、ダスト分などの不純物成分はできるだけ低いことが望ましい。これにより、洗浄工程、脱硫工程等のコストダウンを図ることができる。
【００８８】
以上に加えて、液体燃料合成反応は通常発熱反応であり中圧の蒸気が回収可能であること、また最終製品の蒸留工程では熱源として低圧の蒸気を必要とすることを考慮し、ガス化工程も含めたプロセス全体で最大限に熱利用を可能とするようにプロセスを構成することが、エネルギー効率を高める上で重要となる。
【００８９】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図４及び図５を用いて説明する。第２の実施の形態のメタノール合成システムは、メタノール合成の原料となる合成ガスの製造装置として、以下に説明する統合型ガス化炉を用いることにより、廃棄物や固体燃料を原料として、メタノール合成に適した組成を有する合成ガスを得ることを特徴としている。
【００９０】
図４は、本発明による第２実施の形態であるメタノール合成システムのフローチャートである。第１の実施の形態の場合と同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施の形態におけるメタノール合成システムは、被処理物ａを熱分解ガス化して合成ガス（生成ガス）ｂを得る統合型ガス化炉１０１と、合成ガスｂを水素ガスｊと余剰ガスｋとに分離するガス精製装置１０２’とを含んで構成されている。
【００９１】
本実施の形態では、ガス精製装置１０２’は、洗浄装置１０３、ガス圧縮装置１０７、水素分離装置１２０の他に、合成ガスｂを脱硫する脱硫装置１０５を含んで構成されている。脱硫装置１０５は、洗浄装置１０３とガス圧縮装置１０７との間に設置されている。また第１の実施の形態にはあった三方弁４５１とＣＯ転化装置１０４は備えていない。したがって、ガス圧縮装置１０７の吐出口からの配管４０１は三方弁４５２に直接接続されている。また、メタノール合成装置システム３００からの余剰ガス配管４１２は、三方弁４５２と水素分離装置１２０との間の配管４０５に合流するように接続されている。
【００９２】
本実施の形態のメタノール合成システムは、さらに、統合型ガス化炉１０１から排出される廃ガスから熱を回収する廃熱ボイラ２０１、廃熱ボイラ２０１からの排気ガスに同伴する固形分を除去する除塵装置２０２及び除塵装置２０２で除塵されたガスを排出する煙突２０３を備えている。
【００９３】
ガス洗浄装置１０３の塔頂部の排気口は、脱硫装置１０５に接続されている。脱硫装置１０５は、タンク状の容器に脱硫触媒を充填した装置であり、特にＨ２Ｓガスを除去するものである。脱硫装置１０５の下流側にはガス圧縮装置１０７が接続されている。ガス圧縮装置１０７では、脱硫された合成ガスを圧縮する。圧縮する圧力等は、第１の実施の形態と同様である。
【００９４】
ガス圧縮装置１０７の下流側の配管４０１は、余剰ガス配管４１２と合流して三方弁４５２に接続されている。
【００９５】
また水素分離装置１２０からの余剰ガスｋ用配管１２９は、後述の統合型ガス化炉のバーナ１０１ｄに接続されている。
【００９６】
次に、図５の概念的断面図を参照して本実施の形態による統合型ガス化炉１０１について説明する。本統合型ガス化炉１０１は、熱分解即ちガス化、チャー燃焼、熱回収の３つの機能をそれぞれ担当するガス化室１、チャー燃焼室２、熱回収室３を備え、例えば全体が円筒形又は矩形を成した炉体内に収納されている。ガス化室１、チャー燃焼室２、熱回収室３は仕切壁１１、１２、１３、１４、１５で分割されており、それぞれの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成される。各室の流動床、即ちガス化室流動床、チャー燃焼室流動床、熱回収室流動床の流動媒体を流動させるために、各室１、２、３の底である炉底には、流動媒体中に流動化ガスを吹き込む散気装置が設けられている。散気装置は炉底部に敷かれた例えば多孔板を含んで構成され、該多孔板を広さ方向に区分して複数の部屋に分割されており、各室内の各部の空塔速度を変えるために、散気装置の各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガスの流速を変化させるように構成している。空塔速度が室の各部で相対的に異なるので各室内の流動媒体も室の各部で流動状態が異なり、そのため内部旋回流が形成される。また室の各部で流動状態が異なるところから、内部旋回流は、炉内の各室を循環する。図中、散気装置に示すハッチン付き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガスの流速を示している。例えば２ｂで示す箇所の太い矢印は、２ａで示す箇所の細い矢印よりも流速が大きい。
【００９７】
ガス化室１とチャー燃焼室２の間は仕切壁１１及び仕切壁１５で仕切られ、チャー燃焼室２と熱回収室３の間は仕切壁１２で仕切られ、ガス化室１と熱回収室３の間は仕切壁１３で仕切られている（なお本図は、炉を平面的に展開して図示しているため、仕切壁１１はガス化室１とチャー燃焼室２の間にはないかのように、また仕切壁１３はガス化室１と熱回収室３の間にはないかのように示されている）。即ち、統合型ガス化炉１０１は、各室が別々の炉として構成されておらず、一つの炉として一体に構成されている。更に、チャー燃焼室２のガス化室１と接する面の近傍には、流動媒体が下降するべく沈降チャー燃焼室４を設ける。即ち、チャー燃焼室２は沈降チャー燃焼室４と沈降チャー燃焼室４以外のチャー燃焼室本体部とに分かれる。このため、沈降チャー燃焼室４をチャー燃焼室２の他の部分（チャー燃焼室本体部）と仕切るための仕切壁１４が設けられている。また沈降チャー燃焼室４とガス化室１は、仕切壁１５で仕切られている。
【００９８】
ここで、流動床と界面について説明する。流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスにより流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を濃厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくはねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほとんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。界面は、ある厚さをもった前記スプラッシュゾーンをいうが、またスプラッシュゾーンの上面と下面（濃厚層の上面）との中間にある仮想的な面ととらえてもよい。
【００９９】
また「流動床の界面より鉛直方向上方においてはガスの流通がないように仕切壁により仕切られ」というとき、さらに界面より下方の濃厚層の上面より上方においてガスの流通がないようにするのが好ましい。
【０１００】
ガス化室１とチャー燃焼室２の間の仕切壁１１は、炉の天井１９から炉底（散気装置の多孔板）に向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に第２の開口部２１がある。但しこの開口部２１の上端が、ガス化室流動床界面、チャー燃焼室流動床界面のいずれの界面よりも上部にまで達することはない。さらに好ましくは、開口部２１の上端が、ガス化室流動床の濃厚層の上面、チャー燃焼室流動床の濃厚層の上面のいずれよりも上部にまで達することはないようにする。言い換えれば、開口部２１は、常に濃厚層に潜っているように構成するのが好ましい。即ち、ガス化室１とチャー燃焼室２とは、少なくともフリーボード部においては、さらに言えば界面より上方においては、さらに好ましくは濃厚層の上面より上方ではガスの流通がないように仕切壁により仕切られていることになる。
【０１０１】
またチャー燃焼室２と熱回収室３の間の仕切壁１２はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面よりは上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方に位置しており、仕切壁１２の下端は炉底近傍までであり、仕切壁１１と同様に下端が炉底に接することはなく、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのない開口２２がある。言い換えれば、チャー燃焼室２と熱回収室３の間は流動層部のみ仕切り壁１２で仕切られており、その仕切り壁１２の炉床面近傍には開口部２２を有し、チャー燃焼室２の流動媒体は仕切り壁１２の上部から熱回収室２に流入し、仕切り壁１２の炉床面近傍の開口部２２を通じて再びチャー燃焼室２に戻る循環流を有するように構成されている。
【０１０２】
ガス化室１と熱回収室３の間の仕切壁１３は炉底から炉の天井にわたって完全に仕切っている。沈降チャー燃焼室４を設けるべくチャー燃焼室２内を仕切る仕切壁１４の上端は流動床の界面近傍で、下端は炉底に接している。仕切壁１４の上端と流動床との関係は、仕切壁１２と流動床との関係と同様である。沈降チャー燃焼室４とガス化室１を仕切る仕切壁１５は、仕切壁１１と同様であり、炉の天井から炉底に向かってほぼ全面的に仕切っており、下端は炉底に接することはなく、炉底近傍に第１の開口部２５があり、この開口の上端が濃厚層の上面より下にある。即ち、第１の開口部２５と流動床の関係は、開口部２１と流動床の関係と同様である。
【０１０３】
ガス化室１に投入された廃棄物または固体燃料ａは流動媒体ｃ１から熱を受け、熱分解、ガス化される。典型的には、廃棄物または燃料ａはガス化室１では燃焼せず、いわゆる乾留される。残った乾溜チャーｈは流動媒体ｃ１と共に仕切壁１１の下部にある開口部２１からチャー燃焼室２に流入する。このようにしてガス化室１から導入されたチャーｈはチャー燃焼室２で燃焼して流動媒体ｃ２を加熱する。チャー燃焼室２でチャーｈの燃焼熱によって加熱された流動媒体ｃ２は仕切壁１２の上端を越えて熱回収室３に流入し、熱回収室３内で界面よりも下方にあるように配設された層内伝熱管４１で収熱され、冷却された後、再び仕切壁１２の下部開口２２を通ってチャー燃焼室２に流入する。
【０１０４】
ここで、熱回収室３は本発明の実施の形態であるガス供給装置において必須ではない。即ち、ガス化室１で主として揮発成分がガス化した後に残る主としてカーボンからなるチャーｈの量と、チャー燃焼室２で流動媒体ｃ２を加熱するのに必要とされるチャーの量がほぼ等しければ、流動媒体から熱を奪うことになる熱回収室３は不要である。また前記チャーの量の差が小さければ、例えば、ガス化室１でのガス化温度が高目になり、ガス化室１で発生するＣＯガスの量が増えるという形で、バランス状態が保たれる。
【０１０５】
しかしながら図５に示すように熱回収室３を備える場合は、チャーの発生量の大きい石炭から、ほとんどチャーを発生させない都市ゴミまで、幅広く多種類の廃棄物または燃料に対応することができる。即ち、どのような廃棄物または燃料であっても、熱回収室３における熱回収量を加減することにより、チャー燃焼室２の燃焼温度を適切に調節し、流動媒体の温度を適切に保つことができる。
【０１０６】
一方チャー燃焼室２で加熱された流動媒体ｃ２は仕切壁１４の上端を越えて沈降チャー燃焼室４に流入し、次いで仕切壁１５の下部にある開口部２５からガス化室１に流入する。
【０１０７】
ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び移動について説明する。
ガス化室１の内部で沈降チャー燃焼室４との間の仕切壁１５に接する面の近傍は、沈降チャー燃焼室４の流動化と比べて強い流動化状態が維持される強流動化域１ｂになっている。全体としては投入された燃料と流動媒体の混合拡散が促進される様に、場所によって流動化ガスの空塔速度を変化させるのが良く、一例として図５に示したように強流動化域１ｂの他に弱流動化域１ａを設けて旋回流を形成させるようにする。
【０１０８】
チャー燃焼室２は中央部に弱流動化域２ａ、周辺部に強流動化域２ｂを有し、流動媒体およびチャーが内部旋回流を形成している。ガス化室１、チャー燃焼室２内の強流動化域の流動化速度は５Umf以上、弱流動化域の流動化速度は５Umf以下とするのが好適であるが、弱流動化域と強流動化域に相対的な明確な差を設ければ、この範囲を超えても特に差し支えはない。チャー燃焼室２内の熱回収室３、および沈降チャー燃焼室４に接する部分には強流動化域２ｂを配するようにするのがよい。また必要に応じて炉底には弱流動化域側から強流動化域側に下るような勾配を設けるのが良い（不図示）。ここで、Umfとは最低流動化速度（流動化が開始される速度）を１Umfとした単位である。即ち、５Umfは最低流動化速度の５倍の速度である。
【０１０９】
このように、チャー燃焼室２と熱回収室３との仕切壁１２近傍のチャー燃焼室側の流動化状態を熱回収室３側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１２の流動床の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室２側から熱回収室３の側に流入し、流入した流動媒体は熱回収室３内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動し、仕切壁１２の炉底近傍にある下端（の開口２２）をくぐって熱回収室３側からチャー燃焼室２の側に移動する。
【０１１０】
同様に、チャー燃焼室２の本体部と沈降チャー燃焼室４との仕切壁１４近傍のチャー燃焼室本体部側の流動化状態を沈降チャー燃焼室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動媒体は仕切壁１４の流動床の界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室２本体部の側から沈降チャー燃焼室４の側に移動流入する。沈降チャー燃焼室４の側に流入した流動媒体は、沈降チャー燃焼室４内の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動し、仕切壁１５の炉底近傍にある下端（の開口２５）をくぐって沈降チャー燃焼室４側からガス化室１側に移動する。なおここで、ガス化室１と沈降チャー燃焼室４との仕切壁１５近傍のガス化室１側の流動化状態は沈降チャー燃焼室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。これにより流動媒体の沈降チャー燃焼室４からガス化室１への移動を誘引作用により助ける。
【０１１１】
同様に、ガス化室１とチャー燃焼室２との間の仕切壁１１近傍のチャー燃焼室２側の流動化状態はガス化室１側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態に保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１１の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面よりも下方にある（濃厚層に潜った）開口２１を通してチャー燃焼室２の側に流入する。
【０１１２】
熱回収室３は全体が均等に流動化され、通常は最大でも熱回収室に接したチャー燃焼室２の流動化状態より弱い流動化状態となるように維持される。従って、熱回収室３の流動化ガスの空塔速度は０〜３Umfの間で制御され、流動媒体は緩やかに流動しながら沈降流動層を形成する。なおここで０Umfとは、流動化ガスが止まった状態である。このような状態にすれば、熱回収室３での熱回収を最小にすることができる。すなわち、熱回収室３は流動媒体の流動化状態を変化させることによって回収熱量を最大から最小の範囲で任意に調節することができる。また、熱回収室３では、流動化を室全体で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、その一部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置くこともできるし、その一部の領域の流動化状態の強弱を調節してもよい。
【０１１３】
廃棄物または燃料中に含まれる比較的大きな不燃物はガス化室１の炉底に設けた不燃物排出口３３から排出する。また、各室の炉底面は水平でも良いが、流動媒体の流れの滞留部を作らないようにするために、炉底近傍の流動媒体の流れに従って、炉底を傾斜させても良い。なお、不燃物排出口３３は、ガス化室１の炉底だけでなく、チャー燃焼室２あるいは熱回収室３の炉底に設けてもよい。
【０１１４】
ガス化室１の流動化ガスとして最も好ましいのは生成ガスｂを昇圧してリサイクル使用することである。このようにすればガス化室１から出るガスは純粋に燃料から発生したガスのみとなり、非常に高品質のガスを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸気、炭酸ガス（ＣＯ２）あるいはチャー燃焼室２から得られる燃焼排ガス等、できるだけ酸素を含まないガス（無酸素ガス）を用いるのが良い。ガス化の際の吸熱反応によって流動媒体の層温が低下する場合は、必要に応じて熱分解温度より温度の高い燃焼排ガスを供給するか、あるいは無酸素ガスに加えて、酸素もしくは酸素を含むガス、例えば空気を供給して生成ガスの一部を燃焼させるようにしても良い。チャー燃焼室２に供給する流動化ガスは、チャー燃焼に必要な酸素を含むガス、例えば空気、酸素と水蒸気の混合ガスを供給する。燃料ａの発熱量（カロリー）が低い場合は、酸素量を多くする方が好ましく、酸素をそのまま供給する。また熱回収室３に供給する流動化ガスは、空気、水蒸気、燃焼排ガス等を用いる。
【０１１５】
ガス化室１とチャー燃焼室２の流動床の上面（スプラッシュゾーンの上面）より上方の部分すなわちフリーボード部は完全に仕切壁１１、１５で仕切られている。さらに言えば、流動床の濃厚層の上面より上方の部分すなわちスプラッシュゾーン及びフリーボード部は完全に仕切壁で仕切られているので、チャー燃焼室２とガス化室１のそれぞれのフリーボード部の圧力のバランスが多少乱れても、双方の流動層の界面の位置の差、あるいは濃厚層の上面の位置の差、即ち層高差が多少変化するだけで乱れを吸収することができる。即ち、ガス化室１とチャー燃焼室２とは、仕切壁１１、１５で仕切られているので、それぞれの室の圧力が変動しても、この圧力差は層高差で吸収でき、どちらかの層が開口２１、２５の上端に下降するまで吸収可能である。従って、層高差で吸収できるチャー燃焼室２とガス化室１のフリーボードの圧力差の上限値は、互いを仕切る仕切壁１１、１５の下部の開口２１、２５の上端からの、ガス化室流動床のヘッドと、チャー燃焼室流動床のヘッドとのヘッド差にほぼ等しい。
【０１１６】
以上説明した統合型ガス化炉１０１では、一つの流動床炉の内部に、ガス化室、チャー燃焼室、熱回収室の３つを、それぞれ隔壁を介して設け、更にチャー燃焼室とガス化室、チャー燃焼室と熱回収室はそれぞれ隣接して設けられている。この統合型ガス化炉１０１は、チャー燃焼室とガス化室間に大量の流動媒体循環を可能にしているので、流動媒体の顕熱だけでガス化のための熱量を充分に供給できる。
【０１１７】
さらに以上の統合型ガス化炉では、チャー燃焼ガスと生成ガスの間のシールが完全にされるので、ガス化室とチャー燃焼室の圧力バランス制御がうまくなされ、燃焼ガスと生成ガスが混ざることがなく、生成ガスの性状を低下させることもない。
【０１１８】
また、熱媒体としての流動媒体ｃ１とチャーｈはガス化室１側からチャー燃焼室２側に流入するようになっており、さらに同量の流動媒体ｃ２がチャー燃焼室２側からガス化室１側に戻るように構成されているので、自然にマスバランスがとれ、流動媒体をチャー燃焼室２側からガス化室１側に戻すために、コンベヤ等を用いて機械的に搬送する必要もなく、高温粒子のハンドリングの困難さ、顕熱ロスが多いといった問題もない。
【０１１９】
本実施の形態による統合型ガス化炉１０１は、さらに水素分離装置１２０で、水素と分離された余剰ガスｋを燃焼する余剰ガスバーナ１０１ｄを備えている。余剰ガスバーナ１０１ｄによる燃焼は、チャー燃焼室２、又は熱回収室３で行われる。余剰ガスは、バーナ１０１ｄの手前で空気ｍと混合され、チャー燃焼室２内で燃焼する。
【０１２０】
図４に戻って、第２の実施の形態であるメタノール合成システムの作用を説明する。統合型ガス化炉１０１のガス化室１に供給された廃棄物または燃料ａは、熱分解により可燃性ガスｂ、チャー、灰分に分解される。ここで、廃棄物または燃料ａとしては、廃プラスチック、廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、木質系廃棄物、一般廃棄物ＲＤＦ、石炭、重質油、タール等、ある程度の高発熱量を有する有機性廃棄物または燃料であることが望ましい。
【０１２１】
ガス化室１における熱分解によって生成したチャーのうち、粒子径が大きく可燃性ガスに同伴されないものｈは、流動媒体ｃ１とともにチャー燃焼室２に移送される。チャー燃焼室２では、流動化ガスｇ２として空気や、酸素富化空気または酸素等の有酸素ガスを用い、チャーｈを完全燃焼させる。チャーｈの燃焼によって発生した熱量の一部は、ガス化室１へ循環して戻される流動媒体ｃ２の顕熱としてガス化室１に供給され、ガス化室１における熱分解に必要な熱量として用いられる。
【０１２２】
この方法によれば、ガス化室１で廃棄物または固体燃料ａの熱分解によって発生した可燃性ガスすなわち合成ガスｂと、チャー燃焼室２でチャーの燃焼によって発生した燃焼ガスｅが混ざらないため、高カロリーの、液体燃料合成に適した合成ガスが得られる。
【０１２３】
特に、ガス化室１の流動化ガスｇ１に空気または酸素ガスを全く含まないガス、例えば蒸気等を用いることにより、熱分解に必要な熱量の全量をチャー燃焼室２でのチャーｈの燃焼によって発生した熱量を流動媒体ｃ２の顕熱を介して供給することで賄うことにより、ガス化室１において部分燃焼を全くさせることなく、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等の燃焼ガス濃度の低い、高カロリーの合成ガスを得ることができる。
【０１２４】
ガス化室１の流動化ガスｇ１に水蒸気を用いる場合、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを全く含まないようにすることができるため、合成ガスｂ中の窒素、アルゴン等の不活性ガス濃度を低く保つことができる。これにより、合成ガスの流量を少なくすることができるため、後段のガス圧縮装置１０７やＣＯ転化装置（図４には不図示）、水素分離装置１２０等の機器を小型化できる他、ガス圧縮動力を低減することができる。
【０１２５】
一般の部分燃焼式ガス化炉の場合は、合成ガスに窒素を混入させないためには、酸化剤として純酸素を供給する必要があったが、本実施の形態における統合型ガス化炉１０１を用いた場合、チャー燃焼室２における酸化剤として空気を用いても、合成ガスｂ側に空気中の窒素が混ざらないため、酸素製造動力の削減と、合成ガスｂ中の窒素ガス濃度低減を両立させることができ、特に効果的であると言える。
【０１２６】
本実施の形態における統合型ガス化炉１０１においては、被処理物ａを熱分解ガス化した際に発生するチャー等の重質分を燃焼させて得られる熱量を、被処理物ａの熱分解ガス化に必要な熱量として利用することを特徴としている。
【０１２７】
ここで、チャー等の重質分は炭素を多く含有し、それらはチャー燃焼室２において完全燃焼するため、チャー等の重質分に含まれる炭素の燃焼によって発生する二酸化炭素はガス化室１において発生する合成ガスｂには混入しない。これは、被処理物ａ中の水素分と炭素分が、合成ガスｂと燃焼ガスｅとに分離回収される割合を選択的に変えていることに相当する。即ち、被処理物ａ中の水素分は合成ガス側に比較的多く回収され、被処理物中の炭素分は燃焼ガス側に多く回収される。このことにより、従来の一般的な部分燃焼方式のガス化装置を用いる場合に比較して、合成ガスｂ中の水素の含有量が多くなる。典型的には、水素と一酸化炭素のモル比が２以上の、水素を多く含む合成ガスが容易に得られる。
【０１２８】
以上によって得られた合成ガスｂは、ガス精製装置１０２’に導かれる。なお、合成ガスｂの温度によっては、不図示の廃熱ボイラによって熱回収して合成ガスを減温した後に、ガス精製装置に導く構成としてもよい。
【０１２９】
本実施の形態におけるガス精製装置１０２’としては、不要物除去装置としてのガス洗浄装置１０３、脱硫装置１０５と、合成ガス圧縮装置１０７、水素分離装置１２０とから構成されている。ガス洗浄装置１０３においては、合成ガスｂ中に含まれる塩素分が除去されるとともに、ダスト分の除去が行われる。また、脱硫装置１０５においては、合成ガスｂ中に含まれる硫黄分の除去が行われる。
【０１３０】
不要物除去が行われた後の合成ガスは、その一部が水素分離装置１２０に導かれるため、水素分離装置１２０の運転に必要な圧力まで高める必要がある。ここで、水素分離装置１２０には合成ガスの全量が導かれるわけではないので、水素分離装置１２０の直前で水素分離を行う合成ガスの一部のみを昇圧してもよいが、図４に示すように不要物除去後の合成ガスの全量を合成ガス圧縮装置１０７において昇圧する構成とすることが望ましい。これは、メタノール合成は一般に５ＭＰａ以上の高圧下で行われるため合成ガスの昇圧がいずれにせよ必要であることと、ＣＯ転化装置が必要な場合は、その運転圧力を上昇させることにより、反応器の容積を小さくするとともに反応効率を高めることができるためである。
【０１３１】
ここで、合成ガスの圧縮を脱硫装置１０５の前段で行うように構成することで、脱硫装置１０５の容積を小さくすることもできるが、その場合、硫黄分を含むガスを圧縮機１０７に通すことになるため、硫黄分によるガス圧縮装置１０７の腐食の対策が必要となる。したがって、合成ガス中の硫黄分が非常に高く、そのまま合成ガス圧縮装置に通した場合に腐食の恐れがある場合には、図４に示すように脱硫装置１０５を合成ガス圧縮装置１０７の前段に配置するのが好ましい。
【０１３２】
一方合成ガス中の硫黄分がそれほど高くなく、そのまま合成ガス圧縮装置１０７に通しても腐食の心配が無い場合には、脱硫装置１０５を合成ガス圧縮装置１０７の後段に配置するのが好ましい。
【０１３３】
また、合成ガス圧縮装置１０７の腐食の心配が無い程度までの脱硫を行う第１の脱硫装置を合成ガス圧縮装置１０７の前段に、ＣＯ転化装置（図４には不図示）や水素分離装置１２０に影響を及ぼさない程度までの脱硫を行う第２の脱硫装置を合成ガス圧縮装置１０７の後段に設置するように構成してもよい。
【０１３４】
合成ガス圧縮装置１０７を出た後の合成ガスの圧力は、水素分離装置１２０の運転圧力に各配管の圧力損失及びＣＯ転化装置が必要な場合はその圧力損失を考慮した圧力を有している必要がある。この圧力は、一般的には１ＭＰａ以上、好ましくは１．５ＭＰａ以上、さらに好ましくは２ＭＰａ以上とするのが良い。
【０１３５】
なお、統合型ガス化炉１０１の運転圧力が負圧または１ＭＰａ程度未満の正圧である場合には、以上のような合成ガスの圧縮が必要であるが、統合型ガス化炉１０１の運転圧力が１ＭＰａ程度以上であるならば、合成ガス圧縮装置１０７は必ずしも必要ではない。
【０１３６】
合成ガス圧縮装置１０７において圧縮された合成ガスは、第１の実施の形態と同様に、ＣＯ転化装置において水素と一酸化炭素のモル比率の調整を行ってもよいが、本実施の形態のように統合型ガス化炉１０１を用いて被処理物ａを熱分解ガス化して合成ガスを得る場合、前記のように水素と一酸化炭素のモル比が２以上の合成ガスが容易に得られるため、ＣＯ転化装置は必ずしも必要ではない。
【０１３７】
勿論、被処理物ａの性状やガス化炉１０１の運転条件によって、水素と一酸化炭素のモル比が２未満となる場合には、第１の実施の形態と同様に、水素分離装置１２０の前にＣＯ転化装置を設ける構成としてもよい。その場合の詳細については、第１の実施の形態の説明において既に述べたので、ここでは省略する。
【０１３８】
圧縮後の合成ガスは、その一部を配管４０５を通して水素分離装置１２０に導き、分離後の純水素ｊを水素分離装置１２０を経由せずバイパス配管４０６を通ってきた合成ガスの残部と混合することにより、水素、一酸化炭素、二酸化炭素のモル比の調整が行われ、Ｒ＝２以上の精製ガスを得る。その詳細については、第１の実施の形態で既に説明したので、ここでは重複した説明は省略する。
【０１３９】
以上により成分を調整された精製ガスは、精製ガス圧縮装置１０７’によってメタノール合成に必要な圧力まで昇圧されたのち、メタノール合成装置システム３００に導かれる。
【０１４０】
メタノール合成装置システム３００から抜き出された余剰ガス３０７ａは、可燃性であり発熱量を有しているため、システム内における熱源として使用しても良いが、未反応の水素を含んでいるため、水素分離装置１２０の上流に戻す。このようにして、水素を回収利用することにより、システム全体の反応効率を高めることが出来る。
【０１４１】
一方、水素分離装置１２０からは、一酸化炭素、二酸化炭素の他、純水素として回収されなかった若干の水素を含む余剰ガスｋが得られる。この余剰ガスｋは、可燃性であり発熱量を有しているため、システム内における熱源として利用することができる。特に、本実施の形態の場合においては、この余剰ガスｋを統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２において燃焼させ、その燃焼熱により流動媒体ｃ２を加熱するように構成するのが好ましい。この場合、統合型ガス化炉１０１において被処理物ａを部分燃焼させる割合を低下させ、高いガス化効率を得ることができるため特に効果的である。
【０１４２】
余剰ガスｋの熱量を利用する上では、例えば余剰ガスｋを統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２内において燃焼させるのではなく、別途不図示の燃焼装置で余剰ガスｋを燃焼させて得られる高温の燃焼ガスをチャー燃焼室２の流動化ガスｇ２として用いてもよい。しかしながら、その場合は、流動化ガスｇ２中の酸素濃度が低下し、チャー燃焼室２の流動一部におけるチャーｈの燃焼効率を低下させる恐れがある。
【０１４３】
これに対して、図４あるいは図５に示すように、チャー燃焼室２内において余剰ガスｋを燃焼させる場合は、チャー燃焼室２の流動層部の酸素濃度を低下させる心配がなく、余剰ガスを燃焼させて発生する炎の輻射熱により効果的に流動媒体ｃ２を加熱することができるので好ましい。
【０１４４】
チャー燃焼室２からの高温排ガスｅからは、廃熱ボイラ２０１により蒸気として熱回収を行うことができる。またこの他にも、前記のようにガス化室１からの合成ガスｂからの熱回収を行うこともできるし、ＣＯ転化反応やメタノール合成反応は発熱反応であるため、ＣＯ転化装置やメタノール反応装置からも熱回収を行うことができる。これらの熱回収により得られる蒸気は、ガス化室１に流動化ガスｇ１として供給する水蒸気や、メタノール蒸留装置３３０の熱源用の蒸気など、システムで必要な蒸気として用いたり、蒸気タービン（不図示）により発電を行うことによってシステムで必要な電力を発生させることができる。
【０１４５】
本メタノール合成システムにおいては、合成ガス圧縮装置１０７及び精製ガス圧縮装置１０７’におけるガスの圧縮動力が必要な動力の大半を占める。このため、前記蒸気タービンによって発電した電力は、これらガス圧縮装置の所要電力として使用するのが好ましい。さらに好ましくは、これらのガス圧縮装置の駆動機を電動機ではなく蒸気タービンとすることにより、前記熱回収により得られる蒸気を用いてガス圧縮装置を直接駆動する構成としてもよい。
【０１４６】
なお、前記余剰ガスｋを、チャー燃焼室２内で燃焼させず、別途不図示の熱回収用ボイラで燃焼させ、蒸気として熱回収を行うこともできるし、余剰ガスｋの一部をチャー燃焼室２内で燃焼させ、残部を熱回収用ボイラで燃焼する構成としてもよい。この場合、余剰ガスｋを熱回収用ボイラで燃焼させる割合は、得られた合成ガスの圧縮動力をはじめとするシステムの所要動力が、熱回収された蒸気から得られる発生動力と等しくなるように調整することが望ましい。
【０１４７】
すなわち、システムの所要動力が、発生動力より大きい場合は、余剰ガスｋをチャー燃焼室２内で燃焼させる割合を減らし、熱回収用ボイラで燃焼させる割合を増やすことにより、ガス化効率を低めて合成ガスｂの発生量を低下させることで、合成ガスの圧縮動力すなわちシステムの所要動力を低減させるとともに、熱回収による発生動力を増大することで、所要動力と発生動力のバランスをとることができる。
【０１４８】
また、システムの所要動力が、発生動力より小さい場合は、余剰ガスｋをチャー燃焼室２内で燃焼させる割合を増やし、熱回収用ボイラで燃焼させる割合を減らすことにより、ガス化効率を高めて合成ガスｂの発生量を増加させることで、合成ガスの圧縮動力すなわちシステムの所要動力を増加させるとともに、熱回収による発生動力を減少することで、所要動力と発生動力のバランスをとることができる。
【０１４９】
このように構成した場合、被処理物ａの発熱量の変動がある場合にも、システム内での所要動力と発生動力のバランスをとって運転を行うことが可能となり、外部からの電力や熱供給量を最小化することができるため、システムの運転コストの低減を図ることができる。
【０１５０】
また、メタノール合成装置システム３００からのガス３０７ａをチャー燃焼室２や熱回収ボイラで燃焼させて、上記と同様な効果を得ることもできる。
【０１５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ガス精製装置は、水素分離装置と水素分離装置をバイパスするバイパスラインを有し、前記合成ガスの一部を水素分離装置に通して得られる高純度の水素と、バイパスラインを通した合成ガスとを混合するように構成されるので、精製ガス中の水素と一酸化炭素と二酸化炭素の比率を調整することができ、水素、一酸化炭素、二酸化炭素を含有する合成ガスを原料として、液体燃料合成を行うのに適した液体燃料合成システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のメタノール合成システムのフローチャートである。
【図２】本発明の実施の形態で用いる水素分離装置の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態で用いるメタノール合成装置システムの一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施の形態のメタノール合成システムのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態で用いるガス化炉の一例を示す概念的断面図である。
【符号の説明】
１  ガス化室
２  チャー燃焼室
３  熱回収室
１０１  統合型ガス化炉
１０２  ガス精製装置
１０３  ガス洗浄装置
１０４  ＣＯ転化装置
１０５  脱硫装置
１０７  ガス圧縮装置
１２０  水素分離装置
１２１、１２２、１２３  吸着塔
１２４  余剰ガスホルダ
１２９  ガス戻し配管
２０１  廃熱ボイラ
２０２  除塵装置
２０３  煙突
３００  メタノール合成装置システム
３０１ａ  精製ガス
３０１ｂ  圧縮ガス
３０７ａ  バージガス
３０９  メタノール
３２０  メタノール合成装置
３２３  熱回収器
３２４  高圧分離器
３２５  蒸留塔
３３０  メタノール蒸留装置
ａ  被処理物
ｂ  合成ガス
ｃ１、ｃ２  流動媒体
ｄ  不燃物
ｅ  燃焼ガス
ｇ１、ｇ２  流動化ガス
ｈ  チャー
ｉ  （水素分離装置手前の）合成ガス
ｊ  高純度水素
ｋ  余剰ガス成分
ｌ  水蒸気
ｍ  空気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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