(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを備えてなる噴流床型のバイオマスガス化炉と、
上記バイオマスガス化炉上部出口近傍又は当該ガス化炉の後流側に設けられて当該ガス化炉でガス化した生成ガス中の炭化水素をニッケル系触媒によりＣＯ及びＨ2に改質するスチームリフォーミング手段と、
上記スチームリフォーミング手段で改質された上記生成ガスを精製するガス精製装置と
を具備するバイオマスのガス化システムと、
上記ガス精製装置で精製された上記生成ガスを冷却して当該生成ガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、
上記熱交換手段で冷却された上記生成ガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、
上記メタノール合成装置の上流側へ介装されて生成ガス中のＣＯ2を除去する脱炭酸装置と
を具備し、
前記バイオマスガス化炉の内部温度が７００〜１２００℃となるように、前記燃焼酸化剤供給手段が、前記バイオマス供給手段から供給される前記バイオマスを完全燃焼させる理論酸素量の１／４の量の前記酸素と４００〜５００℃の前記水蒸気との混合物からなる前記燃焼酸化剤を供給して、前記スチームリフォーミング手段が前記改質を５５０℃以上で行うことにより、当該スチームリフォーミング手段から送出された直後の上記生成ガスの組成のＨ2／ＣＯ比率を２よりも大きくするものである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項２】
請求項１において、
上記バイオマスガス化炉で生じた生成ガスと熱交換して上記燃焼酸化剤の上記水蒸気を高温に加熱する熱交換手段を具備している
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項３】
請求項１において、
前記バイオマスを分解する際の吸熱量よりも当該バイオマスを部分酸化させた際の発熱量を上回らせるように前記燃焼酸化剤供給手段が前記燃焼酸化剤を供給するものである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記燃焼酸化剤の全投入量の酸素濃度を３〜１５％とするように前記燃焼酸化剤供給手段が前記燃焼酸化剤を供給するものである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項５】
請求項１において、
上記スチームリフォーミング手段が、交互に対向するように複数配設されてニッケル触媒を担持したセラミックフォームである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項６】
請求項１において、
精製したガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなる
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項７】
請求項１において、
上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ2を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項８】
請求項１において、
上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項９】
請求項１において、
上記バイオマスガス化炉内にメタノール回収後の排ガスを供給する
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項１０】
請求項１において、
メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料に用いる
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項において、
上記メタノール製造に際して発生する回収熱をガスタービンに利用する
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか一項において、
上記メタノール製造に際して発生する回収熱を利用してバイオマスを乾燥させる乾燥手段を備えている
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のバイオマスのガス化システムを据え付け台上に搭載し、運搬できるようにした
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のバイオマスのガス化システムを移動台車上に搭載し、移動できるようにした
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを有効利用してクリーンで高効率なガス化を行うことができるバイオマスのメタノール合成システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、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体（例えば農業生産物又は副産物、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】
上記バイオマスを利用することで燃料及びメタノール等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共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ2の固定により生育されるので、大気のＣＯ2を増加させない。
【０００４】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法としては、例えば発酵法や熱水分解法等が提案されているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料とならず、発酵時間がかかるので大量の発酵タンクを設置する必要があると共に、後者の熱水分解法では高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【０００５】
また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【０００６】
一方、バイオマスをガス化する場合においては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用いるようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが発生し、生成したガス化ガスは、Ｈ2，ＣＯが少ないため、メタノール合成の原料とならない。また、上記発生したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、という問題がある。
【０００７】
そこで、従来においては、酸素を多量に供給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部分的に１２００℃を超える高温域が形成され、ガスにならずに、バイオマス自身が燃焼し、スート化してしまうという問題がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ることができるバイオマスのメタノール合成システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを備えてなる噴流床型のバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉上部出口近傍又は当該ガス化炉の後流側に設けられて当該ガス化炉でガス化した生成ガス中の炭化水素をニッケル系触媒によりＣＯ及びＨ2に改質するスチームリフォーミング手段と、上記スチームリフォーミング手段で改質された上記生成ガスを精製するガス精製装置とを具備するバイオマスのガス化システムと、上記ガス精製装置で精製された上記生成ガスを冷却して当該生成ガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、上記熱交換手段で冷却された上記生成ガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、上記メタノール合成装置の上流側へ介装されて生成ガス中のＣＯ2を除去する脱炭酸装置とを具備し、前記バイオマスガス化炉の内部温度が７００〜１２００℃となるように、前記燃焼酸化剤供給手段が、前記バイオマス供給手段から供給される前記バイオマスを完全燃焼させる理論酸素量の１／４の量の前記酸素と４００〜５００℃の前記水蒸気との混合物からなる前記燃焼酸化剤を供給して、前記スチームリフォーミング手段が前記改質を５５０℃以上で行うことにより、当該スチームリフォーミング手段から送出された直後の上記生成ガスの組成のＨ2／ＣＯ比率を２よりも大きくするものであることを特徴とする。
【００１０】
第二番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマスガス化炉で生じた生成ガスと熱交換して上記燃焼酸化剤の上記水蒸気を高温に加熱する熱交換手段を具備していることを特徴とする。
【００１１】
第三番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、前記バイオマスを分解する際の吸熱量よりも当該バイオマスを部分酸化させた際の発熱量を上回らせるように前記燃焼酸化剤供給手段が前記燃焼酸化剤を供給するものであることを特徴とする。
【００１２】
第四番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、前記燃焼酸化剤の全投入量の酸素濃度を３〜１５％とするように前記燃焼酸化剤供給手段が前記燃焼酸化剤を供給するものであることを特徴とする。
【００１３】
第五番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記スチームリフォーミング手段が、交互に対向するように複数配設されてニッケル触媒を担持したセラミックフォームであることを特徴とする。
【００１７】
第六番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、精製したガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなることを特徴とする。
【００１９】
第七番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ2を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであることを特徴とする。
【００２１】
第八番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであることを特徴とする。
【００２２】
第九番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマスガス化炉内にメタノール回収後の排ガスを供給することを特徴とする。
【００２３】
第十番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料に用いることを特徴とする。
【００２４】
第十一番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、上記メタノール製造に際して発生する回収熱をガスタービンに利用することを特徴とする。
【００２５】
第十二番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、上記メタノール製造に際して発生する回収熱を利用してバイオマスを乾燥させる乾燥手段を備えていることを特徴とする。
【００２６】
第十三番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十二番目の発明のいずれかのバイオマスのガス化システムを据え付け台上に搭載し、運搬できるようにしたことを特徴とする。
【００２７】
第十四番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十二番目の発明のいずれかのバイオマスのガス化システムを移動台車上に搭載し、移動できるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。図１は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたバイオマスガス化システムを備えたバイオマスメタノール合成システムの概略図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムは、バイオマス（ＣＨ2Ｏ）１１と燃焼酸化剤１２とを供給してＨ2，ＣＯ等にガス化するバイオマスガス化炉１３と、該バイオマスガス化炉１３でガス化した生成ガス１４中のＣＨ4等の炭化水素をニッケル触媒下で改質するスチームリフォーミング手段１５と、スチームリフォーミング手段１５により改質されたガスを冷却する冷却器１６と、該冷却器１６内に設置され、外部から供給された水１７と熱交換して高温水蒸気１８を発生させる熱交換手段（図示せず）と、該冷却したガスを精製するガス精製装置１９とを具備してなるものである。
【００３１】
ここで、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉１３は、バイオマス１１を炉本体内に供給するバイオマス供給手段２１と、該バイオマス供給手段２１よりも上方側（炉下流側）に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１２を炉１３内へ供給する燃焼酸化剤供給手段２２とを備えてなる噴流床型のガス化炉である。なお、上記熱交換手段による高温にされた水蒸気１８は燃焼酸化剤供給手段２２に導入されてバイオマスガス化炉１３内に供給されている。
【００３２】
ここで、本発明にかかる炉本体内に供給するバイオマス１１は、生産又は廃棄されたバイオマスを乾燥手段２３により乾燥された後、粉砕手段２４により所定粒径に粉砕されたものとするのが好ましい。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。
【００３３】
上記バイオマスの組成式は一般にＣmＨ2Ｏn（ｍ＝１．０〜１．５、ｎ＝０．７〜１．１）であるが、便宜上ＣＨ2Ｏと簡略化して以下説明する。本発明では、上記バイオマス１１の粉砕物の平均粒径（Ｄ）は、０．０５≦Ｄ≦５ｍｍとするのが好ましい。これは、平均粒径が０．０５ｍｍ以下であるとバイオマスの粉砕効率が悪くなり、好ましくないからである。一方、平均粒径が５ｍｍを超えた場合には、バイオマスの粒子内部まで良好に燃焼・熱分解がなされずに反応が促進せず、高効率のガス化が困難となるからである。
【００３４】
本発明では、上記バイオマスガス化炉１３でガス化されたガス組成のＨ2／ＣＯ比率が２＜（Ｈ2／ＣＯ）となるように、バイオマス１１及び燃焼酸化剤１２を供給するようにしている。
【００３５】
ここで、上記バイオマスをガス化して得られるガス組成のＨ2／ＣＯの組成比について検討する。
【００３６】
一般にメタノールを合成するには、以下の反応式による。
ＣＯ＋２Ｈ2→ＣＨ3ＯＨ  …（１)
ここで、従来の天然ガスであるメタン（ＣＨ４）からの合成の場合については以下のようになる。
ＣＨ4＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ2  …（２）
【００３７】
次に、従来の化石燃料（石炭）からの合成の場合については以下のようになる。
ＣＨ2＋Ｈ2→ＣＯ＋２Ｈ2  …（３）
通常バイオマスを単にガス化した場合には、以下のようになり、Ｈ2／ＣＯの比率は２を超えることはない。
ＣＨ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2  …（４）
【００３８】
本発明では、これを解消するために、炉内に燃焼酸化剤１４を投入し、部分燃焼（ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2）させることで、熱として利用し、後工程でＣＯ2を除去することで［Ｈ2Ｏ］／［ＣＯ］の比率を向上させている。
【００３９】
また、上記投入する酸素はバイオマス１１を部分酸化させた際の発熱量がバイオマスを分解する際の吸熱量を上回るようにするとよい。具体的には燃焼場内での全酸素の投入量の酸素濃度が３〜１５％となるようにすればよい。これは、３％未満では部分燃焼の進行も遅く好ましくなく、一方１５％を超えるとバイオマス自身の燃焼が開始し、ススが発生し、好ましくないからである。
【００４０】
また、バイオマスガス化炉１３内の部分燃焼は酸素濃度が低く、不完全燃焼であり、温度が低いので、上記冷却器１６内の熱交換により得られた高温の水蒸気を多量に投入することが好ましい。ここで、水蒸気の温度は、後述するように４００〜５００℃程度とするのが好ましい。
【００４１】
ここで、バイオマスをＣＨ2Ｏで代表した場合における、基本反応は下記の通りである。
ＣＨ2Ｏ→ＣＯ＋Ｈ2  …（５）［吸熱反応］
ＣＨ2Ｏ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2  …（６）［発熱反応］
上記反応を達成できればメタノール合成に必要なＨ2／ＣＯが２以上を達成できる。
【００４２】
上記反応では、生成熱２５℃基準で、
（５）では、−２６．４＋２７．７＝＋１．３ｋｃａｌ［吸熱反応］
（６）では、−９４＋２７．７＝−６６.３ｋｃａｌ［発熱反応］
となり、全体としては発熱反応となる。
【００４３】
一方、ＣＨ2Ｏを完全燃焼させた場合（ＣＨ2Ｏ＋Ｏ2→ＣＯ2＋Ｈ2Ｏ）の生成熱は、−１２４．３ｋｃａｌ（発熱）である。
上記（５）及び（６）の反応が完全燃焼の場合には、以下のようになる。
−１２４．３×２≒−２５０ｋｃａｌ
従って、（５）及び（６）全体では、
−６５．３／−２５０≒０．２６
となり、約１／４程度を目安に燃やせばよいことになる。
【００４４】
但し、上記反応では、燃焼反応に比べて発熱割合が少ないため、反応場温度は、４５０〜５００℃（≒０．２６×１８００〜１９００℃）にしかならず、反応が遅くなる。
【００４５】
従って、反応が進行する８００〜１０００℃の燃焼温度場を保持するためには、別途４００〜５００℃の高温蒸気を付加することが肝要となる。このため、ガス化炉１３に別途外部より高温水蒸気（約４００〜５００℃）を導入することでこれを解消することができる。
【００４６】
よって、バイオマスガス化炉１３の炉内温度は７００〜１２００℃（好適には８００〜１０００℃程度）のガス化条件とするのが好ましい。これは、炉内温度が７００℃未満であると、燃焼が良好でなく、好ましくなく、一方１２００℃を超えた場合には、バイオマス自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからである。
【００４７】
なお、従来では上記温度範囲とするには酸素の投入により高温場を形成していたが、本発明では理論酸素量の約１／４程度の不完全燃焼状態でガス化を行い、足りない熱源はＣＯ2の化学反応による発熱と外部より投入する高温水蒸気（４００〜５００℃）により補足することでこれを解消している。
【００４８】
また、バイオマスガス化炉１３の炉内圧力は、特に限定されるものではないが、１〜４０気圧とするのが好ましい。これは、メタノール合成に直結する場合には、８０気圧近傍が好ましいが、耐圧構造のガス化炉とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからである。なお、３０気圧程度の場合には、装置がコンパクトとなり、好ましい。
【００４９】
また、バイオマスガス化炉１３の炉内の空塔速度は、特に限定されるものではないが、０．１〜５ｍ／ｓのガス化条件とするのが好ましい。これは、空塔速度は０．１ｍ／ｓ以下では炉内滞留時間が長く、燃焼過多となり好ましくなく、一方５ｍ／ｓを超える場合には、燃焼・熱分解が完全になされずに、良好なガス化ができないからである。
【００５０】
なお、粉砕バイオマスを好適に搬送するには、バイオマスの粒径を考慮に入れるとさらによく、特に好ましくは、バイオマスの平均粒径が０．１〜１ｍｍの場合には、空塔速度を０．４〜１ｍ／ｓとし、平均粒径が１〜５ｍｍの場合には、空塔速度を１〜５ｍ／ｓとするのが好ましい。
【００５１】
また、上記バイオマスガス化炉１３においてバイオマス１１のガス化により生成した生成ガス１４には、上述したＨ2，ＣＯ，ＣＯ2以外に、ガス化条件にも左右されるが例えばＣＨ4，Ｃ2Ｈ4〜Ｃ2Ｈ6，Ｃ3Ｈ6〜及びタール、スートが等の炭化水素が約７〜８％程度含まれている。
【００５２】
すなわち、上記ＣＨ4等の炭化水素系物質は、水蒸気及びニッケル触媒存在下のスチームリフォーミングにより、５５０℃以上（好適には９００℃±１００℃）で、ＣＯ，Ｈ2にすることができる。このスチームリフォーミングにより生成されたＨ2は、上述したように、メタノール合成の原料となる。
【００５３】
すなわち、水蒸気に酸素ガス化システムにスチームリフォーミングシステムを付加することにより、ＣＯ及びＨ2を製造することができる。これにより、タール，スートも基本的にはＣ系であり、十分な滞留時間を確保することでスチームリフォーミングが可能となる。
【００５４】
具体的には、スチームリフォーミングとしては、触媒（Ｎｉ触媒を担持したハニカム式輻射交換体）を集塵装置２２と精製装置２３との間にスチームリフォーミング３１を配置し、タール，スート等をスチームリフォーミングすることで、Ｃ及びＨ2を得るようにすればよい。
【００５５】
上述したバイオマス反応の式（５）及び（６）では、内部発熱を適用した結果として、生成ガス中にＣＯ2が含まれることとなる。ＣＯ2も下記反応式（７）により、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｒ等の金属触媒によりメタノール合成が可能である。
ＣＯ2＋３Ｈ2→ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  …（７）
【００５６】
上記バイオマスのガス化システムによれば、投入したバイオマス１１が部分燃焼及びスチーム改質によりガス化されたガス組成のＨ2／ＣＯ比率が２＜（Ｈ2／ＣＯ）となり、効率よくガス化又は改質され、良好なメタノール合成のガス組成のガスを得ることができる。このガス１４はこのガス精製装置１９で精製され、ガス成分組成を調整することにより、各種燃料（メタノール，エタノール等）の合成原料として利用される。
【００５７】
本実施の形態では、燃料としてメタノールを例にして以下に説明する。
本実施の形態におけるメタノール製造装置は、上記精製装置１９で精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器３１と、該ガスの圧力を向上させるブースタ装置３２と、昇圧後のガス中のＣＯ2を除去する脱炭酸装置３３と、脱炭酸されたガス温度をメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器３４と、ガス中の２Ｈ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）３５を製造するメタノール合成装置３６と、該メタノール合成装置３６により得られた生成ガス３７をメタノール３５と排ガス３８とに分離する蒸留装置３９とを具備するものである。
【００５８】
上記メタノール合成システムにおいては、ガス化により生成した生成ガス中のＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2の内不要なＣＯ2を除去する脱炭酸装置３３が介装されている。これによって、余分なＣＯ2はシステム最終段階でアミン系湿式脱炭酸装置等のようなＣＯ2を除去する脱炭酸装置３３を配設することにより、系内より接触的に除去し、メタノールの回収率の向上を図っている。
【００５９】
このため、図１において、ブースタ装置３２とメタノール合成装置３６との間にＣＯ2除去の脱炭酸装置３３を介装することにより、余分なＣＯ2を除去しているが、ブースタ装置３２の前段側に該脱炭酸装置３３を介装するようにして、予めＣＯ2を除去したガスを昇圧するようにすることもできる。
【００６０】
よって、メタノール合成装置３６に供給されるメタノール原料ガスは、余分なＣＯ2が除去された結果、ＣＯ、２Ｈ2の組成とすることができ、メタノール合成が効率よく進行し、供給したバイオマスの約６０％程度のメタノールを合成することができる。
【００６１】
本発明のバイオマスガス化炉１３によれば、低い温度の部分燃焼によって供給した理想状態の１／４のＯ2量でバイオマス１１をガス化し、その際に、化学合成により発生するＣＯ2の発熱を有効に利用してガス化炉１３内の温度を上昇させると共に、外部より供給する高温の水蒸気１８により、約９００℃前後の炉内温度を保持することで、ガス化が良好に進行することになる。
【００６２】
また、生成ガス中にＣＨ4等の炭化水素が発生するが、ガス化炉出口側にスチームリフォーミング手段１５を介装することにより、ＣＯとＨ2とに改質され、メタノール合成に良好なガス組成になる。そして、メタノール合成に不必要なＣＯ2は脱炭酸装置３３で外部へ除去され、メタノール合成に必須のＣＯ，２Ｈ2の組成で且つガス組成のＨ2／ＣＯ比率が２＜（Ｈ2／ＣＯ）となり、極めて理想的なものとなる。
【００６３】
このように、バイオマス１１を有効利用することでスート等の発生が全くないクリーンなメタノール合成用のガスを得ることでメタノール合成効率が向上し、バイオマス１１の全体の約６０％がメタノール燃料に変換されることになる。
【００６４】
なお、上記得られたガスは、メタノール合成用のガス以外に従来と同様にガス精製手段により精製した後、ガスタービン用の燃料ガスとして直接利用することも可能である。
また、本実施の形態ではメタノール合成を例にして説明したが、メタノール合成以外にも生成ガスを用いて他の物質（例えばジメチルエーテル等）を合成することができる。
【００６５】
［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態を図２を用いて説明する。図２は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたバイオマスガス化システムの概略図である。
【００６６】
本実施の形態では、バイオマスのガス化システムにおいて、上記熱交換手段３１により除去した不要の水蒸気を用いてバイオマス化炉１３内へ供給する燃焼酸化剤１２である酸素の加温及び加湿をするようにしたものである。この酸素１６を加温・加湿する手段としては特に限定されるものではないが、間接熱交換器等により熱回収した水中をバブリング等させる間接熱交換手段等により行うことができる。
【００６７】
この加温・加湿された酸素１６をバイオマス火炉１２内に供給することで、バイオマスのガス化反応効率が向上する。この結果、熱交換器３１後の低温約５０℃程度の水蒸気の顕熱を効率よく回収することができる。
【００６８】
［第３の実施の形態］
図３は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【００６９】
図３に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムは、バイオマス１１を供給してガス化するバイオマスガス化炉１３と、該バイオマスガス化炉１３でガス化したガス１３を冷却器１６で冷却した後、該ガスを精製するガス精製装置１９と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器３１と、該冷却後のガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置４１と、ガスの圧力を向上させるブースタ装置３２と、ガス組成中のＣＯ2を系外へ除去する脱炭酸装置３３と、昇圧され脱炭酸されたガスをメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器３４と、ガス中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）３５を製造するメタノール合成装置３６と、メタノール合成装置３６により合成されたガス３７を排ガス３８とメタノール３５とに分離する蒸留装置３９とを具備するものである。
【００７０】
上述した第１の実施の形態においては、ガス化したガス組成のＣＨ4を改質してＨ2，ＣＯを得るようにしていたが、本実施の形態では、ＣＯシフト反応装置４１を用いることにより、メタノール合成に必要なＨ2を得るようにしたものである。なお、上記ＣＯシフト反応装置４１では、ＣＯ2が発生するが、余分なＣＯ2は、上記脱炭酸装置３３を介装することにより、ＣＯ2を分離する。
【００７１】
なお、第１の実施の形態で説明したように、脱炭酸装置３３で除去したＣＯ2はバイオマス１１の搬送ガスとしてもよい。また、燃焼酸化剤１２として投入する酸素を熱交換器１６で加温・加湿することを併用するようにしてもよい。
【００７２】
［第４の実施の形態］
図４は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【００７３】
図４に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムは、バイオマス１１を供給してガス化するバイオマスガス化炉１３と、該バイオマスガス化炉１３でガス化した生成ガス１４中のＣＨ4 等の炭化水素をニッケル触媒下で改質するスチームリフォーミング手段１５と、スチームリフォーミング手段１５により改質されたガスを冷却する冷却器１６と、該冷却器１６で冷却した後のガスを精製するガス精製装置１９と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器３１と、該冷却後のガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置４１と、ガスの圧力を向上させるブースタ装置３２と、ガス組成中のＣＯ2を系外へ除去する脱炭酸装置３３と、昇圧され脱炭酸されたガスをメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器３４と、ガス中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）３５を製造するメタノール合成装置３６と、メタノール合成装置３６により合成されたガス３７を排ガス３８とメタノール３５とに分離する蒸留装置３９とを具備するものである。
【００７４】
上述した第１の実施の形態においては、ガス化したガス組成のＣＨ4を改質してＨ2，ＣＯを得るようにしていたが、本実施の形態では、さらに、ＣＯシフト反応装置４１を用いることにより、メタノール合成に必要なＨ2をより多く得るようにしたものである。なお、上記ＣＯシフト反応装置４１では、ＣＯ2が発生するが、余分なＣＯ2は、上記脱炭酸装置３３を介装することにより、ＣＯ2を分離する。
【００７５】
なお、第１の実施の形態で説明したように、脱炭酸装置３３で除去したＣＯ2はバイオマス１１の搬送ガスとしてもよい。また、燃焼酸化剤１２として投入する酸素を熱交換器１６で加温・加湿することを併用するようにしてもよい。
【００７６】
［第５の実施の形態］
図５は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【００７７】
図５に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉１３は、バイオマス１１を炉本体内に供給するバイオマス供給手段２１と、該バイオマス供給手段２１よりも上方側（炉下流側）に位置し、酸素又は酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤１２を炉本体内供給する燃焼酸化剤供給手段２２とを具備してなると共に、炉上部側にニッケル触媒を担持したセラミックフォーム１５ａを交互に対向するように複数設けられている。
【００７８】
上記セラミックフォーム１５ａは、バイオマス１１のガス化により発生したガス中のタールやスートの捕集をすると共に、該タール類をニッケル触媒作用により分解してＣＯ，Ｈ2とし、メタノール合成ガスの組成としている。また、上記セラミックフォーム１５ａは輻射変換体であるので、炉内部のガス化温度が均一にすることができ、ガス化反応効率が向上する。また、本実施の形態では、外部から供給する高温水蒸気１８は炉底部から供給するようにしている。
【００７９】
［第６の実施の形態］
図６は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉の概略図である。
【００８０】
図６に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉１３は、炉上部の屈曲部の後流側にニッケル触媒を担持したセラミックフォーム１５ａを交互に対向するように複数設けられている。上記セラミックフォーム１５ａは、バイオマス１１のガス化により発生したガス中のタールやスートの捕集をすると共に、該タール類をニッケル触媒作用により分解してＣＯ，Ｈ2にしている。また、上記セラミックフォーム１５ａに付着した灰２０は図示しない水蒸気の吹付け等により、系外へ排出することができる。
【００８１】
［第７の実施の形態］
図７は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【００８２】
図７に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムは、バイオマス１１を供給してガス化するバイオマスガス化炉１３と、該バイオマスガス化炉１３でガス化したガス１４を冷却器１６で冷却した後、該ガスを精製するガス精製装置１９と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器３１と、該冷却後のガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置４１と、ガスの圧力を向上させるブースタ装置３２と、昇圧されたガス温度をメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器３４と、ガス中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）３５を製造するメタノール合成装置３６と、合成ガス３７を排ガス３８とメタノール３５とに分離する蒸留装置３９とを具備するバイオマスのガス化システムにおいて、蒸留装置３９により分離された排ガス３８中の残存ＣＨ4をバイオマスガス化炉１３内へ再循環するようにしている。
【００８３】
これにより、残存していたＣＨ4が燃焼することで部分酸化の熱利用になり、発生したＣＯ2は脱炭酸装置３３で除去することにより、メタノール合成用のガス組成に変動はないので、メタノール合成装置３６でのメタノール合成は安定して行うことができる。
【００８４】
また、上記蒸留後の排ガス３８は粉砕したバイオマス１１をバイオマスガス化炉１３内へ搬送する搬送ガスとして有効利用するようにした後に、炉１３内へ供給するようにしてもよい。
【００８５】
また、上記排ガス３８はガスエンジンを駆動し、例えばバイオマスを粉砕する粉砕機や酸素を製造する酸素製造装置等の各種装置の動力源としてシステム内で有効活用することができる。
【００８６】
［第８の実施の形態］
図８は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたガス化システムの概略図である。
【００８７】
図８に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムは、バイオマス１１を供給してガス化するバイオマスガス化炉１３と、該バイオマスガス化炉１３でガス化したガス１４を冷却器１６で冷却した後、該ガスを精製するガス精製装置１９と、精製後のガス中の水蒸気を除去する熱交換器３１と、該冷却後のガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置４１と、ガスの圧力を向上させるブースタ装置３２と、昇圧されたガス温度をメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器３４と、ガス中のＨ2とＣＯとからメタノール（ＣＨ3ＯＨ）３５を製造するメタノール合成装置３６と、合成ガス３７を排ガス３８とメタノール３５とに分離する蒸留装置３９とを具備するバイオマスのガス化システムにおいて、メタノール合成装置３６でメタノール合成によって発生する熱を熱回収した水蒸気５１を用いて、循環ブロア５２やブースタ装置等の動力源となる蒸気タービン５３を駆動するようにしている。
【００８８】
上記メタノール合成装置３６は発熱反応であるので、その発生した熱を利用することで、システム内での熱が有効利用されることになる。また、メタノール合成ではガスの一部を循環ブロア５２を介してリサイクルしているが、そのリサイクルガス５４の一部をバイオマス１１の乾燥手段２３で用いる乾燥用のガスとして利用することができる。
【００８９】
［第９の実施の形態］
本発明の第９の実施の形態について、図９により説明する。図９は本発明の第９の実施の形態を示す概念図である。
【００９０】
図９に示すように、本実施の形態では、第８の実施の形態により構成されるバイオマスのガス化システムを据付台６１上に据え付け、又は前記据付台６１上に据え付けられたシステム全体を移動台車６２上に搭載し、又は直接移動台車６２上にシステム全体を搭載し、移動できるようにしたものである。
【００９１】
図８中、据付台６１の上には、システム全体が一式据え付けており、該据付台６１には機器の保護のためカバー６３で全体を覆うようにすることもできる。また、クレーン等で吊下げて移動又は移設できるように据付台６１の四隅に吊金具６４を設ければ、さらに操作性を向上させることができる。
【００９２】
さらに、このような移動台車６２上にシステム全体を搭載することにより、移動自在な構成とすることができる。移動台車６２は車輪を設け別途牽引車で移動させてもよいし、又は移動台車６２自体に駆動手段を設け自走式のバイオマスのガス化システムとしてもよい。また、前述した据付台６１上に搭載した構成のものを、前記移動台車６２上に搭載して移動させてもよい。
【００９３】
このように第９の実施の形態によれば、バイオマスのガス化システムが、従来法に比べ極めてコンパクトに構成できるので、クレーン等に吊り下げ可能となり、搬送手段により移動又は牽引が可能となり、若しくは自走により任意の場所へ移動させることができ、機動性に富むこととなる。よって、バイオマスの生産現地、若しくは廃棄集約地等へ出向いて、バイオマスのガス化により、現地においてメタノールの製造が可能となる。
【００９４】
なお、上述した第１乃至第７の実施の形態にかかるシステムを用いた場合でも同様である。
【００９５】
【発明の効果】
第一番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、バイオマスを供給するバイオマス供給手段と、酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼酸化剤を供給する燃焼酸化剤供給手段とを備えてなる噴流床型のバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉上部出口近傍又は当該ガス化炉の後流側に設けられて当該ガス化炉でガス化した生成ガス中の炭化水素をニッケル系触媒によりＣＯ及びＨ2に改質するスチームリフォーミング手段と、上記スチームリフォーミング手段で改質された上記生成ガスを精製するガス精製装置とを具備するバイオマスのガス化システムと、上記ガス精製装置で精製された上記生成ガスを冷却して当該生成ガス中の水蒸気を除去する熱交換手段と、上記熱交換手段で冷却された上記生成ガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、上記メタノール合成装置の上流側へ介装されて生成ガス中のＣＯ2を除去する脱炭酸装置とを具備し、前記バイオマスガス化炉の内部温度が７００〜１２００℃となるように、前記燃焼酸化剤供給手段が、前記バイオマス供給手段から供給される前記バイオマスを完全燃焼させる理論酸素量の１／４の量の前記酸素と４００〜５００℃の前記水蒸気との混合物からなる前記燃焼酸化剤を供給して、前記スチームリフォーミング手段が前記改質を５５０℃以上で行うことにより、当該スチームリフォーミング手段から送出された直後の上記生成ガスの組成のＨ2／ＣＯ比率を２よりも大きくするものであるので、部分燃焼の温度を補足しつつバイオマスを効率よくガス化することができると共に、炭化水素をＣＯ，Ｈ2に効率よく改質でき、ＣＯ、Ｈ2のバランスがメタノール合成に好適なガスを生成して、メタノール合成の収率を向上することができる。
【００９６】
第二番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマスガス化炉で生じた生成ガスと熱交換して上記燃焼酸化剤の上記水蒸気を高温に加熱する熱交換手段を具備しているので、システム内で熱回収でき、システム効率が向上する。
【００９７】
第三番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、前記バイオマスを分解する際の吸熱量よりも当該バイオマスを部分酸化させた際の発熱量を上回らせるように前記燃焼酸化剤供給手段が前記燃焼酸化剤を供給するものであるので、部分燃焼しつつ効率よくバイオマスをガス化することができる。
【００９８】
第四番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、前記燃焼酸化剤の全投入量の酸素濃度を３〜１５％とするように前記燃焼酸化剤供給手段が前記燃焼酸化剤を供給するものであるので、部分燃焼しつつ効率よくバイオマスをガス化することができる。
【０１０２】
第六番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、精製したガス中のＨ2とＣＯガスの組成を調整するＣＯシフト反応装置を設けてなるので、ＣＯ、Ｈ2のバランスがメタノール合成に好適となり、メタノール合成の収率を向上することができる。
【０１０４】
第七番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、上記脱炭酸装置で除去されたＣＯ2を搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであるので、別途搬送ガスを導入することが不要となると共に、窒素ガスを系内に供給することがないので、反応効率が向上し、且つ除去したガスを有効利用でき、リサイクル効率が向上する。
【０１０６】
第八番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマス供給手段が、メタノール回収後の排ガスを搬送ガスとしてバイオマスを供給するものであるので、別途搬送ガスを用意することが不要となる。
【０１０７】
第九番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、上記バイオマスガス化炉内にメタノール回収後の排ガスを供給するので、排ガス中のＣＨ4をガス化炉内での燃料として再利用することができる。
【０１０８】
第十番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目の発明において、メタノール回収後の排ガスをガスエンジンの燃料に用いるので、排ガス中の熱エネルギを有効利用でき、リサイクル効率が向上する。
【０１０９】
第十一番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、上記メタノール製造に際して発生する回収熱をガスタービンに利用するので、回収熱のエネルギを有効利用でき、リサイクル効率が向上する。
【０１１０】
第十二番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十番目の発明のいずれかにおいて、上記メタノール製造に際して発生する回収熱を利用してバイオマスを乾燥させる乾燥手段を備えているので、回収熱の熱エネルギを有効利用でき、リサイクル効率が向上する。
【０１１１】
第十三番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十二番目の発明のいずれかのバイオマスのガス化システムを据え付け台上に搭載し、運搬できるようにしたので、移動可能となり、機動性が向上する。
【０１１２】
第十四番目の発明に係るバイオマスのメタノール合成システムは、第一番目から第十二番目の発明のいずれかのバイオマスのガス化システムを移動台車上に搭載し、移動できるようにしたので、移動可能となり、さらに、機動性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図２】  第２の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図３】  第３の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図４】  第４の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図５】  第５の実施の形態にかかるバイオマスのガス化炉の概略図である。
【図６】  第６の実施の形態にかかるバイオマスのガス化炉の概略図である。
【図７】  第７の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図８】  第８の実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムの概略図である。
【図９】  第９の実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムの概略図である。
【符号の説明】
１１  バイオマス
１２  燃焼酸化剤
１３  バイオマスガス化炉
１４  生成ガス
１６  冷却器
１５  ガス精製装置
１７  水
１８  高温水蒸気
１９  ガス精製装置
２１  バイオマス供給手段
２２  燃焼酸化剤
２３  乾燥手段
２４  粉砕手段
４１  ＣＯシフト反応装置
３２  ブースタ装置
３３  脱炭酸装置
３４  再生熱交換器
３５  メタノール
３６  メタノール合成装置
３７  合成ガス
３８  排ガス
３９  蒸留装置
５１  水蒸気
５２  循環ブロア
５３  蒸気タービン
６１  据付台
６２  移動台車
６３  カバー
６４  吊金具
【図１】
0005030320.tif 000002
【図２】
0005030320.tif 000003
【図３】
0005030320.tif 000004
【図４】
0005030320.tif 000005
【図５】
0005030320.tif 000006
【図６】
0005030320.tif 000007
【図７】
0005030320.tif 000008
【図８】
0005030320.tif 000009
【図９】
0005030320.tif 000010