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JP6661564B2 - Power generation system - Google Patents
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

本発明は発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation system.

近年、石油系燃料の代替として、カーボンニュートラルなバイオ燃料が注目されている。バイオ燃料のうちバイオマスエタノールについては、とうもろこし、さとうきび、米、有機系廃棄物等を原料として、糖化工程、発酵工程、蒸留工程、脱水工程を経て製造される。   In recent years, carbon-neutral biofuels have attracted attention as an alternative to petroleum fuels. Among biofuels, biomass ethanol is produced from corn, sugar cane, rice, organic waste, and the like as raw materials through a saccharification step, a fermentation step, a distillation step, and a dehydration step.

バイオマスエタノールをエンジン燃料として使用する場合には、濃度を99.5質量%以上に濃縮するのが一般的である。濃縮するためには、通常は、発酵工程で生産されたエタノール水溶液(含水エタノール)が蒸留工程及び脱水工程に供され、高純度のエタノールが製造される。ただ、これらの工程では、多大なエネルギが消費される。このため、特に小規模なエタノール製造設備では、製造コスト面で不利になる。   When biomass ethanol is used as an engine fuel, the concentration is generally increased to 99.5% by mass or more. To concentrate, an aqueous ethanol solution (hydrous ethanol) produced in the fermentation step is usually subjected to a distillation step and a dehydration step to produce high-purity ethanol. However, a large amount of energy is consumed in these steps. For this reason, particularly in a small-scale ethanol production facility, production cost is disadvantageous.

この点に鑑みて、蒸留工程及び脱水工程を簡略化して製造されたエタノール水溶液が注目されている。エタノール水溶液であれば製造コストが安くなり、代替燃料としての普及が期待できる。一方で、エタノール水溶液は、燃焼のし難さの観点から、熱効率の点では不利である。そこで、熱効率を向上させるために、エタノール水溶液を改質して水素を含む改質ガスを燃料として使用する燃料改質技術が検討されている。   In view of this point, an aqueous ethanol solution produced by simplifying the distillation step and the dehydration step has attracted attention. If an aqueous ethanol solution is used, the production cost will be low, and its use as an alternative fuel is expected. On the other hand, an aqueous ethanol solution is disadvantageous in terms of thermal efficiency from the viewpoint of difficulty in burning. Therefore, in order to improve the thermal efficiency, a fuel reforming technique for reforming an aqueous ethanol solution and using a reformed gas containing hydrogen as a fuel is being studied.

特許文献1には、エタノール水溶液の貯留タンクと、貯留タンクのエタノール水溶液を改質器に供給する第一の供給装置と、前記改質器から送出される改質ガスを含む混合ガスを冷却し、混合ガスに含まれる水蒸気を凝縮させて気液分離する分離装置と、分離装置で分離された改質ガスをエンジンに供給する改質ガス供給装置と、分離装置で分離された回収液を回収する回収タンクと、回収タンクの回収液を改質器に供給する第一の回収液供給装置、又は、回収タンクの回収液をエンジンの燃焼室に供給する第二の回収液供給装置を備えたエタノールエンジンシステムが記載されている。   Patent Document 1 discloses a storage tank for an aqueous ethanol solution, a first supply device for supplying the aqueous ethanol solution in the storage tank to a reformer, and cooling of a mixed gas containing a reformed gas sent from the reformer. , A separation device that condenses water vapor contained in the mixed gas to separate gas and liquid, a reformed gas supply device that supplies the reformed gas separated by the separation device to the engine, and a recovered liquid separated by the separation device A recovery tank for supplying the recovered liquid in the recovery tank to the reformer, or a second recovered liquid supply apparatus for supplying the recovered liquid in the recovery tank to the combustion chamber of the engine. An ethanol engine system is described.

特開2015−218676号公報JP 2015-218676 A

特許文献1に記載の技術では、貯留タンクに貯留されたエタノール水溶液が、エンジン及び改質器のそれぞれに送られている(特許文献1の例えば図1参照)。即ち、この技術では、同じエタノール濃度のエタノール水溶液が、エンジン及び改質器のそれぞれに送られている。ただ、エタノール水溶液は高純度のエタノールと比べて燃焼しにくいことから、エタノール水溶液でのエタノール濃度が低過ぎる場合には、エタノール水溶液がいっそう燃焼しにくくなる。この結果、エンジンでの発電効率が低下する。   In the technology described in Patent Literature 1, an aqueous ethanol solution stored in a storage tank is sent to each of an engine and a reformer (see, for example, FIG. 1 of Patent Literature 1). That is, in this technique, an aqueous ethanol solution having the same ethanol concentration is sent to each of the engine and the reformer. However, since the ethanol aqueous solution is less likely to burn than high-purity ethanol, if the ethanol concentration in the ethanol aqueous solution is too low, the ethanol aqueous solution becomes more difficult to burn. As a result, the power generation efficiency of the engine decreases.

一方で、エタノール濃度が高過ぎる場合には、改質器に供給されるエタノールの量が化学量論的に過剰となる。この結果、改質器において、エタノールが余ることになる。そうすると、改質するよりもそのままエンジンに供給した方が熱効率の観点からは有利となる。そのため、熱的に不必要な改質が行われることから、発電システム全体で熱効率が低下する。   On the other hand, if the ethanol concentration is too high, the amount of ethanol supplied to the reformer becomes stoichiometrically excessive. As a result, ethanol remains in the reformer. Then, it is more advantageous from the viewpoint of thermal efficiency to supply the engine as it is than to reform it. Therefore, thermal unnecessary reforming is performed, so that the thermal efficiency of the entire power generation system is reduced.

また、特許文献1に記載の技術では、エンジンで生じた熱が回収され、回収された熱が改質器に供給されている(特許文献1の例えば明細書段落0022参照)。しかし、エンジンで生じた熱が過剰な場合、改質器には過剰な熱が供給されることになる。そして、供給された熱のうちの過剰な熱は外部に排出される。そのため、熱効率の観点から、特許文献1に記載の技術には依然として改善の余地がある。   In the technology described in Patent Document 1, heat generated in the engine is recovered, and the recovered heat is supplied to the reformer (see, for example, Paragraph 0022 of Patent Document 1). However, if the heat generated by the engine is excessive, excessive heat will be supplied to the reformer. Then, excess heat among the supplied heat is discharged to the outside. Therefore, from the viewpoint of thermal efficiency, the technique described in Patent Document 1 still has room for improvement.

本発明はこれらの課題に鑑みて為されたものであり、本発明は、熱効率及び発電効率が従来よりも高められた発電システムを提供することである。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a power generation system in which the thermal efficiency and the power generation efficiency are higher than before.

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、以下の知見を見出して本発明を完成させた。即ち、本発明は、バイオマスの発酵によりエタノール水溶液を製造する発酵装置と、当該発酵装置で得られたエタノール水溶液を蒸留して当該エタノール水溶液におけるエタノール濃度を高める蒸留装置と、当該蒸留装置においてエタノール濃度を高めたエタノール水溶液を燃焼させるエンジンを備え、当該エンジンにより発生した動力を使用して発電を行う発電装置と、前記発酵装置において製造されたエタノール水溶液、及び、前記蒸留装置においてエタノール濃度を高めたエタノール水溶液のうちの少なくとも一方を改質することで、水素を含む改質ガスを製造する改質装置と、当該改質装置において製造された改質ガスを前記発電装置に供給する改質ガス供給系統と、前記発電装置での排熱を前記蒸留装置に供給することで当該排熱を使用して前記蒸留装置での蒸留を行うエンジン排熱第一供給系統と、前記発電装置での排熱を前記改質装置に供給することで当該排熱を使用して前記改質装置での改質を行うエンジン排熱第二供給系統と、前記改質装置において製造された改質ガス中の水分を除去する改質ガス除湿装置と、前記改質ガス除湿装置で除去された水分を供給することで前記発酵装置において供給された水を使用して発酵を行う除去水供給系統と、を備えることを特徴とする、発電システムに関する。 Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found the following findings and completed the present invention. That is, the present invention relates to a fermentation apparatus for producing an aqueous ethanol solution by fermentation of biomass, a distillation apparatus for increasing the ethanol concentration in the aqueous ethanol solution by distilling the aqueous ethanol solution obtained in the fermentation apparatus, and an ethanol concentration in the distillation apparatus. An engine that burns an aqueous ethanol solution with increased power, a power generation device that generates power using power generated by the engine, an aqueous ethanol solution manufactured in the fermentation device, and an increased ethanol concentration in the distillation device. A reformer for producing a reformed gas containing hydrogen by reforming at least one of an aqueous ethanol solution, and a reformed gas supply for supplying the reformed gas produced in the reformer to the power generation device System, and supplying the waste heat from the power generation device to the distillation device, An engine exhaust heat first supply system for performing distillation in the distillation apparatus using the exhaust heat in the power generation apparatus, and supplying the exhaust heat in the power generation apparatus to the reformer. An engine exhaust heat second supply system for performing reforming, a reformed gas dehumidifier for removing moisture in the reformed gas produced in the reformer , and a supply of moisture removed by the reformed gas dehumidifier. And a removed water supply system for performing fermentation using water supplied in the fermentation apparatus .

本発明によれば、熱効率及び発電効率が従来よりも高められた発電システムを提供することができる。   Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a power generation system in which thermal efficiency and power generation efficiency are higher than before.

第一実施形態の発電システムの系統図である。It is a system diagram of a power generation system of a first embodiment. エタノール水溶液におけるエタノール濃度と、エタノール水溶液が保有する熱量のみで改質反応を進行可能なエタノール水溶液の温度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the concentration of ethanol in an aqueous ethanol solution and the temperature of the aqueous ethanol solution at which a reforming reaction can proceed with only the amount of heat held by the aqueous ethanol solution. 第一実施形態の発電システムにおいて、エタノール水溶液蒸留塔及びエンジン近傍の系統図である。FIG. 2 is a system diagram near an ethanol aqueous solution distillation column and an engine in the power generation system according to the first embodiment. 原料から低濃度エタノール水溶液を生産するまでの手順を示すフローである。It is a flow which shows the procedure until it produces a low concentration ethanol aqueous solution from a raw material. 発電システムの立ち上げ直後に行われる、エタノール水溶液蒸留塔及びエンジンの運転方法を示すフローである。It is a flow which shows the operation method of an ethanol aqueous solution distillation column and an engine performed immediately after starting of a power generation system. 第二実施形態の発電システムの系統図である。It is a system diagram of a power generation system of a second embodiment. 第三実施形態の発電システムの系統図である。It is a system diagram of a power generation system of a third embodiment. 第三実施形態の発電システムにおいて、エタノール水溶液蒸留塔及びエンジン近傍の系統図である。FIG. 10 is a system diagram near an ethanol aqueous solution distillation column and an engine in the power generation system according to the third embodiment. 第四実施形態の発電システムの系統図である。It is a system diagram of a power generation system of a fourth embodiment. 第四実施形態の発電システムにおいて、エタノール水溶液蒸留塔及びエンジン近傍の系統図である。FIG. 13 is a system diagram near an ethanol aqueous solution distillation column and an engine in a power generation system according to a fourth embodiment.

以下、本発明を実施するための形態(本実施形態)について、図面を適宜参照しながら説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (this embodiment) will be described with reference to the drawings as appropriate. In each of the drawings, common components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

図1は、第一実施形態の発電システム100の系統図である。発電システム100は、原料を発酵させることで得られたエタノール水溶液を使用し、エンジンでの発電効率を高めるものである。特に、発電システム100では、エタノール水溶液の濃度(水中におけるエタノールの濃度(質量%)、以下同じ)に応じて、生成したエタノール水溶液は改質器に供給されるか、又は、エンジンに供給される。   FIG. 1 is a system diagram of a power generation system 100 according to the first embodiment. The power generation system 100 uses an aqueous ethanol solution obtained by fermenting a raw material to increase the power generation efficiency of an engine. In particular, in the power generation system 100, the generated ethanol aqueous solution is supplied to the reformer or supplied to the engine according to the concentration of the aqueous ethanol solution (the concentration of ethanol in water (% by mass), the same applies hereinafter). .

この図1に示す発電システム100は、糖化発酵槽1、固液分離装置2、低濃度エタノール水溶液タンク3、エタノール水溶液蒸留塔4、高濃度エタノール水溶液タンク5、エンジン6、発電機7、エタノール濃度調整装置8、熱交換器9,10、改質器11、気液分離装置12、余剰水タンク13、エタノール濃度調整装置14、及び、演算制御部101を備える。そして、図1において、実線矢印は、いずれも図示しないが、エタノール水溶液、改質ガス、排気ガス等の物質が流通する配管と、その流れ方向とを表す。また、二重線矢印は、動力及びエネルギの伝達方向を表す。さらには、いずれも図示はしないが、図1に示した各装置間の物質移動のため、配管、弁、ポンプ等の設備が適宜設置される。   The power generation system 100 shown in FIG. 1 includes a saccharification fermenter 1, a solid-liquid separator 2, a low concentration ethanol aqueous solution tank 3, an ethanol aqueous solution distillation column 4, a high concentration ethanol aqueous solution tank 5, an engine 6, a generator 7, an ethanol concentration The apparatus includes an adjusting device 8, heat exchangers 9, 10, a reformer 11, a gas-liquid separator 12, a surplus water tank 13, an ethanol concentration adjusting device 14, and an arithmetic control unit 101. In FIG. 1, solid arrows indicate pipes through which substances such as an aqueous ethanol solution, reformed gas, and exhaust gas flow, and a flow direction of the pipes, though not shown. Further, the double arrow indicates the transmission direction of power and energy. Further, although not shown, facilities such as pipes, valves, and pumps are appropriately installed for mass transfer between the devices shown in FIG.

糖化発酵槽1は、発酵の対象となる原料(バイオマス)、酵素、酵母、及び必要に応じて濃度調整用の水を使用して、内部を攪拌することによりエタノール発酵を生じさせて、発酵液を生産するものである。この発酵液には、エタノール水溶液(エタノール及び水を含む、低濃度エタノール水溶液)が含まれる。原料には、とうもろこし、さとうきび、米、有機系廃棄物等があり、原料に合わせて、酵素及び酵母がそれぞれ選択される。例えば、とうもろこしに対してセルラーゼ(酵素)を作用させることで、グルコース(糖)が生成する。そして、このグルコースに対して、酵母を作用させることで、エタノールが生成する。   The saccharification and fermentation tank 1 uses a raw material (biomass) to be fermented, an enzyme, yeast, and, if necessary, water for concentration adjustment, and agitates the inside to produce ethanol fermentation. Is to produce. The fermentation broth includes an aqueous ethanol solution (a low-concentration aqueous ethanol solution containing ethanol and water). Raw materials include corn, sugar cane, rice, organic waste, and the like, and enzymes and yeasts are selected according to the raw materials. For example, glucose (sugar) is generated by causing cellulase (enzyme) to act on corn. Then, by causing yeast to act on this glucose, ethanol is produced.

また、糖化発酵槽1で使用される濃度調整用の水としては、余剰水タンク13(後記する)に貯蔵され、余剰水供給系統55から供給された余剰水(主として水)が使用される。また、糖化発酵槽1で使用される水としては、必要に応じて外部から供給される上水等でもよい。   As the water for concentration adjustment used in the saccharification and fermentation tank 1, surplus water (mainly water) stored in a surplus water tank 13 (described later) and supplied from a surplus water supply system 55 is used. Further, the water used in the saccharification and fermentation tank 1 may be, for example, tap water supplied from the outside as necessary.

糖化発酵槽1は、単一の槽によって構成されてもよいし、複数の槽によって構成されてもよい。複数の原料が使用できる場合には、糖化発酵槽1は、原料に合わせて複数の槽を使用して糖化及び発酵させる構成としてもよい。また、糖化及び発酵の各工程の運転条件を最適化するため、糖化発酵槽1は、別体に構成された糖化槽と発酵槽とのように、工程毎に複数の槽を使用する構成としてもよい。   The saccharification and fermentation tank 1 may be constituted by a single tank, or may be constituted by a plurality of tanks. When a plurality of raw materials can be used, the saccharification and fermentation tank 1 may be configured to perform saccharification and fermentation using a plurality of tanks according to the raw materials. In addition, in order to optimize the operating conditions of each step of saccharification and fermentation, the saccharification and fermentation tank 1 is configured to use a plurality of tanks for each step, such as a saccharification tank and a fermentation tank that are separately configured. Is also good.

糖化発酵槽1では、原料の糖化及び発酵に最適な温度管理がなされる。温度管理の方法としては、いずれも図示しないが、糖化発酵槽1の外部に設置したジャケット、又は、糖化発酵槽1の内部に設置した温度調整用のコイル等が使用される。そして、ジャケット又はコイルの内部に、図示しない恒温熱媒体循環装置等を使用して熱媒体が循環されることで、糖化発酵槽1での冷却又は加熱が行われる。   In the saccharification and fermentation tank 1, optimal temperature control for saccharification and fermentation of the raw material is performed. As a method of temperature control, although not shown, a jacket installed outside the saccharification and fermentation tank 1 or a coil for temperature adjustment installed inside the saccharification and fermentation tank 1 is used. Then, cooling or heating in the saccharification and fermentation tank 1 is performed by circulating a heat medium inside the jacket or the coil using a constant-temperature heat medium circulation device (not shown) or the like.

なお、循環させる熱媒体の温度調節のうち、加熱は、排熱供給系統54を通じて供給された、エンジン6(後記する)からの排熱(使用済みの冷却水、排気ガス等)を使用して行われる。この排熱供給系統54は、例えば、エンジン6と糖化発酵槽1との間で循環する別の熱媒体を備えて構成可能である。従って、エンジン6の排熱は、この熱媒体を介して、糖化発酵槽1に供給可能である。一方で、循環させる熱媒体の温度調節のうち、冷却は、例えば、電気式のクーラ(図示しない)を使用することができる。   In the temperature control of the heat medium to be circulated, heating is performed using exhaust heat (used cooling water, exhaust gas, and the like) from the engine 6 (described later) supplied through the exhaust heat supply system 54. Done. The exhaust heat supply system 54 can be configured to include, for example, another heat medium circulating between the engine 6 and the saccharification and fermentation tank 1. Therefore, the exhaust heat of the engine 6 can be supplied to the saccharification and fermentation tank 1 via this heat medium. On the other hand, in the temperature control of the heat medium to be circulated, for cooling, for example, an electric cooler (not shown) can be used.

固液分離装置2は、糖化発酵槽1で生産された発酵液を沈降分離、遠心分離、ろ過、圧搾等の方法により固形物と液体とに分離するものである。固形物は発酵残渣と呼ばれ、発酵原料によって、有価物又は廃棄物として処理される。即ち、発酵残渣は、有価物として飼料や肥料等として有効に活用され、又は、廃棄物(産業廃棄物)として焼却処理や埋め立て処理される。   The solid-liquid separator 2 separates the fermented liquor produced in the saccharification and fermentation tank 1 into a solid and a liquid by a method such as sedimentation, centrifugation, filtration, or pressing. The solids are called fermentation residues and are treated as valuables or waste depending on the fermentation feedstock. That is, the fermentation residue is effectively used as feed, fertilizer, or the like as a valuable resource, or incinerated or landfilled as waste (industrial waste).

固液分離装置2は、糖化発酵槽1を兼ねる構成であってもよい。また、固液分離装置2は、糖化発酵槽1と同様、単一の分離装置又は方法によって構成されてもよいし、複数の分離装置や方法によって構成されてもよい。中でも、固液分離装置2が複数の分離装置により構成される場合、これらの装置は、直列に接続されたり、並列に接続されたりする構成としてもよい。   The solid-liquid separation device 2 may be configured to also serve as the saccharification and fermentation tank 1. Further, the solid-liquid separation device 2 may be configured by a single separation device or method, as in the case of the saccharification and fermentation tank 1, or may be configured by a plurality of separation devices or methods. In particular, when the solid-liquid separation device 2 is configured by a plurality of separation devices, these devices may be connected in series or connected in parallel.

低濃度エタノール水溶液タンク3は、固液分離装置2で分離された液体、即ちエタノール水溶液を貯蔵するものである。エタノール濃度としては、例えば、水に対するエタノールの質量濃度として、2質量%〜20質量%である。   The low-concentration aqueous ethanol solution tank 3 stores the liquid separated by the solid-liquid separation device 2, that is, the aqueous ethanol solution. The ethanol concentration is, for example, 2% by mass to 20% by mass as the mass concentration of ethanol with respect to water.

エタノール水溶液蒸留塔4は、低濃度エタノール水溶液タンク3から供給された低濃度エタノール水溶液を用いて、高濃度エタノール水溶液と微量のエタノールが含まれる水溶液とに分離するものである。即ち、エタノール水溶液蒸留塔4では、蒸留により、前記の糖化発酵槽1において製造された低濃度エタノール水溶液のエタノール濃度が高められ、高濃度エタノールが製造される。   The ethanol aqueous solution distillation column 4 separates a high-concentration ethanol aqueous solution and an aqueous solution containing a small amount of ethanol using the low-concentration ethanol aqueous solution supplied from the low-concentration ethanol aqueous solution tank 3. That is, in the ethanol aqueous solution distillation column 4, the ethanol concentration of the low concentration ethanol aqueous solution produced in the saccharification and fermentation tank 1 is increased by distillation, and high concentration ethanol is produced.

エタノール水溶液蒸留塔4で製造される高濃度エタノール水溶液以外の水溶液、即ち、微量のエタノールが含まれる水溶液は、蒸留残渣といわれ、発酵原料に応じて、固液分離装置2での発酵残渣と同様に、有価物又は廃棄物として処理される。即ち、蒸留残渣は、有価物として飼料や肥料等に有効に活用され、又は、廃棄物(産業廃棄物)として焼却処理や排水処理される。なお、エタノール水溶液蒸留塔4の構成については、後記する図2を用いて詳細に説明する。   An aqueous solution other than the high-concentration ethanol aqueous solution produced in the ethanol aqueous solution distillation column 4, that is, an aqueous solution containing a small amount of ethanol is called a distillation residue, and is the same as the fermentation residue in the solid-liquid separation device 2 depending on the fermentation raw material. Is treated as valuables or waste. That is, the distillation residue is effectively used as a valuable material for feed, fertilizer, or the like, or is incinerated or drained as waste (industrial waste). The configuration of the ethanol aqueous solution distillation column 4 will be described in detail with reference to FIG.

高濃度エタノール水溶液タンク5は、エタノール水溶液蒸留塔4で分離された高濃度エタノール水溶液を貯蔵するものである。ここで貯蔵されるエタノール水溶液のエタノール濃度としては、例えば、40質量%〜90質量%である。ただし、上限としては、取り扱い及び保管性の簡便さの観点からは、60質量%未満であることが好ましい。   The high concentration ethanol aqueous solution tank 5 stores the high concentration ethanol aqueous solution separated in the ethanol aqueous solution distillation column 4. The ethanol concentration of the aqueous ethanol solution stored here is, for example, 40% by mass to 90% by mass. However, the upper limit is preferably less than 60% by mass from the viewpoint of easy handling and storage.

エタノール濃度調整装置14は、高濃度エタノール水溶液タンク5から供給された高濃度エタノール水溶液と余剰水タンク13から供給された水とを混合し、エンジン6で燃焼可能なエタノール濃度に調整するものである。即ち、ここでは、後記する気液分離装置12で除去された余剰水が使用され、エタノール水溶液蒸留塔4で得られた高濃度エタノール水溶液のエタノール濃度の調整が行われる。エタノール濃度調整装置14では、エンジン6での燃焼のし易さ、及び、得られた高濃度エタノールの使用量を削減して長時間運転する観点から、エタノール濃度が40質量%程度に調整される。なお、水で希釈せずに、高濃度エタノールがそのまま(即ちエタノール濃度が40質量%程度以上)エンジン6に供給されてもよい。   The ethanol concentration adjusting device 14 mixes the high-concentration ethanol aqueous solution supplied from the high-concentration ethanol aqueous solution tank 5 with the water supplied from the surplus water tank 13 and adjusts the ethanol concentration to be combustible in the engine 6. . That is, here, the excess water removed by the gas-liquid separation device 12 described later is used, and the ethanol concentration of the high-concentration ethanol aqueous solution obtained in the ethanol aqueous solution distillation column 4 is adjusted. In the ethanol concentration adjusting device 14, the ethanol concentration is adjusted to about 40% by mass from the viewpoint of easiness of combustion in the engine 6 and reduction in the amount of the obtained high-concentration ethanol for long-term operation. . It should be noted that high-concentration ethanol may be supplied to the engine 6 without dilution with water (that is, the ethanol concentration is about 40% by mass or more).

エンジン6は、燃料として、エタノール濃度調整装置14から供給された高濃度エタノール水溶液、及び、気液分離装置12から供給された改質ガス(主として水素)のうち少なくとも一方を使用して駆動するものである。エンジン6では、吸気口(図示しない)から空気を取り込んで燃料を燃焼させ、得られた燃焼ガスのエネルギが動力(回転力)に変換される。動力を取り出した後の燃焼ガスは、排気ガスとして排出される。ここで排出される排気ガスは、通常は例えば600℃前後であり、十分な熱量を有する。そこで、この排気ガスは熱交換器10に供給され、改質器11(後記する)に供給される低濃度エタノール水溶液の加熱に使用される。   The engine 6 is driven using at least one of a high-concentration aqueous ethanol solution supplied from the ethanol concentration adjusting device 14 and a reformed gas (mainly hydrogen) supplied from the gas-liquid separation device 12 as fuel. It is. In the engine 6, air is taken in from an intake port (not shown) to burn fuel, and the energy of the obtained combustion gas is converted into power (rotational force). The combustion gas after removing the power is discharged as exhaust gas. Exhaust gas discharged here is usually, for example, about 600 ° C. and has a sufficient amount of heat. Then, this exhaust gas is supplied to the heat exchanger 10 and used for heating the low-concentration ethanol aqueous solution supplied to the reformer 11 (described later).

また、エンジン6には、エタノール水溶液蒸留塔4を構成する熱交換器402(図3で後記する)との間で、エンジン6を冷却するための冷却水が循環している。冷却水は、通常は例えば80℃前後の温度でエンジン6から出て行き、その流量が多いため、十分な熱量を有する。そこで、エンジン6から出た冷却水は、エタノール水溶液蒸留塔4に供給され、エタノール水溶液蒸留塔4において蒸留される熱エネルギの一部として使用される。なお、この点の詳細は、図2及び図3を参照しながら説明する。   In addition, cooling water for cooling the engine 6 is circulated between the engine 6 and a heat exchanger 402 (which will be described later with reference to FIG. 3) that forms the ethanol aqueous solution distillation column 4. The cooling water usually leaves the engine 6 at a temperature of, for example, about 80 ° C., and has a sufficient heat quantity due to its large flow rate. Then, the cooling water discharged from the engine 6 is supplied to the ethanol aqueous solution distillation column 4, and is used as a part of the heat energy distilled in the ethanol aqueous solution distillation column 4. The details of this point will be described with reference to FIGS.

エンジン6は、単一のエンジンによって構成されてもよいし、複数のエンジンによって構成されてもよい。また、エンジン6は、燃焼の機構が制限されるものではない。エンジン6としては、例えば、火花点火エンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンエンジン等の各種の内燃機関を適用することが可能である。   The engine 6 may be constituted by a single engine, or may be constituted by a plurality of engines. Further, the combustion mechanism of the engine 6 is not limited. As the engine 6, for example, various internal combustion engines such as a spark ignition engine, a diesel engine, and a gas turbine engine can be applied.

発電機7は、エンジン6により発生した動力(回転力)を使用して発電し、電力負荷への電力を供給可能にするものである。電力負荷に供給される電力は、所謂「商用電力」である。そのため、発電機7の極数に合わせて、発電機7の回転速度は、商用電力の周波数が50Hzでは例えば1500rpm又は3000rpmに、60Hzでは例えば1800rpm又は3600rpmの一定回転速度に設定される。そこで、エンジン6の回転速度は、発電機7の回転速度が一定速度となるように設定される。なお、発電機7が発電した電力をコンバータにより直流に変換し、その後インバータにより任意の周波数の交流電力に変換してもよい。   The generator 7 generates power using the power (rotational force) generated by the engine 6 and enables power to be supplied to a power load. The power supplied to the power load is so-called “commercial power”. Therefore, according to the number of poles of the generator 7, the rotation speed of the generator 7 is set to a constant rotation speed of, for example, 1500 or 3000 rpm when the frequency of the commercial power is 50 Hz, and is set to, for example, 1800 or 3600 rpm at 60 Hz. Therefore, the rotation speed of the engine 6 is set so that the rotation speed of the generator 7 is constant. The power generated by the generator 7 may be converted to DC by a converter, and then converted to AC power of an arbitrary frequency by an inverter.

発電機7は、複数のエンジンがある場合にはエンジン一台に対して発電機一台の構成としてもよい。また、複数のエンジンの回転軸を共有したり、ギア等で接続したりして、複数のエンジンに対して発電機一台の構成としてもよい。   When there are a plurality of engines, the generator 7 may be configured with one generator for one engine. In addition, a single generator may be provided for a plurality of engines by sharing the rotating shafts of the plurality of engines or connecting them by gears or the like.

エタノール濃度調整装置8は、低濃度エタノール水溶液タンク3から供給された低濃度エタノール水溶液と余剰水タンク13から供給された水とを混合して(即ち希釈して)、改質器11(後記する)で改質可能なエタノール濃度に調整するものである。即ち、ここでは、後記する気液分離装置12で除去された余剰水が使用され、改質器11に供給される低濃度エタノール(糖化発酵槽1で生成したもの)の濃度調整が行われる。具体的なエタノール濃度については、後記する改質器11の項目で説明する。   The ethanol concentration adjusting device 8 mixes (i.e., dilutes) the low-concentration ethanol aqueous solution supplied from the low-concentration ethanol aqueous solution tank 3 with water supplied from the surplus water tank 13, and forms the reformer 11 (described later). ) Is adjusted to an ethanol concentration that can be reformed. That is, here, the excess water removed by the gas-liquid separator 12 described later is used, and the concentration of the low-concentration ethanol (produced in the saccharification and fermentation tank 1) supplied to the reformer 11 is adjusted. The specific ethanol concentration will be described in the section of the reformer 11 described later.

熱交換器9は、エタノール濃度調整装置8で濃度調整されたエタノール水溶液と改質器11で改質された改質ガス(主として水素)との間で熱交換するものである。熱交換器9は、エタノール濃度調整装置8から供給されたエタノール水溶液が流通する受熱側流路を有している。そして、この受熱側流路の一端側がエタノール濃度調整装置8の出口に、他端側が熱交換器10の受熱側流路の入口に接続される。また、また、熱交換器9は、改質ガスが流通する放熱側流路を有している。そして、この放熱側流路の一端側が改質器11の出口に、他端側が気液分離装置12の入口に接続される。   The heat exchanger 9 exchanges heat between the aqueous ethanol solution whose concentration has been adjusted by the ethanol concentration adjusting device 8 and the reformed gas (mainly hydrogen) reformed by the reformer 11. The heat exchanger 9 has a heat receiving side flow passage through which the aqueous ethanol solution supplied from the ethanol concentration adjusting device 8 flows. One end of the heat receiving side flow path is connected to the outlet of the ethanol concentration adjusting device 8, and the other end is connected to the inlet of the heat receiving side flow path of the heat exchanger 10. Further, the heat exchanger 9 has a heat-radiation side flow path through which the reformed gas flows. One end of the heat-radiation side flow path is connected to the outlet of the reformer 11, and the other end is connected to the inlet of the gas-liquid separator 12.

熱交換器10は、熱交換器9で加熱されたエタノール水溶液とエンジン6の排気ガスとの間で熱交換するものである。熱交換器10は、エタノール水溶液が流通する受熱側流路を有している。そして、この受熱側流路の一端側が熱交換器9の受熱側流路の出口に、他端側が改質器11の入口に接続される。また、熱交換器10は、排気ガスが流通する放熱側流路を有している。そして、この放熱側流路の一端側がエンジン6の排気ガス出口に、他端側がエタノール水溶液蒸留塔4の熱交換器入口に接続される。   The heat exchanger 10 exchanges heat between the aqueous ethanol solution heated by the heat exchanger 9 and the exhaust gas of the engine 6. The heat exchanger 10 has a heat receiving side flow path through which the aqueous ethanol solution flows. One end of the heat receiving flow path is connected to an outlet of the heat receiving flow path of the heat exchanger 9, and the other end is connected to an inlet of the reformer 11. Further, the heat exchanger 10 has a heat-radiation-side flow path through which exhaust gas flows. One end of the heat radiation side flow path is connected to an exhaust gas outlet of the engine 6, and the other end is connected to a heat exchanger inlet of the ethanol aqueous solution distillation column 4.

なお、熱交換器10を構成する放熱側流路(図示しない)には、エンジン6の排気ガス出口側に、排熱供給系統52,53が接続される。そして、この放熱側流路と熱交換される受熱側流路の下流には、改質器11が備えられる。従って、改質器11では、排熱供給系統53を通じて熱交換器10で受け取ったエンジン6の排熱を使用して、エタノール水溶液の改質が行われる。   In addition, exhaust heat supply systems 52 and 53 are connected to the exhaust gas outlet side of the engine 6 to a heat radiation side flow path (not shown) constituting the heat exchanger 10. Further, a reformer 11 is provided downstream of the heat-receiving-side flow passage that exchanges heat with the heat-radiating-side flow passage. Therefore, in the reformer 11, the reforming of the aqueous ethanol solution is performed using the exhaust heat of the engine 6 received by the heat exchanger 10 through the exhaust heat supply system 53.

また、熱交換器10を構成する放熱側流路には、エタノール水溶液蒸留塔4の側に、排熱供給系統52が接続される。そして、エンジン6の排気ガスであって、熱交換器10で熱を失った後の排気ガスであっても、依然としてある程度の熱を有している。そこで、熱交換器10で熱を失った後の排気ガスは、排熱供給系統52を通じて、エタノール水溶液蒸留塔4に供給される。従って、エタノール水溶液蒸留塔4では、このようにエンジン6の排気ガスが有する排熱の残りを使用して、低濃度エタノールの蒸留が行われる。   In addition, a waste heat supply system 52 is connected to the heat dissipation side flow path that constitutes the heat exchanger 10 on the side of the aqueous ethanol solution distillation column 4. The exhaust gas of the engine 6, which has lost heat in the heat exchanger 10, still has some heat. Then, the exhaust gas after losing heat in the heat exchanger 10 is supplied to the ethanol aqueous solution distillation column 4 through the exhaust heat supply system 52. Therefore, in the ethanol aqueous solution distillation column 4, the distillation of the low-concentration ethanol is performed by using the remaining waste heat of the exhaust gas of the engine 6 in this manner.

改質器11から排出された改質ガスは、300℃〜400℃程度であり、十分な熱量を有している。そこで、熱交換器9では、その熱量を使用して、エタノール濃度調整装置8で濃度調整されたエタノール水溶液が、室温付近から沸点近く(76℃〜100℃程度)にまで昇温される。一方で、熱交換器9では、改質ガスは、エタノール水溶液に熱量を与えることで降温する。従って、熱交換器9において、改質ガスの有する熱がエタノール水溶液に与えられ、改質反応の反応熱として使用される熱量がエタノール水溶液に蓄えられる一方で、改質ガスが降温することで改質ガスに含まれる水蒸気が凝縮液化する。   The reformed gas discharged from the reformer 11 has a temperature of about 300 ° C. to 400 ° C. and has a sufficient amount of heat. Therefore, in the heat exchanger 9, the ethanol solution whose concentration has been adjusted by the ethanol concentration adjusting device 8 is heated from near room temperature to near the boiling point (about 76 ° C. to 100 ° C.) by using the calorie. On the other hand, in the heat exchanger 9, the temperature of the reformed gas is lowered by applying heat to the aqueous ethanol solution. Therefore, in the heat exchanger 9, the heat of the reformed gas is given to the aqueous ethanol solution, and the amount of heat used as the reaction heat of the reforming reaction is stored in the aqueous ethanol solution, while the temperature of the reformed gas is reduced. Water vapor contained in the raw gas is condensed and liquefied.

エンジン6での排気ガスは、前記のように例えば600℃前後であり、十分な熱量を有している。そこで、熱交換器10では、その熱量を使用して、エタノール水溶液が、改質器11で改質反応が生じる300℃〜400℃程度にまで昇温する。一方で、排気ガスはエタノール水溶液に熱量を与えて降温する。従って、熱交換器10において、排気ガスの有する熱がエタノール水溶液に与えられ、改質反応の反応熱として使用される熱量がエタノール水溶液に蓄えられる。これにより、エンジン6の排気ガスが有する排熱の使用効率(熱効率)が高められる。   The exhaust gas from the engine 6 is, for example, about 600 ° C. as described above, and has a sufficient amount of heat. Therefore, in the heat exchanger 10, the heat amount is used to raise the temperature of the aqueous ethanol solution to about 300 ° C. to 400 ° C. at which the reforming reaction occurs in the reformer 11. On the other hand, the exhaust gas gives a calorific value to the aqueous ethanol solution to lower the temperature. Therefore, in the heat exchanger 10, the heat of the exhaust gas is given to the aqueous ethanol solution, and the amount of heat used as the reaction heat of the reforming reaction is stored in the aqueous ethanol solution. Thereby, the use efficiency (thermal efficiency) of the exhaust heat of the exhaust gas of the engine 6 is enhanced.

発電システム100では、改質器11の前段に、熱交換器9,10が備えられている。このように二つの熱交換器9,10を備え、段階的にエタノール水溶液を昇温することで、熱交換器10のみでは困難な温度にまでエタノール水溶液が昇温する。これにより、改質器11での改質が促され、改質器11での改質ガスの生成量が増加する。そのため、エンジン6に供給される改質ガスの量が増大する。また、熱交換器9,10において、高温の改質ガスの熱がエタノール水溶液の昇温に用いられることで、エンジン6の排熱が有効に燃料改質に使用される。そして、エンジン6での排熱の回収量の増大、及び、改質ガスの増量により、エンジン6での熱効率が向上する。   In the power generation system 100, heat exchangers 9 and 10 are provided before the reformer 11. By providing the two heat exchangers 9 and 10 in this way and raising the temperature of the aqueous ethanol solution step by step, the temperature of the aqueous ethanol solution is raised to a temperature that is difficult only with the heat exchanger 10. Accordingly, reforming in the reformer 11 is promoted, and the amount of reformed gas generated in the reformer 11 increases. Therefore, the amount of the reformed gas supplied to the engine 6 increases. In the heat exchangers 9 and 10, the heat of the high-temperature reformed gas is used for raising the temperature of the aqueous ethanol solution, so that the exhaust heat of the engine 6 is effectively used for fuel reforming. Then, the thermal efficiency of the engine 6 is improved by increasing the amount of recovered exhaust heat in the engine 6 and increasing the amount of reformed gas.

なお、熱交換器9,10は、例えば、シェルアンドチューブ型、プレート型、フィンチューブ型等の適宜の形式の熱交換器である。熱交換器9,10は、単一の熱交換器によって構成されてもよいし、複数の熱交換器によって構成されてもよい。複数の熱交換器の配列は、直列であってもよいし、並列であってもよい。   The heat exchangers 9 and 10 are, for example, appropriate types of heat exchangers such as a shell and tube type, a plate type, and a fin tube type. The heat exchangers 9 and 10 may be constituted by a single heat exchanger or may be constituted by a plurality of heat exchangers. The arrangement of the plurality of heat exchangers may be in series or in parallel.

熱交換器9,10は、断熱体で覆われた状態とされることが好ましい。断熱体としては、例えば、発泡樹脂、グラスウール、ロックウール等の断熱材によって形成された断熱カバー、断熱ジャケット等が挙げられる。熱交換器を断熱体で覆うことにより、放熱による熱損失が低減され、改質反応の反応熱として使用される熱量を確実にエタノール水溶液に蓄えることが可能となる。また、発電システム100全体としての熱効率も改善される。   It is preferable that the heat exchangers 9 and 10 be covered with a heat insulator. Examples of the heat insulator include a heat insulating cover and a heat insulating jacket formed of a heat insulating material such as foamed resin, glass wool, and rock wool. By covering the heat exchanger with a heat insulator, heat loss due to heat radiation is reduced, and the amount of heat used as reaction heat for the reforming reaction can be reliably stored in the ethanol aqueous solution. Further, the thermal efficiency of the power generation system 100 as a whole is also improved.

改質器11は、熱交換器10で昇温されたエタノール水溶液を改質し、水素を含む改質ガスを生成するものである。ここで生成した改質ガスは、改質ガス供給系統51を通じてエンジン6に供給される。改質器11で行われる改質は、次の式(1)及び(2)により進行する。
OH+3HO→2CO+6H−217kJ ・・・式(1)
OH+HO→2CO+4H−298kJ ・・・式(2)
The reformer 11 reforms the aqueous ethanol solution heated in the heat exchanger 10 to generate a reformed gas containing hydrogen. The reformed gas generated here is supplied to the engine 6 through the reformed gas supply system 51. The reforming performed in the reformer 11 proceeds according to the following equations (1) and (2).
C 2 H 5 OH + 3H 2 O → 2CO 2 + 6H 2 -217 kJ Formula (1)
C 2 H 5 OH + H 2 O → 2CO + 4H 2 −298 kJ Formula (2)

ここで、これらの式(1)及び式(2)のうち、式(2)において生成する一酸化炭素は、高温の水(水蒸気)と速やかに反応し、二酸化炭素及び水素に変化する。そのため、改質器11では、実質的には、式(1)のみが進行すると考えることができる。   Here, of these formulas (1) and (2), carbon monoxide generated in formula (2) quickly reacts with high-temperature water (steam) and changes to carbon dioxide and hydrogen. Therefore, in the reformer 11, it can be considered that substantially only the equation (1) proceeds.

式(1)及び式(2)で表される改質反応は、いずれも吸熱反応である。そのため、エタノール水溶液を用いて改質ガスを生成させるためには、通常は、反応系に熱が与えられることになる。しかし、発電システム100では、改質されるエタノール水溶液には、熱容量が大きな水を高い割合で含んでいる。そして、前記のように、熱交換器9,10において、改質反応の反応熱として使用される熱量として予め蓄えられる。従って、発電システム100では、改質反応の反応熱として使用される熱量を蓄えたエタノール水溶液が改質器11に導入されることで、外部から熱を全く供給することなく、又は、供給したとしてもその供給量を少なくしても、エタノール水溶液が改質される。   The reforming reactions represented by the formulas (1) and (2) are both endothermic reactions. Therefore, in order to generate a reformed gas using an aqueous ethanol solution, heat is usually given to the reaction system. However, in the power generation system 100, the ethanol aqueous solution to be reformed contains a large proportion of water having a large heat capacity. Then, as described above, the heat is stored in advance in the heat exchangers 9 and 10 as the amount of heat used as the reaction heat of the reforming reaction. Therefore, in the power generation system 100, since the ethanol aqueous solution storing the amount of heat used as the reaction heat of the reforming reaction is introduced into the reformer 11, no heat is supplied from the outside, or if the heat is supplied. Even if the supply amount is reduced, the aqueous ethanol solution is reformed.

ここで、図2を参照しながら、改質器11に供給されるエタノール水溶液の濃度と、外部から熱を供給することなく(即ちエタノール水溶液が保有する熱量のみで)改質を進行させることが可能なエタノール温度(改質器11の入口温度)との関係について説明する。   Here, referring to FIG. 2, the concentration of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 11 and the progress of the reforming without supplying heat from the outside (that is, only by the amount of heat held by the aqueous ethanol solution) can be performed. The relationship with the possible ethanol temperature (the inlet temperature of the reformer 11) will be described.

図2は、エタノール水溶液におけるエタノール濃度と、エタノール水溶液が保有する熱量のみで改質反応を進行可能なエタノール水溶液の温度との関係を示すグラフである。この図2は、改質器11での改質反応が前記の式(1)のみであること、及び、改質器11の出口における改質ガスの温度(出口温度)が300℃程度(改質が完了するために通常必要な最低温度)であることの二つを仮定したときに、改質反応の反応熱として使用される熱量のみ(即ちエタノール水溶液が保有する熱量のみ)で改質可能なエタノール水溶液の改質器11の入口温度(即ち、改質器11に供給されるエタノール水溶液の温度)を示すものである。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the ethanol concentration in the aqueous ethanol solution and the temperature of the aqueous ethanol solution that can proceed with the reforming reaction only by the amount of heat held by the aqueous ethanol solution. FIG. 2 shows that the reforming reaction in the reformer 11 is only the above equation (1), and that the temperature of the reformed gas at the outlet of the reformer 11 (outlet temperature) is about 300 ° C. Can be reformed with only the heat used as the reaction heat of the reforming reaction (that is, only the heat held by the aqueous ethanol solution), assuming that the temperature is the minimum temperature that is normally required to complete the quality. It shows the temperature of the inlet of the ethanol aqueous solution reformer 11 (that is, the temperature of the ethanol aqueous solution supplied to the reformer 11).

エタノール水溶液において、エタノール濃度が低いほど、熱容量の大きな水の割合が高くなる。即ち、エタノール濃度が低いほど、エタノール水溶液が保有する熱量のみで改質可能なエタノール水溶液の温度は低くなる。ここで、エンジン6の排気ガス温度は、前記のように例えば600℃程度である。そのため、熱交換器9,10による二段階の加熱により、改質器11に供給されるエタノール水溶液の温度を少なくとも500℃程度、最大で600℃程度にまで昇温させることが可能である。   In an aqueous ethanol solution, the lower the ethanol concentration, the higher the proportion of water having a large heat capacity. That is, the lower the ethanol concentration, the lower the temperature of the ethanol aqueous solution that can be reformed only by the amount of heat held by the ethanol aqueous solution. Here, the exhaust gas temperature of the engine 6 is, for example, about 600 ° C. as described above. Therefore, the temperature of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 11 can be raised to at least about 500 ° C. and up to about 600 ° C. by the two-stage heating by the heat exchangers 9 and 10.

そうすると、図2に示すグラフから、エタノール水溶液の温度が最大でも17質量%程度以下、好ましくは11質量%程度以下であれば、エタノール水溶液が保有する熱量のみで改質反応を十分に生じさせることができると考えられる。即ち、エタノール濃度が17質量%程度以下のエタノール水溶液を改質することで、エンジン6の排気ガス温度が600℃であると仮定したとき、改質反応に必要な熱量を確実に蓄えることが可能である。また、エタノール濃度が低いほど、低コストで製造が可能であるし、改質触媒にカーボンが析出して転化率が低下することも防止できる。   Then, from the graph shown in FIG. 2, if the temperature of the aqueous ethanol solution is at most about 17% by mass or less, preferably about 11% by mass or less, the reforming reaction can be sufficiently caused only by the amount of heat held by the aqueous ethanol solution. It is thought that it is possible. That is, by reforming an aqueous ethanol solution having an ethanol concentration of about 17% by mass or less, it is possible to reliably store the heat required for the reforming reaction when the exhaust gas temperature of the engine 6 is 600 ° C. It is. In addition, the lower the ethanol concentration, the lower the production cost, and the lower the conversion rate due to the deposition of carbon on the reforming catalyst.

また、前記のように、前記の改質器11におけるエタノール水溶液の改質は、実質的には前記の式(1)で示す反応により進行する。従って、改質器11では、エタノール1molが水素(分子)6モルに変換される。ここで、エタノール標準燃焼熱は1366kJ/mol、水素の標準燃焼熱は285kJ/molである。そのため、エタノール1molをエンジン6で燃焼させて発生する熱量(1366kJ)よりも、改質を行って得られた水素6molを燃焼させて発生する熱量(1710kJ)が大きくなる。   In addition, as described above, the reforming of the aqueous ethanol solution in the reformer 11 proceeds substantially by the reaction represented by the above formula (1). Therefore, in the reformer 11, 1 mol of ethanol is converted into 6 mol of hydrogen (molecule). Here, the standard combustion heat of ethanol is 1366 kJ / mol, and the standard combustion heat of hydrogen is 285 kJ / mol. Therefore, the amount of heat (1710 kJ) generated by burning 6 mol of hydrogen obtained by reforming is larger than the amount of heat (1366 kJ) generated by burning 1 mol of ethanol in the engine 6.

従って、エタノール1molを燃焼させるよりは、水素6molを燃焼させる方が、発生する熱量が多くなるといえる。そのため、改質を行って得られた水素6molを燃焼させて発生する熱量を使用して発電することで、発電機7による発電効率を高めることができる。よって、低濃度エタノール水溶液を改質することで、エタノール水溶液が保有する熱量のみで改質反応を十分に生じさせることができるとともに、発電効率を高めることもできる。   Therefore, it can be said that burning 6 mol of hydrogen generates more heat than burning 1 mol of ethanol. Therefore, by generating electricity using the amount of heat generated by burning 6 mol of hydrogen obtained by performing the reforming, the power generation efficiency of the generator 7 can be increased. Therefore, by reforming the low-concentration aqueous ethanol solution, the reforming reaction can be sufficiently caused only by the calorific value of the aqueous ethanol solution, and the power generation efficiency can be increased.

また、前記のように、実質的には、改質反応では前記の式(1)のみが進行すると考えられる。そのため、式(1)から導かれる化学量論比を考慮すると、エタノール水溶液の濃度は46質量%程度以下とすることが好ましい。エタノール水溶液の濃度を46質量%程度以下とすることが、熱効率の観点で有利である。即ち、例えばエタノール水溶液の濃度は46質量%程度を超えるエタノール水溶液であれば、改質せずにエンジン6にそのまま供給する方が、熱的には有利となる。さらには、エタノール水溶液の濃度が46質量%程度以下であれば、改質反応が式(1)のみであると仮定したとき、エタノールと水とが量論比で反応することにより未反応のエタノールが気液分離装置12において余剰水側に残留するのを抑制することができる。   Further, as described above, it is considered that substantially only the above-mentioned equation (1) proceeds in the reforming reaction. Therefore, considering the stoichiometric ratio derived from the formula (1), the concentration of the aqueous ethanol solution is preferably set to about 46% by mass or less. It is advantageous from the viewpoint of thermal efficiency to make the concentration of the aqueous ethanol solution about 46% by mass or less. That is, for example, if the concentration of the ethanol aqueous solution exceeds about 46% by mass, it is thermally advantageous to supply the ethanol aqueous solution as it is without reforming. Further, when the concentration of the aqueous ethanol solution is about 46% by mass or less, unreacted ethanol is formed by reacting ethanol and water at a stoichiometric ratio, assuming that the reforming reaction is only the formula (1). Can be suppressed from remaining on the surplus water side in the gas-liquid separation device 12.

以上の点をまとめると、改質器11に供給されるエタノール水溶液のエタノール濃度としては、取り扱い及び保管性の簡便さの観点からは、通常は60質量%程度以下、熱効率の観点からは、好ましくは46質量%程度以下、エタノール水溶液が保有する熱量のみによる改質のし易さの観点からは、より好ましくは17質量%程度以下、特に好ましくは11質量%程度以下である。   To summarize the above points, the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 11 is usually about 60% by mass or less from the viewpoint of simplicity in handling and storage, and preferably from the viewpoint of thermal efficiency. Is preferably about 46% by mass or less, more preferably about 17% by mass or less, and particularly preferably about 11% by mass or less, from the viewpoint of easiness of reforming only by the caloric value of the aqueous ethanol solution.

図1に戻り、改質器11での改質は、触媒を使用して行われる。使用可能な触媒としては、例えば、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄、ニオブ、銅、亜鉛等のほか、これらが適宜組み合わされた複合触媒が挙げられる。また、触媒は、通常は担体に担持される。この担体としては、例えば、α−アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ニオブ、シリカ、マグネシア、セリア等のほか、これらが適宜組み合わされた複合担体が挙げられる。担体の形状は、例えば、ペレット状、ハニカム状、シート状、モノリス状、粒状等の形状とすることができる。   Returning to FIG. 1, the reforming in the reformer 11 is performed using a catalyst. Examples of usable catalysts include, for example, nickel, platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, molybdenum, rhenium, tungsten, vanadium, osmium, chromium, cobalt, iron, niobium, copper, zinc, and the like, as appropriate. Composite catalyst. Further, the catalyst is usually supported on a carrier. Examples of the carrier include α-alumina, titania, zirconia, niobium oxide, silica, magnesia, ceria, and the like, and a composite carrier in which these are appropriately combined. The shape of the carrier can be, for example, a pellet, a honeycomb, a sheet, a monolith, a particle, or the like.

改質器11は、断熱体で覆われた状態とされることが好ましい。断熱体としては、例えば、発泡樹脂、グラスウール、ロックウール等の断熱材によって形成された断熱カバー、断熱ジャケット等が挙げられる。改質器10が断熱体で覆れることで、放熱による熱損失が低減される。これにより、吸熱反応である改質反応が進んだ改質器11の出口付近で改質ガスが高温に維持され、改質器11の後段に備えられた熱交換器9での熱交換量が多くなる。   It is preferable that the reformer 11 be covered with a heat insulator. Examples of the heat insulator include a heat insulating cover and a heat insulating jacket formed of a heat insulating material such as foamed resin, glass wool, and rock wool. By covering the reformer 10 with the heat insulator, heat loss due to heat radiation is reduced. As a result, the reformed gas is maintained at a high temperature near the outlet of the reformer 11 where the reforming reaction, which is an endothermic reaction, has progressed, and the amount of heat exchange in the heat exchanger 9 provided downstream of the reformer 11 is reduced. More.

気液分離装置12は、改質器11で生成した改質ガスに含まれる水蒸気及び未反応エタノール蒸気を分離するものである。気液分離装置12は、例えば、液体を貯蔵可能であり、降温した改質ガスから水蒸気及び未反応のエタノール蒸気を凝縮させて分離し得るドレンタンク(図示しない)等によって構成される。   The gas-liquid separator 12 separates steam and unreacted ethanol vapor contained in the reformed gas generated in the reformer 11. The gas-liquid separator 12 is configured by, for example, a drain tank (not shown) that can store a liquid and can condense and separate steam and unreacted ethanol vapor from the cooled reformed gas.

改質ガスに含まれる蒸気及び未反応のエタノール蒸気は、熱交換器9における熱交換でエタノール水溶液に熱を与えることで凝縮されてもよいし、気液分離装置12における環境温度で凝縮されてもよい。また、気液分離装置12に搭載した凝縮器(図示しない)によって凝縮させてもよい。凝縮器としては、いずれも図示しないが、エンジン6を冷却するエンジン冷却水、外部から供給される上水、中水等を使用した水冷式の熱交換器のほか、フィンチューブ型、シェルチューブ型等の空冷式の熱交換器、強制通風又は自然通風を使用した空冷式の冷却器等を使用する装置が挙げられる。   The vapor contained in the reformed gas and the unreacted ethanol vapor may be condensed by applying heat to the aqueous ethanol solution by heat exchange in the heat exchanger 9 or may be condensed at the environmental temperature in the gas-liquid separator 12. Is also good. Further, it may be condensed by a condenser (not shown) mounted on the gas-liquid separation device 12. Although not shown, the condenser includes an engine cooling water for cooling the engine 6, a water-cooled heat exchanger using tap water supplied from the outside, medium water, and the like, as well as a fin tube type and a shell tube type. And the like, an apparatus using an air-cooled heat exchanger, an air-cooled cooler using forced ventilation or natural ventilation, or the like.

前記の図2を参照しながら説明したように、改質器11に供給されるエタノール水溶液濃度(改質器11の入り口濃度)が46質量%程度以下であると、改質反応として前記の式(1)のみが進行し、かつ、最大収率で進行したと仮定しても、改質反応の後には水が残留する。そこで、気液分離装置12が改質器11の後段に備えられていれば、改質ガスに含まれる水がエタノール水溶液濃度にかかわらず確実に除去される。これにより、エンジン6の燃焼効率、燃焼温度の低下及び出力低下が防止され、エンジン6の熱効率が高いまま維持される。   As described with reference to FIG. 2, when the concentration of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 11 (concentration at the inlet of the reformer 11) is about 46% by mass or less, the above-described formula is used as the reforming reaction. Even if it is assumed that only (1) has proceeded and that it has proceeded at the maximum yield, water remains after the reforming reaction. Therefore, if the gas-liquid separator 12 is provided downstream of the reformer 11, the water contained in the reformed gas is reliably removed regardless of the concentration of the aqueous ethanol solution. As a result, a decrease in the combustion efficiency, combustion temperature, and output of the engine 6 is prevented, and the thermal efficiency of the engine 6 is maintained at a high level.

この観点から、気液分離装置12には、100℃以下に降温した改質ガスが供給されることが好ましい。これにより、改質ガスに含まれる水蒸気を液化させることができ、気液分離装置12で水(液体)が余剰水として除去される。ここで除去された水は、後記する余剰水タンク13に送られる。一方で、気液分離装置12に供給される改質ガスの温度としては、例えば78℃以上とすることができる。これにより、未反応のエタノールの回収(凝縮)が抑制され、未反応のエタノール(気体)が燃料としてエンジン6に供給され易くなる。   From this viewpoint, it is preferable that the reformed gas cooled to 100 ° C. or lower be supplied to the gas-liquid separation device 12. Thereby, the steam contained in the reformed gas can be liquefied, and water (liquid) is removed as excess water in the gas-liquid separator 12. The water removed here is sent to a surplus water tank 13 described later. On the other hand, the temperature of the reformed gas supplied to the gas-liquid separation device 12 can be, for example, 78 ° C. or higher. As a result, recovery (condensation) of unreacted ethanol is suppressed, and unreacted ethanol (gas) is easily supplied to the engine 6 as fuel.

なお、改質ガスの温度は、一定である必要はないが、エンジン6の仕様、改質器11の仕様、及び発電システム100が設置された場所の環境温度等に応じ、所定範囲内での管理を行うことが好ましい。   The temperature of the reformed gas does not need to be constant, but may be within a predetermined range depending on the specifications of the engine 6, the specifications of the reformer 11, the environmental temperature of the place where the power generation system 100 is installed, and the like. It is preferable to perform management.

余剰水タンク13は、気液分離装置12で分離された水等の液体を貯蔵するものである。貯蔵される液体は、改質器11で主として未反応物として残ったものである。そのため、改質器11入口のエタノール水溶液濃度が46質量%以下であれば、改質反応として前記の式(1)のみが進行し、かつ、最大収率で進行したとすれば、当該液体は水となる。ただし、改質器11で生成される水素や二酸化炭素の一部が、水に溶解した状態で存在する。   The surplus water tank 13 stores liquid such as water separated by the gas-liquid separation device 12. The liquid to be stored mainly remains as an unreacted substance in the reformer 11. Therefore, if the concentration of the aqueous ethanol solution at the inlet of the reformer 11 is 46% by mass or less, if only the above formula (1) proceeds as the reforming reaction, and if it proceeds at the maximum yield, the liquid becomes It becomes water. However, some of the hydrogen and carbon dioxide generated in the reformer 11 exist in a state of being dissolved in water.

余剰水タンク13に貯蔵された余剰水は、糖化発酵槽1に送られる。そして、送られた水は、発酵の原料と混合され、糖化発酵槽1における原料の濃度調整に使用される。また、余剰水タンク13に貯蔵された余剰水は、エタノール濃度調整装置8にも送られる。そして、エタノール濃度調整装置8に送られた水は、低濃度エタノール水溶液タンク3から供給された低濃度エタノール水溶液と混合され、濃度調整に使用される。さらには、余剰水タンク13に貯蔵された余剰水は、エタノール濃度調整装置14にも送られる。そして、送られた水は、高濃度エタノール水溶液タンク5から供給された高濃度エタノール水溶液と混合され、エンジン6で燃焼可能な濃度調整に使用される。   The surplus water stored in the surplus water tank 13 is sent to the saccharification and fermentation tank 1. Then, the sent water is mixed with a raw material for fermentation, and used for adjusting the concentration of the raw material in the saccharification and fermentation tank 1. The surplus water stored in the surplus water tank 13 is also sent to the ethanol concentration adjusting device 8. The water sent to the ethanol concentration adjusting device 8 is mixed with the low concentration ethanol aqueous solution supplied from the low concentration ethanol aqueous solution tank 3 and used for concentration adjustment. Further, the surplus water stored in the surplus water tank 13 is also sent to the ethanol concentration adjusting device 14. Then, the sent water is mixed with the high-concentration ethanol aqueous solution supplied from the high-concentration ethanol aqueous solution tank 5, and used for adjusting the concentration at which the engine 6 can burn.

このように、発電システム100では、原料濃度の調整及びエタノール水溶液の希釈に余剰水が使用される。これにより、水の使用量を削減することができる。さらに、余剰水は、改質ガスの成分である水素が水に溶解した所謂「水素水」と呼ばれるものである。水素水は、植物に与えると発育がよくなるといわれていることから、このような余剰水を農作物への灌水に使用することもできる。   As described above, in the power generation system 100, surplus water is used for adjusting the raw material concentration and diluting the aqueous ethanol solution. As a result, the amount of water used can be reduced. Further, the surplus water is so-called "hydrogen water" in which hydrogen as a component of the reformed gas is dissolved in water. Hydrogen water is said to grow better when given to plants, so such surplus water can also be used for irrigation of crops.

演算制御部101は、発電システム100を監視及び制御するものである。演算制御部101は、いずれも図示しないが、発電システム100の各所に設けられた計測機器(センサ等)からの計測データを収集する。そして、演算制御部101は、その内部に予め記憶されたプログラムに従って、発電システム100の各所に設けられた制御機器(図示しないポンプ、弁、スロットル等)を制御する。   The arithmetic and control unit 101 monitors and controls the power generation system 100. Although not shown, the arithmetic and control unit 101 collects measurement data from measurement devices (such as sensors) provided at various parts of the power generation system 100. The arithmetic and control unit 101 controls control devices (pumps, valves, throttles, etc., not shown) provided at various parts of the power generation system 100 in accordance with a program stored in advance therein.

なお、演算制御部101は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、I/F(インターフェイス)等を備えて構成される。そして、演算制御部は、ROMに格納されている所定の制御プログラムがCPUによって実行されることにより具現化される。   Although not shown, the arithmetic control unit 101 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an I / F (interface), and the like. The arithmetic control unit is embodied by executing a predetermined control program stored in the ROM by the CPU.

図3は、第一実施形態の発電システム100において、エタノール水溶液蒸留塔4及びエンジン6近傍の系統図である。ただし、この図3では、図示の簡略化のために、前記の図1を参照しながら説明した装置の一部の図示を省略している。図3において、実線矢印は、エタノール水溶液、改質ガス、排気ガス等の物質が流通する配管及びそれらの流れ方向を表している。破線矢印も同じく物質が流通する配管及びそれらの流れ方向を表している。ただし、破線矢印で示す方向の流れにおいて、その途中に配置された装置の図示は一部省略している。また、二重線矢印は、前記のように動力及びエネルギの伝達方向を表している。一点破線で囲ったところが、図1におけるエタノール水溶液蒸留塔4及びエンジン6に相当するものである。   FIG. 3 is a system diagram near the ethanol aqueous solution distillation column 4 and the engine 6 in the power generation system 100 of the first embodiment. However, in FIG. 3, for simplification of illustration, illustration of a part of the device described with reference to FIG. 1 is omitted. In FIG. 3, solid arrows indicate pipes through which substances such as an aqueous ethanol solution, reformed gas, and exhaust gas flow, and the flow directions thereof. The broken arrows also indicate the pipes through which the substance flows and the flow directions thereof. However, in the flow in the direction indicated by the dashed arrow, the illustration of the devices arranged in the middle is partially omitted. Further, the double arrow indicates the transmission direction of power and energy as described above. A portion surrounded by a dashed line corresponds to the ethanol aqueous solution distillation column 4 and the engine 6 in FIG.

エタノール水溶液蒸留塔4は、蒸留を行う蒸留塔本体401、蒸留塔のプレヒータである熱交換器402,403、蒸留塔の塔頂コンデンサである熱交換器404、及び蒸留塔の塔底リボイラである熱交換器405を備える。そして、エタノール水溶液蒸留塔4では、熱交換器402,403に対して、低濃度エタノール水溶液タンク3からの低濃度エタノール水溶液が供給される。そして、熱交換器402,403において、供給された低濃度エタノールが、室温付近からエタノール水溶液の沸点近く(76℃〜100℃程度)にまで段階的に昇温された後、蒸留塔本体401に供給される。   The ethanol aqueous solution distillation column 4 is a distillation column main body 401 that performs distillation, heat exchangers 402 and 403 that are preheaters of the distillation column, a heat exchanger 404 that is a top condenser of the distillation column, and a bottom reboiler of the distillation column. A heat exchanger 405 is provided. Then, in the ethanol aqueous solution distillation column 4, the low-concentration ethanol aqueous solution from the low-concentration ethanol aqueous solution tank 3 is supplied to the heat exchangers 402 and 403. Then, in the heat exchangers 402 and 403, the supplied low-concentration ethanol is gradually heated from near room temperature to near the boiling point of the aqueous ethanol solution (about 76 ° C. to 100 ° C.). Supplied.

熱交換器402は、低濃度エタノール水溶液タンク3からのエタノール水溶液とエンジン本体601からの使用済冷却水との間で熱交換させるものである。即ち、熱交換器402では、使用済冷却水供給系統57を通じて供給されたエンジン6の冷却水(エンジン6の排熱を有する使用済みの冷却水)により、糖化発酵槽1で生成した低濃度エタノールが加熱される。   The heat exchanger 402 exchanges heat between the aqueous ethanol solution from the low-concentration aqueous ethanol solution tank 3 and the used cooling water from the engine body 601. That is, in the heat exchanger 402, the low-concentration ethanol generated in the saccharification and fermentation tank 1 by the cooling water of the engine 6 (used cooling water having exhaust heat of the engine 6) supplied through the used cooling water supply system 57. Is heated.

熱交換器402は、低濃度エタノール水溶液が流通する受熱側流路を有している。そして、受熱側流路の一端側が低濃度エタノール水溶液タンク3の出口に、他端側が熱交換器403の受熱側流路の入口に接続されている。また、熱交換器402は、エンジン6の冷却水が流通する放熱側流路を有している。そして、放熱側流路の一端側がエンジン本体601の冷却水出口に、他端側がエンジンのラジエータである熱交換器602の放熱側流路の入口に接続されている。   The heat exchanger 402 has a heat receiving side flow passage through which the low concentration ethanol aqueous solution flows. One end of the heat receiving flow path is connected to the outlet of the low concentration ethanol aqueous solution tank 3, and the other end is connected to the inlet of the heat receiving flow path of the heat exchanger 403. The heat exchanger 402 has a heat-radiation-side flow path through which the cooling water of the engine 6 flows. One end of the heat radiation side flow path is connected to the cooling water outlet of the engine body 601, and the other end is connected to the heat radiation side flow path inlet of the heat exchanger 602 which is a radiator of the engine.

エンジン本体601(後記する)から排出される使用済冷却水は、90℃程度の温度であり流量が多いため、十分な熱量を有している。そこで、熱交換器402では、その熱量を使用して、低濃度エタノール水溶液が、室温付近から沸点近く(76℃〜100℃程度)を目標に昇温される。一方で、熱交換器402では、エンジン本体601の使用済冷却水は、低濃度エタノール水溶液に熱量を与えて降温する。   The used cooling water discharged from the engine body 601 (described later) has a sufficient calorific value because it has a temperature of about 90 ° C. and a large flow rate. Therefore, in the heat exchanger 402, the low-concentration ethanol aqueous solution is heated using the calorific value from a temperature near room temperature to a temperature near the boiling point (about 76 ° C. to 100 ° C.). On the other hand, in the heat exchanger 402, the used cooling water of the engine main body 601 gives heat to the low-concentration ethanol aqueous solution to lower the temperature.

熱交換器403は、熱交換器402からのエタノール水溶液と熱交換器405からの排気ガスとの間で熱交換するものである。即ち、熱交換器403では、排熱供給系統52及び熱交換器405を経て供給されたエンジン6の排気ガスにより、熱交換器402を経た糖化発酵槽1で生成した低濃度エタノールが加熱される。   The heat exchanger 403 exchanges heat between the aqueous ethanol solution from the heat exchanger 402 and the exhaust gas from the heat exchanger 405. That is, in the heat exchanger 403, the low-concentration ethanol generated in the saccharification and fermentation tank 1 through the heat exchanger 402 is heated by the exhaust gas of the engine 6 supplied through the exhaust heat supply system 52 and the heat exchanger 405. .

熱交換器403は、低濃度エタノール水溶液が流通する受熱側流路を有している。そして、受熱側流路の一端側が熱交換器402の受熱側流路の出口に、他端側が蒸留塔本体401の入口に接続されている。また、熱交換器403は、エンジン6の排気ガスが流通する放熱側流路を有している。そして、放熱側流路の一端側が蒸留塔の塔底リボイラである熱交換器405の放熱側流路の出口、他端側が大気開放されている。   The heat exchanger 403 has a heat receiving side flow passage through which the low concentration ethanol aqueous solution flows. One end of the heat receiving flow path is connected to an outlet of the heat receiving flow path of the heat exchanger 402, and the other end is connected to an inlet of the distillation column main body 401. Further, the heat exchanger 403 has a heat radiation side flow passage through which the exhaust gas of the engine 6 flows. One end of the heat-dissipating channel is open to the outlet of the heat-dissipating channel of the heat exchanger 405, which is the bottom reboiler of the distillation column, and the other end is open to the atmosphere.

エンジン本体601(後記する)から排気され、排気ガス浄化装置603(後記する)を経由した排気ガスは、熱交換器10,405(後記する)において熱交換して降温しているものの、十分な熱量を有している。そこで、熱交換器403では、その熱量を使用して、低濃度エタノール水溶液が、低濃度エタノールの沸点近く(76℃〜100℃程度)まで昇温される。一方で、エンジン本体601の排気ガスは低濃度エタノール水溶液に熱量を与えてさらに降温する。   Exhaust gas exhausted from the engine main body 601 (described later) and passed through the exhaust gas purifier 603 (described later) is subjected to heat exchange in the heat exchangers 10 and 405 (described later), and the temperature thereof is reduced. It has a calorific value. Therefore, in the heat exchanger 403, the low-concentration aqueous ethanol solution is heated to a temperature close to the boiling point of the low-concentration ethanol (about 76 ° C. to 100 ° C.) using the calorific value. On the other hand, the exhaust gas of the engine body 601 gives heat to the low-concentration ethanol aqueous solution to further lower the temperature.

熱交換器404は、蒸留塔本体401の塔頂部に接続され、蒸留塔本体401の塔頂部から抜き出された蒸気とチラー(図示しない)から供給される冷水との間で熱交換するものである。熱交換器404は、チラーから供給される冷水が流通する受熱側流路を有している。そして、受熱側流路の一端側がチラーの冷水出口に、他端側がチラーの冷水入口(冷水戻り口)に接続されている。また、熱交換器404は、蒸留塔本体401の塔頂部からの蒸気が流通する放熱側流路を有している。そして、放熱側流路の一端側が蒸留塔本体401の塔頂部出口に、他端側が蒸留塔本体401の塔頂部入口及び高濃度エタノール水溶液タンク5の入口に接続されている。   The heat exchanger 404 is connected to the top of the distillation column main body 401 and exchanges heat between steam extracted from the top of the distillation column main body 401 and cold water supplied from a chiller (not shown). is there. The heat exchanger 404 has a heat receiving side flow passage through which the cold water supplied from the chiller flows. One end of the heat receiving side flow path is connected to a chilled water outlet of the chiller, and the other end is connected to a chilled water inlet (chilled water return port) of the chiller. Further, the heat exchanger 404 has a heat radiation side flow passage through which steam from the top of the distillation column main body 401 flows. One end of the heat radiation side flow path is connected to the outlet of the top of the distillation column 401, and the other end is connected to the inlet of the top of the distillation column 401 and the inlet of the high concentration ethanol aqueous solution tank 5.

熱交換器404に供給される冷水(上水、中水等)は、20℃程度であり流量が多いため、十分な冷却能力を有している。そこで、その冷却能力を使用して、熱交換器404において、蒸留塔本体401の塔頂部からの蒸気が、エタノール水溶液の沸点近く(76℃〜100℃程度)にまで凝縮液化される。一方、冷水は、熱交換器404において、塔頂部からの蒸気の蒸発潜熱を受けて昇温する。   The cold water (tap water, medium water, etc.) supplied to the heat exchanger 404 has a sufficient cooling capacity because it has a flow rate of about 20 ° C. and a large flow rate. Then, using the cooling capacity, in the heat exchanger 404, the vapor from the top of the distillation column main body 401 is condensed and liquefied to near the boiling point of the ethanol aqueous solution (about 76 ° C. to 100 ° C.). On the other hand, the temperature of the cold water rises in the heat exchanger 404 due to the latent heat of vaporization of the steam from the top of the tower.

熱交換器405は、蒸留塔本体401の塔底部に接続され、蒸留塔本体401の塔底部から抜き出された液体と熱交換器10からの排気ガスとの間で熱交換するものである。即ち、蒸留塔本体401の塔底部から抜き出された液体は、熱交換器405において、排熱供給系統52及び熱交換器405を経て供給されたエンジン6の排気ガスを使用して加熱される。   The heat exchanger 405 is connected to the bottom of the distillation column main body 401 and exchanges heat between the liquid extracted from the bottom of the distillation column main body 401 and the exhaust gas from the heat exchanger 10. That is, the liquid extracted from the bottom of the distillation column body 401 is heated in the heat exchanger 405 using the exhaust gas of the engine 6 supplied through the exhaust heat supply system 52 and the heat exchanger 405. .

熱交換器405は、蒸留塔本体401の塔底部からの液体が流通する受熱側流路を有している。そして、受熱側流路の一端側が蒸留塔本体401の塔底部出口に、他端側が蒸留塔本体401の塔底部入口及び蒸留残渣の抜き出し流路に接続されている。また、熱交換器405は、エンジン6の排気ガスが流通する放熱側流路を有している。そして、放熱側流路の一端側が熱交換器10の放熱側流路の出口、他端側が熱交換器403の放熱側流路の入口に接続されている。   The heat exchanger 405 has a heat receiving side flow passage through which the liquid from the bottom of the distillation column main body 401 flows. One end of the heat receiving-side flow path is connected to an outlet at the bottom of the distillation column main body 401, and the other end is connected to an inlet at the bottom of the distillation column main body 401 and a flow path for extracting distillation residue. Further, the heat exchanger 405 has a heat-radiation-side flow path through which the exhaust gas of the engine 6 flows. One end of the heat radiation side flow path is connected to the outlet of the heat radiation side flow path of the heat exchanger 10, and the other end is connected to the inlet of the heat radiation side flow path of the heat exchanger 403.

エンジン本体601(後記する)から排気され、排気ガス浄化装置603(後記する)を経由した排気ガスは、熱交換器10において熱交換して降温しているものの、十分な熱量を有している。そこで、熱交換器405では、その熱量を使用して、塔底部からの液体が、エタノール水溶液の沸点近く(76℃〜100℃程度)にまで蒸発気化される。ここで蒸発気化したエタノール水溶液(一部又は全部が液体のまま残存していてもよい)は、戻し系統56を通じて蒸留塔本体401に戻される。一方で、熱交換器405で熱を失った排気ガスは、塔底部からの液体に熱量を与えることで、さらに降温する。   Exhaust gas exhausted from the engine main body 601 (described later) and passed through the exhaust gas purifier 603 (described later) has a sufficient amount of heat, although the heat is exchanged in the heat exchanger 10 and its temperature is lowered. . Therefore, in the heat exchanger 405, the liquid from the bottom of the column is evaporated and vaporized to near the boiling point of the aqueous ethanol solution (about 76 ° C. to 100 ° C.) by using the heat amount. Here, the evaporated and vaporized ethanol aqueous solution (a part or all of which may remain liquid) is returned to the distillation column main body 401 through the return system 56. On the other hand, the exhaust gas that has lost heat in the heat exchanger 405 further reduces the temperature by applying heat to the liquid from the bottom of the tower.

以上のような構成を備えるエタノール水溶液蒸留塔4では、塔底リボイラである熱交換器405において塔底の液体が加熱蒸発される。そして、蒸留塔本体401に設置された複数の棚段で蒸気と液体とが接触される。さらには、塔頂コンデンサである熱交換器404において、塔頂の蒸気が冷却されることで凝縮して液化する。ここで生じた液体は、蒸留塔本体401に供給された低濃度エタノール水溶液よりも濃度の高い高濃度エタノール水溶液となる。そこで、この高濃度エタノール水溶液の一部は蒸留塔本体401に還流され、残りは留出液としてエタノール水溶液蒸留塔4から抜き出される。一方で、塔底の液体は、蒸留塔本体401に供給された低濃度エタノール水溶液よりも濃度の低いエタノール水溶液となる。そこで、このエタノール水溶液の一部は熱交換器405で加熱蒸発させて蒸留塔本体401に戻され、残りは蒸留残渣としてエタノール水溶液蒸留塔4から抜き出される。   In the ethanol aqueous solution distillation column 4 having the above-described configuration, the liquid at the bottom of the column is heated and evaporated in the heat exchanger 405 which is a bottom reboiler. Then, the vapor and the liquid come into contact with each other at a plurality of shelves provided in the distillation column main body 401. Furthermore, in the heat exchanger 404 which is a top condenser, the vapor at the top is cooled and condensed and liquefied. The liquid generated here becomes a high-concentration ethanol aqueous solution having a higher concentration than the low-concentration ethanol aqueous solution supplied to the distillation column main body 401. Then, a part of the high-concentration ethanol aqueous solution is refluxed to the distillation column main body 401, and the remainder is extracted from the ethanol aqueous solution distillation column 4 as a distillate. On the other hand, the liquid at the bottom of the column is an aqueous ethanol solution having a lower concentration than the aqueous low concentration ethanol solution supplied to the distillation column main body 401. Then, a part of the ethanol aqueous solution is heated and evaporated in the heat exchanger 405 and returned to the distillation column main body 401, and the remainder is extracted from the ethanol aqueous solution distillation column 4 as a distillation residue.

また、発電システム100を構成するエンジン6は、エンジン本体601、エンジン本体601のラジエータである熱交換器602、及び排気ガス浄化装置603を備える。   The engine 6 that constitutes the power generation system 100 includes an engine body 601, a heat exchanger 602 that is a radiator of the engine body 601, and an exhaust gas purification device 603.

エンジン6は、高濃度エタノール水溶液タンク5からの高濃度エタノール水溶液、及び、気液分離装置12からの改質ガスのうち少なくとも一方を燃料として駆動するものである。エンジン6は、図示しない吸入口から燃焼に必要な空気を取り入れて燃料を燃焼させることで駆動し、動力が取り出される。そして、得られた燃焼ガスのエネルギ(動力)は、図3では図示しない発電機7に伝達され、電力に変換される。   The engine 6 drives at least one of the high-concentration ethanol aqueous solution from the high-concentration ethanol aqueous solution tank 5 and the reformed gas from the gas-liquid separation device 12 as fuel. The engine 6 is driven by taking in air required for combustion from an intake port (not shown) and burning fuel to extract power. Then, the obtained energy (power) of the combustion gas is transmitted to the generator 7 not shown in FIG. 3 and converted into electric power.

エンジン6には、熱交換器602が備えられる。この熱交換器602は、図示しないファンから供給される空気が流通する受熱側流路を有している。そして、受熱側流路の一端側がファンの空気出口に、他端側が大気開放されている。また、熱交換器602は、エンジン6の冷却水が流通する放熱側流路を有している。そして、放熱側流路の一端側がエタノール水溶液蒸留塔4の熱交換器402の放熱側流路出口に、他端側がエンジン本体601の冷却水入口に接続されている。   The engine 6 includes a heat exchanger 602. The heat exchanger 602 has a heat receiving side flow passage through which air supplied from a fan (not shown) flows. One end of the heat-receiving-side passage is open to the air outlet of the fan, and the other end is open to the atmosphere. Further, the heat exchanger 602 has a heat-radiation-side flow path through which the cooling water of the engine 6 flows. One end of the heat radiation side flow path is connected to the heat radiation side flow path outlet of the heat exchanger 402 of the ethanol aqueous solution distillation column 4, and the other end side is connected to the cooling water inlet of the engine body 601.

エンジン本体601は、エンジンの焼き付きを防止するために冷却水で冷却される。そして、エンジン本体601を出た高温の使用済冷却水(使用済みの冷却水)は、エタノール水溶液蒸留塔4の熱交換器402に供給される。熱交換器402では、この高温の冷却水の有する熱が熱交換される。そして、この降温した冷却水は、エンジンのラジエータである熱交換器602でさらに降温して、エンジン本体601に戻される。   The engine main body 601 is cooled with cooling water to prevent seizure of the engine. Then, the high-temperature used cooling water (used cooling water) that has exited the engine main body 601 is supplied to the heat exchanger 402 of the ethanol aqueous solution distillation column 4. In the heat exchanger 402, heat of the high-temperature cooling water is exchanged. The temperature of the cooled cooling water is further lowered in the heat exchanger 602 which is a radiator of the engine, and is returned to the engine body 601.

エンジン本体601は、動力を取り出した後の燃焼ガスを排気ガスとして排出する。排気ガス成分の大部分が、燃料に由来する二酸化炭素と水蒸気であるほか、その他の成分として、過剰に供給された空気成分も含む。一方で、微量成分として、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOx)、粒子状物質(PM)又は硫黄酸化物(SOx)が含まれる。これらの微量成分は、動物及び植物にとって有害な成分であるため、分解触媒、吸着剤等の排気ガス浄化装置603により無害化処理が行われる。   The engine body 601 discharges the combustion gas from which power has been taken out as exhaust gas. Most of the exhaust gas components are carbon dioxide and water vapor derived from the fuel, and other components include an air component supplied in excess. On the other hand, the trace components include carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), particulate matter (PM), and sulfur oxides (SOx). Since these trace components are harmful to animals and plants, harmless treatment is performed by an exhaust gas purifying device 603 such as a decomposition catalyst and an adsorbent.

図4は、原料から低濃度エタノール水溶液を生産するまでの手順を示すフローである。このフローは、いずれも図1に示す糖化発酵槽1及び固液分離装置2を使用し、前記の演算制御部101によって行われる。そして、このフローを経て生産された低濃度エタノールは、前記の図1に示した低濃度エタノール水溶液タンク3に貯蔵される。   FIG. 4 is a flowchart showing a procedure until a low-concentration ethanol aqueous solution is produced from a raw material. This flow is performed by the arithmetic and control unit 101 using the saccharification and fermentation tank 1 and the solid-liquid separation device 2 shown in FIG. Then, the low-concentration ethanol produced through this flow is stored in the low-concentration ethanol aqueous solution tank 3 shown in FIG.

まず、糖化発酵槽1に対して、原料(さとうきび等のバイオマス)、酵素及び必要に応じて水が仕込まれる(ステップS101)。次いで、糖化発酵槽1の内部が糖化反応に適した温度になるように温度調節されながら、適宜の攪拌が行われる。これにより、糖化が進行し、単糖、二糖等の糖類の生成が開始される。その後、演算制御部101は、糖化発酵槽1に備えられたセンサ(図示しない)により、糖化発酵槽1の内部に存在する糖の濃度を監視する。ここで、糖の濃度は、例えば糖化発酵槽1の内部に存在する反応液の吸光度を測定することで算出できる。   First, raw materials (biomass such as sugarcane), enzymes, and water as needed are charged into the saccharification and fermentation tank 1 (step S101). Next, appropriate stirring is performed while the temperature inside the saccharification and fermentation tank 1 is adjusted to a temperature suitable for the saccharification reaction. Thereby, saccharification progresses, and production of saccharides such as monosaccharides and disaccharides is started. After that, the arithmetic and control unit 101 monitors the concentration of sugar present inside the saccharification and fermentation tank 1 using a sensor (not shown) provided in the saccharification and fermentation tank 1. Here, the sugar concentration can be calculated, for example, by measuring the absorbance of the reaction solution present inside the saccharification and fermentation tank 1.

そして、監視された糖の濃度が予め定められた数値を超えるまで、監視が続けられる(ステップS102のNo方向)。監視された糖の濃度が予め定められた数値を超えた場合、演算制御部101は糖化反応が完了したと判断する(ステップS102のYes方向)。   Then, monitoring is continued until the monitored sugar concentration exceeds a predetermined numerical value (No in step S102). When the monitored sugar concentration exceeds a predetermined numerical value, the arithmetic and control unit 101 determines that the saccharification reaction has been completed (Yes in step S102).

糖化反応が完了した後、酵母が糖化発酵槽1に仕込まれる(ステップS103)。そして、糖化発酵槽1の内部が発酵に適した温度になるように温度調節されながら、適宜の攪拌が行われる。なお、発酵の対象となる原料が、発酵により糖化されることなくエタノールを生成する場合には、前記のステップS102は不要となる。これにより、発酵が進行し、前記のステップS102において生成した糖から、エタノールの生成が開始される。その後、演算制御部101は、糖化発酵槽1に備えられたセンサ(図示しない)により、糖化発酵槽1の内部に存在するエタノールの濃度を監視する。ここで、エタノールの濃度は、例えば糖化発酵槽1の内部に存在する反応液の比重分析、ガスクロマトグラフィ分析等により算出できる。   After the saccharification reaction is completed, yeast is charged into the saccharification and fermentation tank 1 (step S103). Then, while the temperature inside the saccharification fermenter 1 is adjusted to a temperature suitable for fermentation, appropriate stirring is performed. In addition, when the raw material to be fermented produces ethanol without being saccharified by fermentation, the step S102 becomes unnecessary. Thereby, the fermentation proceeds, and the production of ethanol is started from the sugar produced in step S102. After that, the arithmetic and control unit 101 monitors the concentration of ethanol present inside the saccharification and fermentation tank 1 using a sensor (not shown) provided in the saccharification and fermentation tank 1. Here, the concentration of ethanol can be calculated by, for example, specific gravity analysis, gas chromatography analysis, or the like of the reaction solution present inside the saccharification and fermentation tank 1.

そして、監視されたエタノールの濃度が予め定められた数値を超えるまで、監視が続けられる(ステップS104のNo方向)。監視されたエタノールの濃度が予め定められた数値を超えた場合、演算制御部101は発酵が完了したと判断する(ステップS104のYes方向)。   Then, the monitoring is continued until the monitored ethanol concentration exceeds a predetermined numerical value (No in step S104). When the monitored ethanol concentration exceeds a predetermined numerical value, the arithmetic and control unit 101 determines that the fermentation has been completed (Yes in step S104).

次いで、糖化発酵槽1の内容物(反応液)は、図示しないポンプによって固液分離装置2に供給され、固液分離される(ステップS105)。ここで分離された液体は、エタノール及び水を含む低濃度エタノール水溶液である。そして、この液体(低濃度エタノール水溶液)は、図示しないポンプを用いて、低濃度エタノール水溶液タンク3(図1参照)に移送される(ステップS106)。低濃度エタノール水溶液タンク3では、低濃度エタノール水溶液タンク3に備えられたセンサを使用して、低濃度エタノール水溶液タンク3の内部のエタノール濃度が測定される(ステップS107)。エタノール濃度の測定は、前記の糖化発酵槽1の内部に存在するエタノールの濃度の測定と同様にすることができる。最後に、固液分離装置2で分離された固体(発酵残渣)が処理される(ステップS108)。   Next, the contents (reaction liquid) of the saccharification and fermentation tank 1 are supplied to the solid-liquid separation device 2 by a pump (not shown), and solid-liquid separated (step S105). The liquid separated here is a low-concentration ethanol aqueous solution containing ethanol and water. Then, the liquid (low concentration ethanol aqueous solution) is transferred to the low concentration ethanol aqueous solution tank 3 (see FIG. 1) using a pump (not shown) (step S106). In the low concentration ethanol aqueous solution tank 3, the ethanol concentration in the low concentration ethanol aqueous solution tank 3 is measured using the sensor provided in the low concentration ethanol aqueous solution tank 3 (step S107). The measurement of the ethanol concentration can be performed in the same manner as the measurement of the concentration of ethanol existing inside the saccharification and fermentation tank 1 described above. Finally, the solid (fermentation residue) separated by the solid-liquid separation device 2 is processed (step S108).

以上の流れにより、低濃度エタノール水溶液が生産される。次に、発電システム100(図1参照)の立ち上げに際して行われる、エタノール水溶液蒸留塔4及びエンジン6の運転方法について図5を参照しながら説明する。なお、装置の名称及び符号については、図1及び図3に示す装置の名称及び符号に対応するものであり、以下の説明では、図1及び図3を適宜参照しながら説明を行う。   By the above flow, a low concentration ethanol aqueous solution is produced. Next, an operation method of the ethanol aqueous solution distillation column 4 and the engine 6 performed when the power generation system 100 (see FIG. 1) is started will be described with reference to FIG. It should be noted that the names and reference numerals of the devices correspond to the names and reference numerals of the devices shown in FIGS. 1 and 3, and the following description will be made with reference to FIGS. 1 and 3 as appropriate.

図5は、発電システム100の立ち上げ直後に行われる、エタノール水溶液蒸留塔4及びエンジン6の運転方法を示すフローである。このフローも、前記の図4に示したフローと同様に、前記の演算制御部101によって行われる。   FIG. 5 is a flowchart showing a method of operating the ethanol aqueous solution distillation column 4 and the engine 6 performed immediately after the startup of the power generation system 100. This flow is also performed by the arithmetic and control unit 101 as in the flow shown in FIG.

発電システム100が立ち上げられる際、まず、エンジン6(図1参照)の駆動が開始(即ち始動)される。この始動には、高濃度エタノール水溶液タンク5(図1参照)に貯蔵された高濃度エタノール水溶液(外部から補助的に供給されたものでもよい)が使用される。ただし、外部から供給される、軽油、ガソリン等の外部燃料が補助的に使用されてもよい。ここでは、高濃度エタノール水溶液タンク5に貯蔵された高濃度エタノールが使用され、エンジン6が始動されるものとする(ステップS201)。   When the power generation system 100 is started, first, the driving of the engine 6 (see FIG. 1) is started (ie, started). For this start-up, a high-concentration ethanol aqueous solution stored in a high-concentration ethanol aqueous solution tank 5 (see FIG. 1) (which may be supplementarily supplied from the outside) is used. However, an external fuel, such as light oil or gasoline, supplied from the outside may be used supplementarily. Here, the high-concentration ethanol stored in the high-concentration ethanol aqueous solution tank 5 is used, and the engine 6 is started (step S201).

エンジン6の始動後、しばらくはエンジン6の暖機運転が行われる。そして、エンジン6の暖機が完了したか否かを判断するために、エンジン6の始動後、演算制御部101(図1参照)は、温度センサ501により、冷却水についての熱交換器402の出口温度を測定する(ステップS202)。また、演算制御部101は、温度センサ502,503,504(図3参照)により、排気ガスについての熱交換器10,405,403(図3参照)の出口温度を測定する(同)。そして、演算制御部101は、測定された四つの温度が、いずれも暖機終了温度(それぞれ、予め設定された温度)以上であるか否かを判断する(ステップS203)。この判断の結果、測定された四つの温度のうち、いずれか一つでも暖機終了温度未満である場合(No方向)、エンジン6の暖機運転が引き続き行われる。   After the engine 6 is started, the warm-up operation of the engine 6 is performed for a while. After starting the engine 6, the arithmetic and control unit 101 (see FIG. 1) uses the temperature sensor 501 to determine whether or not the heat exchanger 402 for the cooling water has been warmed up. The outlet temperature is measured (Step S202). Further, the arithmetic and control unit 101 measures the outlet temperature of the heat exchangers 10, 405, and 403 (see FIG. 3) for the exhaust gas using the temperature sensors 502, 503, and 504 (see FIG. 3) (the same). Then, the arithmetic and control unit 101 determines whether or not all of the four measured temperatures are equal to or higher than the warm-up end temperature (each of which is a preset temperature) (step S203). As a result of this determination, if any one of the four measured temperatures is lower than the warm-up end temperature (No direction), the warm-up operation of the engine 6 is continued.

一方で、測定された四つの温度がいずれも暖機終了温度以上である場合(Yes方向)、低濃度エタノール水溶液タンク3に予め貯蔵された低濃度エタノール(外部から補助的に供給されたものでもよい)が改質器11(図1参照)に供給され始める(ステップS204)。これにより、改質器11において、低濃度エタノールの改質が開始され、改質ガス(主として水素)の生成が開始される。ちなみに、ここで生成した改質ガスは、生成開始直後はその成分が不安定である可能性がある。そのため、燃焼を促進させる観点から、生成直後の改質ガスは、高濃度エタノール水溶液とともにエンジン6に供給される。ちなみに、この時点では、依然として蒸留塔4の運転は行われていない。   On the other hand, if all of the four measured temperatures are equal to or higher than the warm-up end temperature (Yes direction), the low-concentration ethanol stored in advance in the low-concentration ethanol aqueous solution tank 3 (even if it is supplementarily supplied from the outside). (Good) is supplied to the reformer 11 (see FIG. 1) (step S204). Thereby, in the reformer 11, reforming of low-concentration ethanol is started, and generation of reformed gas (mainly hydrogen) is started. Incidentally, the components of the reformed gas generated here may be unstable immediately after the start of the generation. Therefore, from the viewpoint of promoting combustion, the reformed gas immediately after generation is supplied to the engine 6 together with the high-concentration aqueous ethanol solution. Incidentally, at this time, the operation of the distillation column 4 has not been performed yet.

なお、低濃エタノール水溶液3タンクから供給される低濃度エタノール水溶液は、はじめに、エタノール濃度調整装置8においてエタノール濃度が調整される。この調整は、エタノール濃度調整装置8に備えられた濃度計(図示しない)を使用して行われる。そして、次いで、エタノール濃度が調整された低濃度エタノール水溶液は、熱交換器9,10により段階的に昇温された後、改質器11に供給される。   The ethanol concentration of the low-concentration aqueous ethanol solution supplied from the three low-concentration aqueous ethanol solutions is first adjusted by the ethanol concentration adjusting device 8. This adjustment is performed using a densitometer (not shown) provided in the ethanol concentration adjusting device 8. Then, the low-concentration aqueous ethanol solution whose ethanol concentration has been adjusted is heated in a stepwise manner by the heat exchangers 9 and 10 and then supplied to the reformer 11.

改質開始後、演算制御部101は、気液分離装置12の出口に備えられる測定装置(図示しない)を使用して、気液分離装置12の出口ガス成分を測定する。そして、演算制御部101は、出口ガス成分の測定結果に基づき、改質反応が安定して進行しているか否かを判断する(ステップS205)。具体的には、例えば、出口ガスの各成分の量が一定(例えば10%程度の振れ幅があってもよい)である場合には、改質反応が安定して進行(即ち定常状態)と判断することができる。   After the start of the reforming, the arithmetic and control unit 101 measures the outlet gas component of the gas-liquid separator 12 using a measuring device (not shown) provided at the outlet of the gas-liquid separator 12. Then, the arithmetic and control unit 101 determines whether or not the reforming reaction is progressing stably based on the measurement result of the outlet gas component (step S205). Specifically, for example, when the amount of each component of the outlet gas is constant (for example, there may be a fluctuation range of about 10%), the reforming reaction proceeds stably (that is, in a steady state). You can judge.

この判断の結果、改質反応が安定していると判断された場合には(Yes方向)、演算制御部101は、前記のステップS201で供給し始めた高濃度エタノール水溶液の供給量を減少させる(ステップS206)。次いで、演算制御部101は、改質器11で生成している改質ガスを、主燃料としてエンジン6に供給し始める(同)。即ち、ここでは、主燃料である改質ガスと、補助燃料である高濃度エタノールとの双方が、エンジン6に供給される。   As a result of this determination, when it is determined that the reforming reaction is stable (Yes direction), the arithmetic and control unit 101 reduces the supply amount of the high-concentration ethanol aqueous solution that has been started to be supplied in step S201. (Step S206). Next, the arithmetic and control unit 101 starts to supply the reformed gas generated in the reformer 11 to the engine 6 as a main fuel (same as above). That is, here, both the reformed gas as the main fuel and the high-concentration ethanol as the auxiliary fuel are supplied to the engine 6.

ここで、「主燃料」及び「補助燃料」との意味について説明する。発電システム100では、電力需要に応じた発電が行われる。具体的には、電力需要に応じて、エンジン6の出力目標値が設定される。従って、改質器11で生成した改質ガス(主燃料)は、エンジン6の出力がこの出力目標値に到達できるように供給される。ただし、改質器11で生成した改質ガスの全量がエンジン6に供給されても、エンジン6の出力がこの出力目標値に到達できない可能性がある(即ち、改質ガスが不足する可能性がある)。また、エンジン6の出力変動により改質器11で生成する改質ガスの生成量も変化するが、その生成量の変化と改質ガスのエンジン6への供給時期との間にはタイムラグ(時間遅れ)がある。   Here, the meaning of “main fuel” and “auxiliary fuel” will be described. In the power generation system 100, power generation according to power demand is performed. Specifically, an output target value of the engine 6 is set according to the power demand. Therefore, the reformed gas (main fuel) generated by the reformer 11 is supplied so that the output of the engine 6 can reach this output target value. However, even if the entire amount of the reformed gas generated by the reformer 11 is supplied to the engine 6, the output of the engine 6 may not reach the output target value (that is, the possibility that the reformed gas is insufficient). There is). Further, the amount of the reformed gas generated in the reformer 11 also changes due to the output fluctuation of the engine 6, and a time lag (time) occurs between the change in the generated amount and the timing of supplying the reformed gas to the engine 6. Delay).

そこで、発電システム100では、補助的に高濃度エタノール水溶液が使用される。これにより、電力需要の変化及びエンジン6の出力目標値の変更があっても、安定した運転が可能となる。従って、本明細書において「主燃料」とは、はじめに供給量が制御される燃料(ここでは改質ガス)である。一方で、本明細書において「補助燃料」とは、主燃料だけではエンジン6が出力目標値に届かない場合(届きにくい場合でもよい)に供給量が制御される燃料(ここでは高濃度エタノール水溶液)である。   Therefore, in the power generation system 100, a high-concentration ethanol aqueous solution is used as an auxiliary. As a result, stable operation can be performed even if there is a change in power demand and a change in the output target value of the engine 6. Therefore, in this specification, the “main fuel” is a fuel (here, reformed gas) whose supply amount is controlled first. On the other hand, in the present specification, the “auxiliary fuel” refers to a fuel (here, a high-concentration aqueous ethanol solution) whose supply amount is controlled when the engine 6 does not reach the output target value with the main fuel alone (or may not easily reach the output target value). ).

なお、改質ガス及び高濃度エタノール水溶液のそれぞれの燃焼により発生する熱量は、供給される改質ガスに含まれる水素の物質量、及び、供給される高濃度エタノールに含まれる炭素の物質量のそれぞれに基づいて計算可能である。従って、例えば計算されたこれらの熱量に基づいて、改質ガス及び高濃度エタノール水溶液が供給されるようにすればよい。また、このステップS206により、エンジン6の出力目標値に到達するのであれば、燃料を高濃度エタノールから改質ガスに完全に切り替えてもよい。そして、以上のステップS201〜S206により、エンジン6の暖機運転が終了する。   The amount of heat generated by the combustion of the reformed gas and the high-concentration ethanol aqueous solution is determined by the amount of hydrogen contained in the supplied reformed gas and the amount of carbon contained in the supplied high-concentration ethanol. It can be calculated based on each. Therefore, for example, the reformed gas and the high-concentration ethanol aqueous solution may be supplied based on the calculated calorific values. Further, as long as the output target value of the engine 6 is reached in step S206, the fuel may be completely switched from high-concentration ethanol to reformed gas. Then, the warm-up operation of the engine 6 is completed by the above steps S201 to S206.

なお、エンジン6の暖機運転終了後には、前記のようにして、エンジン6は改質ガスを主燃料とし、高濃度エタノール水溶液を補助燃料として駆動することになる。次いで、演算制御部101は、低濃度エタノール水溶液タンク3に貯蔵された低濃度エタノールを、エタノール水溶液蒸留塔4(図1参照)に供給する(ステップS207)。次いで、演算制御部101は、熱交換器404,405(図3参照)を使用し、エタノール水溶液蒸留塔4の全還流運転を開始する(ステップS208)。熱交換器404の使用により、蒸留塔本体401(図3参照)での塔頂の蒸気が凝縮液化する。また、熱交換器405の使用により、蒸留塔本体401(図3参照)での塔底の液体が加熱気化する。   After the warm-up operation of the engine 6 is completed, the engine 6 is driven using the reformed gas as the main fuel and the high-concentration ethanol aqueous solution as the auxiliary fuel as described above. Next, the arithmetic and control unit 101 supplies the low concentration ethanol stored in the low concentration ethanol aqueous solution tank 3 to the ethanol aqueous solution distillation column 4 (see FIG. 1) (step S207). Next, the arithmetic and control unit 101 starts the total reflux operation of the ethanol aqueous solution distillation column 4 using the heat exchangers 404 and 405 (see FIG. 3) (step S208). By using the heat exchanger 404, the vapor at the top of the distillation column main body 401 (see FIG. 3) is condensed and liquefied. Further, by using the heat exchanger 405, the liquid at the bottom of the distillation column main body 401 (see FIG. 3) is heated and vaporized.

エタノール水溶液蒸留塔4の全還流運転開始後、演算制御部101は、図示しない液量センサを使用して還流量を監視することで、全還流運転が安定しているか否かを判断する(ステップS209)。判断の結果、エタノール水溶液蒸留塔4の全還流運転が安定していないと判断された場合(No方向)、演算制御部101は、全還流運転が安定するまで所定時間ごとに同じ判断を行う。   After starting the full reflux operation of the ethanol aqueous solution distillation column 4, the arithmetic and control unit 101 determines whether the total reflux operation is stable by monitoring the reflux amount using a liquid amount sensor (not shown) (step). S209). As a result of the determination, when it is determined that the total reflux operation of the ethanol aqueous solution distillation column 4 is not stable (No direction), the arithmetic control unit 101 performs the same determination at predetermined time intervals until the total reflux operation is stabilized.

一方で、エタノール水溶液蒸留塔4の全還流運転が安定していると判断された場合(Yes方向)、演算制御部101は、全還還流運転を停止し、蒸留塔本体401の塔頂から高濃度エタノール水溶液を、蒸留塔本体401の塔底から蒸留残渣の抜き出しを開始する(ステップS210)。抜き出された高濃度エタノール水溶液は、高濃度エタノール水溶液タンク5(図1参照)等を経て、エンジン6に供給される。これらのステップS207〜S210を経ることで、エタノール水溶液蒸留塔4の起動が行われる。   On the other hand, when it is determined that the total reflux operation of the ethanol aqueous solution distillation column 4 is stable (Yes direction), the arithmetic and control unit 101 stops the total reflux operation and stops the high flow from the top of the distillation column main body 401. The extraction of the distillation residue from the concentrated ethanol aqueous solution from the bottom of the distillation column main body 401 is started (step S210). The extracted high-concentration ethanol aqueous solution is supplied to the engine 6 via the high-concentration ethanol aqueous solution tank 5 (see FIG. 1) and the like. Through these steps S207 to S210, the ethanol aqueous solution distillation column 4 is started.

以上の図1〜図5を参照しながら説明したように、第一実施形態の発電システム100によれば、外部燃料をほとんど使用せず(又は全く使用せず)に、発電機7での発電効率及び熱効率が高められる。即ち、エンジン6には、高濃度エタノール水溶液又は改質ガス(主として水素)が供給され、これらは燃焼し易い。そのため、エンジン6での燃焼効率が高められ、これにより、発電効率が従来よりも高められる。   As described with reference to FIGS. 1 to 5 described above, according to the power generation system 100 of the first embodiment, the power generation by the power generator 7 can be performed with little or no external fuel. Efficiency and thermal efficiency are increased. That is, a high-concentration ethanol aqueous solution or a reformed gas (mainly hydrogen) is supplied to the engine 6, and these are easily combusted. Therefore, the combustion efficiency in the engine 6 is increased, and thereby the power generation efficiency is increased as compared with the conventional case.

特に、エタノール濃度が低いエタノール水溶液は改質器11に供給され、改質ガスに変換された後にエンジン6に供給される。そして、改質器11での改質は、エンジン6の排熱を使用して行われることから、発電システム10の全体のエネルギ的にも有利である。従って、発電システム100では生じる熱が無駄なく回収され、発電システム100は熱効率的にも有利である。   In particular, an ethanol aqueous solution having a low ethanol concentration is supplied to the reformer 11, converted into a reformed gas, and then supplied to the engine 6. Since the reforming in the reformer 11 is performed using the exhaust heat of the engine 6, it is advantageous in terms of overall energy of the power generation system 10. Therefore, the heat generated in the power generation system 100 is recovered without waste, and the power generation system 100 is advantageous in terms of thermal efficiency.

また、外部から供給される燃料が少ないか、又は全く必要無いため、燃料の輸送コスト(輸送距離等)が大幅に削減される。即ち、各装置が連続的に接続されることで構成された発電システム100によれば、エネルギ効率が高められる。   Further, since the amount of fuel supplied from the outside is small or not required at all, fuel transportation costs (transport distance, etc.) are greatly reduced. That is, according to the power generation system 100 configured by connecting the respective devices continuously, the energy efficiency is improved.

図6は、第二実施形態の発電システム200の系統図である。この図6において、前記の図1に示した第一実施形態の発電システム100と同じものについては同じ名称及び符号を付すものとし、重複する説明は省略する。   FIG. 6 is a system diagram of the power generation system 200 according to the second embodiment. In FIG. 6, the same components as those of the power generation system 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same names and reference numerals, and redundant description will be omitted.

この図6に示す発電システム200では、前記の発電システム100とは異なり、エタノール水溶液蒸留塔4の塔頂部から抜き出された高濃度エタノール水溶液がエタノール濃度調整装置8に供給されている。即ち、前記の発電システム100では、図1に示すように、低濃度エタノール水溶液タンク3とエタノール水溶液蒸留塔4との間から分岐して、低濃度エタノール水溶液がエタノール濃度調整装置8に供給されていた。しかし、図6に示す発電システム200では、図6において太線矢印で示すように、高濃度エタノール水溶液タンク5とエタノール濃度調整装置14との間から分岐して、高濃度エタノール水溶液がエタノール濃度調整装置8に供給される。   In the power generation system 200 shown in FIG. 6, unlike the power generation system 100 described above, a high-concentration ethanol aqueous solution extracted from the top of the ethanol aqueous solution distillation column 4 is supplied to the ethanol concentration adjusting device 8. That is, in the power generation system 100, as shown in FIG. 1, the low-concentration aqueous ethanol solution is supplied to the ethanol-concentration adjusting device 8 by branching from between the low-concentration aqueous ethanol solution tank 3 and the ethanol-containing water distillation column 4. Was. However, in the power generation system 200 shown in FIG. 6, the high-concentration aqueous ethanol solution branches off from the high-concentration ethanol aqueous solution tank 5 and the ethanol concentration adjusting device 14 as shown by the thick arrow in FIG. 8 is supplied.

低濃度エタノール水溶液には、エタノール及び水のほか、様々な成分が含まれ得る。そして、それらの成分の中に、改質器11に備えられる改質触媒(図示しない)の性能に影響を与える可能性のある成分が含まれ得る。そこで、この図6に示す発電システム200では、エタノール水溶液蒸留塔4においてエタノール濃度を高めることで、エタノール以外の成分の含有量を低減した高濃度エタノール水溶液が改質器11に供給される。これにより、改質器11に備えられる改質触媒の性能に影響を与える可能性のある成分が改質器11に到達することが抑制され、改質触媒の性能が維持される。これにより、改質触媒の寿命が延び、発電システム200の運転コストが削減される。   The low-concentration aqueous ethanol solution may contain various components in addition to ethanol and water. Then, among these components, components that may affect the performance of a reforming catalyst (not shown) provided in the reformer 11 may be included. Therefore, in the power generation system 200 shown in FIG. 6, by increasing the ethanol concentration in the ethanol aqueous solution distillation column 4, a high-concentration ethanol aqueous solution having a reduced content of components other than ethanol is supplied to the reformer 11. Accordingly, components that may affect the performance of the reforming catalyst provided in the reformer 11 are prevented from reaching the reformer 11, and the performance of the reforming catalyst is maintained. Thereby, the life of the reforming catalyst is extended, and the operating cost of the power generation system 200 is reduced.

図7は、第三実施形態の発電システム300の系統図である。この図7において、前記の図1に示した第一実施形態の発電システム100と同じものについては同じ名称及び符号を付すものとし、重複する説明は省略する。   FIG. 7 is a system diagram of a power generation system 300 according to the third embodiment. In FIG. 7, the same components as those of the power generation system 100 of the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same names and reference numerals, and redundant description will be omitted.

この図7に示す発電システム300では、前記の発電システム100,200とは異なり、図7において太線矢印で示すように、エタノール水溶液蒸留塔4の塔頂部から、高濃度エタノール水溶液の蒸気が抜き出される。そして、抜き出された高濃度エタノールの蒸気は、熱交換器9と熱交換器10との間(即ち熱交換器10のすぐ前段)に供給されている。従って、熱交換器10には、エタノール濃度調整装置8を経た低濃度エタノール水溶液と、エタノール水溶液蒸留塔4の塔頂部から抜き出された高温の高濃度エタノール水溶液(蒸気)との混合物が供給される。そして、改質器10では、低濃度エタノールと高濃度エタノールとの混合物が改質されることになる。   In the power generation system 300 shown in FIG. 7, unlike the above-described power generation systems 100 and 200, the vapor of the high-concentration ethanol aqueous solution is extracted from the top of the ethanol aqueous solution distillation column 4 as shown by a thick arrow in FIG. It is. Then, the extracted high-concentration ethanol vapor is supplied between the heat exchanger 9 and the heat exchanger 10 (that is, immediately before the heat exchanger 10). Therefore, a mixture of the low-concentration aqueous ethanol solution passed through the ethanol concentration adjusting device 8 and the high-temperature high-concentration aqueous ethanol solution (steam) extracted from the top of the ethanol aqueous solution distillation column 4 is supplied to the heat exchanger 10. You. Then, in the reformer 10, a mixture of low-concentration ethanol and high-concentration ethanol is reformed.

図8は、第三実施形態の発電システム300において、エタノール水溶液蒸留塔4及びエンジン6近傍の系統図である。この図8においても、前記の図3に示した第一実施形態の発電システム100と同じものについては同じ名称及び符号を付すものとし、重複する説明は省略する。   FIG. 8 is a system diagram near the ethanol aqueous solution distillation column 4 and the engine 6 in the power generation system 300 of the third embodiment. In FIG. 8 as well, the same components as those of the power generation system 100 of the first embodiment shown in FIG. 3 are denoted by the same names and reference numerals, and redundant description will be omitted.

発電システム300では、前記の発電システム100で説明した内容と同様に、蒸留塔本体401の塔頂部から蒸気が抜き出され、抜き出された蒸気が熱交換器404に供給される。ただし、この発電システム300では、抜き出された蒸気が熱交換器404に供給される系統に加えて、図8において太線矢印で示すように、抜き出された蒸気が前記のように熱交換器10のすぐ前段に供給される系統が備えられている。   In the power generation system 300, the steam is extracted from the top of the distillation column main body 401, and the extracted steam is supplied to the heat exchanger 404, similarly to the description of the power generation system 100. However, in this power generation system 300, in addition to the system in which the extracted steam is supplied to the heat exchanger 404, as shown by the thick arrow in FIG. A system is provided immediately before the stage 10.

蒸留塔本体401の塔頂部から抜き出された蒸気は、多くの熱量を有している。そのため、蒸留塔本体401の塔頂部から抜き出された蒸気が熱交換器10のすぐ前段に供給されることで、熱交換器10でのエタノール水溶液を加熱するために使用される熱量が削減される。従って、熱交換器10に供給する排気ガスの熱量を少なくすることができること。これにより、排気ガスの有する熱量を他の場所で使用できるようになる。この結果、発電システム300の全体で省エネルギ化することができ、発電システム300全体のエネルギ効率が改善する。   The steam extracted from the top of the distillation column main body 401 has a large amount of heat. Therefore, since the steam extracted from the top of the distillation column main body 401 is supplied immediately before the heat exchanger 10, the amount of heat used to heat the aqueous ethanol solution in the heat exchanger 10 is reduced. You. Therefore, the amount of heat of the exhaust gas supplied to the heat exchanger 10 can be reduced. As a result, the amount of heat of the exhaust gas can be used elsewhere. As a result, energy can be saved in the entire power generation system 300, and the energy efficiency of the entire power generation system 300 improves.

また、蒸留塔本体401の塔頂部から蒸気が抜き出されることで、同じく塔頂部から抜き出されて熱交換器404に供給される蒸気の量が減少する。これにより、熱交換器404で凝縮液化される高濃度エタノール水溶液(蒸気)の量が少なくなり、熱交換器404で使用される冷水の量が少なくなる。これにより、冷水を調製するために使用するチラーの消費電力を削減できるほか、例えば水の少ない地域に発電システム300が設置される場合でも、熱交換器404で十分に凝縮液化が可能になる。   Further, by extracting steam from the top of the distillation column body 401, the amount of steam extracted from the top of the column and supplied to the heat exchanger 404 also decreases. Thereby, the amount of the high-concentration aqueous ethanol solution (steam) condensed and liquefied in the heat exchanger 404 decreases, and the amount of the cold water used in the heat exchanger 404 decreases. Thereby, the power consumption of the chiller used for preparing the cold water can be reduced, and the heat exchanger 404 can sufficiently condense and liquefy even when, for example, the power generation system 300 is installed in an area with little water.

さらには、改質器11に供給されるエタノール水溶液のエタノール濃度を高めたい場合に、蒸留塔本体401の高濃度エタノール水溶液が供給されることで、改質器11に供給されるエタノール水溶液のエタノール濃度が高められる。   Further, when it is desired to increase the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 11, the high-concentration aqueous ethanol solution in the distillation column main body 401 is supplied, so that the ethanol aqueous solution supplied to the reformer 11 becomes ethanol. The concentration is increased.

図9は、第四実施形態の発電システム400の系統図である。この図9において、前記の各実施形態の発電システム100,200,300と同じものについては同じ名称及び符号を付すものとし、重複する説明は省略する。   FIG. 9 is a system diagram of a power generation system 400 according to the fourth embodiment. In FIG. 9, the same components as those of the power generation systems 100, 200, and 300 of the above-described embodiments will be denoted by the same names and reference numerals, and redundant description will be omitted.

この図9に示す発電システム400では、前記の第三実施形態(図7参照)と同様に、蒸留塔本体401の塔頂部から高濃度エタノール水溶液(蒸気)が抜き出される。ただし、ここで抜き出された高濃度エタノール水溶液(蒸気)は、図9において太線矢印で示すように、エタノール濃度調整装置8に供給される。そして、このエタノール濃度調整装置8に供給された高濃度エタノール水溶液は、熱交換器9,10を経て、改質器11に供給される。従って、改質器11では、蒸留塔本体401の塔頂部から抜き出された高濃度エタノール水溶液(蒸気)が、排熱供給系統53を通じて供給されたエンジン6の排気ガスの有する熱を使用して、改質される。   In the power generation system 400 shown in FIG. 9, a high-concentration ethanol aqueous solution (steam) is extracted from the top of the distillation column main body 401 as in the third embodiment (see FIG. 7). However, the high-concentration aqueous ethanol solution (steam) extracted here is supplied to the ethanol concentration adjusting device 8 as shown by a thick arrow in FIG. Then, the high-concentration aqueous ethanol solution supplied to the ethanol concentration adjusting device 8 is supplied to the reformer 11 via the heat exchangers 9 and 10. Therefore, in the reformer 11, the high-concentration ethanol aqueous solution (steam) extracted from the top of the distillation column main body 401 uses the heat of the exhaust gas of the engine 6 supplied through the exhaust heat supply system 53. , Are reformed.

このようにすることで、前記の第二実施形態と同様に、エタノール水溶液に含まれる不純物の含有量を減らし、改質器11に備えられる改質触媒の長寿命化が図られる。また、蒸留塔本体401の塔頂部から抜き出された高濃度エタノール水溶液(蒸気)は高温であるから、熱交換器9,10で与えられる熱量が少なくなる。そのため、緩やかな加熱が行われるため、改質器11に供給されるエタノール水溶液の温度が安定し易い。   By doing so, similarly to the second embodiment, the content of impurities contained in the aqueous ethanol solution is reduced, and the life of the reforming catalyst provided in the reformer 11 is extended. Further, since the high-concentration ethanol aqueous solution (steam) extracted from the top of the distillation column main body 401 has a high temperature, the amount of heat provided by the heat exchangers 9 and 10 is reduced. Therefore, moderate heating is performed, so that the temperature of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 11 is easily stabilized.

図10は、第四実施形態の発電システム400において、エタノール水溶液蒸留塔4及びエンジン6近傍の系統図である。この図10においても、前記の図3に示した第一実施形態の発電システム100と同じものについては同じ名称及び符号を付すものとし、重複する説明は省略する。   FIG. 10 is a system diagram near the ethanol aqueous solution distillation column 4 and the engine 6 in the power generation system 400 of the fourth embodiment. In FIG. 10 as well, the same components as those of the power generation system 100 of the first embodiment shown in FIG. 3 are denoted by the same names and reference numerals, and redundant description will be omitted.

発電システム400では、前記のように、そして図10において太線矢印で示すように、蒸留塔本体401の塔頂部から高濃度エタノール水溶液(蒸気)が抜き出される。そして、この高濃度エタノール水溶液(蒸気)は、多くの熱量を有している。そのため、前記の第三実施形態において説明した発電システム300と同様に、熱交換器10でエタノール水溶液の加熱に使用される熱量が削減される。これにより、発電システム400全体のエネルギ効率が改善し、さらには、緩やかな加熱が行われるため、改質器11に供給されるエタノール水溶液の温度が安定し易い。   In the power generation system 400, a high-concentration ethanol aqueous solution (steam) is extracted from the top of the distillation column main body 401 as described above and as indicated by the thick arrow in FIG. The high-concentration ethanol aqueous solution (steam) has a large amount of heat. Therefore, similarly to the power generation system 300 described in the third embodiment, the amount of heat used for heating the ethanol aqueous solution in the heat exchanger 10 is reduced. Thereby, the energy efficiency of the entire power generation system 400 is improved, and furthermore, since gentle heating is performed, the temperature of the ethanol aqueous solution supplied to the reformer 11 is easily stabilized.

以上、本発明を四つの実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記の例に何ら限定されない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。例えば、前記の各実施形態は適宜組み合わせて実施することができる。   As described above, the present invention has been described with reference to the four embodiments. However, the present invention is not limited to the above example. That is, the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the spirit of the present invention. For example, the above embodiments can be implemented in appropriate combinations.

また、例えば、前記の各実施形態では、余剰水タンク13に貯蔵された余剰水は、エタノール濃度調整装置8,14の双方に供給されているが、いずれか一方のみに供給されてもよい。   Further, for example, in each of the above-described embodiments, the excess water stored in the excess water tank 13 is supplied to both of the ethanol concentration adjusting devices 8 and 14, but may be supplied to only one of them.

1 糖化発酵槽(発酵装置)
4 エタノール水溶液蒸留塔(蒸留装置)
6 エンジン(発電装置)
7 発電機(発電装置)
8 エタノール濃度調整装置
10 熱交換器(改質装置)
11 改質器(改質装置)
12 気液分離装置(改質ガス除湿装置)
14 エタノール濃度調整装置
51 改質ガス供給系統
52 排熱供給系統(エンジン排熱第一供給系統)
53 排熱供給系統(エンジン排熱第二供給系統)
54 排熱供給系統(エンジン排熱第三供給系統)
55 余剰水供給系統(除去水供給系統)
56 戻し系統
57 使用済冷却水供給系統(エンジン排熱第一供給系統)
100 発電システム
101 制御部
200 発電システム
300 発電システム
400 発電システム
401 蒸留塔本体
402 熱交換器(第二熱交換機)
403 熱交換器(第二熱交換機)
404 熱交換器
405 熱交換器(第一熱交換器)
1 Saccharification and fermentation tank (fermentation equipment)
4 Ethanol aqueous solution distillation column (distillation device)
6. Engine (power generator)
7 generator (power generator)
8 Ethanol concentration controller 10 Heat exchanger (reformer)
11 Reformer (reformer)
12 Gas-liquid separator (reformed gas dehumidifier)
14 Ethanol concentration adjusting device 51 Reformed gas supply system 52 Exhaust heat supply system (engine exhaust heat first supply system)
53 Exhaust Heat Supply System (Engine Exhaust Heat Second Supply System)
54 Exhaust Heat Supply System (Engine Exhaust Heat Third Supply System)
55 Surplus water supply system (removed water supply system)
56 Return system 57 Used cooling water supply system (engine exhaust heat first supply system)
REFERENCE SIGNS LIST 100 Power generation system 101 Control unit 200 Power generation system 300 Power generation system 400 Power generation system 401 Distillation tower main body 402 Heat exchanger (second heat exchanger)
403 heat exchanger (second heat exchanger)
404 heat exchanger 405 heat exchanger (first heat exchanger)

Claims (7)

バイオマスの発酵によりエタノール水溶液を製造する発酵装置と、
当該発酵装置で得られたエタノール水溶液を蒸留して当該エタノール水溶液におけるエタノール濃度を高める蒸留装置と、
当該蒸留装置においてエタノール濃度を高めたエタノール水溶液を燃焼させるエンジンを備え、当該エンジンにより発生した動力を使用して発電を行う発電装置と、
前記発酵装置において製造されたエタノール水溶液、及び、前記蒸留装置においてエタノール濃度を高めたエタノール水溶液のうちの少なくとも一方を改質することで、水素を含む改質ガスを製造する改質装置と、
当該改質装置において製造された改質ガスを前記発電装置に供給する改質ガス供給系統と、
前記発電装置での排熱を前記蒸留装置に供給することで当該排熱を使用して前記蒸留装置での蒸留を行うエンジン排熱第一供給系統と、
前記発電装置での排熱を前記改質装置に供給することで当該排熱を使用して前記改質装置での改質を行うエンジン排熱第二供給系統と、
前記改質装置において製造された改質ガス中の水分を除去する改質ガス除湿装置と、
前記改質ガス除湿装置で除去された水分を供給することで前記発酵装置において供給された水を使用して発酵を行う除去水供給系統と、を備えることを特徴とする、発電システム。
A fermentation apparatus that produces an aqueous ethanol solution by fermentation of biomass,
A distillation apparatus for increasing the ethanol concentration in the ethanol aqueous solution by distilling the ethanol aqueous solution obtained in the fermentation apparatus,
A power generator that includes an engine that burns an ethanol aqueous solution having an increased ethanol concentration in the distillation apparatus, and that generates power using power generated by the engine ;
An ethanol aqueous solution produced in the fermentation apparatus, and a reformer that produces a reformed gas containing hydrogen by reforming at least one of an ethanol aqueous solution having an increased ethanol concentration in the distillation apparatus.
A reformed gas supply system that supplies the reformed gas produced in the reformer to the power generator,
An engine exhaust heat first supply system that performs distillation in the distillation apparatus using the exhaust heat by supplying exhaust heat in the power generation apparatus to the distillation apparatus,
An engine exhaust heat second supply system that performs reforming in the reformer using the exhaust heat by supplying exhaust heat in the power generator to the reformer,
A reformed gas dehumidifier that removes moisture in the reformed gas produced in the reformer,
A power generation system, comprising: a removed water supply system that supplies water removed by the reformed gas dehumidifier to perform fermentation using water supplied in the fermenter .
前記蒸留装置は、蒸留を行う蒸留塔本体と、当該蒸留塔本体の塔底部に接続され、前記蒸留塔本体の塔底部から排出された液体を加熱する第一熱交換器と、当該第一熱交換器で加熱されることで生成した蒸気、及び、残存する液体のうちの少なくとも一方を前記蒸留塔本体に戻す戻し系統とを備えて構成され、
前記第一熱交換器での加熱は、前記エンジン排熱第一供給系統を通じて供給された前記発電装置での排熱を使用して行われることを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
The distillation apparatus is a distillation column main body for performing distillation, a first heat exchanger connected to the bottom of the distillation column main body, and heats the liquid discharged from the column bottom of the distillation column main body, the first heat exchanger A vapor generated by being heated by the exchanger, and a return system for returning at least one of the remaining liquids to the distillation column main body,
2. The power generation system according to claim 1, wherein the heating in the first heat exchanger is performed using exhaust heat of the power generation device supplied through the engine exhaust heat first supply system. 3. .
前記蒸留装置は、前記発酵装置で得られたエタノール水溶液を加熱する第二熱交換器を備え、
前記第二熱交換器での加熱は、前記エンジン排熱第一供給系統を通じて供給された前記発電装置での排熱を使用して行われることを特徴とする、請求項1又は2に記載の発電システム。
The distillation apparatus includes a second heat exchanger that heats the aqueous ethanol solution obtained in the fermentation apparatus,
The heating in the said 2nd heat exchanger is performed using the waste heat in the said electric power generator supplied through the said engine exhaust heat 1st supply system, The Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. Power generation system.
前記改質ガス除湿装置で除去された水分を使用して、前記改質装置に供給される、前記発酵装置において製造されたエタノール水溶液、及び、前記蒸留装置においてエタノール濃度を高めたエタノール水溶液のうちの少なくとも一方のエタノール濃度を調整するエタノール濃度調整装置を備えることを特徴とする、請求項に記載の発電システム。 Using the water removed by the reformed gas dehumidifier, supplied to the reformer, the ethanol aqueous solution produced in the fermentation device, and the ethanol aqueous solution in which the ethanol concentration is increased in the distillation device of characterized in that it comprises ethanol concentration adjusting device for adjusting at least one of ethanol concentration, the power generation system of claim 1. 前記発電装置での排熱を前記発酵装置に供給することで当該排熱を使用して前記発酵装置での発酵を行うエンジン排熱第三供給系統を備えることを特徴とする、請求項1又は2に記載の発電システム。   The system according to claim 1, further comprising an engine exhaust heat third supply system that performs fermentation in the fermentation device using the waste heat by supplying waste heat from the power generation device to the fermentation device. 3. The power generation system according to 2. 前記改質装置で改質されるエタノール水溶液は、前記蒸留装置においてエタノール濃度を高めたエタノール水溶液であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の発電システム。   3. The power generation system according to claim 1, wherein the ethanol aqueous solution reformed by the reformer is an ethanol aqueous solution having an increased ethanol concentration in the distillation device. 4. 前記蒸留装置は、蒸留を行う蒸留塔本体を備え、
当該蒸留塔本体の塔頂部から抜き出されたエタノール水溶液の蒸気が、前記改質装置において、前記エンジン排熱第二供給系統を通じて供給された排熱を使用して改質されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の発電システム。
The distillation apparatus includes a distillation column main body for performing distillation,
The vapor of the ethanol aqueous solution extracted from the top of the distillation column body is reformed in the reformer using waste heat supplied through the engine waste heat second supply system. The power generation system according to claim 1, wherein
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JP4800180B2 (en) * 2006-11-06 2011-10-26 三井造船株式会社 Ethanol aqueous solution reforming system
JP4840307B2 (en) * 2007-09-20 2011-12-21 株式会社豊田中央研究所 Engine system
JP2009209754A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Mitsubishi Motors Corp Start control device for internal combustion engine
JP5552254B2 (en) * 2009-04-13 2014-07-16 日立造船株式会社 Method for producing cellulosic ethanol in refuse incineration facilities
JP5916109B2 (en) * 2012-03-29 2016-05-11 株式会社日立製作所 Ethanol engine system
EP3012894B1 (en) * 2013-06-17 2019-08-28 Hitachi Zosen Corporation Energy saving method in combination system having bioethanol manufacturing device and solid oxide fuel cell combined therein
MY188224A (en) * 2015-08-10 2021-11-24 Hitachi Zosen Corp Method for effectively utilizing energy in waste-incineration facility annexed with ethanol production equipment

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