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JP6777441B2 - Power generation system - Google Patents
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Description

本発明は、バイオマス資源から燃料を合成する際に発生するオフガスを、固体酸化物形燃料電池の燃料に使用して発電を行う、発電システムに関する。 The present invention relates to a power generation system that uses off-gas generated when synthesizing fuel from biomass resources as fuel for a solid oxide fuel cell to generate power.

近年、燃料価格の高騰対策や地球環境負荷低減、さらには燃料確保の容易化を目指して、木材や藻類などのバイオマス資源(以下、バイオマスともいう)から液体燃料を製造する液体燃料製造システムが種々提案されている(例えば特許文献1及び特許文献2)。
以下、特許文献1及び特許文献2にそれぞれ開示された技術について説明するが、参考に各特許文献で使用されている符号を括弧付きで示す。
特許文献1に開示された技術では、乾燥器(12)を使用してバイオマス(11)を乾燥し、このバイオマス(11)を粉砕器(13)により粉砕してガス化炉(14)によりガス化する。ガス化により生成された生成ガス110は、除塵・精製された後、液体燃料合成装置(22)に供給されて液体燃料の合成に使用される。その際に液体燃料から分離された排ガス(24)(オフガス)は未だ発熱量を有していることから、燃焼炉(26)で燃焼させ、その燃焼炉排ガス(27)の一部を前記乾燥器(12)に供給してバイオマス(11)の乾燥の熱源としている。(段落[0023],[0024]及び[0047]並びに図1など参照。)
In recent years, there have been various liquid fuel manufacturing systems that manufacture liquid fuel from biomass resources such as wood and algae (hereinafter also referred to as biomass) with the aim of countering soaring fuel prices, reducing the burden on the global environment, and facilitating fuel security. It has been proposed (eg, Patent Document 1 and Patent Document 2).
Hereinafter, the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 will be described, and the reference numerals used in each Patent Document are shown in parentheses for reference.
In the technique disclosed in Patent Document 1, the biomass (11) is dried using the dryer (12), the biomass (11) is crushed by the crusher (13), and the gas is gasified by the gasifier (14). To be. The produced gas 110 generated by gasification is dust-removed and refined, and then supplied to the liquid fuel synthesizer (22) for use in the synthesis of liquid fuel. Since the exhaust gas (24) (off gas) separated from the liquid fuel at that time still has a calorific value, it is burned in the combustion furnace (26), and a part of the combustion furnace exhaust gas (27) is dried. It is supplied to the vessel (12) and used as a heat source for drying the biomass (11). (See paragraphs [0023], [0024] and [0047], and FIG. 1 and the like.)

特許文献2に開示された技術では、原料(91)をガス化して一酸化炭素と水素とを含むガス(93)を生成するガス化炉(11)と、ガス化炉(11)に水蒸気を供給する水蒸気供給手段(13)と、ガス化炉(11)で生成されたガス(93)に含まれる一酸化炭素と水素とを合成して液体燃料を生成する液体燃料化装置(3)と、液体燃料化装置(3)で生じた余剰ガス(オフガス)を燃料として発電する発電機(4)とを備え、ガス化炉(11)の少なくとも排出側をメタン等のタールの分解温度以上に制御することで、タールを除去するガス精製装置を不要としている(特許請求の範囲、段落[0019],[0023]及び図3など参照)。
液体燃料化装置(3)は、FT法(フィッシャー・トロプシュ法)により一酸化炭素と水素とを合成するFT合成部(33)と、FT合成部(33)の合成物から水及び前記余剰ガスを冷却分離して液体燃料となる軽質油(94)を抽出する冷却分離部(35)とを備えて構成される。
特許文献2では、原料(91)の一例としてバイオマスが挙げられ、発電機(4)の一例として燃料電池が挙げられている。
In the technique disclosed in Patent Document 2, a gasifier (11) that gasifies a raw material (91) to generate a gas (93) containing carbon monoxide and hydrogen, and a gasifier (11) are charged with water vapor. A water vapor supply means (13) to be supplied, and a liquid fuel conversion device (3) for producing a liquid fuel by synthesizing carbon monoxide and hydrogen contained in the gas (93) generated in the gasification furnace (11). , Equipped with a generator (4) that generates power using surplus gas (off gas) generated in the liquid fuel conversion device (3) as fuel, and at least the discharge side of the gasifier (11) is set to a temperature higher than the decomposition temperature of tar such as methane. Control eliminates the need for a gas refiner to remove tar (see patent claims, paragraphs [0019], [0023] and FIG. 3).
The liquid fueling device (3) is composed of water and the surplus gas from the composite of the FT synthesizer (33) that synthesizes carbon monoxide and hydrogen by the FT method (Fischer-Tropsch method) and the FT synthesizer (33). Is provided with a cooling separation unit (35) for extracting light oil (94) as a liquid fuel by cooling separation.
In Patent Document 2, biomass is mentioned as an example of the raw material (91), and a fuel cell is mentioned as an example of the generator (4).

特許第4658980号公報Japanese Patent No. 4658980 特許第5527743号公報Japanese Patent No. 5527743

特許文献1及び特許文献2に開示された各技術では、液体燃料製造装置内で生じるオフガスをバイオマスの乾燥に利用することでオフガスの有効利用を実現しているが、液体燃料製造装置において、オフガスをさらに効率良く且つ幅広い用途に利用できることが望まれている。 In each of the techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, effective use of off-gas is realized by using off-gas generated in the liquid fuel manufacturing apparatus for drying biomass. However, in the liquid fuel manufacturing apparatus, off-gas is realized. It is desired that the product can be used more efficiently and for a wide range of purposes.

また、特許文献2に開示された技術では、上述したようにFT合成部(33)の合成物から余剰ガスを冷却分離して軽質油(94)を分離している。余剰ガスを冷却して軽質油(94)を分離するためには、余剰ガスを外気温度若しくはそれ以下の温度まで冷却する必要がある。この冷却の際、ガス化炉(11)で生成されたガス(93)に含まれる水蒸気は、水(液体)となって余剰ガスから分離される。このような余剰ガスを燃料として燃料電池に供給すると、余剰ガスに含まれる水蒸気量が少ないため燃料極で炭素が析出し燃料電池の性能を著しく低下させてしまうおそれがある。 Further, in the technique disclosed in Patent Document 2, as described above, the excess gas is cooled and separated from the composite of the FT synthesis unit (33) to separate the light oil (94). In order to cool the surplus gas and separate the light oil (94), it is necessary to cool the surplus gas to the outside air temperature or lower. At the time of this cooling, the water vapor contained in the gas (93) generated in the gasification furnace (11) becomes water (liquid) and is separated from the surplus gas. When such surplus gas is supplied to the fuel cell as fuel, carbon is precipitated at the fuel electrode because the amount of water vapor contained in the surplus gas is small, which may significantly deteriorate the performance of the fuel cell.

特許文献2に開示された技術では、上述したようにガス化炉(11)の少なくとも排出側をタールの分解温度以上に制御することにより、ガス化炉(11)で生成されるガス(93)にタールが残留することを抑制してガス精製装置を不要としている。しかしながら、ガス化炉(11)をタールの分解温度以上に制御しても、ガス化炉(11)で生成されるガス(93)には微量に硫化水素が含まれてしまう。特許文献2に開示された技術では、ガス精製装置が設置されていないため、この硫化水素が燃料電池に供給されてしまうおそれがある。硫化水素は、数ppmの僅かな濃度であっても燃料電池の燃料極を被毒し、燃料電池の性能を著しく低下させてしまうことが知られている。 In the technique disclosed in Patent Document 2, the gas (93) generated in the gasification furnace (11) is controlled by controlling at least the discharge side of the gasification furnace (11) to be equal to or higher than the decomposition temperature of tar as described above. It suppresses the residual tar in the gas and eliminates the need for a gas purification device. However, even if the gasification furnace (11) is controlled to have a tar decomposition temperature or higher, the gas (93) generated by the gasification furnace (11) contains a small amount of hydrogen sulfide. In the technique disclosed in Patent Document 2, since the gas purification device is not installed, this hydrogen sulfide may be supplied to the fuel cell. It is known that hydrogen sulfide poisons the fuel electrode of a fuel cell even at a small concentration of several ppm and significantly deteriorates the performance of the fuel cell.

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、燃料を合成する際に生じるオフガスを効率良く且つ幅広い用途に利用することができる、発電システムを提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power generation system capable of efficiently and widely using off-gas generated when synthesizing fuel.

(1)上記の目的を達成するために、本発明の発電システムは、バイオマス資源を供給するバイオマス搬送路と、水蒸気を供給する水蒸気供給ラインと、前記バイオマス搬送路から前記バイオマス資源が供給されると共に、ガス化剤として少なくとも前記水蒸気供給ラインから前記水蒸気が供給され、前記バイオマス資源をガス化して生成ガスを生成するガス化炉と、前記生成ガスを使用して燃料の合成を行う燃料合成装置と、前記燃料から分離されたオフガスを供給するオフガスラインと、前記オフガスラインから前記オフガスが供給され、前記オフガスを使用して発電を行う固体酸化物形燃料電池と、前記水蒸気供給ラインから分岐すると共に、前記オフガスライン又は前記固体酸化物形燃料電池に接続して、前記水蒸気供給ラインの前記水蒸気の一部を前記オフガス混入する水蒸気混入ラインとを備え、前記水蒸気混入ラインにより前記オフガスに混入される水蒸気と、前記バイオマス資源に含まれる炭素とのモル比(H O/C)が、水素H の生成量が少なくなることを抑える観点から設定された下限値と、前記ガス化炉内の温度低下を抑える観点から設定された上限値とで規定される範囲に入るように、前記ガス化剤を供給することを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, in the power generation system of the present invention, the biomass resource is supplied from the biomass transport path for supplying the biomass resource, the steam supply line for supplying steam, and the biomass transport path. At the same time, a gasification furnace in which at least the steam is supplied as a gasifying agent from the steam supply line to gasify the biomass resource to generate a generated gas, and a fuel synthesis device that synthesizes fuel using the generated gas. The off-gas line that supplies the off-gas separated from the fuel, the solid oxide fuel cell that supplies the off-gas from the off-gas line and generates power using the off-gas, and the steam supply line are branched. At the same time, the off-gas line or the solid oxide fuel cell is connected to the off-gas line, and a part of the water vapor of the water vapor supply line is mixed with the off-gas. The molar ratio (H 2 O / C) of the steam to the carbon contained in the biomass resource is a lower limit set from the viewpoint of suppressing a decrease in the amount of hydrogen H 2 produced, and the inside of the gasification furnace. It is characterized in that the gas agent is supplied so as to fall within the range defined by the upper limit value set from the viewpoint of suppressing the temperature drop of .

本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、ガス化炉によりバイオマス資源をガス化して生成ガスを生成し、この生成ガスから燃料合成装置により合成された燃料からオフガスを分離し、このオフガスを燃料として、高効率な固体酸化物形燃料電池により発電を行なうことができる。すなわち、バイオマス資源を使用して固体酸化物形燃料電池により高効率に発電を行なうことができる。 In the power generation system according to at least one embodiment of the present invention, biomass resources are gasified by a gasifier to generate produced gas, off-gas is separated from the produced gas from the fuel synthesized by the fuel synthesizer, and the off-gas is used as fuel. As a result, power can be generated by a highly efficient solid oxide fuel cell. That is, it is possible to generate electricity with high efficiency by a solid oxide fuel cell using biomass resources.

また、本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、ガス化剤に水蒸気を使用するので、ガス化炉内でバイオマス資源のガスシフト反応が活性化され、生成ガスに多くの水素(例えば水蒸気を供給しない場合に較べて2倍程度)を生成することができる。これにより、水素を含む生成ガスを用いて燃料の合成を行うことで、燃料から分離・除去されるオフガスをメタンリッチなガスとすることができる。従って、メタンリッチなオフガスを固体酸化物形燃料電池の燃料ガスとして使用することができ、オフガス利用のガスエンジン発電などと比べ発電端効率を向上することができる。
本発明は、水蒸気に加えて他のガス化剤を使用することを排除するものではなく、ガス化剤として、水蒸気だけ使用することは勿論、水蒸気と酸素(酸素富化空気を含む)との両方を使用してもよいし、水蒸気と空気との両方を使用してもよい。この場合、ガス化剤をガス化炉に供給するための搬送経路に、水蒸気供給ラインや、酸素供給ライン(空気供給ライン及び酸素富化空気供給ラインを含む)を接続してもよいし、ガス化炉に、水蒸気供給ラインや酸素供給ラインをそれぞれ直接接続してもよい。或いは、ガス化炉に直接接続された酸素供給ラインに水蒸気供給ラインを接続して、酸素供給ラインから、水蒸気と酸素(空気及び酸素富化空気を含む)とからなるガス化剤を、ガス化炉に供給してもよい。逆に、ガス化炉に直接接続された水蒸気供給ラインに酸素供給ラインを接続して、水蒸気供給ラインから、水蒸気と酸素とからなるガス化剤を、ガス化炉に供給してもよい。
Further, since the power generation system according to at least one embodiment of the present invention uses water vapor as a gasifying agent, the gas shift reaction of biomass resources is activated in the gasification furnace, and a large amount of hydrogen (for example, water vapor is supplied to the produced gas). It is possible to generate (about twice as much as the case without it). As a result, the off-gas separated / removed from the fuel can be made into a methane-rich gas by synthesizing the fuel using the generated gas containing hydrogen. Therefore, methane-rich off-gas can be used as the fuel gas for the solid oxide fuel cell, and the efficiency at the power generation end can be improved as compared with gas engine power generation using off-gas.
The present invention does not exclude the use of other gasifying agents in addition to water vapor, and of course, only water vapor is used as the gasifying agent, and water vapor and oxygen (including oxygen-enriched air) are used. Both may be used, or both water vapor and air may be used. In this case, a steam supply line or an oxygen supply line (including an air supply line and an oxygen-enriched air supply line) may be connected to a transport path for supplying the gasifying agent to the gasifier, or gas. A steam supply line and an oxygen supply line may be directly connected to the gasifier. Alternatively, a steam supply line is connected to an oxygen supply line directly connected to the gasifier, and a gasifying agent consisting of steam and oxygen (including air and oxygen-enriched air) is gasified from the oxygen supply line. It may be supplied to the furnace. On the contrary, the oxygen supply line may be connected to the steam supply line directly connected to the gasifier, and the gasifying agent composed of steam and oxygen may be supplied to the gasifier from the steam supply line.

さらに、固体酸化物形燃料電池に供給されるオフガスに予め蒸気を混入するので、オフガス中の水蒸気と炭素とのモル比(S/C)を適正にして、固体酸化物形燃料電池の燃料極での炭素の析出を回避することができ、燃料電池の性能の低下を回避できる。 Furthermore, since steam is mixed in advance with the off-gas supplied to the solid oxide fuel cell, the molar ratio (S / C) of steam and carbon in the off-gas is adjusted appropriately, and the fuel electrode of the solid oxide fuel cell is used. It is possible to avoid the precipitation of carbon in the fuel cell and to avoid the deterioration of the performance of the fuel cell.

(2)前記モル比(HO/C)が1.5〜4の範囲に入るように前記ガス化剤を供給することが好ましい。
本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、水蒸気と、バイオマスに含まれる炭素とのモル比(HO/C)が1.5〜4の範囲に入るようにガス化剤を供給することで、ガスシフト反応が活性化され、オフガスのメタンリッチ可を促進することができる。ここで、HO/Cが4を超えると、ガス化炉内の温度が低下し、ガスシフト反応が低下する。すなわち、燃料の合成に有効な生成ガス量が低下し、固体酸化物形燃料電池での発電に支障をきたす恐れがある。また、HO/Cが1.5未満の場合、Hの生成量が少なくなることから、燃料の合成に必要な生成ガス量が低下し、合成によって得られる燃料の収率は低下する。
(3)前記モル比(H O/C)を計測する計測手段と、前記水蒸気混入ラインに介装され前記計測手段の計測結果に基づいて制御される開閉弁とをそなえていることが好ましい。
(2) it is preferable to pre-liver Le ratio (H 2 O / C) supplies the gasifying agent to fall within a range of 1.5 to 4.
The power generation system according to at least one embodiment of the present invention supplies a gasifying agent so that the molar ratio (H 2 O / C) of water vapor to carbon contained in biomass is in the range of 1.5 to 4. As a result, the gas shift reaction is activated, and the off-gas methane richness can be promoted. Here, when the H 2 O / C exceeds 4, the temperature in the gasification furnace is lowered, and the gas shift reaction is lowered. That is, the amount of generated gas effective for fuel synthesis may decrease, which may hinder the power generation of the solid oxide fuel cell. Further, when H 2 O / C is less than 1.5, the amount of H 2 produced decreases, so that the amount of produced gas required for fuel synthesis decreases, and the yield of fuel obtained by synthesis decreases. ..
(3) It is preferable to have a measuring means for measuring the molar ratio (H 2 O / C) and an on-off valve interposed in the steam mixing line and controlled based on the measurement result of the measuring means. ..

)前記ガス化炉により生成された生成ガスを精製するガス精製装置を備え、前記燃料合成装置は、前記ガス精製装置により精製された生成ガスを使用して燃料の合成を行うことが好ましい。
本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、ガス精製装置により、ガス化炉で生成された生成ガスを精製して硫化水素を除去するので、この精製後の生成ガス由来のオフガスには硫化水素は含有されない又は殆ど含有されない。したがって、オフガスを燃料として燃料電池に供給した際、硫化水素により燃料電池の燃料極が被毒されて燃料電池の性能が低下してしまうことを防止することができる。
( 4 ) It is preferable that the fuel refiner is provided with a gas refining device for purifying the produced gas produced by the gasifier, and the fuel synthesizer synthesizes fuel using the produced gas purified by the gas refinery. ..
In the power generation system according to at least one embodiment of the present invention, the produced gas produced in the gasifier is purified by the gas purification apparatus to remove hydrogen sulfide. Therefore, hydrogen sulfide is used as the off-gas derived from the produced gas after purification. Is not contained or is hardly contained. Therefore, when off-gas is supplied to the fuel cell as fuel, it is possible to prevent hydrogen sulfide from poisoning the fuel electrode of the fuel cell and deteriorating the performance of the fuel cell.

(5)前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記乾燥器に供給する電池排ガスラインを備えたことが好ましい。
)ガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機とを備え、前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記ガスタービンに燃料として供給する電池排ガスラインを備えることが好ましい。
(5) A dryer for drying the biomass resources before supplying the gas to the gasifier, and a battery exhaust gas line for supplying the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell to the dryer. Is preferable.
( 6 ) It is preferable to include a gas turbine and a generator driven by the gas turbine, and to provide a battery exhaust gas line that supplies the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell as fuel to the gas turbine. ..

本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスをガスタービンに燃料として供給し、このガスタービンにより発電機を駆動して発電を行うので、バイオマスを使用してより多くの電力を得ることができる。しかも、固体酸化物形燃料電池内から排出される電池排ガスが固体酸化物形燃料電池内の発熱反応で昇温されるため、システム全体での熱効率ひいてはシステム全体での発電効率を向上させることができる。 In the power generation system according to at least one embodiment of the present invention, the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell is supplied to the gas turbine as fuel, and the gas turbine drives the generator to generate electricity. You can use it to get more power. Moreover, since the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell is heated by the exothermic reaction in the solid oxide fuel cell, the thermal efficiency of the entire system and the power generation efficiency of the entire system can be improved. it can.

)前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガス又は前記ガスタービンから排出されたタービン排ガスを前記乾燥器に供給する排ガスラインを備えることが好ましい。 ( 7 ) The dryer is provided to dry the biomass resources before being supplied to the gasifier, and the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell or the turbine exhaust gas discharged from the gas turbine is dried. It is preferable to provide an exhaust gas line to supply the gas.

本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、ガス化炉に供給する前に水分を多く含むバイオマス資源を乾燥器により乾燥させることで、ガス化炉への搬送が容易になるとともに、ガス化炉での熱効率を低下させることなく、燃料を供給することができる。また、バイオマス資源の水分を除去することで、ガス化炉での燃焼制御を容易にすることができる。 In the power generation system according to at least one embodiment of the present invention, the biomass resources containing a large amount of water are dried by a dryer before being supplied to the gasifier, so that the biomass resources can be easily transported to the gasifier and the gasifier. Fuel can be supplied without reducing the thermal efficiency of the system. Further, by removing the water content of the biomass resource, it is possible to facilitate the combustion control in the gasification furnace.

)前記ガス化炉が、噴流床方式のガス化炉であることが好ましい。 ( 8 ) It is preferable that the gasification furnace is a jet bed type gasification furnace.

本発明の少なくとも1実施形態による発電システムは、ガス化炉を噴流床方式とすることで生成ガスの温度が高くすることができる。つまり、噴流床方式のガス化炉では、固定床式や循環流動層式など他の型式のガス化炉に較べて、炉内流速が速いため炉内に留まる粒子が少なく、粒子によって生成ガスから吸熱される熱量が少ないので、生成ガスの温度が高くすることができる。したがって、メタンが生成されやすい炉内雰囲気とすることができる。特に、ガス化剤に水蒸気を含めるので水素と一酸化炭素の比を2:1とすることができ、燃料合成に最適な生成ガス性状が得られるため燃料合成過程で効率的に直鎖系炭化水素が生成される結果、ジェット燃料には適さないメタンも多く生成されるので、固体酸化物形燃料電池に適した、よりメタンリッチなオフガスを供給することができる。ここで、メタンは、バイオマスのガス化の過程で生成するものと、燃料の合成で生成する過程がある。メタンの発生量はガス化炉で発生する量を1とした場合、燃料合成によって発生する量は1.2〜1.5となる。
ここで、バイオマスのガス化の過程で生成するメタンの反応式は下式(1)のとおりである。
CO+3H→CH+HO・・・(1)
また、燃料合成(FT合成)の過程で生成するメタンの反応式は下式(2)のとおりである。
nCO+(2n+1)H→C2n+2+HO・・・(2)
In the power generation system according to at least one embodiment of the present invention, the temperature of the generated gas can be raised by adopting a jet bed system for the gasification furnace. In other words, in the jet bed type gasification furnace, compared to other types of gasification furnaces such as the fixed bed type and the circulating fluidized bed type, the flow velocity in the furnace is faster, so fewer particles stay in the furnace, and the particles are used from the generated gas. Since the amount of heat absorbed is small, the temperature of the generated gas can be raised. Therefore, it is possible to create an atmosphere inside the furnace in which methane is easily generated. In particular, since water vapor is included in the gasifying agent, the ratio of hydrogen to carbon monoxide can be set to 2: 1 and the optimum produced gas properties for fuel synthesis can be obtained, so that linear carbonization is efficiently performed in the fuel synthesis process. As a result of the generation of hydrogen, a large amount of methane, which is not suitable for jet fuel, is also produced, so that a more methane-rich off-gas suitable for a solid oxide fuel cell can be supplied. Here, methane is produced in the process of gasification of biomass and in the process of synthesis of fuel. Assuming that the amount of methane generated in the gasification furnace is 1, the amount of methane generated by fuel synthesis is 1.2 to 1.5.
Here, the reaction formula of methane produced in the process of gasification of biomass is as shown in the following formula (1).
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O ... (1)
The reaction formula of methane produced in the process of fuel synthesis (FT synthesis) is as shown in the following formula (2).
nCO + (2n + 1) H 2 → C n H 2n + 2 + H 2 O ... (2)

本発明によれば、ガス化炉によりバイオマス資源をガス化して生成ガスを生成し、この生成ガスから燃料合成装置により合成された燃料からオフガスを分離し、このオフガスを燃料として、高効率な固体酸化物形燃料電池により発電を行なうことができる。すなわち、バイオマス資源を使用して固体酸化物形燃料電池により高効率に発電を行なうことができる。
そして、バイオマス資源から燃料を製造する際に生じるオフガスから電力を取り出すことができるので、オフガスを熱エネルギとして利用するよりも、多様な電動機器の使用に利用できるようになる。
ガス化剤に水蒸気を含めるので、ガスシフト反応が活発に行われて水素が多く生成される。この結果、燃料から分離・除去されるオフガスをメタンリッチなガスとして固体酸化物形燃料電池の燃料に使用することができるので、固体酸化物形燃料電池による高効率な発電を行うことができる。
また、固体酸化物形燃料電池に供給されるオフガスに予め蒸気を混入するので、オフガス中の水蒸気と炭素とのモル比(S/C)を適正にして、固体酸化物形燃料電池の燃料極での炭素の析出を回避することができ、燃料電池の性能の低下を回避できる。
したがって、バイオマス資源から燃料を製造する際に生じるオフガスを効率良く且つ幅広い用途に利用することができる。
According to the present invention, a biomass resource is gasified by a gasifier to generate a produced gas, off-gas is separated from the produced gas from the fuel synthesized by a fuel synthesizer, and the off-gas is used as a fuel to produce a highly efficient solid. Power can be generated by an oxide fuel cell. That is, it is possible to generate electricity with high efficiency by a solid oxide fuel cell using biomass resources.
Then, since electric power can be extracted from the off-gas generated when fuel is produced from the biomass resource, it can be used for various electric devices rather than using the off-gas as heat energy.
Since water vapor is included in the gasifying agent, the gas shift reaction is actively carried out and a large amount of hydrogen is produced. As a result, the off-gas separated / removed from the fuel can be used as the fuel of the solid oxide fuel cell as a methane-rich gas, so that the solid oxide fuel cell can generate electricity with high efficiency.
Further, since steam is mixed in advance with the off-gas supplied to the solid oxide fuel cell, the molar ratio (S / C) of steam and carbon in the off-gas is adjusted appropriately, and the fuel electrode of the solid oxide fuel cell is used. It is possible to avoid the precipitation of carbon in the fuel cell and to avoid the deterioration of the performance of the fuel cell.
Therefore, the off-gas generated when fuel is produced from biomass resources can be efficiently and widely used.

本発明の少なくとも1実施形態(第1実施形態)に係る発電システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power generation system which concerns on at least one Embodiment (1st Embodiment) of this invention. 本発明の少なくとも別の1実施形態(第2実施形態)に係る発電システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power generation system which concerns on at least another 1 Embodiment (2nd Embodiment) of this invention. 本発明の少なくとも別の1実施形態(第3実施形態)に係る発電システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the power generation system which concerns on at least another 1 Embodiment (third Embodiment) of this invention.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の各実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の各実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Each of the embodiments shown below is merely an example, and there is no intention of excluding the application of various modifications and techniques not specified in each of the following embodiments. Each configuration of each of the following embodiments can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof, and can be selected as necessary or combined as appropriate.

[1.1実施形態(第1実施形態)]
以下、図1を参照して1実施形態について説明する。
図1は、本発明の少なくとも1実施形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。
[1.1 Embodiment (first embodiment)]
Hereinafter, one embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power generation system according to at least one embodiment of the present invention.

[1−1.構成]
図1に示す発電システム1は、バイオマス資源(以下、バイオマスともいう)100から燃料を製造する際に生じるオフガス130を使用して発電を行うものである。具体的には、図1に示すように、本実施形態の発電システム1は、乾燥器2,粉砕器3,ガス化炉4,高温熱交換器5,除塵装置6,低温熱交換器7,ガス精製装置8,昇圧器9,脱炭装置10,液体燃料合成装置(燃料合成装置)11,気液分離器12,固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell、以下「SOFC」という)13及び空気圧縮機13aを備える。
[1-1. Constitution]
The power generation system 1 shown in FIG. 1 uses off-gas 130 generated when fuel is produced from a biomass resource (hereinafter, also referred to as biomass) 100 to generate power. Specifically, as shown in FIG. 1, the power generation system 1 of the present embodiment includes a dryer 2, a crusher 3, a gasifier 4, a high-temperature heat exchanger 5, a dust remover 6, a low-temperature heat exchanger 7, Gas purification device 8, booster 9, decarburization device 10, liquid fuel synthesizer (fuel synthesizer) 11, gas-liquid separator 12, solid oxide fuel cell (hereinafter referred to as "SOFC") 13 And an air compressor 13a.

乾燥器2の入口は、バイオマス供給路L1(例えばコンベア,スクリューフィーダ,配管)によりバイオマスの貯蔵設備(図示略)と接続されており、乾燥器2には、貯蔵設備からバイオマス供給路L1を介して木質(薪,木炭,チップ,ペレット他)などの水分を多く含むバイオマス資源100が供給される。乾燥器2は、このバイオマス100を乾燥して、乾燥状態のバイオマス100Aとする。乾燥器2の出口は、また、バイオマス搬送路L2(例えばコンベア,スクリューフィーダ,配管)により粉砕器3の入口と接続されており、乾燥器2から、乾燥状態のバイオマス100Aがバイオマス搬送路L2を介して粉砕器3へと供給される。乾燥器2においてのバイオマス100Aを乾燥するための熱源については後述する。
粉砕器3は、この乾燥状態のバイオマス100Aを粉砕して、ガス化に適した粒径のバイオマス100Bとする。粉砕器3の出口は、バイオマス搬送路L3(例えばコンベア,スクリューフィーダ,配管)によりガス化炉4のバイオマス供給部と接続されており、粉砕器3から、ガス化に適した粒径に粉砕されたバイオマス100Bが、バイオマス搬送路L3を介してガス化炉4へと供給される。
The inlet of the dryer 2 is connected to a biomass storage facility (not shown) by a biomass supply path L1 (for example, a conveyor, a screw feeder, a pipe), and the dryer 2 is connected to the dryer 2 from the storage facility via the biomass supply path L1. Biomass resources 100 containing a large amount of water such as wood (firewood, charcoal, chips, pellets, etc.) are supplied. The dryer 2 dries the biomass 100 to obtain a dry biomass 100A. The outlet of the dryer 2 is also connected to the inlet of the crusher 3 by a biomass transfer path L2 (for example, a conveyor, a screw feeder, a pipe), and the dried biomass 100A passes through the biomass transfer path L2 from the dryer 2. It is supplied to the crusher 3 via. The heat source for drying the biomass 100A in the dryer 2 will be described later.
The crusher 3 crushes the dry biomass 100A to obtain biomass 100B having a particle size suitable for gasification. The outlet of the crusher 3 is connected to the biomass supply section of the gasification furnace 4 by a biomass transfer path L3 (for example, a conveyor, a screw feeder, a pipe), and is crushed from the crusher 3 to a particle size suitable for gasification. The biomass 100B is supplied to the gasifier 4 via the biomass transfer path L3.

ガス化炉4は、この粉砕されたバイオマス100Bをガス化して、製造する燃料の原料となるガス(以下、生成ガスという)110を生成する。
ガス化炉4は、バーナ(図示略)によりバイオマス100Bをガス化剤50と共に噴出する噴流床方式のものであり、ガス化剤50として、酸素配管(酸素供給ライン)L53から酸素50Aが供給されると共に、蒸気配管(水蒸気供給ライン)L52から水蒸気50Bが供給される。このため、生成ガス110はメタンリッチなガスとなる。
これは、(1)ガス化剤50に水蒸気50Bが含まれるので、ガス化炉4においてガスシフト反応(CO+HO→CO+H)が活発に行われて生成ガス110に水素が多く含まれる点、(2)ガス化炉4が噴流床方式なので、固定床式や流動層式など他の型式のガス化炉に較べて、炉内流速が速いため炉内に留まる粒子が少なく、粒子が生成ガスから吸熱する熱量が少なくなって炉内の生成ガス110の温度が高くなる点、の2点から、相乗的に、メタン(CH)が生成されやすい雰囲気になるためである。
なお、炉内の生成ガス110の温度が高くなるが、炉内流速が速いため生成ガス110が炉内に留まる時間は短い。このため、特許文献2に開示された燃料生成システム(100)のようにガス化炉(11)でメタン(CH)が完全に分解されることはない。
ここで、水蒸気50Bと、バイオマス100Bに含まれる炭素とのモル比(HO/C)が1.5〜4の範囲に入るようにガス化剤50を供給することが好ましい。これによりガスシフト反応が活性化されることから、後述するように液体燃料合成装置11のオフガス130のメタンリッチ可を促進することができる。
The gasification furnace 4 gasifies the crushed biomass 100B to generate a gas (hereinafter referred to as a production gas) 110 which is a raw material for the fuel to be produced.
The gasifier 4 is of a jet bed type in which biomass 100B is ejected together with the gasifying agent 50 by a burner (not shown), and oxygen 50A is supplied from the oxygen pipe (oxygen supply line) L53 as the gasifying agent 50. At the same time, steam 50B is supplied from the steam pipe (steam supply line) L52. Therefore, the produced gas 110 becomes a methane-rich gas.
This is because (1) since the gasifying agent 50 contains water vapor 50B, the gas shift reaction (CO + H 2 O → CO 2 + H 2 ) is actively carried out in the gasifier 4, and the produced gas 110 contains a large amount of hydrogen. Point, (2) Since the gasification furnace 4 is a jet bed type, compared to other types of gasification furnaces such as fixed bed type and fluidized layer type, the flow velocity in the furnace is faster, so fewer particles stay in the furnace and particles are present. This is because the atmosphere in which methane (CH 4 ) is easily generated is synergistically created from the two points that the amount of heat absorbed from the produced gas is reduced and the temperature of the produced gas 110 in the furnace is increased.
Although the temperature of the produced gas 110 in the furnace is high, the time for the produced gas 110 to stay in the furnace is short because the flow velocity in the furnace is high. Therefore, unlike the fuel generation system (100) disclosed in Patent Document 2, methane (CH 4 ) is not completely decomposed in the gasification furnace (11).
Here, it is preferable to supply the gasifying agent 50 so that the molar ratio (H 2 O / C) of the water vapor 50B and the carbon contained in the biomass 100B is in the range of 1.5 to 4. As a result, the gas shift reaction is activated, so that the off-gas 130 of the liquid fuel synthesizer 11 can be enriched with methane, as will be described later.

ここで、オフガス130中の水蒸気(S:Steam)と炭素(C)とのモル比(S/C)が低いと、SOFC13のセル(燃料極)で炭素析出が生じてSOFC13の性能が低下するおそれがある。気液分離器12において、軽質燃料であるナフサを蒸留する際、一般的には35℃近傍まで冷却され、炭化水素燃料120とオフガス130との分離が行われると、水蒸気は水となってオフガス130からは分離される。このため、オフガス130に含まれる水蒸気量が不足気味になるおそれがある。そこで、モル比(S/C)が不足しないように、ガス化炉4に供給するガス化剤50の水蒸気50Bを一部抜き出してオフガス130へ混入することで、前記の炭素析出を回避可能な構成としている。これにより、SOFC13の燃料極での炭素析出によるSOFC13の性能の低下を抑制することができる。 Here, if the molar ratio (S / C) of water vapor (S: Steam) and carbon (C) in the off-gas 130 is low, carbon precipitation occurs in the cell (fuel electrode) of SOFC13 and the performance of SOFC13 deteriorates. There is a risk. When naphtha, which is a light fuel, is distilled in the gas-liquid separator 12, it is generally cooled to around 35 ° C., and when the hydrocarbon fuel 120 and the off-gas 130 are separated, the water vapor becomes water and off-gas. Separated from 130. Therefore, the amount of water vapor contained in the off-gas 130 may be insufficient. Therefore, the carbon precipitation can be avoided by extracting a part of the steam 50B of the gasifying agent 50 supplied to the gasifier 4 and mixing it into the off-gas 130 so that the molar ratio (S / C) is not insufficient. It has a structure. As a result, it is possible to suppress a deterioration in the performance of the SOFC 13 due to carbon precipitation at the fuel electrode of the SOFC 13.

具体的な構成としては、図1中に示すように、バイパスライン(水蒸気混入ライン)L52′と、後述のSOFC13にオフガス130を供給するガス搬送路(以下「オフガスライン」ともいう)L13に介装されオフガス130のモル比(S/C)を計測する計測手段(図示略)と、バイパスラインL52′に介装され前記計測手段の計測結果に基づいて制御される開閉弁(例えば電磁バルブ)20とを設けている。 As a specific configuration, as shown in FIG. 1, a bypass line (water vapor mixing line) L52'and a gas transport path (hereinafter, also referred to as "off gas line") L13 for supplying the off-gas 130 to the SOFC 13 described later are interposed. A measuring means (not shown) that measures the molar ratio (S / C) of the off-gas 130 mounted and an on-off valve (for example, an electromagnetic valve) that is interposed in the bypass line L52'and controlled based on the measurement result of the measuring means. 20 and are provided.

バイパスラインL52′は、ガス化炉4に水蒸気50Bを供給する後述の蒸気配管(水蒸気供給ライン)L52と、オフガスラインL13とを接続し、蒸気配管L52から水蒸気50Bを一部抜き出して、この抜き出した水蒸気50Bを、ガス化炉4をバイパスさせて、オフガスライン13を流通するオフガス130へと混入するためのものである。
また、前記計測手段により計測されたオフガス130のモル比(S/C)が所定の閾値(例えば2.0〜5.0)よりも低い場合には、開閉弁20は開弁制御される一方、前記計測手段により計測された前記オフガス130のモル比(S/C)が所定の閾値を越える場合には、開閉弁20は閉弁制御される。
ガス化剤として使用される水蒸気50Bは、余剰にあるため、バイパスラインL52′により一部抜き出してもガス化炉4でガス化剤として使用される水蒸気が不足することなく、且つ水蒸気50Bは500℃程度の高温であるため、作動温度の高いSOFC13にも、バイパスラインL52′で加熱することなく供給可能である。
The bypass line L52'connects a steam pipe (steam supply line) L52, which will be described later to supply steam 50B to the gasifier 4, and an off-gas line L13, and partially extracts steam 50B from the steam pipe L52, and extracts the steam pipe L52. This is for mixing the steam 50B into the off-gas 130 flowing through the off-gas line 13 by bypassing the gasification furnace 4.
Further, when the molar ratio (S / C) of the off-gas 130 measured by the measuring means is lower than a predetermined threshold value (for example, 2.0 to 5.0), the on-off valve 20 is controlled to open. When the molar ratio (S / C) of the off-gas 130 measured by the measuring means exceeds a predetermined threshold value, the on-off valve 20 is controlled to close.
Since the steam 50B used as the gasifying agent is in excess, even if a part of the steam 50B is extracted by the bypass line L52', the steam used as the gasifying agent in the gasifier 4 is not insufficient, and the steam 50B is 500. Since the temperature is as high as about ° C., it can be supplied to SOFC 13 having a high operating temperature without heating by the bypass line L52'.

なお、バイパスライン52′から定常的にガス化剤50の水蒸気50Bを一部抜き出してオフガス130へ混入するようにしてもよい。この場合には、モル比(S/C)を計測する計測手段や開閉弁20を省略することができる。 A part of the water vapor 50B of the gasifying agent 50 may be constantly extracted from the bypass line 52'and mixed into the off-gas 130. In this case, the measuring means for measuring the molar ratio (S / C) and the on-off valve 20 can be omitted.

ガス化炉4のガス出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L4により高温熱交換器5のガス側入口と接続されており、ガス化炉4で生成された生成ガス110は、ガス化炉4からガス搬送路L4を介して高温熱交換器5のガス側入口へと供給される。高温熱交換器5のガス側出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L5により除塵装置6の入口と接続されており、生成ガス110は、高温熱交換器5からガス搬送路L5を介して除塵装置6へと供給される。除塵装置6は、生成ガス110を除塵して煤塵を除去された生成ガス110Aとする。除塵装置6の出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L6により低温熱交換器7のガス側入口と接続されており、生成ガス110Aは、除塵装置6からガス搬送路L6を介して低温熱交換器7へと供給される。 The gas outlet of the gasification furnace 4 is connected to the gas side inlet of the high temperature heat exchanger 5 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L4, and the produced gas 110 generated by the gasification furnace 4 is gasified. It is supplied from the furnace 4 to the gas side inlet of the high temperature heat exchanger 5 via the gas transfer path L4. The gas side outlet of the high temperature heat exchanger 5 is connected to the inlet of the dust removing device 6 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L5, and the generated gas 110 is passed from the high temperature heat exchanger 5 via the gas transfer path L5. Is supplied to the dust remover 6. The dust removing device 6 removes the generated gas 110 to obtain the generated gas 110A from which soot and dust have been removed. The outlet of the dust remover 6 is connected to the gas side inlet of the low temperature heat exchanger 7 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L6, and the generated gas 110A is low temperature from the dust remover 6 via the gas transport path L6. It is supplied to the heat exchanger 7.

また、低温熱交換器7の蒸気側入口は、蒸気配管L50により、図示しない蒸気源(例えば蒸気ボイラ)と接続されており、この蒸気源から、蒸気配管L50を介して、加熱媒体として水蒸気50Bが低温熱交換器7へ供給される。また、低温熱交換器7の蒸気側出口は、蒸気配管L51により高温熱交換器5の蒸気側入口と接続されており、低温熱交換器7から、水蒸気50Bが、蒸気配管L51を介して高温熱交換器5へと供給される。高温熱交換器5の蒸気側出口は、蒸気配管L52によりガス化炉4と接続されており、高温熱交換器5から水蒸気50Bが蒸気配管L52を介してガス化炉4へと供給される。 Further, the steam side inlet of the low temperature heat exchanger 7 is connected to a steam source (for example, a steam boiler) (not shown) by a steam pipe L50, and the steam 50B is used as a heating medium from this steam source via the steam pipe L50. Is supplied to the low temperature heat exchanger 7. Further, the steam side outlet of the low temperature heat exchanger 7 is connected to the steam side inlet of the high temperature heat exchanger 5 by the steam pipe L51, and the steam 50B is high from the low temperature heat exchanger 7 via the steam pipe L51. It is supplied to the heat exchanger 5. The steam side outlet of the high temperature heat exchanger 5 is connected to the gasifier 4 by a steam pipe L52, and steam 50B is supplied from the high temperature heat exchanger 5 to the gasifier 4 via the steam pipe L52.

このような構成により、高温熱交換器5及び低温熱交換器7は、ガス化炉4で生成された生成ガス110と水蒸気50Bとを熱交換させて、ガス化剤を構成する水蒸気50Bを昇温させる。昇温した水蒸気50Bはガス化炉4に供給される。 With such a configuration, the high temperature heat exchanger 5 and the low temperature heat exchanger 7 exchange heat between the generated gas 110 generated in the gasifier 4 and the steam 50B to raise the steam 50B constituting the gasifying agent. Warm up. The heated steam 50B is supplied to the gasification furnace 4.

低温熱交換器7のガス側出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L7によりガス精製装置8の入口と接続されており、低温熱交換器7から、ガス搬送路7を介して、低温熱交換器6を通過し除塵装置6により煤塵を除去された生成ガス110Aが、ガス精製装置8へと供給される。ガス精製装置8は、微量に含まれる硫化水素などの不要な成分を除去して生成ガス110Aを精製する。 The gas side outlet of the low temperature heat exchanger 7 is connected to the inlet of the gas purification device 8 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L7, and the low temperature is low from the low temperature heat exchanger 7 via the gas transport path 7. The generated gas 110A that has passed through the heat exchanger 6 and has soot and dust removed by the dust removing device 6 is supplied to the gas refining device 8. The gas purification apparatus 8 purifies the produced gas 110A by removing unnecessary components such as hydrogen sulfide contained in a trace amount.

ガス精製装置8の出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L8により昇圧器9の入口と接続されており、ガス精製装置8から、ガス搬送路L8を介して、ガス精製装置8により精製された生成ガス110Bが、昇圧器9へ供給される。昇圧器9は、この精製された生成ガス110Bを液体燃料製造用に昇圧する。
昇圧器9の出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L9により脱炭装置10の入口と接続されており、昇圧器9から、ガス搬送路L9を介して、昇圧器9により昇圧された生成ガス110Bが、脱炭装置10へ供給される。
脱炭装置10は、この昇圧された生成ガス110Bから炭酸成分を除去する。これにより、後段の液体燃料合成装置11による液体燃料合成の効率向上が図られている。
The outlet of the gas purification device 8 is connected to the inlet of the booster 9 by a gas transfer path (for example, a duct or a pipe) L8, and is purified by the gas purification device 8 from the gas purification device 8 via the gas transfer path L8. The generated gas 110B is supplied to the booster 9. The booster 9 boosts the refined produced gas 110B for the production of liquid fuel.
The outlet of the booster 9 is connected to the inlet of the decarburization device 10 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L9, and is boosted by the booster 9 from the booster 9 via the gas transport path L9. The generated gas 110B is supplied to the decarburization device 10.
The decarburization device 10 removes the carbonic acid component from the boosted product gas 110B. As a result, the efficiency of liquid fuel synthesis by the liquid fuel synthesis device 11 in the subsequent stage is improved.

脱炭装置10の出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L10により液体燃料合成装置11の入口と接続されており、脱炭装置10で炭酸成分を除去された生成ガス110Cは、ガス搬送路L10を介して液体燃料合成装置11へ供給される。
液体燃料合成装置11は、フィッシャー・トロプシュ(FT)法を使用して炭化水素燃料120を合成する。つまり、炭酸成分を除去された生成ガス110C中の一酸化炭素と水素とから触媒反応を用いて炭化水素燃料120を合成する。ここで、FT法により、炭化水素燃料120として、複数種類の炭化水素ガス(CnHn、nは1以上100以下)が混合状態に合成され、ガソリン、軽油、灯油、ジェット燃料、及びワックス等を得ることができる。
The outlet of the decarburization device 10 is connected to the inlet of the liquid fuel synthesis device 11 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L10, and the generated gas 110C from which the carbon dioxide component has been removed by the decarburization device 10 is gas transport. It is supplied to the liquid fuel synthesizer 11 via the passage L10.
The liquid fuel synthesizer 11 synthesizes the hydrocarbon fuel 120 using the Fischer-Tropsch (FT) method. That is, the hydrocarbon fuel 120 is synthesized from carbon monoxide and hydrogen in the produced gas 110C from which the carbonic acid component has been removed by using a catalytic reaction. Here, by the FT method, a plurality of types of hydrocarbon gases (CnH 2 n, n are 1 or more and 100 or less) are synthesized as the hydrocarbon fuel 120 in a mixed state, and gasoline, light oil, kerosene, jet fuel, wax, etc. Can be obtained.

液体燃料合成装置11の出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L11により気液分離器12の入口と接続されており、液体燃料合成装置11により合成された炭化水素燃料120は、ガス搬送路L11を介して気液分離器12へ供給される。
気液分離器12は、液体燃料合成装置11により合成された炭化水素燃料120を冷却分離して、副生成物(メタンなどの軽質の炭化水素ガス)であるオフガス130と、オフガス130を除去された完成した液体燃料である炭化水素燃料120A(そこで、以下、液体燃料120Aともいう)とに分留する。
気液分離器12のオフガス出口は、ガス搬送路(例えばダクト又は配管)L13によりSOFC13のオフガス入口と接続されており、気液分離器12により分離されたオフガス130は、ガス搬送路L13を介して、燃料ガスとしてSOFC13の燃料極へと供給される。
また、気液分離器12の炭化水素燃料出口は、配管L12により図示しない回収設備の入口と接続されており、炭化水素燃料120Aは、配管L12を介して前記回収設備に回収される。
The outlet of the liquid fuel synthesizer 11 is connected to the inlet of the gas-liquid separator 12 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L11, and the hydrocarbon fuel 120 synthesized by the liquid fuel synthesizer 11 is gas transport. It is supplied to the gas-liquid separator 12 via the passage L11.
The gas-liquid separator 12 cools and separates the hydrocarbon fuel 120 synthesized by the liquid fuel synthesizer 11, and removes the off-gas 130 and the off-gas 130, which are by-products (light hydrocarbon gas such as methane). Fractional distillation is performed with the completed liquid fuel, hydrocarbon fuel 120A (hereinafter, also referred to as liquid fuel 120A).
The off-gas outlet of the gas-liquid separator 12 is connected to the off-gas inlet of the SOFC 13 by a gas transport path (for example, a duct or a pipe) L13, and the off-gas 130 separated by the gas-liquid separator 12 passes through the gas transport path L13. Then, it is supplied as fuel gas to the fuel electrode of SOFC13.
Further, the hydrocarbon fuel outlet of the gas-liquid separator 12 is connected to the inlet of a recovery facility (not shown) by a pipe L12, and the hydrocarbon fuel 120A is recovered to the recovery facility via the pipe L12.

SOFC13は、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高く、高効率な高温型燃料電池として知られている。SOFC13では、電解質としてジルコニアセラミックスなどのセラミックスが用いられ、水素(H)および一酸化炭素(CO)、メタン(CH)などの炭化水素系ガスが燃料として使用される。ここでは、SOFC13には、燃料極には上述したとおりオフガス130が供給される。SOFC13の空気入口は、配管L15により空気圧縮機13aの空気吐出口に接続されており、SOFC13の空気極には、空気圧縮機13aから配管L15を介して高圧の空気140が供給される。
ここで、上述したように、ガス化炉4で生成された生成ガス110はメタンリッチなガスである。下表1は、ガス化炉4の出口の生成ガス110、脱炭酸装置10の出口の生成ガス110C、気液分離機12の出口のオフガス130における代表ガス(N,HOを除いたガス、すなわちCO,H,CO,CH)のモル比を示し、生成ガス110は、ガス精製装置8,脱炭酸装置10,液体燃料合成装置11,気液分離機12等により各種成分が分離・除去されてオフガス130となってもメタン(CH)は殆ど除去されることはない。そこで、このメタンリッチなオフガス130をSOFC13の燃料として有効利用している。

Figure 0006777441
なお、SOFC13は、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高いため、オフガス130をSOFC13に燃料として供給する前に予熱するのが好ましい。予熱の態様としては何ら限定されないが、上述したように、ガス化剤として使用される水蒸気50Bの一部をオフガス130に混入してもよい。或いは、SOFC13の作動温度が高いため、燃料極から排出されるオフガス(電池排ガス)130Aも高温であることから、これらの高温のオフガス130Aを用いて気液分離器12出口のオフガス130を予熱するようにしてもよい。具体的な構成としては、例えば、オフガス130Aが流通する配管(電池排ガスライン)L14に分岐管を設け、この分岐管と熱交換する熱交換器をオフガスラインL13に介装する構成が考えられる。 SOFC13 is known as a highly efficient high-temperature fuel cell having a high operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in order to increase ionic conductivity. In SOFC13, ceramics such as zirconia ceramics are used as the electrolyte, and hydrocarbon-based gases such as hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and methane (CH 4 ) are used as fuel. Here, the SOFC 13 is supplied with the off-gas 130 as described above for the fuel electrode. The air inlet of the SOFC 13 is connected to the air discharge port of the air compressor 13a by the pipe L15, and high-pressure air 140 is supplied from the air compressor 13a to the air electrode of the SOFC 13 via the pipe L15.
Here, as described above, the produced gas 110 generated in the gasification furnace 4 is a methane-rich gas. Table 1 below, except the product gas 110 at the outlet of the gasification furnace 4, product gas 110C at the outlet of the CO 2 removal unit 10, a representative gas (N 2, H 2 O in the offgas 130 of the outlet of the gas-liquid separator 12 gas, ie CO, indicates the molar ratio of H 2, CO 2, CH 4 ), product gas 110, various component gas purifier 8, CO 2 removal unit 10, the liquid fuel synthesis apparatus 11, the gas-liquid separator 12, etc. Is separated and removed to become off-gas 130, but methane (CH 4 ) is hardly removed. Therefore, this methane-rich off-gas 130 is effectively used as a fuel for SOFC 13.
Figure 0006777441
Since the operating temperature of SOFC 13 is as high as about 700 to 1000 ° C. in order to increase the ionic conductivity, it is preferable to preheat the off-gas 130 before supplying it to SOFC 13 as fuel. The mode of preheating is not limited, but as described above, a part of steam 50B used as a gasifying agent may be mixed in the off-gas 130. Alternatively, since the operating temperature of the SOFC 13 is high, the off-gas (battery exhaust gas) 130A discharged from the fuel electrode is also high in temperature. Therefore, the off-gas 130 at the outlet of the gas-liquid separator 12 is preheated by using these high-temperature off-gas 130A. You may do so. As a specific configuration, for example, a configuration is conceivable in which a branch pipe is provided in the pipe (battery exhaust gas line) L14 through which the off-gas 130A flows, and a heat exchanger that exchanges heat with the branch pipe is interposed in the off-gas line L13.

ここで、上述したとおり、SOFC13は、イオン伝導率を高めるために作動温度が約700〜1000℃程度と高く、燃料極から排出されるオフガス130Aも高温である。そこで、本実施形態の発電システム1は、これらのオフガス130Aを乾燥器2に供給して、バイオマス100を乾燥するための熱源としている。具体的には、SOFC13のオフガス排出口と接続された配管L14の出口を、乾燥器2の内部(バイオマス100が供給される乾燥室内)に連通接続する。これにより、オフガス130Aを、配管L14を介して前記乾燥室内に供給し、これらのオフガス130Aにより直接バイオマス100を乾燥する。
或いは、乾燥器2に間接加熱用のジャケットを具備し、配管L14の出口をこのジャケットに接続して、ジャケットに供給されたオフガス130Aにより乾燥室内のバイオマス100を間接加熱するようにしてもよい。
Here, as described above, the SOFC 13 has a high operating temperature of about 700 to 1000 ° C. in order to increase the ionic conductivity, and the off-gas 130A discharged from the fuel electrode is also high. Therefore, the power generation system 1 of the present embodiment supplies these off-gas 130A to the dryer 2 and uses them as a heat source for drying the biomass 100. Specifically, the outlet of the pipe L14 connected to the off-gas discharge port of the SOFC 13 is communicated with the inside of the dryer 2 (the drying chamber to which the biomass 100 is supplied). As a result, the off-gas 130A is supplied to the drying chamber via the pipe L14, and the biomass 100 is directly dried by these off-gas 130A.
Alternatively, the dryer 2 may be provided with a jacket for indirect heating, the outlet of the pipe L14 may be connected to this jacket, and the biomass 100 in the drying chamber may be indirectly heated by the off-gas 130A supplied to the jacket.

バイオマス100は、その性質上、高水分であることが多く、そのまま用いると、ガス化への支障、プラント効率の著しい低下、ハンドリング性の悪化が予想される。このため、バイオマス100を取り扱うプラントでは、本実施形態の発電システム1のようにバイオマス100を乾燥させる乾燥器2を備えるのが一般的である。そこで、オフガス130の有効利用先として、乾燥器2が好適である。 Biomass 100 often has a high water content due to its nature, and if it is used as it is, it is expected that there will be an obstacle to gasification, a significant decrease in plant efficiency, and a deterioration in handleability. Therefore, in a plant that handles biomass 100, it is common to include a dryer 2 that dries the biomass 100 as in the power generation system 1 of the present embodiment. Therefore, the dryer 2 is suitable as an effective use destination of the off-gas 130.

SOFC13の空気排出口には配管L16が接続されており、SOFC13の空気極から排出された空気140Aは配管L16を介して外部に放出される。空気140Aがバイオマス100の乾燥に使用できる程度に高温である場合には、オフガス130Aの配管L14と同様に、空気140Aの配管L16を乾燥器2の乾燥室又はジャケットに接続して空気140Aを乾燥器2の乾燥熱源としてもよい。 A pipe L16 is connected to the air discharge port of the SOFC 13, and the air 140A discharged from the air electrode of the SOFC 13 is discharged to the outside through the pipe L16. When the air 140A is hot enough to be used for drying the biomass 100, the air 140A is dried by connecting the air 140A pipe L16 to the drying chamber or jacket of the dryer 2 in the same manner as the off-gas 130A pipe L14. It may be used as a drying heat source for the vessel 2.

[1−2.作用・効果]
本発明の1実施形態(第1実施形態)としての発電システム1によれば、液体燃料合成装置11により合成された炭化水素燃料120から分離されたオフガス130を燃料として、高効率なSOFC13により発電を行える(SOFC13により高効率の発電を行なえる)。
また、水蒸気50Bをガス化剤50の一部として使用することで、この水蒸気50Bによりガスシフト反応を活性化できると共に、ガス化炉4を噴流床方式とすることで、他の型式のガス化炉に較べて生成ガス110の温度を高くすることができる。特に、ガス化剤に水蒸気を含めるので水素と一酸化炭素の比を2:1とすることができ、燃料合成に最適な生成ガス性状が得られるため燃料合成過程で効率的に直鎖系炭化水素が生成される結果、ジェット燃料には適さないメタンも多く生成されるので、固体酸化物形燃料電池に適した、よりメタンリッチなオフガスを供給することができる。ここで、メタンは、バイオマスのガス化の過程で生成するものと、燃料の合成で生成する過程がある。メタンの発生量はガス化炉で発生する量を1とした場合、燃料合成によって発生する量は1.2〜1.5となる。
ここで、バイオマスのガス化の過程で生成するメタンの反応式は下式(1)のとおりである。
CO+3H→CH+HO・・・(1)
また、燃料合成(FT合成)の過程で生成するメタンの反応式は下式(2)のとおりである。
nCO+(2n+1)H→C2n+2+HO・・・(2)
このように、オフガス130をメタンリッチなガスとすることができ、このオフガス130をSOFC13の燃料に使用することでSOFC13での発電端効率を向上することができる。
[1-2. Action / effect]
According to the power generation system 1 as one embodiment (first embodiment) of the present invention, power is generated by the highly efficient SOFC 13 using the off-gas 130 separated from the hydrocarbon fuel 120 synthesized by the liquid fuel synthesizer 11 as fuel. (SOFC13 can generate high-efficiency power generation).
Further, by using the steam 50B as a part of the gasifying agent 50, the gas shift reaction can be activated by the steam 50B, and by adopting the gasification furnace 4 as a jet bed type, another type of gasification furnace can be used. The temperature of the produced gas 110 can be raised as compared with the above. In particular, since water vapor is included in the gasifying agent, the ratio of hydrogen to carbon monoxide can be set to 2: 1 and the optimum produced gas properties for fuel synthesis can be obtained, so that linear carbonization is efficiently performed in the fuel synthesis process. As a result of the generation of hydrogen, a large amount of methane, which is not suitable for jet fuel, is also produced, so that a more methane-rich off-gas suitable for a solid oxide fuel cell can be supplied. Here, methane is produced in the process of gasification of biomass and in the process of synthesis of fuel. Assuming that the amount of methane generated in the gasification furnace is 1, the amount of methane generated by fuel synthesis is 1.2 to 1.5.
Here, the reaction formula of methane produced in the process of gasification of biomass is as shown in the following formula (1).
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O ... (1)
The reaction formula of methane produced in the process of fuel synthesis (FT synthesis) is as shown in the following formula (2).
nCO + (2n + 1) H 2 → C n H 2n + 2 + H 2 O ... (2)
In this way, the off-gas 130 can be made into a methane-rich gas, and by using this off-gas 130 as the fuel for the SOFC 13, the power generation end efficiency in the SOFC 13 can be improved.

さらに、オフガス130を使用して発電を行うので、得られた電力を、発電システム1で使用される各種電気機器に供給することができ、或いは、発電システム1の外部に送電することができ、バイオマス由来の電力を種々の用途に利用できる、
したがって、液体燃料120Aを製造する際に生じるオフガス130を効率良く且つ幅広い用途に利用することができる。
Further, since the off-gas 130 is used for power generation, the obtained power can be supplied to various electric devices used in the power generation system 1 or can be transmitted to the outside of the power generation system 1. Biomass-derived electricity can be used for various purposes,
Therefore, the off-gas 130 generated when the liquid fuel 120A is produced can be efficiently and widely used.

また、ガス化炉4に供給する前に、水分を多く含むバイオマス資源100を乾燥器2により乾燥させることで、ガス化炉4への搬送が容易になるとともに、水分の潜熱により熱量が奪われてしまうことを抑制してガス化炉4での熱効率の低下を抑制できる。
また、バイオマス資源100の水分を除去することで、ガス化炉4でのガス化制御(部分燃焼の制御)を容易にすることができる。つまり、通常、バイオマス資源100は高水分であり、そのままガス化炉4へ搬送すると搬送過程で付着や閉塞といった問題を生じるが、バイオマス資源100を乾燥し水分を除去することでハンドリングが容易となり、ガス化制御(部分燃焼の制御)も容易となる。
そして、SOFC13から排出されたオフガス130Aを、バイオマス100の乾燥の熱源として利用することで、オフガス130の一層の有効利用を図ることができる。
Further, by drying the biomass resource 100 containing a large amount of water with the dryer 2 before supplying it to the gasifier 4, the transport to the gasifier 4 is facilitated, and the latent heat of the water deprives the amount of heat. It is possible to suppress the decrease in thermal efficiency in the gasification furnace 4 by suppressing the waste.
Further, by removing the water content of the biomass resource 100, gasification control (control of partial combustion) in the gasification furnace 4 can be facilitated. That is, normally, the biomass resource 100 has a high water content, and if it is transported to the gasification furnace 4 as it is, problems such as adhesion and blockage occur in the transport process. However, by drying the biomass resource 100 and removing the water content, handling becomes easier. Gasification control (control of partial combustion) is also facilitated.
Then, by using the off-gas 130A discharged from the SOFC 13 as a heat source for drying the biomass 100, the off-gas 130 can be used more effectively.

また、ガス精製装置8により、ガス化炉4で生成された生成ガス110Aを精製して硫化水素を除去するので、この生成ガス110A由来のオフガス130には硫化水素は含有されない(又は殆ど含有されない)。したがって、オフガス130を燃料としてSOFC13に供給した際に、硫化水素によりSOFC13の燃料極が被毒されてSOFC13の性能が低下してしまうことを防止することができる。 Further, since the produced gas 110A generated in the gasification furnace 4 is purified by the gas refining apparatus 8 to remove hydrogen sulfide, the off-gas 130 derived from the produced gas 110A does not contain (or hardly contains) hydrogen sulfide. ). Therefore, when the off-gas 130 is supplied to the SOFC 13 as fuel, it is possible to prevent hydrogen sulfide from poisoning the fuel electrode of the SOFC 13 and deteriorating the performance of the SOFC 13.

さらに、ガス化炉4に供給するガス化剤50の水蒸気50Bを一部抜き出してオフガス130へ混入するので、オフガス130中の水蒸気(S:Steam)と炭素(C)とのモル比(S/C)を適正範囲とすることができ、SOFC13の燃料極で炭素が析出してSOFC13の性能が低下してしまうことを防止することができる。 Further, since a part of the steam 50B of the gasifying agent 50 supplied to the gasifier 4 is extracted and mixed into the off-gas 130, the molar ratio (S / S /) of the steam (S: Steam) to the carbon (C) in the off-gas 130 C) can be set to an appropriate range, and it is possible to prevent carbon from being precipitated at the fuel electrode of SOFC 13 and deteriorating the performance of SOFC 13.

[2.他の1実施形態(第2実施形態)]
以下、図2を参照して他の1実施形態(第2実施形態)について説明する。なお、上記第1実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
[2. Another 1 Embodiment (2nd Embodiment)]
Hereinafter, another embodiment (second embodiment) will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

[2−1.構成]
上記一実施形態としての第1実施形態では、SOFC13から排出されたオフガス130A及び空気140Aを乾燥器2に供給した。これに対し、本実施形態の発電システム1Aは、さらにガスタービン14及び発電機15を備え、SOFC13から排出されたオフガス130A及び空気140Aをガスタービン14の燃料及び燃焼用空気と使用している。
以下、発電システム1Aについて具体的に説明する。ガスタービン14及びガスタービン14の回転軸14aと接続された発電機15は、発電機であるSOFC13と組み合わされて複合発電システムを構成する。
また、ガスタービン14の燃焼器14bのオフガス入口(燃料入口)は、配管L14によりSOFC13のオフガス排出口と接続される。また、燃焼器14bの空気入口は配管L16によりSOFC13の空気排出口と接続されている。これにより、SOFC13から燃焼器14bに、配管L14を介してオフガス130Aが、配管L16を介して空気140Aがそれぞれ供給される。
[2-1. Constitution]
In the first embodiment as the above-mentioned one embodiment, the off-gas 130A and the air 140A discharged from the SOFC 13 were supplied to the dryer 2. On the other hand, the power generation system 1A of the present embodiment further includes a gas turbine 14 and a generator 15, and uses off-gas 130A and air 140A discharged from the SOFC 13 as fuel and combustion air for the gas turbine 14.
Hereinafter, the power generation system 1A will be specifically described. The gas turbine 14 and the generator 15 connected to the rotating shaft 14a of the gas turbine 14 are combined with the SOFC 13 which is a generator to form a combined power generation system.
Further, the off-gas inlet (fuel inlet) of the combustor 14b of the gas turbine 14 is connected to the off-gas outlet of the SOFC 13 by the pipe L14. Further, the air inlet of the combustor 14b is connected to the air outlet of the SOFC 13 by the pipe L16. As a result, the off-gas 130A is supplied from the SOFC 13 to the combustor 14b via the pipe L14, and the air 140A is supplied from the SOFC 13 via the pipe L16.

上述したようにSOFC13の作動温度が約700〜1000℃程度と高いため、燃料極から排出されるオフガス130Aや空気極から排出される空気140Aも高温となり、これらの高温のオフガス130Aと高温の空気140Aとをガスタービン14の燃焼器14bに供給して燃焼させ、燃焼器14bで発生した燃焼ガスでガスタービン14を回転させて発電機15を回転駆動させることで発電を行う。つまり、オフガス130Aや空気140Aを、配管L14,L16を介してガスタービン14に供給し、オフガス130Aの熱,圧力及び残燃料性分と、空気140Aの熱及び圧力とを、ガスタービン14による発電に利用している。
ガスタービン14を回転駆動した後、ガスタービン14から排出されたタービン排ガス150は、ガスタービン14のタービン最終翼よりも排ガス下流側の排ガス出口に接続された排ガス経路(タービン排ガスライン)L17(例えばダクト又は配管)を介して、必要に応じて排ガス経路L17に介装された浄化処理装置により浄化処理され、大気へと放出される。
その他の構成は、第1実施形態と同様なので説明を省略する。
As described above, since the operating temperature of the SOFC 13 is as high as about 700 to 1000 ° C., the off-gas 130A discharged from the fuel electrode and the air 140A discharged from the air electrode also become hot, and these high-temperature off-gas 130A and high-temperature air 140A and 140A are supplied to the combustor 14b of the gas turbine 14 to be burned, and the gas turbine 14 is rotated by the combustion gas generated in the combustor 14b to rotationally drive the generator 15 to generate power. That is, the off-gas 130A and the air 140A are supplied to the gas turbine 14 via the pipes L14 and L16, and the heat, pressure and residual fuel content of the off-gas 130A and the heat and pressure of the air 140A are generated by the gas turbine 14. I am using it for.
The turbine exhaust gas 150 discharged from the gas turbine 14 after rotationally driving the gas turbine 14 is an exhaust gas path (turbine exhaust gas line) L17 (for example, a turbine exhaust gas line) connected to an exhaust gas outlet on the downstream side of the exhaust gas from the final turbine blade of the gas turbine 14. It is purified by a purification treatment device interposed in the exhaust gas path L17 as needed via a duct or a pipe) and released to the atmosphere.
Since other configurations are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

[2−2.作用・効果]
本実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用・効果が得られる他、以下のような作用・効果が得られる。
つまり、SOFC13から排出された高温のオフガス130Aと高温の空気140Aとを有効利用して、SOFC13とガスタービン14とを使用したコンバインドサイクル方式による発電(複合発電)を行うので、SOFC13だけを使用して発電を行うよりも発電効率をさらに向上することができる。
特に、オフガス130Aは、SOFC13内の発熱反応で昇温されるため、ガスタービン14の燃料として使用することで、ガスタービン14の燃焼効率を向上させることができる。したがって、ガスタービン14による発電効率を向上させることができる。
オフガス130をガスエンジンの燃料として使用した場合の発電効率は40%程度であるのに対し、オフガス130を燃料としたSOFC13による発電及びガスタービン14による発電を組み合わせた複合発電とすることにより発電効率を50%程度まで向上することができる。
[2-2. Action / effect]
According to the present embodiment, the same actions / effects as those of the first embodiment can be obtained, and the following actions / effects can be obtained.
That is, since the high-temperature off-gas 130A and the high-temperature air 140A discharged from the SOFC 13 are effectively used to generate power (combined power generation) by the combined cycle method using the SOFC 13 and the gas turbine 14, only the SOFC 13 is used. It is possible to further improve the power generation efficiency compared to the power generation.
In particular, since the off-gas 130A is heated by the exothermic reaction in the SOFC 13, the combustion efficiency of the gas turbine 14 can be improved by using it as a fuel for the gas turbine 14. Therefore, the power generation efficiency of the gas turbine 14 can be improved.
While the power generation efficiency when the off-gas 130 is used as the fuel for the gas engine is about 40%, the power generation efficiency is achieved by combining the power generation by the SOFC 13 and the power generation by the gas turbine 14 using the off-gas 130 as the fuel. Can be improved up to about 50%.

また、ガス化剤50の成分として水蒸気50Bを使用しているので、ガス化剤50の成分として酸素だけを使用する場合に較べて、ガス化炉4の生成ガス110ひいては、ガスタービン14に燃料として供給されるSOFC13のオフガス130Aの成分としては、COが少なくなる一方Hが多くなる。このため、ガスタービン14におけるオフガス130Aの着火性が向上する。 Further, since steam 50B is used as a component of the gasifying agent 50, compared to the case where only oxygen is used as a component of the gasifying agent 50, the generated gas 110 of the gasification furnace 4 and thus the gas turbine 14 are fueled. As a component of the off-gas 130A of SOFC 13 supplied as, CO decreases while H 2 increases. Therefore, the ignitability of the off-gas 130A in the gas turbine 14 is improved.

[3.他の1実施形態(第3実施形態)]
[3−1.構成]
以下、図3を参照して他の1実施形態(第3実施形態)について説明する。なお、上記第1実施形態及び上記第2実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。
ガスタービン14を回転駆動した後にガスタービン14から排出されたタービン排ガス150は250℃程度と比較的高温になる。そこで、本実施形態の発電システム1Bは、このタービン排ガス150を乾燥器2に供給して、バイオマス100を乾燥するための熱源としている。具体的には、前記の排ガス経路L17の出口を乾燥器2の乾燥室内に連通接続して、ガスタービン14から排出されたタービン排ガス150を、排ガス経路L17を介して乾燥室内に供給し、このタービン排ガス150により直接バイオマス100を乾燥する。
或いは、乾燥器2に間接加熱用のジャケットを具備し、排ガス経路L17の出口をこのジャケットに接続して、ジャケットに供給されたタービン排ガスにより乾燥室内のバイオマス100を間接加熱するようにしてもよい。
[3. Another 1 Embodiment (3rd Embodiment)]
[3-1. Constitution]
Hereinafter, another embodiment (third embodiment) will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment and the second embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
The turbine exhaust gas 150 discharged from the gas turbine 14 after rotationally driving the gas turbine 14 has a relatively high temperature of about 250 ° C. Therefore, the power generation system 1B of the present embodiment supplies the turbine exhaust gas 150 to the dryer 2 and uses it as a heat source for drying the biomass 100. Specifically, the outlet of the exhaust gas path L17 is continuously connected to the drying chamber of the dryer 2, and the turbine exhaust gas 150 discharged from the gas turbine 14 is supplied to the drying chamber via the exhaust gas path L17. The turbine exhaust gas 150 directly dries the biomass 100.
Alternatively, the dryer 2 may be provided with a jacket for indirect heating, the outlet of the exhaust gas path L17 may be connected to this jacket, and the biomass 100 in the drying chamber may be indirectly heated by the turbine exhaust gas supplied to the jacket. ..

バイオマス100は、その性質上、高水分であることが多く、そのまま用いると、ガス化への支障、プラント効率の著しい低下、ハンドリング性の悪化が予想される。このため、バイオマス100を取り扱うプラントでは、本実施形態の発電システム1Bのようにバイオマス100を乾燥させる乾燥器2を備えるのが一般的である。そこで、ガスタービン14から排出されたタービン排ガス150の有効利用先として、乾燥器2が好適である。
なお、ガスタービン14から排出されたタービン排ガス150に加えて、第1実施形態のように、SOFC13から排出されたオフガス130Aを乾燥器2の乾燥熱源としてもよい。具体的には、ガス搬送路L14に分岐搬送路(例えばダクト又は配管)を設け、この分岐経路を乾燥器2の乾燥室内又はジャケットに接続すればよい。
その他の構成は、第2実施形態と同様なので説明を省略する。
Due to its nature, Biomass 100 often has a high water content, and if it is used as it is, it is expected that there will be an obstacle to gasification, a significant decrease in plant efficiency, and a deterioration in handleability. Therefore, in a plant that handles the biomass 100, it is common to include a dryer 2 that dries the biomass 100 as in the power generation system 1B of the present embodiment. Therefore, the dryer 2 is suitable as an effective use destination of the turbine exhaust gas 150 discharged from the gas turbine 14.
In addition to the turbine exhaust gas 150 discharged from the gas turbine 14, the off-gas 130A discharged from the SOFC 13 may be used as a drying heat source for the dryer 2 as in the first embodiment. Specifically, a branch transfer path (for example, a duct or a pipe) may be provided in the gas transfer path L14, and this branch path may be connected to the drying chamber or jacket of the dryer 2.
Since other configurations are the same as those of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

[3−2.作用・効果]
本実施形態によれば、第2実施形態と同様の作用・効果が得られる他、以下のような作用・効果が得られる。
つまり、ガス化炉4に供給する前に、水分を多く含むバイオマス資源100を乾燥器2により乾燥させることで、第1実施形態において、バイオマス資源100を乾燥器2により乾燥させたことによる効果と同様の効果が得られる。
つまり、ガス化炉4への搬送が容易になるとともに、水分の潜熱により熱量が奪われてしまうことを抑制してガス化炉4での熱効率の低下を抑制できる。
また、通常、バイオマス資源100は高水分であり、そのままガス化炉4へ搬送すると搬送過程で付着や閉塞といった問題を生じるが、バイオマス資源100を乾燥し水分を除去することでハンドリングが容易となり、ガス化制御(部分燃焼の制御)も容易となる。
このように、オフガス130由来の排ガスであってガスタービン14から排出されたタービン排ガス150を、バイオマス100の乾燥の熱源として利用することで、オフガス130の一層の有効利用を図ることができる。
[3-2. Action / effect]
According to the present embodiment, the same actions / effects as those of the second embodiment can be obtained, and the following actions / effects can be obtained.
That is, by drying the biomass resource 100 containing a large amount of water in the dryer 2 before supplying it to the gasifier 4, the effect of drying the biomass resource 100 in the dryer 2 in the first embodiment is obtained. A similar effect can be obtained.
That is, it is possible to facilitate the transfer to the gasification furnace 4 and suppress the loss of heat due to the latent heat of water to suppress the decrease in thermal efficiency in the gasification furnace 4.
In addition, the biomass resource 100 usually has a high water content, and if it is transported to the gasification furnace 4 as it is, problems such as adhesion and blockage occur in the transport process. However, by drying the biomass resource 100 and removing the water content, handling becomes easier. Gasification control (control of partial combustion) is also facilitated.
As described above, by using the turbine exhaust gas 150, which is the exhaust gas derived from the off-gas 130 and discharged from the gas turbine 14, as a heat source for drying the biomass 100, the off-gas 130 can be used more effectively.

[4.その他]
(1)上記実施形態では、ガス化剤に、酸素50A及び水蒸気50Bを使用したが、ガス化剤は、少なくとも水蒸気を含むものであれば、これに限定されない。例えば、ガス化剤として、水蒸気だけ使用してもよいし、水蒸気と酸素との両方を使用してもよいし、水蒸気と空気(酸素富化空気を含む)との両方を使用してもよい。
[4. Others]
(1) In the above embodiment, oxygen 50A and steam 50B are used as the gasifying agent, but the gasifying agent is not limited to this as long as it contains at least water vapor. For example, as the gasifying agent, only water vapor may be used, both water vapor and oxygen may be used, or both water vapor and air (including oxygen-enriched air) may be used. ..

(2)上記第2実施形態及び第3実施形態では、ガスタービン14と空気圧縮機13aとを別に設けたが、一体に構成してもよい。つまり、空気圧縮機13aを、ガスタービンのタービン軸と直結したコンプレッサ部により構成してもよい。 (2) In the second embodiment and the third embodiment, the gas turbine 14 and the air compressor 13a are provided separately, but they may be integrally configured. That is, the air compressor 13a may be configured by a compressor unit directly connected to the turbine shaft of the gas turbine.

(3)上記各実施形態では、バイオマス100Aを粉砕器3によりガス化に適した粒径に粉砕したが、予め所定粒径に粉砕されたバイオマスを用いる場合には、粉砕器3を省略してもよい。また、上記各実施形態では、脱炭装置10により生成ガス110Bから炭酸成分を除去することで液体燃料合成の効率向上を図っているが、脱炭装置10は必須ではない。 (3) In each of the above embodiments, the biomass 100A was pulverized by the crusher 3 to a particle size suitable for gasification, but when the biomass pulverized to a predetermined particle size in advance is used, the crusher 3 is omitted. May be good. Further, in each of the above embodiments, the decarburization device 10 is used to remove the carbonic acid component from the generated gas 110B to improve the efficiency of liquid fuel synthesis, but the decarburization device 10 is not essential.

(4)上記第2実施形態では、ガスタービン14に接続された排ガス経路L17の出口を、乾燥器2に接続して、ガスタービン14から排出されたタービン排ガス150を乾燥器2に供給して、乾燥器2におけるバイオマス100の乾燥熱源としたが、タービン排ガス150を、ガス化炉4に供給する水蒸気50Bの加熱源としてもよい。具体的には、排ガス経路L17を、乾燥器2に替えて又は乾燥器2と併せて、高温熱交換器5及び低温熱交換器7の少なくとも一方に接続すればよい。 (4) In the second embodiment, the outlet of the exhaust gas path L17 connected to the gas turbine 14 is connected to the dryer 2, and the turbine exhaust gas 150 discharged from the gas turbine 14 is supplied to the dryer 2. Although the drying heat source of the biomass 100 in the dryer 2 is used, the turbine exhaust gas 150 may be used as a heating source of the steam 50B supplied to the gasifier 4. Specifically, the exhaust gas path L17 may be connected to at least one of the high temperature heat exchanger 5 and the low temperature heat exchanger 7 instead of the dryer 2 or in combination with the dryer 2.

(5)上記各実施形態では、ガス化剤としての水蒸気50Bを、蒸気配管(水蒸気供給ライン)L52からガス化炉4へと直接供給しているが、水蒸気50Bをガス化炉4へと直接供給する構成に限定されない。例えば、蒸気配管(水蒸気供給ライン)L52を酸素配管L53に接続して水蒸気50Bを酸素配管L53内に供給して、酸素配管L53を介して酸素50Aと混合した状態でガス化炉4へ供給してもよい。すなわち、本発明において、水蒸気供給ラインから水蒸気をガス化炉に供給するとは、水蒸気供給ラインから他の搬送路を経由して水蒸気をガス化炉に供給することを含む。 (5) In each of the above embodiments, steam 50B as a gasifying agent is directly supplied to the gasifier 4 from the steam pipe (steam supply line) L52, but the steam 50B is directly supplied to the gasifier 4. It is not limited to the configuration to be supplied. For example, the steam pipe (steam supply line) L52 is connected to the oxygen pipe L53, the steam 50B is supplied into the oxygen pipe L53, and the steam pipe L53 is supplied to the gasifier 4 in a mixed state with the oxygen 50A via the oxygen pipe L53. You may. That is, in the present invention, supplying steam from the steam supply line to the gasification furnace includes supplying steam from the steam supply line to the gasification furnace via another transport path.

(6)上記各実施形態では、バイパスライン(水蒸気混入ライン)L52′をオフガスラインL13に接続して、水蒸気50Bを、オフガスラインL13のオフガス130に混入するようにしたが、バイパスライン(水蒸気混入ライン)L52′を直接にSOFC13に接続して、水蒸気50Bを燃料極に供給されるオフガス130に混入するようにしてもよい。 (6) In each of the above embodiments, the bypass line (steam mixing line) L52'is connected to the off-gas line L13 so that the steam 50B is mixed into the off-gas 130 of the off-gas line L13. The line) L52'may be directly connected to the SOFC 13 to mix the water vapor 50B into the off-gas 130 supplied to the fuel electrode.

1,1A,1B 発電システム
2 乾燥器
4 ガス化炉
11 液体燃料合成装置(燃料合成装置)
12 気液分離器
13 固体酸化物形燃料電池(SOFC)
13a 空気圧縮機
14 ガスタービン
15 発電機
50 ガス化剤
50A 酸素
50B 水蒸気
100,100A,100B バイオマス資源(バイオマス)
110,110A,110B,110C 生成ガス
120 炭化水素燃料
120A 液体燃料
130 オフガス
130A オフガス(電池排ガス)
140,140A 空気
150 タービン排ガス
L14 配管(電池排ガスライン)
L17 排ガス経路(タービン排ガスライン)
L52 蒸気配管(水蒸気供給ライン)
L52′ バイパスライン(水蒸気混入ライン)
L53 酸素配管
1,1A, 1B Power generation system 2 Dryer 4 Gasifier 11 Liquid fuel synthesizer (fuel synthesizer)
12 Gas-liquid separator 13 Solid oxide fuel cell (SOFC)
13a Air compressor 14 Gas turbine 15 Generator 50 Gasifier 50A Oxygen 50B Water vapor 100, 100A, 100B Biomass resource (biomass)
110, 110A, 110B, 110C Produced gas 120 Hydrocarbon fuel 120A Liquid fuel 130 Off gas 130A Off gas (battery exhaust gas)
140, 140A Air 150 Turbine exhaust gas L14 piping (battery exhaust gas line)
L17 exhaust gas path (turbine exhaust gas line)
L52 steam piping (steam supply line)
L52'Bypass line (water vapor mixing line)
L53 Oxygen piping

Claims (8)

バイオマス資源を供給するバイオマス搬送路と、
水蒸気を供給する水蒸気供給ラインと、
前記バイオマス搬送路から前記バイオマス資源が供給されると共に、ガス化剤として少なくとも前記水蒸気供給ラインから前記水蒸気が供給され、前記バイオマス資源をガス化して生成ガスを生成するガス化炉と、
前記生成ガスを使用して燃料の合成を行う燃料合成装置と、
前記燃料から分離されたオフガスを供給するオフガスラインと、
前記オフガスラインから前記オフガスが供給され、前記オフガスを使用して発電を行う固体酸化物形燃料電池と、
前記水蒸気供給ラインから分岐すると共に、前記オフガスライン又は前記固体酸化物形燃料電池に接続して、前記水蒸気供給ラインの前記水蒸気の一部を前記オフガスに混入する水蒸気混入ラインとを備え
前記水蒸気と、前記バイオマス資源に含まれる炭素とのモル比(H O/C)が、水素H の生成量が少なくなることを抑える観点から設定された下限値と、前記ガス化炉内の温度低下を抑える観点から設定された上限値とで規定される範囲に入るように、前記ガス化剤を供給する
ことを特徴とする、発電システム。
Biomass transport channels that supply biomass resources and
A steam supply line that supplies steam and
A gasification furnace in which the biomass resource is supplied from the biomass transport path and at least the steam is supplied as a gasifying agent from the steam supply line to gasify the biomass resource to generate a produced gas.
A fuel synthesizer that synthesizes fuel using the generated gas, and
An off-gas line that supplies off-gas separated from the fuel,
A solid oxide fuel cell in which the off-gas is supplied from the off-gas line and power is generated using the off-gas.
It is provided with a water vapor mixing line that branches from the water vapor supply line and is connected to the off-gas line or the solid oxide fuel cell to mix a part of the water vapor of the water vapor supply line into the off-gas .
The molar ratio (H 2 O / C) of the steam to the carbon contained in the biomass resource is a lower limit set from the viewpoint of suppressing a decrease in the amount of hydrogen H 2 produced, and the inside of the gasification furnace. A power generation system, characterized in that the gasifying agent is supplied so as to fall within a range defined by an upper limit value set from the viewpoint of suppressing a temperature drop in the water vapor .
記モル比(HO/C)が1.5〜4の範囲に入るように前記ガス化剤を供給する
ことを特徴とする、請求項1に記載の発電システム。
Before liver Le ratio (H 2 O / C) is characterized by supplying said gasifying agent to fall within the range of 1.5 to 4, the power generation system of claim 1.
前記モル比(H The molar ratio (H 2 O/C)を計測する計測手段と、前記水蒸気混入ラインに介装され前記計測手段の計測結果に基づいて制御される開閉弁とをそなえているIt is equipped with a measuring means for measuring O / C) and an on-off valve interposed in the steam mixing line and controlled based on the measurement result of the measuring means.
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 power generation system according to claim 1 or 2, wherein the power generation system is characterized in that.
前記ガス化炉により生成された生成ガスを精製するガス精製装置を備え、
前記燃料合成装置は、前記ガス精製装置により精製された生成ガスを使用して燃料の合成を行うことを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の発電システム。
A gas purification device for purifying the produced gas produced by the gasification furnace is provided.
The power generation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fuel synthesizer synthesizes fuel using a product gas refined by the gas refiner.
前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、
前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記乾燥器に供給する電池排ガスラインを備えた
ことを特徴とする請求項1〜の何れか一項に記載の発電システム。
A dryer for drying the biomass resource before supplying it to the gasifier is provided.
The power generation system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the battery exhaust gas line for supplying the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell to the dryer is provided.
ガスタービンと、
前記ガスタービンにより駆動される発電機とを備え、
前記固体酸化物形燃料電池から排出された電池排ガスを前記ガスタービンに燃料として供給する電池排ガスラインを備えた
ことを特徴とする、請求項1〜の何れか一項に記載の発電システム。
With a gas turbine
With a generator driven by the gas turbine
The power generation system according to any one of claims 1 to 5 , wherein the battery exhaust gas line for supplying the battery exhaust gas discharged from the solid oxide fuel cell to the gas turbine as fuel is provided.
前記ガス化炉に供給する前に前記バイオマス資源を乾燥させる乾燥器を備え、
前記ガスタービンから排出されたタービン排ガスを前記乾燥器に供給するタービン排ガスラインを備えた
ことを特徴とする、請求項に記載の発電システム。
A dryer for drying the biomass resource before supplying it to the gasifier is provided.
The power generation system according to claim 6 , further comprising a turbine exhaust gas line that supplies turbine exhaust gas discharged from the gas turbine to the dryer.
前記ガス化炉が、噴流床方式のガス化炉である
ことを特徴とする、請求項1〜の何れか一項に記載の発電システム。
The power generation system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the gasification furnace is a jet bed type gasification furnace.
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