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
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
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
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
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
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
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
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 2 O/C)が、水素H 2 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(H2O/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(H2O/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、H2O/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、H2O/Cが1.5未満の場合、H2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 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. ..
(4)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。
(6)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.
(7)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.
(8)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+3H2→CH4+H2O・・・(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)H2→CnH2n+2+H2O・・・(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.
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-
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
The
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+H2O→CO2+H2)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(CH4)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(CH4)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(H2O/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
The
This is because (1) since the gasifying
Although the temperature of the produced
Here, it is preferable to supply the gasifying
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-
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-
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
Further, when the molar ratio (S / C) of the off-
Since the
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
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
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
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
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
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
The outlet of the
The
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(CnH2n、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
The
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
The gas-
The off-gas outlet of the gas-
Further, the hydrocarbon fuel outlet of the gas-
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(H2)および一酸化炭素(CO)、メタン(CH4)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(N2,H2Oを除いたガス、すなわちCO,H2,CO2,CH4)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(CH4)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。
Here, as described above, the produced
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
Alternatively, the
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。
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
[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+3H2→CH4+H2O・・・(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)H2→CnH2n+2+H2O・・・(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
Further, by using the
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-
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-
Therefore, the off-
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
Further, by removing the water content of the
Then, by using the off-
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
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
[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-
Hereinafter, the power generation system 1A will be specifically described. The
Further, the off-gas inlet (fuel inlet) of the combustor 14b of the
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
The
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-
In particular, since the off-
While the power generation efficiency when the off-
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H2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
[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
Alternatively, the
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,
In addition to the
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
That is, it is possible to facilitate the transfer to the
In addition, the
As described above, by using the
[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,
(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
(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
(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
(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,
(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
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
12 Gas-
110, 110A, 110B, 110C Produced
140,
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)
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 2 O/C)が、水素H 2 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 .
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.
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1〜4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.
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1〜5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6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.
ことを特徴とする、請求項1〜7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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