特許ウォッチ

公開番号2025140796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040380
出願日2024-03-14
発明の名称バイオマス発電システム
出願人株式会社Gpower
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類C10J 3/66 20060101AFI20250919BHJP(石油,ガスまたはコークス工業;一酸化炭素を含有する工業ガス;燃料;潤滑剤;でい炭)
要約【課題】タール分を減らすことができるバイオマスガス発電システムを提供する。
【解決手段】バイオマス発電システム100は、第1の発電設備10と、第2の発電設備20と、第1の発電設備10及び第2の発電設備20を接続する加熱器30と、を備えている。加熱器30は、第2の改質炉23から供給された燃料ガスF2を燃焼させて第1の熱分解炉12に燃焼熱を供給する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の発電設備と、第２の発電設備と、前記第１の発電設備及び前記第２の発電設備を接続する加熱器と、を備え、
前記第１の発電設備は、投入された第１のバイオマスを熱分解する第１の熱分解炉と、該第１の熱分解炉で生成されたバイオマスガス及び炭化物粒（チャー）を第１の燃料ガスに改質する第１の改質炉と、前記第１の燃料ガスを供給されて第１の発電機を駆動する第１のエンジンと、を備え、
前記第２の発電設備は、投入された第２のバイオマスを熱分解する第２の熱分解炉と、該第２の熱分解炉で生成されたバイオマスガス及び炭化物粒（チャー）を第２の燃料ガスに改質する第２の改質炉と、前記第２の燃料ガスを供給されて第２の発電機を駆動する第２のエンジンと、を備え、
前記加熱器は、前記第２の改質炉から供給された第２の燃料ガスを燃焼させて前記第１の熱分解炉に燃焼熱を供給する、バイオマス発電システム。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記第２のエンジンから排出される第２の排出ガスは、前記第１のエンジンから排出される第２の排出ガスよりも高温であり、
前記第１の熱分解炉は、前記第２の排出ガスを前記加熱器で加熱した高温ガスにより加熱される、
請求項１に記載のバイオマス発電システム。
【請求項３】
前記第１のエンジンがレシプロエンジンであり、前記第２のエンジンがロータリーエンジンである、
請求項１又は２に記載のバイオマス発電システム。
【請求項４】
前記第１の熱分解炉は、投入された第１のバイオマスを６００～８５０℃で乾留する、
請求項１から３のいずれか一項に記載のバイオマス発電システム。
【請求項５】
前記加熱器は、前記第１の熱分解炉に加えて、前記第２の熱分解炉にも燃焼熱を供給し、前記加熱器から前記第１の熱分解炉への熱量は、前記加熱器から前記第２の熱分解炉への熱量の五倍以上である、
請求項１から４のいずれか一項に記載のバイオマス発電システム。
【請求項６】
前記第１のバイオマスの含水率を低減させる乾燥炉を更に備え、該乾燥炉は、前記第１の熱分解炉を加熱して温度が低下した状態の前記高温ガスを熱源にする、
請求項２に記載のバイオマス発電システム。
【請求項７】
投入された第２のバイオマスを熱分解する第２の熱分解炉と、該第２の熱分解炉で生成されたバイオマスガス及び炭化物粒を第２の燃料ガスに改質する第２の改質炉と、前記第２の燃料ガスを供給されて第２の発電機を駆動するロータリーエンジンである第２のエンジンと、前記第２の燃料ガスを燃焼させて前記第２の熱分解炉に燃焼熱を供給する加熱器と、を備えた、
バイオマス発電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを燃料とする発電システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
バイオマスは、再生可能な有機性資源であり、カーボンニュートラルなエネルギー源として今後発電に活用が増えていく。木質バイオマスについては、間伐材等の未利用材、製材所の切りくず、建築解体材を利用した発電が実用化しはじめている。地産地消のエネルギーとして期待が高まっている。森からの原料入手が制約される地域にも配置の要請も出ている。今後は米・麦わら等の草本バイオマスの利用、更には食料残さやプラスチックの包装材を含む可燃性ごみまで、多種の原料の受け入れができる様に適用性の拡大が求められる。バイオマス発電システムには、ボイラーに投入して直接燃焼させて蒸気タービンを回して発電する直接燃焼蒸気発電方式もあれば、バイオマスを熱分解してガス化し、このガスを改質した燃料でエンジンを回して発電する熱分解ガス化発電方式もある。発電方式が蒸気タービンであると、発電規模が小さくなるにしたがって、発電端効率が低すぎて、実用化普及は難しい。ガス化方式であれば、発電規模が小さくても高い発電効率が達成できる。
【０００３】
ガス化の発電方式においては、バイオマスを熱分解炉に投入して乾留すると、水分が蒸発のあと揮発成分と炭化物（チャー）とが生成する。揮発成分は、水素、一酸化炭素、メタン等を主成分とする軽質のバイオマスガスに加えて、芳香族化合物群からなるタールを含む。熱分解の生成物のガスとチャーを次のステップの改質炉に投入し、水蒸気やアルカリ金属等の触媒とともに加熱すると、タールやチャーのガス化が進行し、エンジンの燃料となる燃料ガスが生成される。この燃料ガスの高効率な製造については、本発明者が特許文献１に説明しているとおりである。
【０００４】
ここで、熱分解炉の炉内の局所で加熱不足が生じると、生成されるガスのタール留分が多くなり、さらに下流の改質炉にて高温の場が維持できないとタールが十分に分解できない。改質炉出口の燃料ガスに残ったタールが、その後の冷却の過程で液化あるいは固化すると、ガス清浄フィルターの目詰まり、配管の閉塞、エンジンの点火プラグの失火、エンジンの吸排気弁への固着による重大な故障にいたる。これらタールによる故障は、微小な付着から始まり運転時間とともにそれが成長して、運転停止の可能性を増加させるため、発電所あるいは発電システムとしての稼働率を左右する重大なものである。従来から、部分燃焼によるガス化、外部酸素吹込みガス化、さらには外部熱源による間接加熱（蒸し焼き）によるガス化が開発されてきた。
【０００５】
特許文献１では、間接加熱（蒸し焼き方式）としたうえで、熱分解炉と改質炉を直結して、外部への放熱を最小化するとともに、燃料ガスの顕熱とエンジンの排熱を回収して再利用し、熱効率を高めると同時に加熱不足を防ぎ、結果としてタールトラブルを低減する構成を提案している。特許文献２には、故障したエンジンを整備する際に発電を止めない様に、改質炉から供給される燃料ガスを複数エンジンに分配して発電する装置を提案している。タールを清掃するために任意のエンジンを停止させても、他のエンジンの駆動を継続させて発電所の稼働率の低下を最小限にできる構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１７―１２８６２３号公報
特開２０１７－８８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、タールを清掃してエンジン等を整備する作業の負担が大きいのみならず、稼働率低下による年間発電量の低下は経済性の低下を招くため、タールトラブルを減らすことができるバイオマス発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るバイオマス発電システムは、第１の発電設備と、第２の発電設備と、第１の発電設備及び第２の発電設備を接続する加熱器と、を備えている。第１の発電設備は、投入された第１のバイオマスを熱分解する第１の熱分解炉と、該第１の熱分解炉で生成されたバイオマスガス及び炭化物粒を第１の燃料ガスに改質する第１の改質炉と、第１の燃料ガスを供給されて第１の発電機を駆動する第１のエンジンと、を備えている。第２の発電設備は、投入された第２のバイオマスを熱分解する第２の熱分解炉と、該第２の熱分解炉で生成されたバイオマスガス及び炭化物粒を第２の燃料ガスに改質する第２の改質炉と、第２の燃料ガスを供給されて第２の発電機を駆動する第２のエンジンと、を備えている。加熱器は、第２の燃料ガスを燃焼させて第１の熱分解炉に燃焼熱を供給する。
【０００９】
この態様によれば、発電システムを構成する複数ガス化発電装置のそれぞれのガス化燃料ガスを複数のエンジンへ供給を行い、そのエンジン排気ガスを加熱器へ供給して、熱分解炉へ適正温度の熱供給することにより、反応温度の安定維持を図り、タールトラブルを減らし、稼働率を上げる。また、起動・立ち上げ時の外部からの補助燃料供給量を削減する。加熱器から燃焼熱を供給して第１の熱分解炉を十分に加熱できる。タール留分を減らすことができる温度域まで第１の熱分解炉を昇温させることができる。
【００１０】
上記態様において、第２の排出ガスは、第１の排出ガスよりも高温であってもよい。第１の熱分解炉は、第２の排出ガスを加熱器で加熱した高温ガスにより加熱されてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許