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JP2006128006A - Biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system for biomass - Google Patents

Biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system for biomass Download PDF

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JP2006128006A
JP2006128006A JP2004316971A JP2004316971A JP2006128006A JP 2006128006 A JP2006128006 A JP 2006128006A JP 2004316971 A JP2004316971 A JP 2004316971A JP 2004316971 A JP2004316971 A JP 2004316971A JP 2006128006 A JP2006128006 A JP 2006128006A
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gasification
gas
fuel cell
biomass
temperature
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JP2004316971A
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Japanese (ja)
Inventor
Takao Watanabe
隆夫 渡辺
Shigeo Ito
茂男 伊藤
Makoto Kobayashi
誠 小林
Masami Ashizawa
正美 芦澤
Kazuyoshi Ichikawa
和芳 市川
Hiroshi Morita
寛 森田
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Central Research Institute of Electric Power Industry
Original Assignee
Central Research Institute of Electric Power Industry
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Publication date
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Abstract

【課題】 木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスを処理対象に含めた場合にも安定して炭化・燃焼・ガス生成を行う。熱効率と発電効率を高くする。システム中の燃料電池内において固体炭素が析出するのを防止する。
【解決手段】 高温型の燃料電池14と、該燃料電池14が作動時に排出する排熱の供給を受け該排熱を利用してバイオマスを熱分解し炭化する炭化機2と、該炭化機2により生成される炭化チャーの燃焼およびガス化と炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質とを行うガス化炉3と、該ガス化炉3で生成されたガス化ガスを水蒸気の露点温度よりも高い温度で精製するガス精製装置22とを備える。燃料電池14は、ガス精製装置22で精製されたガス化ガスをエネルギーとして作動するとともに当該作動時に排出する排熱を炭化機2に熱源として供給する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To stably perform carbonization, combustion and gas generation not only when woody biomass but also waste biomass such as municipal waste is included in the treatment target. Increase thermal efficiency and power generation efficiency. Solid carbon is prevented from depositing in the fuel cells in the system.
SOLUTION: A high-temperature fuel cell 14, a carbonizer 2 that receives supply of exhaust heat exhausted when the fuel cell 14 is operated and pyrolyzes and carbonizes biomass using the exhaust heat, and the carbonizer 2 Gasification furnace 3 that performs combustion and gasification of carbonized char produced by the gasification and reforming of pyrolysis gas containing tar volatilized at the time of carbonization, and the gasification gas produced in the gasification furnace 3 is dew point of water vapor And a gas purification device 22 for purification at a temperature higher than the temperature. The fuel cell 14 operates using the gasified gas purified by the gas purifier 22 as energy and supplies exhaust heat discharged during the operation to the carbonizer 2 as a heat source.
[Selection] Figure 1

Description

本発明はバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムに関する。さらに詳述すると、本発明は、バイオマスを燃料としたガス化発電システムであって、特に農林・畜産・水産物資源およびその残さ物、建築廃材、食品廃棄物、汚泥等の高含水率のバイオマスを炭化・ガス化し、得られた生成ガスを用いて燃料電池にて高効率に発電する技術に関する。   The present invention relates to a biomass carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system. More specifically, the present invention relates to a gasification power generation system using biomass as a fuel, and in particular, a biomass with high water content such as agriculture, forestry, livestock, marine resources and residues thereof, building waste, food waste, sludge, etc. The present invention relates to a technique for generating electricity with high efficiency in a fuel cell using carbonized and gasified product gas.

木材などの木質系バイオマス、および都市ゴミ、廃材、廃プラスチックといった廃棄物系のバイオマス(本明細書では、木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスをも含む概念として「バイオマス」という表現を用いる)を燃料とした既存の発電システムは、例えばボイラー燃焼による1MW規模のものであれば発電効率はたかだか10%程度と低いものにすぎなかった。これに対し、近年においては発電効率を向上させたバイオマス発電システムとしてガス化発電方式を採用したものが提案されている。このような発電システムには、一般に、廃棄物処理装置として発達したロータリーキルン(例えば、特許文献1参照)や流動床炉(例えば、特許文献2参照)などの技術が転用されている。   Woody biomass such as wood, and waste biomass such as municipal waste, waste materials, and plastic (in this specification, “biomass” is a concept that includes not only woody biomass but also waste biomass such as municipal waste. For example, if the existing power generation system using fuel as a fuel is 1 MW scale by boiler combustion, the power generation efficiency is only as low as about 10%. On the other hand, in recent years, a biomass power generation system having improved power generation efficiency has been proposed that employs a gasification power generation method. In such a power generation system, techniques such as a rotary kiln (see, for example, Patent Document 1) and a fluidized bed furnace (see, for example, Patent Document 2) developed as a waste treatment apparatus are generally used.

また、炭化装置にて生成された炭化チャー(炭化物)をガス化する技術については例えば特許文献3などで開示されている。従来の炭化装置においては、灯油や重油などの補助燃料を使用して原料の乾燥や炭化を行うことが一般的である。   Further, for example, Patent Document 3 discloses a technique for gasifying carbonized char (carbide) generated by a carbonization apparatus. In a conventional carbonization apparatus, it is common to dry or carbonize a raw material using an auxiliary fuel such as kerosene or heavy oil.

特開2003−253274号公報JP 2003-253274 A 特開平10−160141号公報JP-A-10-160141 特開2003−275732号公報JP 2003-275732 A

しかしながら、上記した従来技術にあっては600〜1000℃という温度条件下でバイオマスのガス化を行うため、多くの場合タールを生成してしまい、このタールが配管に固着してしまうというトラブルが起きる問題がある。そこで、このようなトラブルを防ぐため蒸気賦活することによってタール分を分解する方式が採られることがあるが、様々な種類のバイオマスが混合されている場合には、400〜450℃程度の蒸気では生成したタール分を完全に分解することが困難である。このため、現実的には別途の装置にて配管等を洗浄してタール分を除去するという作業の必要性が生じており、結果的に生成ガスの発熱量の低下につながっている。また、蒸気賦活以外の方式として酸素にてタール分を分解する方式が採られることもあるが、この方法も蒸気の場合と同様に生成ガスの発熱量の低下につながってしまう。加えて、中低温下で燃焼を行うためダイオキシン類が発生するおそれがあり、環境面に関しても問題がある。   However, in the above-described prior art, biomass is gasified under a temperature condition of 600 to 1000 ° C., so that in many cases, tar is generated, and this tar is fixed to the pipe. There's a problem. Therefore, in order to prevent such trouble, a method of decomposing tar content by steam activation may be adopted, but when various types of biomass are mixed, steam at about 400 to 450 ° C is used. It is difficult to completely decompose the produced tar content. For this reason, the necessity of the work | work which wash | cleans piping etc. by a separate apparatus and removes a tar part has arisen actually, and has led to the fall of the emitted-heat amount of produced gas as a result. Further, as a method other than steam activation, a method of decomposing tar with oxygen may be adopted, but this method also leads to a decrease in the heat generation amount of the generated gas as in the case of steam. In addition, dioxins may be generated due to combustion at medium and low temperatures, and there is a problem with respect to the environment.

また、もう一つの問題として、灰分が粉末状で排出されるため、廃棄物を扱う場合には灰中有害成分の溶出に対策が必要になるという問題がある。これは、木質系バイオマスのみを扱う場合には大きな問題とならないが、廃材や都市ゴミ等の廃棄物系のバイオマスを扱う場合には灰分に重金属類が含まれていることがあり、この灰分の処分方法として埋立てなどを行う際にその溶出が懸念される。このような廃棄物系バイオマスを上記した従来技術によりガス化すると、スラグ状のものに比べてさらに溶出しやすい粉末状の状態で灰分が排出されることになるため、廃棄物を扱う場合には灰中成分の溶出に対する対策を施さなければならない。そこで、灰分を溶融するためのガス化炉等の装置を別途設置し、灰分をスラグ化している例もある。   Another problem is that since ash is discharged in powder form, when handling waste, it is necessary to take measures against elution of harmful components in the ash. This is not a big problem when dealing only with woody biomass, but when dealing with waste biomass such as waste materials and municipal waste, the ash may contain heavy metals. When landfilling is performed as a disposal method, there is a concern about elution. When such waste biomass is gasified by the above-described conventional technology, ash is discharged in a powdery state that is more easily eluted than slag-like ones, so when handling waste Measures must be taken against elution of ash components. Therefore, there is an example in which an apparatus such as a gasification furnace for melting ash is separately installed to slag the ash.

その一方で、タールが生成しない温度(1100℃以上)で作動し、灰分の溶融スラグ化を可能とする噴流床ガス化炉が石炭を対象にパイロットプラントまでの開発段階にあり、このようなガス化炉を利用すればタール分の固着という問題が解消されるものと期待されるが、この噴流床式のガス化炉では燃料を例えば100μm以下程度の微粉状態にする必要があり、そのままでは被粉砕性に劣る木質系や廃棄物系のバイオマスを扱うことはできない。このため、バイオマスについては、通常、別途の装置を設けて対処することになり、その分だけ大型化しコストを要する。   On the other hand, there is a spouted bed gasifier that operates at a temperature at which tar is not generated (1100 ° C. or higher) and enables ash smelting to the pilot plant for coal. The use of a smelting furnace is expected to eliminate the problem of tar sticking. However, in this spouted bed gasifier, the fuel must be in a fine powder state of, for example, about 100 μm or less. It cannot handle woody or waste biomass that is inferior in grindability. For this reason, the biomass is usually dealt with by installing a separate device, and the size is increased accordingly and the cost is increased.

さらに、木質系バイオマスのみを燃料とする場合、季節や天候の変動の影響を受けるため収集量の確保が困難であり、このような背景から収集コストが高く経済性に劣るという問題がある。加えて、収集量確保が難しいことから発電規模を拡大することも難しく、高効率の発電を実現することが困難となっている。   Furthermore, when only woody biomass is used as fuel, it is difficult to secure the collection amount because it is affected by changes in seasons and weather, and from this background, there is a problem that the collection cost is high and the economy is inferior. In addition, since it is difficult to secure the collection amount, it is difficult to increase the scale of power generation, and it is difficult to realize highly efficient power generation.

また、バイオマス燃料をガス化して得られたガス化ガスを従来のガス精製プロセスで精製した場合には以下のような問題もある。すなわち、低温、湿式のガス精製プロセスを経て、その後、精製ガスを500℃以上の温度で動作する高温型燃料電池に導入する場合、ガス化ガス中の水蒸気不足により、導入された燃料ガス(ガス化ガス)が燃料電池の入口手前で固体炭素に転換して析出してしまい、その分だけ炭素分が無駄に消費されてしまっている。しかも、転換した固体炭素はガス配管等を閉塞させて燃料電池の運転障害を起こす可能性があることから、ひいてはこのような障害が起こることが懸念されている。これらの問題を防ぐ一つの手段としては、ボイラー等を使って別途新たな水蒸気を燃料電池に供給するというものがあるが、新たに蒸気生成することはシステム全体の効率低下につながることから、このような観点からすれば十分な解決方法たりえない。   Moreover, when the gasification gas obtained by gasifying biomass fuel is refine | purified by the conventional gas purification process, there also exist the following problems. That is, when a purified gas is introduced into a high-temperature fuel cell that operates at a temperature of 500 ° C. or higher after passing through a low-temperature, wet gas purification process, the introduced fuel gas (gas Gas) is converted into solid carbon and deposited before the entrance of the fuel cell, and the carbon component is wasted. In addition, since the converted solid carbon may block the gas piping and the like and cause an operation failure of the fuel cell, there is a concern that such a failure will eventually occur. One way to prevent these problems is to supply new water vapor to the fuel cell separately using a boiler or the like. However, the generation of new steam leads to a reduction in the efficiency of the entire system. From such a viewpoint, there is no sufficient solution.

なお、ここで炭素析出の概要について説明を加えておくと以下のとおりとなる(図10参照)。まず、炭素(カーボン)析出反応が与えられた運転条件で析出するか、しないかの判断基準の1つとして、化学式1と化学式2の反応が熱平衡にある場合を考える。
[化1]
ブドワール反応:2CO = C + CO2
[化2]
シフト反応:CO + H2O = H2 + CO2
図10は、燃料ガスの組成を炭素C分、水素H分、酸素O分の比率で分配した三相図であり、図中における実線は、化学式1と化学式2の2つの反応が平衡に達している組成をプロットしたものである。実線より上側は、化学式1の反応が右側に進み、炭素析出が進む領域となる。逆に下側の領域は、化学式1の反応が左側に進み、炭素非析出領域となる。図10より、温度が低下するほど炭素析出範囲が広くなり析出が起こり易くなることが分かる。
In addition, it will become as follows if the outline | summary of carbon precipitation is added here (refer FIG. 10). First, as one of criteria for determining whether or not a carbon deposition reaction is performed under a given operating condition, consider a case where the reactions of Chemical Formula 1 and Chemical Formula 2 are in thermal equilibrium.
[Chemical 1]
Boudwar reaction: 2CO = C + CO 2
[Chemical formula 2]
Shift reaction: CO + H 2 O = H 2 + CO 2
FIG. 10 is a three-phase diagram in which the composition of the fuel gas is distributed at a ratio of carbon C, hydrogen H, and oxygen O. The solid line in the figure shows that the two reactions of Formula 1 and Formula 2 reach equilibrium. It is a plot of the composition. Above the solid line is a region where the reaction of Chemical Formula 1 proceeds to the right and carbon deposition proceeds. On the contrary, in the lower region, the reaction of Chemical Formula 1 proceeds to the left side and becomes a carbon non-deposited region. From FIG. 10, it can be seen that the lower the temperature, the wider the carbon precipitation range and the easier the precipitation occurs.

また、図10の三相図には、水蒸気成分を除いた天然ガス組成(CH4)、ガス化ガス組成も図示されている。いずれの組成も、水蒸気を除いたドライ組成では、炭素析出領域となるが、天然ガスを電池に導入する場合は、CH4をH2、COに改質するための水蒸気が天然ガスに添加されるために、水蒸気を含んだウェット組成で考えれば炭素非析出領域となる。これに対し、ガス化ガスを電池に導入する場合、常温近傍の低温下でガス精製を行うとすれば、ガス中の水蒸気は水として凝縮してしまうため、ほとんど水蒸気を含まないドライな組成となる。このドライな組成では、上述したように組成的には炭素析出領域となる。 The three-phase diagram of FIG. 10 also shows the natural gas composition (CH 4 ) and gasification gas composition excluding the water vapor component. In any composition, the dry composition excluding water vapor becomes a carbon precipitation region, but when natural gas is introduced into the battery, water vapor for reforming CH 4 to H 2 and CO is added to the natural gas. Therefore, if it considers with the wet composition containing water vapor | steam, it will become a carbon non-deposition area | region. On the other hand, when gasification gas is introduced into a battery, if gas purification is performed at a low temperature near normal temperature, water vapor in the gas condenses as water. Become. As described above, this dry composition is a carbon deposition region in terms of composition.

以上が炭素析出の概要であるが、ここで従来技術における課題に戻ると、さらには、従来の低温ガス精製方式によると余分な熱損失が大きいという問題もある。すなわち、ガス化ガスの不純物成分を除去する従来の低温ガス精製方式では、高温なガス化ガスの顕熱が精製中に失われるのみならず、ガス化ガス中の水蒸気成分が失われることによって潜熱の損失をも生じていた。このため、精製プロセス中での熱および物質損失が大きく、システム効率の低下を免れなかった。また、凝縮した水蒸気の排水設備も必要なため、設備構成が複雑となることがあるという点でも問題があった。   The above is an overview of carbon deposition. Here, when returning to the problems in the prior art, there is also a problem that excessive heat loss is large according to the conventional low-temperature gas purification system. That is, in the conventional low-temperature gas purification method that removes the impurity components of the gasification gas, not only the sensible heat of the high-temperature gasification gas is lost during the purification, but also the latent heat is lost by the loss of the water vapor component in the gasification gas. There was also a loss. For this reason, heat and material loss during the refining process are large, and system efficiency is unavoidable. Moreover, since a condensed water vapor drainage facility is also required, there is a problem in that the equipment configuration may be complicated.

加えて、従来の乾式ガス精製方式の場合には、400℃以上の高温、特に溶融炭酸塩形燃料電池の運転温度に合わせて550℃以上で運転される事が多いことから、以下のような問題があった。すなわち、例えば石炭ガス化炉等の燃料ガスを対象とする場合、ガス化炉が加圧条件下で運転されることから、乾式ガス精製方式にも加圧条件下でガスを通ずることとなるが、高温・高圧の条件では、不純物の吸収剤の反応活性が向上するため除去反応の速度が向上し吸収剤の量が少なくて済む反面、硫黄化合物やハロゲン化物を溶融炭酸塩形燃料電池の要求する低濃度まで除去することが不可能であり、さらに低濃度水銀などの揮発性の高い不純物が除去できないという問題があった。さらには、高温では各種の吸着剤が機能しなくなるため、ダイオキシン類の除去が極めて困難であった。   In addition, in the case of the conventional dry gas purification system, since it is often operated at a high temperature of 400 ° C. or higher, particularly 550 ° C. or higher in accordance with the operating temperature of the molten carbonate fuel cell, the following There was a problem. That is, for example, when fuel gas such as a coal gasification furnace is targeted, since the gasification furnace is operated under a pressurized condition, the gas is passed through the dry gas purification system under the pressurized condition. However, under high temperature and high pressure conditions, the reaction activity of the impurity absorbent is improved, so the removal reaction speed is improved and the amount of the absorbent is small. On the other hand, there is a need for molten carbonate fuel cells containing sulfur compounds and halides. Therefore, there is a problem that it is impossible to remove to a low concentration, and impurities having high volatility such as low concentration mercury cannot be removed. Furthermore, since various adsorbents do not function at high temperatures, it is extremely difficult to remove dioxins.

さらに、従来方式の乾式ガス精製方式の場合には、ダスト、硫黄化合物、ハロゲン化物、水銀、ダイオキシン類という多種の不純物を一括して除去しようと言う場合に、それぞれの不純物毎に除去プロセスを用意する必要があった。しかも、各プロセスの運転温度や圧力と言った運転条件を合わせるためには、熱交換器や昇圧装置などといった装置が多数必要となり、設備の肥大化や運転に係る動力やユーティリティーの増大を招き、発電プラントに用いるには効率の悪いシステムしか構築できなかった。   Furthermore, in the case of the conventional dry gas purification system, a removal process is prepared for each impurity when trying to remove various impurities such as dust, sulfur compounds, halides, mercury, and dioxins at once. There was a need to do. Moreover, in order to match the operating conditions such as the operating temperature and pressure of each process, a large number of devices such as heat exchangers and boosters are required, which leads to enlargement of facilities and increase of power and utilities related to operation, Only inefficient systems could be constructed for use in power plants.

そこで、本発明は、木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスを処理対象に含めた場合にも安定して炭化・燃焼・ガス生成を行うことができ、尚かつ熱効率と発電効率が高いというバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムを提供することを目的とする、さらに、本発明は、システム中の発電装置たる高温型の燃料電池中において固体炭素が析出することを防止できるようにしたバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムを提供することも目的とする。   Therefore, the present invention can stably perform carbonization, combustion, and gas generation not only when woody biomass but also waste biomass such as municipal waste is included in the treatment target, and also with thermal efficiency and power generation. It is an object of the present invention to provide a high-efficiency biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system with high efficiency. Further, the present invention aims to deposit solid carbon in a high-temperature fuel cell as a power generation device in the system. It is another object of the present invention to provide a high-temperature fuel cell power generation system for biomass carbonization that can be prevented.

かかる目的を達成するため、本発明者は種々の検討を行った。まず、バイオマスを熱分解して粉状の高品位炭化チャー(つまり水分のほとんどない発熱量の高い炭化物燃料)と熱分解ガスとに分離するための炭化装置と、タール分解、ガス改質および灰分の溶融排出を可能とする高温ガス化炉とを組み合わせて高熱量のガスを生成するという仕組みに着目し、さらに、燃料電池において効率的に発電を行うと同時に排出される排ガスをさらに効率的に活用する仕組みにも着目した。そしてかかる着目点に基づき発電システムとしての最適化を図り検討を重ねた結果、木質系バイオマスだけでなく、都市ゴミあるいは廃プラスチックといった廃棄物系のバイオマスまでも燃料として利用することが可能であり、系全体としての熱効率を向上させることのできるシステムを知見するに至った。   In order to achieve this object, the present inventor has conducted various studies. First, a carbonizer for pyrolyzing biomass to separate it into powdered high-grade carbonized char (that is, carbide fuel with a high calorific value with little moisture) and pyrolysis gas, tar decomposition, gas reforming and ash content Focusing on the mechanism of generating high calorific gas in combination with a high-temperature gasification furnace that enables melting and discharging of gas, and further efficiently generating exhaust gas at the same time as generating power efficiently in a fuel cell We also focused on the mechanism to utilize. And as a result of repeated optimization and examination as a power generation system based on such attention points, it is possible to use not only woody biomass but also waste biomass such as municipal waste or waste plastic as fuel, We have come to know a system that can improve the thermal efficiency of the entire system.

本発明はかかる知見に基づくものであり、請求項1に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムは、高温型の燃料電池と、該燃料電池が作動時に排出する排熱の供給を受け該排熱を利用してバイオマスを熱分解し炭化する炭化装置と、該炭化装置により生成される炭化チャーの燃焼およびガス化と炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質とを行うガス化炉と、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを水蒸気の露点温度よりも高い温度で精製するガス精製装置とを備え、さらに燃料電池は、ガス化炉で生成されガス精製装置で精製されたガス化ガスをエネルギーとして作動するとともに当該作動時に排出する排熱を炭化装置に熱源として供給するものであることを特徴としているものである。   The present invention is based on such knowledge, and the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 1 is configured to supply a high-temperature fuel cell and exhaust heat discharged when the fuel cell is operated. A carbonization device that thermally decomposes and carbonizes biomass using the exhaust heat, combustion and gasification of carbonized char generated by the carbonization device, and reforming of pyrolysis gas containing tar volatilized during carbonization A gasification furnace and a gas purification device for purifying the gasification gas generated in the gasification furnace at a temperature higher than the dew point temperature of water vapor; and the fuel cell is produced in the gasification furnace and is a gas purification device. The refined gasification gas is operated as energy, and exhaust heat discharged at the time of operation is supplied to the carbonization apparatus as a heat source.

このバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムでは、まず炭化装置においてバイオマスの水分除去と熱分解が行われ、タールを含む揮発分と炭化チャーとに分離される。さらに、得られた炭化チャーが熱源とされ、ガス化炉にてガス化が行われることによって炉内温度が例えば1100℃以上にまで達し、揮発ガス中のタール分が分解され、高熱量の熱分解ガスが得られるようになる。この点、上述した特許文献3に記載の技術は、炭化時に発生するタール含有のガスを炭化チャーを熱源として改質するというようなものではなく、この点で本発明とは本質的に異なるものである。本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムは、システム排熱を利用した炭化プロセスとガス化プロセスとを融合し、補助燃料は使用せずに高効率発電を達成する点が特徴的である。   In the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system, first, moisture removal and thermal decomposition of biomass are performed in a carbonization apparatus, and separated into volatile matter and carbonized char containing tar. Further, the obtained carbonized char is used as a heat source, and gasification is performed in a gasification furnace, so that the furnace temperature reaches, for example, 1100 ° C. or more, the tar content in the volatile gas is decomposed, and high heat amount heat The cracked gas can be obtained. In this respect, the technique described in Patent Document 3 described above is not such that the tar-containing gas generated during carbonization is modified using carbonized char as a heat source, and is essentially different from the present invention in this respect. It is. The biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to the present invention is characterized in that the carbonization process utilizing the exhaust heat of the system and the gasification process are integrated to achieve high-efficiency power generation without using auxiliary fuel. Is.

しかも、このバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムでは、水蒸気の露点温度よりも高い温度にてガス化ガスを精製することから、精製された後のガス化ガス(燃料ガス)中に水蒸気が残る。つまり、当該露点温度以下の温度にてガス精製を行うとガス中の水蒸気成分が減少・不足してしまい、これによって固体炭素析出やガス配管の閉塞などが生じるのは上述のとおりであるが、本発明の場合には、ガス化炉で生成されたガス化ガス中の水蒸気をガス精製の過程で損なうことなく燃料電池に導入することが可能となっている。   Moreover, in this biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system, since the gasification gas is purified at a temperature higher than the dew point temperature of the water vapor, water vapor is contained in the purified gasification gas (fuel gas). Remains. That is, when gas purification is performed at a temperature lower than the dew point temperature, the water vapor component in the gas is reduced / insufficient, and as described above, solid carbon deposition and gas pipe blockage occur as described above. In the case of the present invention, it is possible to introduce the water vapor in the gasification gas generated in the gasification furnace into the fuel cell without damaging the gas purification process.

また、一般に、ガス化炉にて生成されたガス化ガスは流量および熱量の変動を伴うことが予想され、例えば後段にガスエンジン、ガスタービンといった発電装置が設置されている場合であればこれら発電装置の運転範囲外まで変動することが生じうる。このため、これらの発電装置を用いた場合には発電システムの成立性が困難になりうるが、これに対し本発明においては、ガス化ガスの流量ないしは熱量の変動を幅広く許容できる燃料電池を発電装置として組み込むこととしているため、上記のようなシステム成立が困難といった問題がない。すなわち、本発明においてシステムに組み込まれてるMCFC(溶融炭酸塩型燃料電池)やSOFC(固体酸化物型燃料電池)といった高温型燃料電池は、ガス化ガスの流量等が大きく変動した場合であっても、電池自身の温度を運転範囲内に留める程度のガス流量ないしは熱量変動であれば安定かつ高効率に運転を継続することができるため、安定した発電出力が実現可能である。   In general, gasified gas generated in a gasification furnace is expected to be accompanied by fluctuations in flow rate and heat quantity. For example, if a power generation device such as a gas engine or a gas turbine is installed in the subsequent stage, the power generation Fluctuations can occur outside the operating range of the device. For this reason, when these power generators are used, the feasibility of a power generation system may be difficult. On the other hand, in the present invention, a fuel cell that can widely vary the flow rate or heat amount of gasification gas is generated. Since it is incorporated as a device, there is no problem that it is difficult to establish the system as described above. That is, high-temperature fuel cells such as MCFC (molten carbonate fuel cell) and SOFC (solid oxide fuel cell) incorporated in the system of the present invention are cases where the flow rate of gasification gas etc. fluctuates greatly. However, since the operation can be continued stably and with high efficiency if the gas flow rate or the calorific value variation is such that the temperature of the battery itself is kept within the operation range, a stable power generation output can be realized.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のガス精製装置が乾式の精製装置であるというものである。ガス精製装置としては乾式と湿式の両方があるが、例えば従来のように湿式のガス精製方式を採用すると、ガス化ガス中の不純物成分を除去した後の薬液を廃液として処理する必要があり、廃液処理に要する設備構成の複雑化、およびガス精製システムの運用性の低下が避けられない。これに対し、SOFCやMCFCといったような高温で作動するいわゆる高温型の燃料電池を発電装置に採用している本発明の場合には、固体酸化物型燃料電池で900℃〜1000℃、溶融炭酸塩型燃料電池で600〜700℃の作動温度となるために、生成ガスを600℃以下に冷却した後、乾式のガス精製装置を用いるのが顕熱の損失を防ぐ意味で有効となる。加えて、従来の低温ガス精製方式だとガス化ガス中の水蒸気成分が失われることによって潜熱の損失をも生じていたが、このような潜熱の損失を防ぐことも可能となる。ちなみに、MCFCに用いられる溶融炭酸塩(Li2CO2/K2CO3、Li2CO2/Na2CO3の共晶塩)の融点は490℃程度である。このため、原理的には500℃以上であればMCFCは動作可能となるが、発電装置の性能という観点からは580℃以上で動作することが望ましいといえる。 The invention according to claim 2 is that the gas purifier according to claim 1 is a dry-type purifier. There are both dry and wet gas purification devices. For example, when a wet gas purification system is used as in the prior art, it is necessary to treat the chemical solution after removing the impurity components in the gasification gas as a waste solution, Complicated equipment configuration required for waste liquid treatment and reduced operability of the gas purification system are inevitable. On the other hand, in the case of the present invention in which a so-called high-temperature type fuel cell that operates at a high temperature such as SOFC or MCFC is employed in the power generation device, the solid oxide fuel cell is melted at 900 to 1000 ° C. In order to achieve an operating temperature of 600 to 700 ° C. in a salt type fuel cell, it is effective to use a dry gas purifier after cooling the product gas to 600 ° C. or less in order to prevent sensible heat loss. In addition, in the conventional low-temperature gas purification system, the loss of latent heat is caused by the loss of the water vapor component in the gasification gas, but it is also possible to prevent such loss of latent heat. Incidentally, the melting point of molten carbonate (Li 2 CO 2 / K 2 CO 3 , Li 2 CO 2 / Na 2 CO 3 eutectic salt) used in MCFC is about 490 ° C. Therefore, in principle, the MCFC can operate at 500 ° C. or higher, but it can be said that it is desirable to operate at 580 ° C. or higher from the viewpoint of the performance of the power generation device.

また、乾式のガス精製を行うにあたっては、精製対象ガスの露点温度以上であってガス化炉発生ガス(ガス化ガス)の温度以下という温度範囲で実施することが望ましい。さらには、乾式ガス精製装置における運転温度を150〜350℃という比較的低温度に抑えることがより望ましい。これは、ガス化ガス中から多数の不純物を除去するにあたり、不純物毎に異なる幾つかのプロセスおよびそのための構成を考慮し、尚かつその性能、運転操作性、システム実現性を考慮した場合に望ましいといえる運転温度範囲である。また、上記のように比較的低温度の範囲にてガス化ガス中の不純物を除去するにあたっては、ガス精製装置においては例えば化学反応(化学現象)や物理吸着(物理現象)といった現象を利用することができる。一般論として、ガス精製時の運転温度を下げることは、 (1)精製に使っている化学反応の平衡組成が低温ほど不純物を低濃度まで除去できる、 (2)物理吸着は低温度のほうが促進される、というメリットがある。   Further, when performing dry gas purification, it is desirable to carry out in a temperature range that is not less than the dew point temperature of the gas to be purified and not more than the temperature of the gasification furnace generated gas (gasification gas). Furthermore, it is more desirable to keep the operating temperature in the dry gas purification apparatus at a relatively low temperature of 150 to 350 ° C. This is desirable when removing a large number of impurities from the gasification gas, considering several processes that differ for each impurity and the configuration thereof, and considering its performance, operational operability, and system feasibility. This is the operating temperature range. Moreover, in removing the impurities in the gasification gas in a relatively low temperature range as described above, a phenomenon such as a chemical reaction (chemical phenomenon) or physical adsorption (physical phenomenon) is used in the gas purification apparatus. be able to. In general, lowering the operating temperature during gas purification means (1) the lower the equilibrium composition of the chemical reaction used for purification, the lower the concentration of impurities, (2) the lower the physical adsorption, the lower the temperature. There is an advantage that

従来の乾式精製装置の場合、400℃以上、場合によっては550℃以上という高温下で運転されていたために、硫黄化合物やハロゲン化物を溶融炭酸塩形燃料電池の要求する低濃度まで除去することが不可能であり、さらには低濃度水銀などの揮発性の高い不純物が除去できないという問題があったのに対し、このような低温範囲内で乾式精製を行えば、ダスト、硫黄化合物、ハロゲン化物などはもちろん、水銀、ダイオキシン類をも含めた多種の不純物を一括して除去することが可能となる。つまり、乾式精製装置内での運転温度を下げることによって、硫黄化合物やハロゲン化物を低濃度まで除去できるようになり、溶融炭酸塩形燃料電池の許容する不純物レベルを達成することが可能となる。要は、乾式ガス精製システムに関して、燃料電池の運転温度との組み合わせを考慮することにより、多種の不純物に対応することが可能となり、尚かつ高温型燃料電池の許容濃度を満たすことも可能となるという点が特徴的である。また、多数の不純物に対応するプロセスを持ちながらも適切プロセスを選定し、運転温度レベルを望ましい温度範囲(好ましくは150〜350℃)とすることによって、熱交換器の数を最小限に抑えることも可能になるという利点もある。   In the case of a conventional dry refining apparatus, since it was operated at a high temperature of 400 ° C. or higher, and in some cases 550 ° C. or higher, sulfur compounds and halides can be removed to the low concentration required for molten carbonate fuel cells. In addition, there was a problem that high-volatility impurities such as low-concentration mercury could not be removed. On the other hand, if dry purification is performed within such a low temperature range, dust, sulfur compounds, halides, etc. Of course, various impurities including mercury and dioxins can be removed at once. That is, by lowering the operating temperature in the dry refining apparatus, it becomes possible to remove sulfur compounds and halides to a low concentration, and it is possible to achieve the impurity level allowed by the molten carbonate fuel cell. In short, regarding the dry gas purification system, it is possible to cope with various impurities by considering the combination with the operating temperature of the fuel cell, and it is also possible to satisfy the allowable concentration of the high temperature fuel cell. This is characteristic. In addition, the number of heat exchangers can be minimized by selecting an appropriate process while having a process corresponding to a large number of impurities, and setting the operation temperature level to a desired temperature range (preferably 150 to 350 ° C.). There is also an advantage that it becomes possible.

請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、炭化装置に化石燃料を投入するための化石燃料投入手段が設けられているというものである。一般に、水分量50%以上の高含水バイオマス燃料は単位体積あたりの熱量が低く、炭化装置を用いてガス化してもなお熱量が低い場合がありうるが、本発明によればこのような場合に化石燃料投入手段を利用して化石燃料を追加投入し、バイオマスに加える熱量をさらに追加して炭化を行うことができる。   According to a third aspect of the present invention, in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to the first or second aspect, the fossil fuel input means for supplying the fossil fuel to the carbonization device is provided. Is. In general, a high-moisture biomass fuel with a water content of 50% or more has a low calorific value per unit volume, and even if it is gasified using a carbonization device, the calorific value may still be low, but according to the present invention, Carbonization can be carried out by adding additional fossil fuel using the fossil fuel input means and further adding the amount of heat applied to the biomass.

請求項4に記載の発明は、請求項1から3のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、炭化装置へと投入される前の段階のバイオマスを燃料電池の排熱を利用して加熱し一部乾燥する前処理システムを備えているというものである。上述したように、一般に水分量50%以上の高含水バイオマス燃料は単位体積あたりの熱量が低いが、本発明によれば、炭化装置2へ投入される前の段階でバイオマス燃料に含まれる水分の一部を蒸発させることができる。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of the first to third aspects, wherein the biomass at the stage before being introduced into the carbonizer is used as the fuel cell. It is equipped with a pretreatment system that uses exhaust heat to heat and partially dry. As described above, in general, a high water content biomass fuel having a water content of 50% or more has a low calorific value per unit volume. However, according to the present invention, the amount of water contained in the biomass fuel at the stage before being charged into the carbonizer 2 is reduced. Some can be evaporated.

請求項5に記載の発明は、請求項1から4のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、燃料電池に悪影響を及ぼす不純物を特定し、ガス化ガス中における不純物の濃度が少なくとも燃料電池の許容レベルとなるまで当該不純物を除去するというものである。バイオマスのガス化ガスは、不純物成分としてハロゲン化合物、硫黄化合物、水銀、ダイオキシン類等を含むことから、このようなガス化ガスを後段の燃料電池に直接投入すると当該燃料電池の性能低下を招くおそれがあるが、本発明によれば、ガス化ガス中における種々の不純物は高温型燃料電池の許容濃度レベルに達する程度にまで予め除去されることになる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of the first to fourth aspects, impurities that adversely affect the fuel cell are identified, and The impurity is removed until the concentration of the impurity reaches at least the allowable level of the fuel cell. Biomass gasification gas contains halogen compounds, sulfur compounds, mercury, dioxins, etc. as impurity components, so if such gasification gas is directly input to the fuel cell in the subsequent stage, the performance of the fuel cell may be degraded. However, according to the present invention, various impurities in the gasification gas are removed in advance to such an extent that the allowable concentration level of the high temperature fuel cell is reached.

請求項6に記載の発明は、請求項1から5のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおけるガス精製装置が、ガス化中に含まれるHCl等の不純物を吸収する不純物吸収剤と、水蒸気の露点温度よりも高い温度条件下で使用される高温フィルターとを用いるものであることを特徴としている。このように固体の不純物吸収剤および高温フィルターを採用した炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによれば、廃液等を発生しない乾式のガス精製システムを構成することが可能となる。   According to a sixth aspect of the present invention, the gas purification device in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of the first to fifth aspects absorbs impurities such as HCl contained in the gasification. And a high-temperature filter used under temperature conditions higher than the dew point temperature of water vapor. Thus, according to the carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system employing the solid impurity absorbent and the high temperature filter, it is possible to configure a dry gas purification system that does not generate waste liquid or the like.

請求項7に記載の発明は、請求項1から6のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、ガス精製装置によって精製されたガス化ガスの圧力制御を行うガスホルダーを備えていることを特徴とするものである。ガスホルダーは、精製後のガス化ガスの圧力制御を行うことにより、当該ガス化ガスの流量や熱量に変動が生じた場合にも適宜対応する。   A seventh aspect of the present invention is the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the gas performs pressure control of the gasification gas purified by the gas purification device. It is characterized by having a holder. The gas holder appropriately copes with the case where the flow rate and the amount of heat of the gasification gas fluctuate by controlling the pressure of the gasification gas after purification.

請求項8に記載の発明は、請求項1から7のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、ガス化炉にて生成されるガス化ガスの不足分を補うための天然ガス供給手段を備えていることを特徴とするものである。この天然ガス供給手段によれば、ガス化ガスが不足した場合に天然ガスで不足分の熱量を補うことができる。   Invention of Claim 8 supplements the shortage of the gasification gas produced | generated in a gasification furnace in the carbonization gasification high temperature type fuel cell power generation system of biomass as described in any one of Claim 1-7 Natural gas supply means is provided. According to this natural gas supply means, when the gasification gas is insufficient, the heat amount of the shortage can be supplemented with the natural gas.

請求項9に記載の発明は、請求項1から8のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、燃料電池のアノード排ガスを燃焼させた後にカソードに供給する燃焼器と、燃料電池のアノードに供給されるガスの改質が必要な場合に燃焼器の燃焼熱を利用して当該ガスの改質を行う改質器とを備え、燃料電池の燃料ガスとして、精製後のガス化ガスのみならず天然ガスをも補充的に利用可能としていることを特徴としている。一般に、現状の燃料電池システムは、天然ガスなら天然ガス、バイオマスガス化ガスならバイオマスガス化ガス、というように特定の燃料だけを想定した構成となっているのに対し、本発明のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによれば1つのシステムでありながら多様な燃料に対応可能である。   A ninth aspect of the present invention is the biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of the first to eighth aspects, wherein the combustor is supplied to the cathode after burning the anode exhaust gas of the fuel cell. And a reformer that reforms the gas using the combustion heat of the combustor when reforming of the gas supplied to the anode of the fuel cell is necessary. It is characterized in that not only the later gasification gas but also natural gas can be used supplementarily. In general, the current fuel cell system has a configuration assuming only a specific fuel, such as natural gas for natural gas and biomass gasification gas for biomass gasification gas. According to the gasification high temperature fuel cell power generation system, it is possible to cope with various fuels although it is one system.

請求項10に記載の発明は、請求項1から9のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、ガス化ガス中の水素、一酸化炭素成分からメタン成分を発生するメタン生成器を備えていることを特徴としているものである。例えば、内部改質型の高温型燃料電池が用いられている場合にはガス化ガス中のメタン濃度を高くする必要があるが、現在用いられているバイオマス発電システムにおけるガス化ガスでは要求を満たす程のメタン濃度を確保することはできない。この点、本発明によれば、ガス化ガス中の水素、一酸化炭素成分からメタン成分を発生することが可能となることから、内部改質型の燃料電池にも対応することができるようになる。   The invention according to claim 10 is the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 9, wherein methane components are generated from hydrogen and carbon monoxide components in the gasification gas. It is characterized by having a methane generator. For example, when an internal reforming type high temperature fuel cell is used, it is necessary to increase the methane concentration in the gasification gas, but the gasification gas in the currently used biomass power generation system satisfies the requirements. A methane concentration as high as that cannot be secured. In this regard, according to the present invention, it is possible to generate a methane component from hydrogen and carbon monoxide components in the gasification gas, so that it can be applied to an internal reforming fuel cell. Become.

請求項11に記載の発明は、請求項1から10のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、ガス化炉に燃焼用空気を供給する空気吹きの構成となっているというものである。   The invention described in claim 11 is a biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 10, and has an air blowing configuration for supplying combustion air to the gasification furnace. It is that.

請求項12に記載の発明は、請求項1から11のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおけるガス化炉において、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、タールを1100℃以上の温度で分解し、熱分解ガスの改質を行うというものである。   The invention according to claim 12 is the carbonization char obtained by carbonizing biomass in the gasification furnace in the high-temperature fuel cell power generation system for carbonizing and biomassing biomass according to any one of claims 1 to 11. Combustion and gasification are performed as fuel, tar is decomposed at a temperature of 1100 ° C. or higher, and the pyrolysis gas is reformed.

請求項13に記載の発明は、請求項1から12のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおけるガス化炉において、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、該炭化チャー中の灰分を溶融させスラグ化するというものである。   The invention according to claim 13 is the carbonization char obtained by carbonizing biomass in the gasification furnace in the high-temperature fuel cell power generation system for carbonizing and biomassing biomass according to any one of claims 1 to 12. Combustion and gasification are performed as fuel, and the ash content in the carbonized char is melted to form slag.

請求項14に記載の発明は、請求項1から13のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、燃料電池から排出された排ガスとガス化炉で生成されたガス化ガスとの間で熱交換を行うことにより、炭化装置にてバイオマスの炭化に使用する熱を、燃料電池から排出された排ガスから回収するのみならず、ガス化炉で生成されたガス化ガスからも回収する熱交換器を備えているというものである。   The invention described in claim 14 is the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 13, wherein the exhaust gas discharged from the fuel cell and the gas generated in the gasification furnace By exchanging heat with the gasification gas, not only the heat used for carbonization of biomass in the carbonizer is recovered from the exhaust gas discharged from the fuel cell, but also the gasification gas generated in the gasification furnace It is also equipped with a heat exchanger that recovers the waste.

請求項15に記載の発明は、請求項1から14のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいて、炭化装置を複数個配置し、各炭化装置の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させるというものである。   The invention according to claim 15 is the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 14, wherein a plurality of carbonization devices are arranged, and a time difference is provided between the operation cycles of the carbonization devices. It is something that is operated by rotation.

請求項1記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムにおいては、燃料電池から排出される排熱を例えば600〜700℃程度の高温に保ちつつ炭化装置内へと直接的にあるいは間接的に供給し、当該排熱が有する熱量を効率よく活用して他の補助燃料を使用することなくバイオマスを熱分解し炭化するというように、システム排熱が系内において有効活用される。このためシステム全体における熱効率が高く、また従来装置のように補助燃料を使用する必要がないため、従来よりもきわめて効率のよい高効率発電が実現され、環境に与える影響という点でも好ましいシステムとなる。   The biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the exhaust heat discharged from the fuel cell is kept directly at a high temperature of, for example, about 600 to 700 ° C or directly into the carbonization apparatus. The waste heat from the system is effectively utilized in the system, such as by efficiently utilizing the amount of heat of the waste heat and pyrolyzing and carbonizing the biomass without using other auxiliary fuel. For this reason, the thermal efficiency of the entire system is high, and it is not necessary to use auxiliary fuel as in the case of the conventional device. Therefore, highly efficient power generation that is extremely efficient than the conventional system is realized, and the system is also preferable in terms of impact on the environment. .

また、このように本システムではシステム排熱(つまり燃料電池の排熱)が炭化装置において有効活用されており、バイオマス燃料は、この炭化装置を経る際に熱分解作用と撹拌作用を受けることによって細かい粉状となる。しかも、例えば600〜700℃程度の排熱が供給される炭化装置は、装置内温度を500〜600℃程度に維持することにより、バイオマス燃料の水分を十分に蒸発させ、水分のほとんどない発熱量の高い炭化物燃料、つまり高品位の炭化物燃料(炭化チャー)へと変換させることができる。ただし、上述のようにバイオマス燃料を細かい紛状にするとしても実際には均一な微粉化まで行うことは難しくある程度の粒径分布をもった粉状となるが、ガス化する上では問題のない程度にまで十分に微粉化することが可能である。要するに、高いシステム排熱を十分に利用することとした炭化装置は乾燥工程と粉砕工程とを受け持っているに等しく、別の粉砕装置を必要としない。   Further, in this system, the system exhaust heat (that is, the exhaust heat of the fuel cell) is effectively utilized in the carbonization apparatus, and the biomass fuel is subjected to a pyrolysis action and a stirring action when passing through the carbonization apparatus. It becomes a fine powder. Moreover, for example, the carbonization apparatus to which exhaust heat of about 600 to 700 ° C. is supplied maintains the temperature in the apparatus at about 500 to 600 ° C., thereby sufficiently evaporating the moisture of the biomass fuel, and the calorific value with almost no moisture. Can be converted into a high-quality carbide fuel, that is, a high-grade carbide fuel (carbonized char). However, even if the biomass fuel is made into fine powder as described above, it is actually difficult to carry out uniform pulverization, but it becomes a powder with a certain particle size distribution, but there is no problem in gasification It is possible to finely pulverize sufficiently. In short, the carbonization apparatus that has made full use of the high system exhaust heat is equivalent to the drying process and the grinding process, and does not require a separate grinding apparatus.

また、ガス化炉では炭化装置にて得られた高品位の炭化チャーを燃料として燃焼・ガス化を行うため、当該炉内温度をタール分解温度あるいはそれ以上の高温にまで到達させることが可能である。この場合、このガス化炉内においてガス中のタール分を分解することができるから、タール分が配管に固着してしまうというトラブルから免れることが可能となる。このため、別途の装置にて配管等を洗浄してタール分を除去するというような余計な手間がかからず、従来、ガス化炉に付帯させざるを得なかったタール分解装置を省略して小型化・低コスト化を図ることが可能となる。しかも、このように高温の炉内温度を実現した場合には燃焼の際にダイオキシン類が発生するのを抑えることが可能となるから、環境に優しいエコロジーな一般廃棄物および産業廃棄物の処理装置としての役割を果たすことができるようになる。また、炉内で燃焼を行う際に蒸気賦活したり酸素にてタール分を分解したりする必要もないため、生成ガスの発熱量の低下を招くようなことも皆無である。   Also, in the gasification furnace, high quality carbonized char obtained in the carbonizer is used for combustion and gasification, so that the furnace temperature can reach the tar decomposition temperature or higher. is there. In this case, since the tar content in the gas can be decomposed in the gasification furnace, it is possible to avoid the trouble that the tar content adheres to the pipe. For this reason, there is no need for extra troubles such as cleaning the piping with a separate device to remove the tar content, and the conventional tar decomposition device that had to be attached to the gasification furnace is omitted. It is possible to reduce the size and cost. In addition, when such a high furnace temperature is realized, it is possible to suppress the generation of dioxins during combustion, so it is an environmentally friendly ecological waste and industrial waste treatment device. Will be able to play a role as. In addition, since there is no need to activate steam or decompose the tar content with oxygen when combustion is performed in the furnace, there is no possibility of causing a decrease in the calorific value of the product gas.

しかも、このように炉内を高温に到達させることができるガス化炉が実現できるため、この炉内にて灰を溶融し、溶出のおそれが少ないスラグ状にして排出することが可能となる。こうした場合には、廃棄物系バイオマスの灰分が埋立て後に溶出するといった懸念が不要で、従来の木質系バイオマスに加えて廃棄物系バイオマスをも燃料として扱うことが可能となり、例えば別装置にてスラグ化するような必要もない。したがって、本発明によれば木質系バイオマスと廃棄物系バイオマスを混合して燃料として扱うことが可能となる結果、従来のように木質系のバイオマスのみを扱っていた場合よりもバイオマス収集量の確保が容易となり、季節や天候の影響を受けることもなくなる。このように、廃棄物系バイオマスで木質系バイオマスの収集量を補完することによって収集量の確保が容易となれば収集にかかる手間が省け、その分だけ収集コストを抑えることが可能となる。しかも、都市ゴミあるいは廃プラスチックといった廃棄物系バイオマスが逆有償(つまり回収してもらうのに料金が必要となる)場合には、一般的に収集コストの高い木質系バイオマスのみを扱う場合よりも経済性が一層と改善することになる。また、このように収集量が確保される結果、発電出力を安定させることが可能となることに加え、システム全体としても発電規模を拡大しやすくなり、相乗効果によってさらに高効率の発電を実現しやすい環境となる。また、いうまでもないが、灰分を溶融しスラグ化している場合には環境に優しいエコロジーな廃棄物処理施設を提供することが可能となる。   In addition, since a gasification furnace capable of reaching a high temperature inside the furnace can be realized in this way, the ash can be melted in the furnace and discharged in the form of slag with little risk of elution. In such a case, there is no need to worry about the ash content of waste biomass leaching after landfill, and it becomes possible to handle waste biomass as fuel in addition to conventional woody biomass. There is no need to slag. Therefore, according to the present invention, the wood biomass and the waste biomass can be mixed and handled as fuel. As a result, the amount of biomass collected can be secured more than when only wood biomass is handled as in the past. Will be easier and will not be affected by the season or weather. In this way, if the collection amount of woody biomass can be easily secured by complementing the collection amount of woody biomass with waste-based biomass, labor for collection can be saved, and the collection cost can be reduced accordingly. Moreover, when waste biomass such as municipal waste or waste plastic is reverse-charged (that is, a fee is required to get it collected), it is generally more economical than handling only woody biomass with a high collection cost. The sex will be further improved. Moreover, as a result of securing the collection amount in this way, it becomes possible to stabilize the power generation output, and it becomes easy to expand the scale of power generation as a whole system, and further efficient power generation is realized by a synergistic effect. Easy environment. Needless to say, when the ash is melted and slagged, it is possible to provide an environmentally friendly and ecological waste treatment facility.

このように、炉内で炭化チャーをガス化すると同時に、タール分を分解し、かつ、灰を溶融してスラグ状にするという2つの作用を同一の炉内で同時に実現可能としたガス化炉は従来存在していなかったものであり、本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによればこれら2つの作用を同時に実現することにより高効率化と省スペース化を同時に達成することができる。さらに、このような相乗的効果に加え、上述したように炭化装置にてバイオマス燃料を微粉化することができるため、本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムでは別の粉砕装置で燃料を積極的に細かく砕く必要がなく、被粉砕性の良否にかかわらず木質系バイオマスおよび廃棄物系バイオマスを燃料として扱うことができる。これにより、システム全体のさらなる小型化を図ることも可能となり、一層のコスト削減に結びつく。   In this way, the gasification furnace that can simultaneously realize the two actions of gasifying carbonized char in the furnace, simultaneously decomposing tar, and melting ash into slag. Has not existed in the past, and according to the biomass gasification high temperature fuel cell power generation system of biomass according to the present invention, by simultaneously realizing these two actions, high efficiency and space saving can be achieved simultaneously. be able to. Further, in addition to such a synergistic effect, the biomass fuel can be pulverized by the carbonization apparatus as described above, and therefore, in the high-temperature fuel cell power generation system for biomass gasification according to the present invention, another pulverization apparatus Therefore, it is not necessary to actively pulverize the fuel, and woody biomass and waste biomass can be handled as fuel regardless of whether the pulverization is good or not. As a result, the entire system can be further reduced in size, which leads to further cost reduction.

さらに加えて、水蒸気の露点温度よりも高い温度でガス精製を行う本発明のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによれば、ガス化炉から発生したガス化ガス中の水蒸気を損なわずに燃料電池に導入することができる。こうした場合、水蒸気成分の多いガス化ガスが燃料電池に導入されることとなるため、燃料電池内における固体炭素の析出を防止することが可能となる。また、したがって、転換した固体炭素がガス配管等を閉塞させて燃料電池の運転障害を起こすことも防止することが可能となる。しかも、本システムによれば別途新たな水蒸気を燃料電池に供給する必要がないためボイラー等の設備を設けなくて済むし、新たに蒸気生成するわけではないためシステム全体の効率が低下することもないという利点がある。加えて、水蒸気の露点温度よりも高い温度で精製することから、ガス中の水蒸気が凝縮することもないために精製過程において水分が生じない。このため、別途排水設備を設ける必要がない。   In addition, according to the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system of the present invention that performs gas purification at a temperature higher than the dew point temperature of water vapor, the water vapor in the gasification gas generated from the gasification furnace is not impaired. It can be introduced into a fuel cell. In such a case, since gasified gas having a large water vapor component is introduced into the fuel cell, it is possible to prevent the precipitation of solid carbon in the fuel cell. Accordingly, it is possible to prevent the converted solid carbon from blocking the gas pipe and the like and causing an operation failure of the fuel cell. In addition, according to the present system, it is not necessary to separately supply new water vapor to the fuel cell, so it is not necessary to provide a boiler or the like, and since no new steam is generated, the efficiency of the entire system may be reduced. There is no advantage. In addition, since the purification is performed at a temperature higher than the dew point temperature of the water vapor, water vapor is not generated in the purification process because the water vapor in the gas is not condensed. For this reason, it is not necessary to provide a separate drainage facility.

また、本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによれば従来の低温ガス精製方式に比べて熱損失が小さいという利点もある。すなわち、露点温度より高い温度でガス化ガスの不純物成分を除去し、尚かつ発電装置に高温型の燃料電池を採用している本システムによれば、高温なガス化ガスの顕熱が精製中に失われるのを防ぐことができるし、また、ガス化ガス中の水蒸気成分が失われることもないために潜熱の損失を防ぐこともできる。このため、精製プロセス中での熱および物質損失が従来方式よりも小さく、システム効率の低下を防ぐことができる。   In addition, the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to the present invention has an advantage that heat loss is small as compared with the conventional low-temperature gas purification system. In other words, according to this system that removes the impurity components of the gasification gas at a temperature higher than the dew point temperature and employs a high-temperature fuel cell for the power generation device, the sensible heat of the high-temperature gasification gas is being purified. It is possible to prevent the loss of latent heat, and the loss of latent heat can be prevented because the water vapor component in the gasification gas is not lost. For this reason, heat and material loss during the purification process are smaller than in the conventional method, and a reduction in system efficiency can be prevented.

また、乾式の精製装置を用いている請求項2のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによればさらに潜熱の損失を防ぐことができる。すなわち、従来の低温ガス精製方式だとガス化ガス中の水蒸気成分が失われることによって潜熱の損失をも生じていたのに対し、本発明においては100℃以上、好ましくは120℃以上の高温条件下でガス精製プロセスを経ることとしているために水蒸気の潜熱損失がなく、ガス精製中における熱および物質の損失が少ない。しかも、排水処理が不要となるために排水設備が不要となるという利点もある。   Moreover, according to the biomass gasification high temperature fuel cell power generation system of biomass according to claim 2 using a dry refining device, loss of latent heat can be further prevented. That is, in the conventional low-temperature gas purification method, the loss of water vapor component in the gasification gas has also caused a loss of latent heat, whereas in the present invention, a high temperature condition of 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher. Under the gas purification process, there is no latent heat loss of water vapor, and there is little heat and material loss during gas purification. In addition, there is an advantage that drainage is not required because drainage is not required.

請求項3に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、例えば水分量50%以上の高含水バイオマス燃料が炭化対象となった場合に、化石燃料を炭化装置に追加投入することによって当該バイオマスに加える熱量を増大させることができる。こうした場合、燃料電池の排熱に化石燃料による熱量が加わることになるから、バイオマスに多く含まれている水分をさらに蒸発させることができる。こうした場合、後段のガス化炉で生成されるガス化ガスの単位体積あたりの熱量が向上する結果、システム全体としての熱効率や発電効率の向上を図ることが可能となる。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 3, for example, when a high water content biomass fuel having a water content of 50% or more is to be carbonized, the fossil fuel is additionally supplied to the carbonizer. Can increase the amount of heat applied to the biomass. In such a case, the amount of heat generated by the fossil fuel is added to the exhaust heat of the fuel cell, so that the moisture contained in the biomass can be further evaporated. In such a case, the amount of heat per unit volume of the gasification gas generated in the subsequent gasification furnace is improved. As a result, it is possible to improve the thermal efficiency and power generation efficiency of the entire system.

請求項4に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、燃料電池の排熱を利用した前処理システムを用いることによって、炭化装置へと投入される前の段階でバイオマスを加熱し一部乾燥することができる。これによれば、高含水のバイオマスであっても前処理を施して水分を少なくしておくことによって、その後に生成されるガス化ガスの単位体積あたりの熱量をさらに向上させることが可能となる。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 4, the biomass is heated at a stage before being introduced into the carbonization apparatus by using a pretreatment system that uses exhaust heat of the fuel cell. Then it can be partially dried. According to this, even if it is biomass with high water content, it becomes possible to further improve the amount of heat per unit volume of the gasification gas produced after that by pre-processing and reducing the water content. .

請求項5に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、燃料電池に悪影響のある不純物を予め除去することから、これら不純物の影響を受けて燃料電池の性能が低下するのを抑えることが可能となる。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 5, since impurities that adversely affect the fuel cell are removed in advance, the performance of the fuel cell is affected by these impurities. It becomes possible to suppress.

請求項6に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、固体の不純物吸収剤および高温フィルターを採用したことにより、廃液等を発生しない乾式のガス精製システムを構成することが可能である。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 6, it is possible to configure a dry gas purification system that does not generate waste liquid by adopting a solid impurity absorbent and a high-temperature filter. It is.

また、ガスホルダーを備え、尚かつ高温型の燃料電池との組み合わせを実現している請求項7のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、燃料電池自体がガスエンジンやガスタービンなどの発電装置に比べて流量や熱量の変動への対応幅が広いことに加え、ガス流量ないしはガス熱量の変動が生じた場合にも例えば圧力制御することによって電池出力の変動を極力抑えることができることから、出力を一層安定化させることができる。   Further, according to the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system according to claim 7, which is provided with a gas holder and realizes a combination with a high temperature fuel cell, the fuel cell itself is a gas engine, a gas turbine or the like. In addition to having a wider range of response to fluctuations in flow rate and heat quantity compared to other power generators, battery output fluctuations can be suppressed as much as possible, for example, by pressure control when fluctuations in gas flow rate or gas heat quantity occur. Therefore, the output can be further stabilized.

請求項8に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、ガス化ガスの不足分を天然ガスで補償することにより、電池の負荷応答を満足させることができる。こうすることにより、例えばガス化炉で生成されたガス化ガスのみでは要求される電気出力が不足するような場合にも、ガスの不足分を補って電気出力を補償することができる。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 8, the load response of the battery can be satisfied by compensating the shortage of gasification gas with natural gas. By doing so, for example, even when the required electrical output is insufficient with only the gasification gas generated in the gasification furnace, the electrical output can be compensated by compensating for the shortage of gas.

請求項9に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、燃料電池の燃料ガスとして、精製後のガス化ガスのみならず天然ガスをも補充的に利用可能としているため、1つのシステムでありながら多様な燃料に対応することができるようになっている。すなわち、現状の燃料電池システムは、例えば天然ガスなら天然ガスだけ、バイオマスガス化ガスならバイオマスガス化ガスだけ、というように特定の燃料だけを想定した構成となっており、1つのシステムで多様な燃料に対応可能な構成とはなっていないことが一般的であるが、本システムによれば多様な燃料に対応できるという利点がある。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 9, since not only purified gasification gas but also natural gas can be used supplementarily as fuel gas for the fuel cell. Although it is one system, it can handle various fuels. In other words, the current fuel cell system is configured assuming only specific fuel, for example, only natural gas for natural gas and only biomass gasification gas for biomass gasification gas. In general, the configuration does not correspond to fuel, but the present system has an advantage that it can support various fuels.

請求項10に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、メタン生成器を備えていることからガス化ガス中のメタン濃度を高くすることが可能である。このため、発生する熱を燃料電池の入口に導入する燃料、酸化剤ガスの昇温、電池排ガスの高温化の熱源として有効利用することができる。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 10, since the methane generator is provided, the methane concentration in the gasification gas can be increased. For this reason, it can be effectively used as a heat source for raising the temperature of the fuel, oxidant gas, and battery exhaust gas that introduces the generated heat into the fuel cell inlet.

請求項11に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、ガス化炉に燃焼用空気を供給する空気吹きの構成としたことから、酸素の製造動力が不要となり、所内動力が大幅に低減されることになる。また、酸素の設備が不要となるため、設備費が低廉になるという利点もある。   According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 11, since it is configured to blow air to supply combustion air to the gasification furnace, no oxygen production power is required, and in-house power is reduced. It will be greatly reduced. In addition, there is an advantage that the equipment cost is low because the oxygen equipment is not required.

さらに、請求項12に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、炭化時に揮発したタールを、タール分解温度である1100℃あるいはそれ以上の温度で確実に分解し、熱分解ガスの改質を行うことによって、タール分が配管に固着してしまうといったトラブルから免れることができる。   Furthermore, according to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 12, combustion and gasification are performed using carbonized char obtained by carbonizing biomass as fuel, and tar volatilized during carbonization is obtained. By reliably decomposing at a temperature of 1100 ° C. or higher, which is the tar decomposition temperature, and reforming the pyrolysis gas, it is possible to avoid the trouble that the tar component is fixed to the pipe.

請求項13に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、該炭化チャー中の灰分を積極的に溶融させスラグ化することから、灰中有害成分の溶出を懸念する必要がなくなり、これに対する対策も不要となる。例えば、5%以上の灰分を含む廃棄物は環境面を考慮するとスラグ化することが必要であり、本発明にかかる炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによればこれを溶融させスラグ化することができる。その一方で、例えば灰分が1%程度の杉チップなどはわざわざ高温を作り出して溶かす必要はなく、フライアッシュの形態で生成ガスと一緒にガス化炉出口から出し、後流のガス精製装置で捕集すれば足りる。要は、このバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによれば燃料中の灰分量に応じ、同じ炉を用いながらも灰を溶融しながらの運転かあるいは非溶融の運転かをどちらでも選択できることが可能であり、この点で特徴的である。   According to the biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 13, combustion and gasification are performed using carbonized char obtained by carbonizing biomass as fuel, and ash content in the carbonized char is positively increased. Since it is melted into slag, there is no need to worry about the elution of harmful components in ash, and no countermeasures against this are required. For example, waste containing ash content of 5% or more needs to be slagted in consideration of the environment, and according to the carbonized high temperature fuel cell power generation system according to the present invention, it is melted to slag. Can do. On the other hand, for example, cedar chips with an ash content of about 1% do not need to be melted by creating a high temperature, and are taken out from the gasifier outlet together with the product gas in the form of fly ash and captured by a downstream gas purifier. It is enough if you gather. In short, according to this biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system, either the operation with melting ash or non-melting operation can be selected using the same furnace, depending on the amount of ash in the fuel. It is possible and can be characteristic in this respect.

請求項14に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、バイオマスの炭化に使用する熱を燃料電池の排熱のみならずガス化炉から生成される生成ガスからも回収することを可能としていることから、より高い熱効率を実現することができる。   According to the carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system of biomass according to claim 14, the heat used for biomass carbonization is recovered not only from the exhaust heat of the fuel cell but also from the produced gas generated from the gasification furnace. Therefore, higher thermal efficiency can be realized.

さらに請求項15に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムによると、複数の炭化装置をローテーションで作動させることにより、ガス化炉への炭化チャーおよび熱分解ガスの供給を連続的に行うことが可能である。   Furthermore, according to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 15, the carbonization char and the pyrolysis gas are continuously supplied to the gasification furnace by operating a plurality of carbonization apparatuses in rotation. Is possible.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図1〜図4に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1は、木質系バイオマスのみならず都市ゴミ等の廃棄物系バイオマスをも燃料に含めた状態で熱分解し炭化することを可能とした炭化装置2と、該炭化装置2により生成される炭化チャーの燃焼・ガス化などを行うガス化炉3と、該ガス化炉3が生成したガスをエネルギーとして作動し発電するとともに当該作動時に排出する排熱を炭化装置2に送る燃料電池14とを備えたシステムとして構成されている(図1参照)。さらに、これに加えて、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1は、ガス化炉3で生成されたガス化ガスを水蒸気の露点温度よりも高い温度で精製するガス精製装置をも備えているものである(図1参照)。なお、図2中においては、各装置等に符号を付している他、各経路の途中にも小さな番号を付して経路順を表現している。この番号は図中の経路が複雑となるのを避けるために同一番号の経路は同一経路であることを示すものでもあり、例えば、図2中右上の熱交換器9の前後の経路(符号10および11)は、炭化機2の真下に示す熱交換器の前後の経路(符号10および11)と同一の経路である。   1 to 4 show an embodiment of the present invention. The biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 according to the present invention enables not only woody biomass but also waste biomass such as municipal waste to be pyrolyzed and carbonized in a state where the biomass is included in the fuel. The carbonization device 2, the gasification furnace 3 that performs combustion and gasification of carbonized char generated by the carbonization device 2, the gas generated by the gasification furnace 3 operates as energy, generates electric power, and is discharged during the operation It is comprised as a system provided with the fuel cell 14 which sends the waste heat to perform to the carbonization apparatus 2 (refer FIG. 1). In addition to this, the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment purifies the gasification gas generated in the gasification furnace 3 at a temperature higher than the dew point temperature of water vapor. The apparatus is also provided (see FIG. 1). In FIG. 2, in addition to the reference numerals assigned to the respective devices and the like, a small number is also given in the middle of each route to express the route order. This number also indicates that the route with the same number is the same route in order to avoid complication of the route in the figure. For example, the route before and after the heat exchanger 9 at the upper right in FIG. And 11) are the same paths as the paths before and after the heat exchanger shown immediately below the carbonizer 2 (reference numerals 10 and 11).

本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1は、木質系等のバイオマスのみならず、都市ゴミ等のような汚い部類に入る廃棄物系バイオマスまでも幅広くその対象に含めること、および「ガス化」「ガス精製」「高温型燃料電池」に関する各種技術を統合して新規なシステムを開発すること、もって地方自治体等のニーズに応えること、等を実現するべく開発されたものである。以下に示す炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1は、図1等に示すとおり、発電装置として高温型の燃料電池14を備えているシステムであり、尚かつ、バイオマス(上述したとおり、本明細書では木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスをも含む概念としてこの表現を用いている)を対象とする炭化ガス化発電システムであり、大きく分けて、「常圧、高温ガス化炉ユニット」(符号Aで示す)、「燃料ガス適正化ユニット」(符号Bで示す)、「高温型燃料電池ユニット」(符号Cで示す)の3つのユニットに分けて考えることができる。以下ではまず各ユニットA,B,Cの概要について説明し、その後、各部分について詳細に説明することとする。   The biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 according to the present invention includes not only woody biomass and the like, but also broadly includes waste biomass that enters dirty categories such as municipal waste, It was developed to realize a new system by integrating various technologies related to gasification, gas purification, and high-temperature fuel cells, thereby meeting the needs of local governments, etc. is there. A carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 shown below is a system including a high-temperature fuel cell 14 as a power generation device as shown in FIG. Is used as a concept that includes not only woody biomass but also waste biomass such as municipal waste). It can be divided into three units: a “gasifier unit” (indicated by symbol A), a “fuel gas optimization unit” (indicated by symbol B), and a “high-temperature fuel cell unit” (indicated by symbol C). . Below, the outline | summary of each unit A, B, and C is demonstrated first, and suppose that each part is demonstrated in detail after that.

常圧、高温ガス化炉ユニットAは、炭化装置(以下、「炭化機」ともいう)2、ガス化炉3、熱交換器9,17等を備えたユニットである。炭化機2は、燃料電池14が作動時に排出する排ガスの排熱を利用してバイオマスの熱分解と炭化を行う装置であり、このように排ガスの顕熱を有効利用したシステムとすることによって例えば高含水のバイオマス(一例として、水分量50%以上のもの)をも対象に含めることを可能としている。   The normal pressure, high temperature gasifier unit A is a unit including a carbonizer (hereinafter also referred to as “carbonizer”) 2, a gasifier 3, heat exchangers 9 and 17, and the like. The carbonizer 2 is an apparatus that thermally decomposes and carbonizes biomass by using exhaust heat of exhaust gas that is discharged when the fuel cell 14 is operated. Thus, by using a system that effectively uses sensible heat of exhaust gas, for example, It is possible to include high-moisture biomass (as an example, water content of 50% or more).

燃料ガス適正化ユニットBは、ガス化ガスを精製して燃料ガスとして高温型燃料電池14に送るものであり、また、併せて、塩化水素、硫黄化合物、水銀、ダイオキシン類さらにはダスト(塵埃)といったガス化ガスに含まれる不純物を、少なくとも高温型燃料電池14の許容濃度レベル程度にまで除去することも行うユニットである(図1等参照)。ここで、ガス精製装置5におけるガス精製プロセスは、高温かつ乾式とすることが好ましい。すなわち、ガスを精製装置には乾式と湿式の両方があるが、SOFC(固体酸化物型燃料電池)やMCFC(溶融炭酸塩型燃料電池)といった高温で作動するいわゆる高温型の燃料電池が採用されている場合には、SOFCで900℃〜1000℃、MCFCで600℃〜700℃の作動温度となるために、生成ガスを600℃以下に冷却した後、乾式のガス精製装置を用いるのが顕熱の損失を防ぐという意味で有効となる。また、低温かつ湿式のガス精製プロセスを経ると、ガス化ガス中の水蒸気不足が生じて燃料ガスが燃料電池14の入口手前で固体炭素に転換するなどの問題が起こりうるが、このように高温かつ乾式とした場合には、ガス化炉3で生成したガス化ガス中の水蒸気を損なわずに燃料電池14へと導入することが可能となる。しかも、このように乾式の精製プロセスを経ることは、ガス中水蒸気の顕熱の損失を防ぐという観点からも好ましい。加えて、従来の低温ガス精製方式だとガス化ガス中の水蒸気成分が失われることによって潜熱の損失をも生じていたが、このような潜熱の損失も防ぐことも可能となるというように、熱の有効利用という観点から望ましい態様だといえる。   The fuel gas optimizing unit B purifies the gasified gas and sends it as a fuel gas to the high-temperature fuel cell 14, and in addition, hydrogen chloride, sulfur compounds, mercury, dioxins, and dust (dust). This unit also removes impurities contained in the gasification gas to at least the allowable concentration level of the high-temperature fuel cell 14 (see FIG. 1 and the like). Here, it is preferable that the gas purification process in the gas purification apparatus 5 be a high temperature and dry type. That is, there are both dry and wet gas purification equipment, but so-called high-temperature fuel cells that operate at high temperatures, such as SOFC (solid oxide fuel cells) and MCFC (molten carbonate fuel cells), are adopted. In this case, since the operating temperature is 900 ° C. to 1000 ° C. for SOFC and 600 ° C. to 700 ° C. for MCFC, it is obvious to use a dry gas purifier after cooling the product gas to 600 ° C. or lower. This is effective in preventing heat loss. In addition, the low temperature and wet gas purification process may cause problems such as shortage of water vapor in the gasification gas and conversion of the fuel gas to solid carbon in front of the fuel cell 14 entrance. In the case of the dry type, the water vapor in the gasification gas generated in the gasification furnace 3 can be introduced into the fuel cell 14 without being impaired. Moreover, such a dry purification process is preferable from the viewpoint of preventing the loss of sensible heat of water vapor in the gas. In addition, the conventional low-temperature gas purification system has also caused a loss of latent heat due to the loss of the water vapor component in the gasification gas, but such a loss of latent heat can also be prevented, This is a desirable mode from the viewpoint of effective use of heat.

高温型燃料電池ユニットCは、高温型燃料電池14の他、改質器12、燃焼器13等によって構成されているユニットである(図1参照)。本実施形態における燃料電池14は、常圧、高温ガス化炉ユニットAとの連係が強化された発電装置として設けられている。すなわち、この燃料電池14は、符号26で示す排ガス供給路によって炭化機2と接続されており、当該燃料電池14にて生じる高温の排ガスが図1に示すように直接的に、あるいは途中に設けられた熱交換器を通過してから炭化機2へと供給され、バイオマスの熱分解と炭化を行うために当該排ガスの顕熱が有効活用されるようになっている。高温型燃料電池14には、SOFC(固体酸化物型燃料電池)やMCFC(溶融炭酸塩型燃料電池)といったような高温で作動するものが適用される。   The high-temperature fuel cell unit C is a unit configured by the reformer 12, the combustor 13, and the like in addition to the high-temperature fuel cell 14 (see FIG. 1). The fuel cell 14 in the present embodiment is provided as a power generation device in which the linkage with the normal pressure and high-temperature gasifier unit A is enhanced. That is, the fuel cell 14 is connected to the carbonizer 2 by an exhaust gas supply path indicated by reference numeral 26, and the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell 14 is provided directly or in the middle as shown in FIG. The sensible heat of the exhaust gas is effectively used for the thermal decomposition and carbonization of the biomass that is supplied to the carbonizer 2 after passing through the heat exchanger. As the high-temperature fuel cell 14, one that operates at a high temperature, such as SOFC (solid oxide fuel cell) or MCFC (molten carbonate fuel cell), is applied.

続いて、バイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1の各部分について説明する(図2等参照)。   Then, each part of the carbonization gasification high temperature type fuel cell power generation system 1 of biomass is demonstrated (refer FIG. 2 etc.).

炭化機2は、後段の燃料電池14が作動時に排出する排ガスの供給を受け、該排ガスが有する排熱を利用してバイオマスの熱分解と炭化を行う装置である。本実施形態の炭化機2は、燃料電池14が排出する排ガスの直接的な供給を受けるために排ガス供給路26によってこの燃料電池14と接続されており、当該燃料電池14の排ガスが有する顕熱を有効利用することによってシステムの高い熱効率を達成している。ここで、例えば本実施形態の炭化機2は、バイオマスを熱分解し炭化する内筒部とこの内筒部を囲繞する外筒部とからなる二層構造となっており(図2等参照)、熱源として供給された排ガスは、外筒部に送り込まれてこの炭化機2の内筒部内にあるバイオマス燃料を外側から間接的に加熱して熱分解することになる。炭化機2の外筒部は縦型で環状の筒形状であり、その空間部に例えば600℃程度の高温排ガスが導入されて外部加熱による炭化を行う。一方で、特に図示していないが内筒部は回転羽を有しており、この回転羽を回転させることによって燃料を内壁に押しつけ、熱伝達を向上させて炭化効率の上昇を図っている。本システムに好適な炭化機2としては例えば超高速炭化機を挙げることができるが、これは好適な炭化機2の一例にすぎず、これ以外にも例えば外熱式筒型ロータリーキルンなどといった装置を適用することも可能である。   The carbonizer 2 is an apparatus that receives supply of exhaust gas that is discharged when the fuel cell 14 in the subsequent stage operates, and performs thermal decomposition and carbonization of biomass using exhaust heat that the exhaust gas has. The carbonizer 2 of this embodiment is connected to the fuel cell 14 by an exhaust gas supply path 26 in order to receive direct supply of the exhaust gas discharged from the fuel cell 14, and the sensible heat of the exhaust gas of the fuel cell 14 The system achieves high thermal efficiency by making effective use of it. Here, for example, the carbonizer 2 of the present embodiment has a two-layer structure including an inner cylinder portion that pyrolyzes and carbonizes biomass and an outer cylinder portion that surrounds the inner cylinder portion (see FIG. 2 and the like). The exhaust gas supplied as a heat source is fed into the outer cylinder part, and the biomass fuel in the inner cylinder part of the carbonizer 2 is indirectly heated and thermally decomposed from the outside. The outer cylinder part of the carbonizer 2 has a vertical and annular cylinder shape, and high-temperature exhaust gas of, for example, about 600 ° C. is introduced into the space part to perform carbonization by external heating. On the other hand, although not particularly illustrated, the inner cylinder portion has a rotating blade, and by rotating the rotating blade, fuel is pressed against the inner wall to improve heat transfer and increase carbonization efficiency. As the carbonizer 2 suitable for the present system, for example, an ultra-high speed carbonizer can be cited, but this is only an example of a suitable carbonizer 2, and other devices such as an externally heated cylindrical rotary kiln can be used. It is also possible to apply.

以上のような構造の本実施形態の炭化機2によれば、システム排熱(つまり上述の排ガス供給路26を通じて燃料電池14から熱源として供給される排ガスの顕熱)を利用し、燃料(バイオマス)を間接的に熱分解することにより、高品位の炭化チャーつまり水分がほとんどなく発熱量の高い炭化物燃料を生成することができる。この場合、熱分解の時間は原料となるバイオマスの種類およびバイオマス中における含水率によるが、一例を示せば、およそ600℃の排ガスを利用した場合であれば30分から1時間程度で炭化することが可能である。そこで実際には、炭化に要する時間に応じて炭化機(炭化装置)2を複数個(あるいは複数系統)配置し、各炭化機2の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させ、ガス化炉3への炭化チャーおよび熱分解ガスの供給を連続的に行えるようにすることが好ましい(図4参照)。一般に炭化機2内での炭化プロセスには気化量等の面である程度の変動が伴うが、このように複数の装置でローテーションを組むことによってこの変動を緩和することが可能となる。   According to the carbonizer 2 of the present embodiment having the above-described structure, system exhaust heat (that is, sensible heat of exhaust gas supplied as a heat source from the fuel cell 14 through the above-described exhaust gas supply path 26) is used to produce fuel (biomass ) Is indirectly pyrolyzed, so that a high quality carbonized char, that is, a carbide fuel with little heat and a high calorific value can be generated. In this case, the thermal decomposition time depends on the type of biomass used as a raw material and the water content in the biomass. For example, if an exhaust gas at about 600 ° C. is used, carbonization can be performed in about 30 minutes to 1 hour. Is possible. Therefore, in actuality, a plurality (or a plurality of systems) of carbonizers (carbonizers) 2 are arranged according to the time required for carbonization, the operation cycle of each carbonizer 2 is provided with a time difference, and the gasifier is operated by rotation. It is preferable that the carbonized char and pyrolysis gas can be continuously supplied to 3 (see FIG. 4). In general, the carbonization process in the carbonizer 2 involves a certain amount of variation in terms of the amount of vaporization and the like, but it is possible to mitigate this variation by assembling rotation with a plurality of apparatuses.

また炭化機2には、原料となるバイオマスをこの炭化機2内へ投入するための原料バンカ(図示省略)が接続されている。木質系バイオマス原料、あるいはこの木質系バイオマスと廃棄物系バイオマスとが混合された原料といったバイオマス燃料ははまずこの原料バンカに投入され、その後この炭化機2内へ順次供給される。   The carbonizer 2 is connected to a raw material bunker (not shown) for introducing biomass as a raw material into the carbonizer 2. Biomass fuel such as a woody biomass raw material or a raw material in which the woody biomass and waste biomass are mixed is first charged into the raw material bunker, and then sequentially supplied into the carbonizer 2.

ガス化炉3は上述の炭化機2により生成される炭化チャー(炭化物)の燃焼・ガス化と、この炭化機2において炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質と、燃料中灰分の溶融・スラグ化とを行う炉で、例えば本実施形態ではこのバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1内における唯一の炉として設置されている。ただし、炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1が例えば5万kwを超えるような大型の設備になる場合には、このガス化炉3を複数台設置し、ガスタービンで接続するなど、システムの形態や規模に応じて台数や構造を変えていくことは可能である。   The gasification furnace 3 combusts and gasifies carbonized char produced by the carbonizer 2, reforms the pyrolysis gas containing tar volatilized during carbonization in the carbonizer 2, and ash content in the fuel. For example, in the present embodiment, the furnace is installed as the only furnace in the carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 for melting and slagging. However, when the carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 becomes a large facility exceeding, for example, 50,000 kW, a plurality of gasification furnaces 3 are installed and connected by a gas turbine. It is possible to change the number and structure according to the form and scale.

このようなガス化炉3における炉出口温度は、炭化チャーの発熱量と投入量、そして投入空気量により決まる。例えば本実施形態では、バイオマスを炭化する際に得られる高品位(つまり水分がほとんどなく発熱量が高い)炭化チャーを燃料としていることに加え、当該炭化チャーの発熱量と投入量に対応して空気ブロワー20により比較的多めの空気を投入すること、炭化チャーと熱分解ガスとを少なくとも約400℃で投入すること、バイオマス燃料中の水分が既に400℃以上の水蒸気となった状態で投入されるようにすること等により、炉内下段の温度を1100℃あるいはそれ以上、場合によっては1500℃の温度にまで到達させることを可能としている。このようにガス化炉3の炉内温度がタール分解温度である1100℃あるいはそれ以上の高温にまで到達する本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においては、炭化機2での炭化時に揮発したタールを含む揮発分(熱分解ガス)が、このガス化炉3内の炉内上部もしくは下部(ガス改質部)において改質されることになる。つまり、熱分解ガスに含まれるタール分が炉内下部(ガス化溶融部)の高熱を利用した高温状況下で分解されることになるから、これらタール分が配管等に固着してしまうというトラブルを回避することができる。このように、本実施形態のガス化炉3は、炉内下部(ガス化溶融部)において高温燃焼を行い燃料の灰分を溶融すると同時に、その熱を利用して炉内上部(ガス改質部)において熱分解ガスの改質を行うというように、いわば一台で二役の機能をこなすものである。ちなみに、1100℃というのはタールを分解することによってタール生成をより確実に抑制するという観点から望ましい温度であり、これより低い温度であってもタール生成を抑制することは可能である。ただ、例えば流動床ガス化炉や固定床ガス化炉といった従来のシステムでは原理的にこの温度域での運転が不可能であったのに対し、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においては、上述のような特有の構成により炉内温度を1100℃以上とすることも可能としている点が特徴的である。   The furnace outlet temperature in such a gasification furnace 3 is determined by the calorific value and input amount of carbonized char and the input air amount. For example, in the present embodiment, in addition to using high quality (that is, almost no moisture and high calorific value) carbonized char obtained when carbonizing biomass as fuel, the calorific value and input amount of the char char A relatively large amount of air is introduced by the air blower 20, carbonized char and pyrolysis gas are introduced at a temperature of at least about 400 ° C., and the moisture in the biomass fuel is already added in a state where water vapor is 400 ° C. or higher. By doing so, it is possible to reach the temperature of the lower stage in the furnace to a temperature of 1100 ° C. or higher, and in some cases 1500 ° C. As described above, in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment in which the temperature in the gasification furnace 3 reaches a high temperature of 1100 ° C., which is the tar decomposition temperature, or higher, the carbonizer 2 Volatile matter (pyrolysis gas) containing tar volatilized at the time of carbonization in is reformed in the upper or lower part (gas reforming part) of the gasification furnace 3. In other words, the tar content contained in the pyrolysis gas will be decomposed under high temperature conditions using the high heat in the lower part of the furnace (gasification and melting part), and the trouble that these tar content sticks to the piping etc. Can be avoided. As described above, the gasification furnace 3 of the present embodiment performs high-temperature combustion in the lower part of the furnace (gasification melting part) to melt the ash content of the fuel, and at the same time uses the heat to convert the upper part of the furnace (gas reforming part). In other words, the reforming of the pyrolysis gas is performed in a single unit so that it can perform a dual function. Incidentally, 1100 ° C. is a desirable temperature from the viewpoint of more reliably suppressing tar generation by decomposing tar, and tar generation can be suppressed even at a lower temperature. However, conventional systems such as fluidized bed gasifiers and fixed bed gasifiers, in principle, could not be operated in this temperature range, whereas the biomass carbonized gasification high temperature fuel of this embodiment The battery power generation system 1 is characterized in that the furnace temperature can be set to 1100 ° C. or higher by the above-described unique configuration.

なお、ガス化炉3内における具体的な化学反応は、タール成分の特定が困難なために特定することは困難であるが、化学式によって例を示すと以下のとおりである。
[化3]
C10H20 → C10H8+6H2
[化4]
C10H20 → 5/8C10H8+15/4CH4
[化5]
C10H20 → 5/2C4H8
[化6]
C10H8 → 4/3C6H6+2C
[化7]
C6H6 → 6C+3H2
[化8]
C4H8 → 2C2H4
[化9]
3C2H4 → C6H6+3H2
[化10]
CH4+1/2O2 → CO+2H2
[化11]
CH4+H2O → CO+3H2
The specific chemical reaction in the gasification furnace 3 is difficult to specify because it is difficult to specify the tar component, but the following is an example by chemical formula.
[Chemical formula 3]
C 10 H 20 → C 10 H 8 + 6H 2
[Chemical formula 4]
C 10 H 20 → 5/8 C 10 H 8 + 15 / 4CH 4
[Chemical formula 5]
C 10 H 20 → 5 / 2C 4 H 8
[Chemical 6]
C 10 H 8 → 4 / 3C 6 H 6 + 2C
[Chemical 7]
C 6 H 6 → 6C + 3H 2
[Chemical 8]
C 4 H 8 → 2C 2 H 4
[Chemical 9]
3C 2 H 4 → C 6 H 6 + 3H 2
[Chemical Formula 10]
CH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2
[Chemical 11]
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2

加えて、本実施形態のガス化炉3においてはこのような高い炉内温度を達成していることから、このように熱分解ガス中のタール分を分解するだけではなく、燃料として使用される当該炭化チャー自体の灰分をも高温により溶解させてスラグ化することが可能である。すなわち、例えば木質系バイオマスに廃棄物系バイオマスを混合して燃焼させると上述したように灰分に重金属類が含まれてしまうおそれがあるが、本実施形態のように灰分をも溶解させてスラグ化させることができれば当該灰分を溶出のおそれがない又はそのおそれが少ない状態で排出することが可能となるから、灰中成分の溶出に対する特別な対策を施す必要がないという点でも有利である。   In addition, in the gasification furnace 3 of the present embodiment, since such a high furnace temperature is achieved, not only the tar content in the pyrolysis gas is decomposed but also used as fuel. It is possible to dissolve the ash content of the carbonized char itself at a high temperature to form slag. That is, for example, if waste biomass is mixed with woody biomass and burned, heavy metals may be contained in the ash as described above, but slag is also dissolved by dissolving the ash as in this embodiment. If it can be made, it becomes possible to discharge the ash in a state where there is no or little risk of elution, which is also advantageous in that it is not necessary to take special measures against elution of components in the ash.

また、このガス化炉3と上述の炭化機2との間にはタール・熱分解ガス供給路27と炭化チャー供給路28の各供給路が設置されている(図1、図2参照)。前者のタール・熱分解ガス供給路27は炭化機2内で生じたタールおよび熱分解ガスをガス化炉3に供給するための流路であり、後者の炭化チャー供給路28は炭化機2内で生じた炭化チャーをガス化炉3に供給するための流路である。特に図示していないが、例えば本実施形態ではスクリューを利用した炭化チャー供給路28を炭化機2の下部に接続し、供給した炭化チャーを燃料として燃焼・ガス化を行うことにより特に炉内下部(ガス化溶融部)における温度を高温とし、1100℃以上場合によっては空気を過剰に供給する等により1500℃以上の高温ガスを発生させるようにしている。一方で、炉内上部(ガス改質部)においてはこの高温のガスを熱源として前段の炭化機2で熱分解されたタール分を分解してガス改質を行う。以上のようにしてガス化炉3にて生成されたガスは、その後段の冷却器4へと送り込まれる。   Further, a tar / pyrolysis gas supply path 27 and a carbonized char supply path 28 are installed between the gasifier 3 and the carbonizer 2 (see FIGS. 1 and 2). The former tar / pyrolysis gas supply path 27 is a flow path for supplying tar and pyrolysis gas generated in the carbonizer 2 to the gasification furnace 3, and the latter carbonized char supply path 28 is in the carbonizer 2. 2 is a flow path for supplying the char char generated in step 1 to the gasification furnace 3. Although not specifically shown, for example, in the present embodiment, a charred char supply path 28 using a screw is connected to the lower part of the carbonizer 2, and the supplied char char is used as a fuel for combustion and gasification, so that the lower part in the furnace in particular. The temperature in the (gasification and melting portion) is set to a high temperature, and a high temperature gas of 1500 ° C. or higher is generated by, for example, supplying air excessively at 1100 ° C. or higher. On the other hand, in the upper part of the furnace (gas reforming part), the high-temperature gas is used as a heat source to decompose the tar component thermally decomposed by the preceding carbonizer 2 to perform gas reforming. The gas generated in the gasification furnace 3 as described above is sent to the cooler 4 at the subsequent stage.

冷却器4は、ガス化炉3にて生成されたガス化ガスを冷却するための装置である(図2参照)。例えば本実施形態の場合には、上述したように高温の状態(例えば1100℃程度)でガス化炉3から送り出されるガス化ガスを、流水との間で熱交換することによって例えば350℃程度にまで冷却することとしている。冷却されたガス化ガスは、後段の燃料ガス適正化ユニットBに送り出されて精製される(図1、図2参照)。   The cooler 4 is a device for cooling the gasification gas generated in the gasification furnace 3 (see FIG. 2). For example, in the case of this embodiment, as described above, the gasification gas delivered from the gasification furnace 3 in a high temperature state (for example, about 1100 ° C.) is heat-exchanged with running water to about 350 ° C., for example. To cool down. The cooled gasification gas is sent to the subsequent fuel gas optimization unit B and purified (see FIGS. 1 and 2).

ガス精製装置22は、ガス化炉3で生成されたガス化ガスを精製するための装置であり、例えば本実施形態の場合であれば、ハロゲン化物除去器5、ダストフィルター6、不純物フィルター7、精密精製装置10等によって構成されている(図2参照)。ここで、本実施形態においては、ガス精製装置22によってガス化ガスを精製する際、水蒸気の露点温度よりも高い温度で精製することとしている。すなわち、露点以下の温度でガス精製を行うと一部凝縮(液化)することによってガス中の水蒸気成分が不足することがあるが、本実施形態のごとく露点より高い温度で精製すれば、ガス精製の過程においてガス化ガス中の水蒸気を損なうことなく燃料電池14に投入して有効利用することが可能となる。こうした場合には、従来のように燃料電池14内で炭素が析出するのを効果的に抑制することができるようになるし、炭素析出が抑制されればガス配管の閉塞なども防ぐことにもつながる。加えて、凝縮した水蒸気の排水設備も不要となるために設備構成とそのための投資が少なくて済むというさらなる効果も得られる。以上のことからすれば、別の表現をするとここでいう精製時の温度とは水蒸気成分を損なわないようにして炭素析出を抑制するに足る温度ということになり、具体的な数値を挙げれば少なくとも100℃以上、好ましくは120℃以上の温度ということができる。   The gas purification device 22 is a device for purifying the gasification gas generated in the gasification furnace 3. For example, in the case of the present embodiment, the halide removal device 5, the dust filter 6, the impurity filter 7, It is comprised by the precision refinement | purification apparatus 10 grade | etc., (Refer FIG. 2). Here, in this embodiment, when purifying gasification gas with the gas purification apparatus 22, it refine | purifies at temperature higher than the dew point temperature of water vapor | steam. That is, if gas purification is performed at a temperature below the dew point, the water vapor component in the gas may be insufficient due to partial condensation (liquefaction). However, if purification is performed at a temperature higher than the dew point as in this embodiment, gas purification is performed. In this process, the water vapor in the gasification gas can be put into the fuel cell 14 and used effectively without impairing the water vapor. In such a case, it is possible to effectively suppress the carbon deposition in the fuel cell 14 as in the conventional case, and if the carbon deposition is suppressed, it is possible to prevent the gas pipe from being blocked. Connected. In addition, since there is no need for condensed water vapor drainage facilities, there is an additional effect that the equipment configuration and investment for the facilities can be reduced. Based on the above, in other words, the temperature during purification here means a temperature sufficient to suppress carbon deposition without impairing the water vapor component. It can be said that the temperature is 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher.

さらに加えると、ガス精製時の手法としては乾式と湿式とを選択しうるが、本実施形態のごとき構成のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においては乾式のガス精製を行うことが望ましい。すなわち、上述したように本実施形態では発電装置として高温型の燃料電池14を採用していることから、当該燃料電池14に供給するガス温度を大きく下げる必要がない。したがって、乾式のガス精製を行い、燃料ガスを高温に維持したまま燃料電池14に供給することとすれば、顕熱の損失を防ぐことができるという意味で有効である。要するに、従来の低温ガス精製方式だと高温なガス化ガスの顕熱が精製中に失われるのみならず、ガス化ガス中の水蒸気成分が失われることによって潜熱の損失をも生じていたのに対し、本実施形態においては上記のごとくガス化ガスを高温に維持したまま供給することが可能であるために、精製プロセス中での熱および物質損失を極力抑え、システム効率の低下を免れることができるという従来にはなかった効果を奏することができる。   In addition, as a method for gas purification, dry and wet can be selected. However, in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 configured as in this embodiment, dry gas purification may be performed. desirable. That is, as described above, in the present embodiment, the high-temperature fuel cell 14 is employed as the power generator, and therefore it is not necessary to greatly reduce the temperature of the gas supplied to the fuel cell 14. Therefore, if dry gas purification is performed and the fuel gas is supplied to the fuel cell 14 while maintaining a high temperature, it is effective in the sense that loss of sensible heat can be prevented. In short, the conventional low-temperature gas purification method not only lost the sensible heat of the high-temperature gasification gas during purification, but also caused the loss of latent heat due to the loss of the water vapor component in the gasification gas. On the other hand, in the present embodiment, as described above, the gasification gas can be supplied while maintaining a high temperature. Therefore, heat and material loss during the purification process can be suppressed as much as possible, and a decrease in system efficiency can be avoided. An effect that was not possible in the past can be achieved.

続いて、ガス精製装置22を構成している各装置について順次説明する。例えば本実施形態では、塩化水素、ダスト(塵埃)、硫黄化合物、水銀、ダイオキシン類といったようなガス化ガス中の不純物を除去するために、上述したハロゲン化物除去器5、ダストフィルター6、不純物フィルター7、精密精製装置10等によってガス精製装置22を構成している。ちなみに、湿式のガス精製方式を用いた場合であればガス化ガス中の不純物成分を除去した後の薬液を廃液として処理する必要が生じるなどの不便があるが、本実施形態ではいずれの装置も乾式でガス精製を行うものとし、これにより、廃液処理に要する設備構成が複雑化したり、ガス精製システムの効率が低下したりするのを回避することとしている。加えて、不純物分離のためにガス精製装置22中で用いられるフィルターについては、いずれも、高温雰囲気下で使用可能なものを用いることとし、高温下での乾式精製過程において精製が十分な程度に実施されるようにしている。   Then, each apparatus which comprises the gas purification apparatus 22 is demonstrated sequentially. For example, in this embodiment, in order to remove impurities in the gasification gas such as hydrogen chloride, dust, sulfur compounds, mercury, and dioxins, the above-described halide remover 5, dust filter 6, and impurity filter are used. 7. The gas purifier 22 is constituted by the precision purifier 10 and the like. By the way, if a wet gas purification system is used, there is an inconvenience that it is necessary to treat the chemical solution after removing the impurity components in the gasification gas as a waste solution. Gas purification is performed in a dry manner, thereby avoiding a complicated equipment configuration required for waste liquid treatment and a decrease in efficiency of the gas purification system. In addition, any filter that can be used in the gas purifier 22 for impurity separation should be one that can be used in a high-temperature atmosphere, so that the purification can be performed sufficiently in the dry purification process at a high temperature. To be implemented.

ガス精製装置22を構成する各装置のうち、ハロゲン化物除去器5はガス化ガス中のハロゲン化物を除去するための装置として設置されているものである(図2参照)。このハロゲン化物除去器5には、ハロゲン化物(例えばHCl)を吸収するための不純物吸収剤として、ハロゲン化物吸収剤が供給される(図2参照)。   Among the devices constituting the gas purification device 22, the halide remover 5 is installed as a device for removing halides in the gasification gas (see FIG. 2). The halide remover 5 is supplied with a halide absorbent as an impurity absorbent for absorbing a halide (for example, HCl) (see FIG. 2).

ダストフィルター6は、ガス化ガス中のダスト(塵埃)を除去するためのフィルターである。上述したように、本実施形態では精製プロセス中の温度を露点温度より高くすることとしているため、このダストフィルター6におけるガス温度も少なくとも100℃、好ましくは120℃である。ただし、温度の上限に際限がないわけではなく、材質などに応じてガス温度は適宜を一定値以下に制限されることはいうまでもない。一例として、ダストフィルター6がテフロン(デュポン社登録商標、ポリテトラフルオロエチレン)製である場合のガス温度は180℃以下ということになる。   The dust filter 6 is a filter for removing dust (dust) in the gasification gas. As described above, since the temperature during the purification process is set higher than the dew point temperature in this embodiment, the gas temperature in the dust filter 6 is also at least 100 ° C., preferably 120 ° C. However, there is no limit to the upper limit of the temperature, and it goes without saying that the gas temperature is appropriately limited to a certain value or less depending on the material and the like. As an example, the gas temperature when the dust filter 6 is made of Teflon (registered trademark of DuPont, polytetrafluoroethylene) is 180 ° C. or less.

不純物フィルター7は、内蔵している活性炭を利用してガス化ガス中の不要成分を除去するための装置である。この不純物フィルター7が除去の対象とする成分は、例えばダイオキシン類、Hg(水銀)、HS(硫黄化合物)といったものである(図2参照)。不純物フィルター7を通過したガス化ガスは、精製ガスブロワー8によって例えば1.5気圧程度の加圧状態とされてさらに前段の熱交換器9へと送り出される(図2参照)。この熱交換器9は、図示しているように、燃料電池14から排出されて炭化機2を通過した後の排ガスと、不純物フィルター7を通過した後のガス化ガスとの間で熱交換を行うためのものである。不純物フィルター7を通過したガス化ガスはこの熱交換器9にて例えば300℃程度にまで加熱され、その後に精密精製装置10へと送り込まれる。 The impurity filter 7 is an apparatus for removing unnecessary components in the gasification gas using the built-in activated carbon. The components to be removed by the impurity filter 7 are, for example, dioxins, Hg (mercury), and H 2 S (sulfur compound) (see FIG. 2). The gasified gas that has passed through the impurity filter 7 is brought into a pressurized state of, for example, about 1.5 atm by the purified gas blower 8 and further sent out to the heat exchanger 9 in the preceding stage (see FIG. 2). As shown in the figure, the heat exchanger 9 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell 14 and passing through the carbonizer 2 and the gasified gas after passing through the impurity filter 7. Is to do. The gasified gas that has passed through the impurity filter 7 is heated to, for example, about 300 ° C. by the heat exchanger 9 and then sent to the precision purifier 10.

精密精製装置10はガス化ガス中の不要成分(不純物)をさらに除去するための装置である。この精密精製装置10(あるいはこれを含むガス精製装置22)を構成するにあたっては、燃料電池14に悪影響を及ぼす不純物を特定し、ガス化ガス中における不純物の濃度が少なくとも燃料電池14の許容レベルとなるまで当該不純物を除去できるような構成とすべきことはいうまでもない。一例を示すと、ガス化ガス中の不純物として例えばHCl、HF、COS、HSなどが含まれている場合、精密精製装置10は、例えばハロゲン化物精密除去器10a、COS変換器10b、脱硫器10cなどといった複数の装置から構成することができる(図3参照)。このような精密精製装置10で精製されたガス化ガスは、その後段の熱交換器11にて加熱される。この熱交換器11は、燃料電池14から排出される高温(例えば660℃程度)の排ガスと上記ガス化ガスとの間で熱交換を行うもので、ガス化ガスは加熱されて例えば600℃程度にまで加熱され、改質器12へと投入される(図2参照)。 The precision refining apparatus 10 is an apparatus for further removing unnecessary components (impurities) in the gasification gas. In configuring the precision purification apparatus 10 (or the gas purification apparatus 22 including the same), impurities that adversely affect the fuel cell 14 are specified, and the concentration of impurities in the gasification gas is at least an allowable level of the fuel cell 14. Needless to say, the structure should be such that the impurities can be removed. For example, when HCl, HF, COS, H 2 S and the like are contained as impurities in the gasification gas, the precision purification apparatus 10 includes, for example, a halide precision remover 10a, a COS converter 10b, and desulfurization. It can be composed of a plurality of devices such as a container 10c (see FIG. 3). The gasification gas purified by such a precision purification apparatus 10 is heated by the heat exchanger 11 at the subsequent stage. The heat exchanger 11 performs heat exchange between a high-temperature (for example, about 660 ° C.) exhaust gas discharged from the fuel cell 14 and the gasification gas, and the gasification gas is heated to, for example, about 600 ° C. To the reformer 12 (see FIG. 2).

改質器12は、燃料電池14に供給されるガス(燃料ガス)に対し必要な改質処理を行うための装置である(図2参照)。ただし、本実施形態のようにガス化ガスを精製して燃料ガスとしている結果、必要なHやCOが既にガス化ガス中に含まれている場合であればこの段階で改質を実施する必要はなく、したがって本実施形態の改質器12は改質器として機能しない場合がある。しかし、バイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1としては、精製後のガス化ガスだけが燃料ガスとして供給されるばかりでなく、これに加えて天然ガスを補充的に供給するという構成が採られることもある。そこで本実施形態では、いずれにせよ燃料電池14の前段にこのような改質器12を設置しておき、バイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1がどのような構成となった場合にも柔軟に対応できるようにしている(図2参照)。現状の一般的な燃料電池システムは特定の燃料(天然ガス、バイオマスガス化ガス等)だけを想定した構成となっており、1つのシステムで多様な燃料に対応可能な構成とはなっていないが、本実施形態においては上述したようにバイオマスガス化ガスと天然ガスの両方に対応可能でありいずれの場合にも作動できるようになっている。 The reformer 12 is a device for performing a necessary reforming process on the gas (fuel gas) supplied to the fuel cell 14 (see FIG. 2). However, if the gasification gas is refined into the fuel gas as in the present embodiment and the required H 2 or CO 2 is already contained in the gasification gas, reforming is performed at this stage. Therefore, the reformer 12 of this embodiment may not function as a reformer. However, the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 has a configuration in which not only purified gasification gas is supplied as fuel gas, but also natural gas is supplementarily supplied. Sometimes taken. Therefore, in this embodiment, in any case, such a reformer 12 is installed in the front stage of the fuel cell 14, and the biomass gasification high temperature fuel cell power generation system 1 has any configuration. Can be handled flexibly (see FIG. 2). The current general fuel cell system has a configuration that assumes only a specific fuel (natural gas, biomass gasification gas, etc.), and is not configured to support various fuels with one system. In this embodiment, as described above, both biomass gasified gas and natural gas can be handled, and the system can operate in either case.

さらに、本実施形態ではこの改質器12に対し必要な蒸気を供給できる手段を併設している(図2参照)。すなわち、上述したように少なくとも水蒸気の露点温度より高い温度でガス精製を行うようにした本実施形態では、ガス中の水蒸気をできるだけ損なわずに燃料電池14へと送り込むことが可能となっているが、仮にこのガス中の水蒸気が不足した場合であっても蒸気を別途供給可能として対処できるようにしている。この場合の蒸気供給手段はその構成が特に限定されるわけではないが、例えば本実施形態のように廃熱回収ボイラー16からガス化炉3への蒸気供給路を途中で分岐させて改質器12にも必要な蒸気を供給可能な構成とすれば効率的かつ小型なものとすることが可能となる(図2参照)。   Further, in the present embodiment, means for supplying necessary steam to the reformer 12 is provided (see FIG. 2). That is, as described above, in this embodiment in which gas purification is performed at a temperature higher than at least the dew point temperature of water vapor, it is possible to send the water vapor into the fuel cell 14 without damaging the water vapor as much as possible. Even if the water vapor in this gas is insufficient, it is possible to cope with the possibility of supplying steam separately. The configuration of the steam supply means in this case is not particularly limited. For example, as in this embodiment, the steam supply path from the waste heat recovery boiler 16 to the gasification furnace 3 is branched in the middle of the reformer. If it is configured to be able to supply the necessary steam to 12, it can be made efficient and small (see FIG. 2).

燃焼器13は、燃料電池14のアノード排ガスを燃焼した後、当該燃焼後のガスをカソードに供給する装置である(図2参照)。この燃焼器13の内部では例えば触媒を利用した触媒燃焼が行われており、これによって燃料電池14内での反応に必要な酸素等を生成して燃料電池14のカソードに供給する。また、本実施形態においてはこの燃焼器13と改質器12とでいわば一つの熱交換器が構成される構造としている。すなわち、燃焼器13における燃焼熱が改質器12へと伝わる構造とし、当該燃焼熱が改質に利用されるようにして熱効率の向上を図っている(図2参照)。また、バイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においてはこの燃焼器13に燃焼用空気を供給するための装置が別途設けられる。例えば本実施形態では空気を1.5気圧程度に昇圧してから供給する空気ブロワー20を利用して燃焼器13に燃焼用空気を供給することとしている(図2参照)。本実施形態の空気ブロワー20は、燃焼器13のみならず併せてガス化炉3にも空気を供給する装置として用いられている。   The combustor 13 is a device that burns the anode exhaust gas of the fuel cell 14 and then supplies the burned gas to the cathode (see FIG. 2). Inside the combustor 13, for example, catalytic combustion using a catalyst is performed, and thereby oxygen or the like necessary for the reaction in the fuel cell 14 is generated and supplied to the cathode of the fuel cell 14. In the present embodiment, the combustor 13 and the reformer 12 are configured to form a single heat exchanger. That is, the combustion heat in the combustor 13 is transmitted to the reformer 12, and the heat efficiency is improved by using the combustion heat for reforming (see FIG. 2). In addition, in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1, a device for supplying combustion air to the combustor 13 is separately provided. For example, in the present embodiment, the combustion air is supplied to the combustor 13 by using the air blower 20 that is supplied after the pressure is increased to about 1.5 atm (see FIG. 2). The air blower 20 of the present embodiment is used as a device that supplies air not only to the combustor 13 but also to the gasification furnace 3.

燃料電池14は、上述した過程で生成され、尚かつ精製されたガス化ガスをエネルギーとして作動し発電する発電装置であり、具体的にはSOFC(固体酸化物型燃料電池)やMCFC(溶融炭酸塩型燃料電池)のような高温で作動するものが適用される。また、上述したようにこの燃料電池14は、当該燃料電池14が排出する高温排ガスが排ガス供給路26を通じて炭化機2へ熱源として直接的に供給されるように構成されている(図2等参照)。この場合の排ガス供給路26は炭化機2へと直接接続されていても構わないが、上述したように本実施形態ではその途中に熱交換器11を設け、ガス精製装置22で精製された後のガスを燃料電池14の高温排ガスを利用して600℃程度にまで加熱することとしている(図2参照)。なお、本実施形態では排熱利用の形態として燃料電池14の排ガスを回収するようにした形態を示したがこれに限られるということはなく、これ以外にも、例えば排ガスと熱交換した蒸気を媒体として排熱を利用するなどの形態を採ることが可能である。   The fuel cell 14 is a power generation device that generates electricity by using the gasified gas generated and purified in the above-described process as energy. Specifically, the fuel cell 14 is a SOFC (solid oxide fuel cell) or MCFC (molten carbon dioxide). A battery that operates at a high temperature such as a salt type fuel cell is applied. Further, as described above, the fuel cell 14 is configured such that the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell 14 is directly supplied as a heat source to the carbonizer 2 through the exhaust gas supply path 26 (see FIG. 2 and the like). ). In this case, the exhaust gas supply path 26 may be directly connected to the carbonizer 2. However, as described above, in the present embodiment, the heat exchanger 11 is provided in the middle of the exhaust gas supply path 26 and purified by the gas purification device 22. This gas is heated to about 600 ° C. using the high temperature exhaust gas from the fuel cell 14 (see FIG. 2). In the present embodiment, the form in which the exhaust gas of the fuel cell 14 is recovered as a form of exhaust heat utilization is shown, but the present invention is not limited to this. For example, steam that has exchanged heat with the exhaust gas is used. It is possible to take a form such as using exhaust heat as a medium.

また、本実施形態においては燃料電池14にカソードブロワー15を併設している。このカソードブロワー15は、燃料電池14から排出される高温排ガスの一部を昇圧し、燃料電池14のカソードへと再び送り込む(図2参照)。燃料電池14の高温排ガスのうちカソードブロワー15に送り込まれない分は上述した熱交換器11を通過した後に炭化機2の外筒部へと送り込まれる。当該排ガスはバイオマス燃料を外側から間接的に加熱した後、熱交換器9へと送り込まれ、さらにその後段に設置されている別の熱交換器17へと送り込まれる(図2参照)。   In the present embodiment, the fuel cell 14 is provided with a cathode blower 15. The cathode blower 15 boosts a part of the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell 14 and sends it again to the cathode of the fuel cell 14 (see FIG. 2). The portion of the high-temperature exhaust gas of the fuel cell 14 that is not sent to the cathode blower 15 is sent to the outer cylinder portion of the carbonizer 2 after passing through the heat exchanger 11 described above. The exhaust gas indirectly heats the biomass fuel from the outside, and is then sent to the heat exchanger 9 and further sent to another heat exchanger 17 installed in the subsequent stage (see FIG. 2).

熱交換器17では、炭化機2と熱交換した後の排ガスと、ガス化炉3に供給される前の空気との間で熱交換が行われる(図2参照)。この空気は、上述した空気ブロワー20からガス化炉3へと供給される空気のことで、例えば本実施形態の場合であれば熱交換器17にて250℃程度に加熱(予熱)された後にガス化炉3の炉内下部(ガス化溶融部)へと供給され、場合によってはさらに炉内上部(ガス改質部)にも供給される(図2参照)。なお、本実施形態ではこのようにガス化炉3に空気を供給するいわゆる空気吹きの構成としているが、燃焼用空気の代わりに酸素または酸素富化空気を供給するいわゆる酸素吹きの構成とすることも可能である。上述のように熱交換器17にて空気を加熱した後の排ガスは、さらに廃熱回収ボイラー16へと送り込まれる。   In the heat exchanger 17, heat exchange is performed between the exhaust gas after heat exchange with the carbonizer 2 and the air before being supplied to the gasification furnace 3 (see FIG. 2). This air is the air supplied to the gasification furnace 3 from the air blower 20 described above. For example, in the case of this embodiment, after being heated (preheated) to about 250 ° C. in the heat exchanger 17. It is supplied to the lower part of the gasification furnace 3 (gasification melting part), and in some cases, is further supplied to the upper part of the furnace (gas reforming part) (see FIG. 2). In the present embodiment, the so-called air blowing configuration for supplying air to the gasification furnace 3 is used, but the so-called oxygen blowing configuration for supplying oxygen or oxygen-enriched air instead of combustion air is used. Is also possible. As described above, the exhaust gas after the air is heated by the heat exchanger 17 is further sent to the waste heat recovery boiler 16.

廃熱回収ボイラー16は、排ガスから廃熱を回収し、回収した熱を利用して蒸気を生成する装置である(図2参照)。例えば本実施形態の廃熱回収ボイラー16は、水を加熱して150℃程度の蒸気を生成し、この蒸気をガス化炉3の炉内下部(ガス化溶融部)へと供給し、さらには必要に応じて上述した改質器12へと供給する。また、この廃熱回収ボイラー16へ水を供給する給水ポンプ18が設置されている(図2参照)。   The waste heat recovery boiler 16 is an apparatus that recovers waste heat from exhaust gas and generates steam using the recovered heat (see FIG. 2). For example, the waste heat recovery boiler 16 of the present embodiment heats water to generate steam at about 150 ° C., supplies this steam to the lower part (gasification melting part) of the gasification furnace 3, and It supplies to the reformer 12 mentioned above as needed. Further, a water supply pump 18 for supplying water to the waste heat recovery boiler 16 is installed (see FIG. 2).

上述の廃熱回収ボイラー16で廃熱を回収された排ガスは例えば120℃程度の温度となっており、その後、スタックブロワー19によって1.5気圧程度にまで昇圧された後、スタック21へと送り込まれ、システム外へと排出される(図2参照)。   The exhaust gas from which the waste heat has been recovered by the above-described waste heat recovery boiler 16 has a temperature of about 120 ° C., for example, and is then raised to about 1.5 atm by the stack blower 19 and then sent to the stack 21. And discharged outside the system (see FIG. 2).

以上説明したように、このバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1は、システム排熱を利用した炭化プロセスとガス化プロセスとを融合することにより補助燃料を使用しない場合にも高効率発電を実現している点が特徴的である。ちなみに、本発明者は、本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1の場合、「バイオマス・ニッポン総合戦略」(次段落参照)の目標値である30%(100トン/日規模)を超える数値(例えば34%程度)を達成できる見込みであるとの試算結果を得ている。つまり、炭化機2と燃料電池14とをシステム化することによって発電時に伴う排ガスの排熱の有効利用を実現した本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においては従来よりも高い熱効率が達成され、木質系バイオマスのみならず都市ゴミのような廃棄物系バイオマスをも燃料に含めたとしても、補助燃料を使用せずとも熱分解し炭化することが可能となっている。すなわち、一般に木質系バイオマスは廃棄物系バイオマスよりも含水率が高いため両者を混合した状態で安定した性状の燃料に変換することは困難であったのに対し、排熱を有効利用する炭化機2を前段に備えた本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1によれば、両者を混合したいわば異種燃料を炭化プロセスにて乾燥させ、微粉状にすることも可能な含水率一定(例えば含水率1%程度)の安定した性状の燃料に変換することができる。また、既存の発電システムであれば例えばボイラー燃焼による1MW規模のシステムの場合の発電効率はたかだか10%程度にすぎなかったが、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1によれば30%以上の発電効率を達成することが可能となる。   As described above, the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 is a high-efficiency power generation even when auxiliary fuel is not used by merging the carbonization process utilizing the system exhaust heat and the gasification process. It is characteristic that it is realized. Incidentally, in the case of the carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 of the biomass according to the present invention, the present inventor 30% (100 tons / day), which is the target value of the “Biomass Nippon Integrated Strategy” (see the next paragraph). A trial calculation result that it is expected that a numerical value exceeding (scale) (for example, about 34%) can be achieved has been obtained. In other words, the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment that realizes effective use of exhaust heat of exhaust gas generated during power generation by systemizing the carbonizer 2 and the fuel cell 14 than in the past. High thermal efficiency is achieved, and it is possible to pyrolyze and carbonize without using auxiliary fuel, even if waste biomass such as municipal waste is included in the fuel as well as woody biomass. In other words, wood-based biomass generally has a higher water content than waste-based biomass, so it was difficult to convert it into a fuel with stable properties in a mixed state, whereas a carbonizer that effectively uses waste heat. According to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment having 2 in the preceding stage, it is possible to mix the two so that different types of fuel can be dried by a carbonization process to be finely powdered. The fuel can be converted into a stable fuel having a constant rate (for example, a water content of about 1%). Further, in the case of an existing power generation system, for example, the power generation efficiency in the case of a 1 MW scale system using boiler combustion is only about 10%, but the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system 1 of this embodiment is used. Therefore, it is possible to achieve power generation efficiency of 30% or more.

なお、「バイオマス・ニッポン総合戦略」とは、農林水産省、経済産業省、国土交通省、環境省、文部省が連携して取り纏めたバイオマスの利活用を促進させるための戦略で、平成14年12月に閣議決定されているものである。例えばこの平成14年12月付の戦略の12頁には、「直接燃焼及びガス化プラント等含水率の低いバイオマスをエネルギーへ変換する技術において、バイオマスの日処理量20トン程度のプラント(数市町村規模を想定)におけるエネルギー変換効率が電力として20%、あるいは熱として80%程度、バイオマスの広域収集に関する環境が整った場合のバイオマス日処理量100トン程度のプラント(都道府県域を想定)におけるエネルギー変換効率が電力として30%程度を実現できる技術を開発する。」と記載されている(ここでいうエネルギー変換効率とは、バイオマス燃料のもつ化学エネルギー(発熱量)が電力に変換された割合を意味している)。本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1は、この総合戦略が推し進めようとしているバイオマスの利活用促進にまさに合致するものである。   The “Biomass / Nippon Comprehensive Strategy” is a strategy to promote the utilization of biomass, which was coordinated by the Ministry of Agriculture, Forestry and Fisheries, Ministry of Economy, Trade and Industry, Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, Ministry of the Environment, and Ministry of Education. It was decided by the Cabinet on the month. For example, on page 12 of this strategy dated December 2002, “In a technology that converts biomass with low water content, such as direct combustion and gasification plant, into energy, a plant with a daily throughput of 20 tons (several municipalities) Energy conversion efficiency is 20% as electricity or 80% as heat, and energy in a plant with a daily biomass treatment capacity of about 100 tons (assuming prefectural areas) The technology that can realize about 30% of the conversion efficiency as electric power is developed. ”(Here, the energy conversion efficiency is the ratio of chemical energy (calorific value) of biomass fuel converted into electric power). Meaning). The biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment is exactly in line with the promotion of utilization of biomass that is being promoted by this comprehensive strategy.

さらに、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1によれば従来の燃料電池にはなかった以下のような特有の効果を発揮することが可能となる。すなわち、(1)木質系バイオマスだけでなく、都市ゴミや廃棄プラスチック類といった廃棄物系バイオマスまでもが利用可能になるので、集約量に季節変動のある木質系バイオマス燃料をこのような廃棄物系バイオマスで補完できるようになり、安定した発電出力を得ることが可能となる。(2)廃棄物系バイオマスには逆有償であるものがあり、このような逆有償の廃棄物を対象に含めた場合には、例えば20,000円以上/トンというように一般に収集コストの高い木質系バイオマスの経済性を改善することが可能となる。(3)燃料集約量が増えることで発電規模の大型化が可能となり、その相乗効果で高効率発電が可能となる。(4)ダイオキシン類の発生がなく、灰分を溶融スラグ化して無害化するため、環境性に優れた一般廃棄物および産業廃棄物の処理装置としての役割も果たす。(5)ガス化プロセスに炭化プロセスを融合させた結果、炭化プロセスの段階でバイオマス原料を1/5〜1/7程度にまで減容させてからガス化プロセスへと移行させることが可能となることから、ガス化炉のコンパクト化が図れる。(6)特別な資格がない者でも扱うことができる。   Furthermore, according to the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment, the following specific effects that were not found in the conventional fuel cell can be exhibited. That is, (1) not only woody biomass but also waste biomass such as municipal waste and waste plastic can be used. It becomes possible to supplement with biomass, and a stable power output can be obtained. (2) Some waste biomass is reverse-charged, and when such reverse-charged waste is included, the collection cost is generally high, for example 20,000 yen or more / ton. It becomes possible to improve the economics of woody biomass. (3) Increasing the amount of fuel concentration makes it possible to increase the scale of power generation, and the synergistic effect enables highly efficient power generation. (4) Since there is no generation of dioxins and the ash is melted into slag to make it harmless, it also serves as a general waste and industrial waste treatment device with excellent environmental properties. (5) As a result of integrating the carbonization process with the gasification process, the biomass raw material can be reduced to about 1/5 to 1/7 at the stage of the carbonization process and then transferred to the gasification process. Therefore, the gasification furnace can be made compact. (6) Even those without special qualifications can be handled.

加えて、本実施形態にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1では、水蒸気の露点温度よりも高い温度にてガス化ガスを精製することとしたため、精製後のガス化ガス(燃料ガス)をその中に水蒸気が残った状態で燃料電池14に供給することが可能となっている。つまり、それ以下の温度にてガス精製を行うとガス中の水蒸気成分が減少・不足してしまい、これによって固体炭素析出やガス配管の閉塞などが生じるのは上述したとおりであるが、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1の場合には、ガス化炉3から発生したガス化ガス中の水蒸気をガス精製の過程で損なうことなく燃料電池14に導入することが可能である。このため、固体炭素析出や配管閉塞といった弊害がない。また、もちろんのことであるが、生成したガス化ガス中に水蒸気を吹き込む必要はないし、水蒸気を別途発生させるための装置を設ける必要もない。   In addition, in the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 according to the present embodiment, the gasification gas is purified at a temperature higher than the dew point temperature of water vapor. Gas) can be supplied to the fuel cell 14 with water vapor remaining therein. In other words, if gas purification is performed at a temperature lower than that, the water vapor component in the gas is reduced / insufficient, and as a result, solid carbon deposition and blockage of the gas piping occur as described above. In the case of the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system 1 of the form, it is possible to introduce the water vapor in the gasification gas generated from the gasification furnace 3 into the fuel cell 14 without damaging the gas purification process. It is. For this reason, there are no harmful effects such as solid carbon deposition and piping blockage. Of course, it is not necessary to blow water vapor into the produced gasification gas, and it is not necessary to provide an apparatus for separately generating water vapor.

しかも、発電装置として高温型の燃料電池14を採用し、尚かつこのような高温型燃料電池14による発電に適した乾式ガス精製プロセスを実現していることが、上述の水蒸気損失を抑制するための構成と相まって相乗的効果を奏する結果となっている。すなわち、燃料ガス(ガス化ガス)を高温に保ったまま燃料電池14に供給することが可能であるため、燃料ガスの温度を大きく下げる必要がなく、したがって水蒸気損失の抑制のため高温に保持したことと相まって熱損失を効果的に抑制することが可能となっている。加えて、ガス精製装置22は乾式にて精製を実施する装置で構成されているために排水処理が不要であり、したがって排水設備が不要であるという点もさらに有利である。   Moreover, the adoption of the high-temperature fuel cell 14 as the power generation device and the realization of such a dry gas purification process suitable for power generation by the high-temperature fuel cell 14 is intended to suppress the above-described water vapor loss. This results in a synergistic effect in combination with the structure. That is, since it is possible to supply the fuel gas (gasification gas) to the fuel cell 14 while keeping the temperature high, there is no need to greatly reduce the temperature of the fuel gas, and therefore the temperature is maintained at a high temperature to suppress water vapor loss. This makes it possible to effectively suppress heat loss. In addition, since the gas purification device 22 is composed of a device that performs purification in a dry manner, waste water treatment is unnecessary, and therefore, it is further advantageous that drainage equipment is unnecessary.

さらに、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においては発電装置として高温型の燃料電池14を採用したことから、発電装置がガスエンジンやガスタービン等である場合とは異なり、ガス化ガスの熱量や流量が変動したとしてもこの変動量が電池自身の温度を運転範囲内に留める程度のものであれば安定かつ高効率に運転することができることが可能となっている。   Further, in the high-temperature fuel cell power generation system 1 for carbonizing and gasifying biomass according to the present embodiment, since the high-temperature fuel cell 14 is employed as the power generation device, the power generation device is different from the case where the power generation device is a gas engine, a gas turbine, or the like. Even if the heat amount and flow rate of the gasification gas fluctuate, it is possible to operate stably and efficiently if the fluctuation amount is such that the temperature of the battery itself is kept within the operation range.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態においては廃棄物系バイオマスの具体例として都市ゴミや廃棄プラスチック類を挙げたがこれらは例示にすぎず、本実施形態にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1によれば木質系か廃棄物系かを問わず多くのバイオマス、例えば農林・畜産・水産物資源およびその残さ物、建築廃材、食品廃棄物、汚泥等の高含水率のバイオマスを利用対象に含めることができる。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the embodiment described above, municipal waste and waste plastics are given as specific examples of waste biomass, but these are merely examples, and the biomass carbonization gasification high temperature fuel cell power generation system 1 according to this embodiment is used. According to the report, many types of biomass, whether woody or waste, such as agricultural / forestry / livestock / fishery resources and their residues, building waste, food waste, sludge, etc., should be included it can.

また、本実施形態では、炭化機2に対してバイオマス燃料のみを投入する形態を説明したが、必要に応じて化石燃料を追加投入するための化石燃料投入手段(例えば化石燃料投入用ライン)29を併設することもできる(図5参照)。例えば、水分量50%以上というような高含水のバイオマス燃料は単位体積あたりの熱量が低く、炭化装置2を用いてもガス化ガスの単位体積あたりの熱量も低い場合があるが、このような場合に上述の化石燃料投入手段29を利用して化石燃料を追加投入することとすれば、追加分の熱量を合わせて炭化を行うことが可能となる。こうした場合、ガス化ガスの単位体積あたりの熱量が向上する結果、システム全体としての熱効率や発電効率の向上を図ることが可能となる。化石燃料としては石炭などを用いることができる。   Further, in the present embodiment, the form in which only the biomass fuel is input to the carbonizer 2 has been described. However, a fossil fuel input means (for example, a fossil fuel input line) 29 for additionally inputting fossil fuel as necessary is described. (See FIG. 5). For example, a biomass fuel with a high water content such as a water content of 50% or more has a low calorific value per unit volume, and even if the carbonization apparatus 2 is used, the calorific gas per unit volume may be low. In this case, if the fossil fuel is additionally input by using the above-described fossil fuel input means 29, it is possible to perform carbonization in accordance with the amount of heat added. In such a case, the amount of heat per unit volume of the gasification gas is improved. As a result, the thermal efficiency and power generation efficiency of the entire system can be improved. Coal etc. can be used as the fossil fuel.

また、ガス化ガスの単位体積あたりの熱量向上を図るという観点からすれば、燃料電池14の排熱を利用し、炭化装置2へと投入される前の段階でバイオマスを加熱し一部乾燥する前処理システム30を構成することも好ましい(図6参照)。バイオマスとして水分量50%以上という高含水のものを対象とすると上述したように単位体積あたりの熱量が低いが、このような前処理システム30を利用すれば、炭化装置2へ投入される前の段階で水分の一部を蒸発させることができるため、熱量向上が図れるという点で有利となる。このような前処理システム30の一例を示すと、スタックブロワー19からスタック21までの排ガス経路途中に乾燥器31を設け、投入前のバイオマス燃料をこの乾燥器31にて一部乾燥するというものがある(図6参照)。例えば本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1の場合、廃熱回収ボイラー16を通過した後の時点で排ガスは120℃程度の温度であり、尚かつその後は廃ガスとして排出されるだけであるため、この排ガスが有する廃熱を利用して熱風による前処理を行えばシステム全体としての熱効率がさらに向上することにつながる。しかも、このように一部乾燥するための前処理を行う場合、例えば脱水処理を採択すると排水を処理するための設備が別途必要になることがあるが、上述のように廃熱を利用して一部乾燥する場合には水分を水蒸気としてバイオマスごと炭化機2に送り込むことができる(つまり、システム内に水蒸気を取り込むことができる)ためにこのような排水設備を設けなくて済むという利点もある。   Further, from the viewpoint of improving the amount of heat per unit volume of the gasification gas, the biomass is heated and partially dried before being input to the carbonization apparatus 2 using the exhaust heat of the fuel cell 14. It is also preferable to constitute the pretreatment system 30 (see FIG. 6). When biomass having a high water content of 50% or more is targeted, the amount of heat per unit volume is low as described above. However, if such a pretreatment system 30 is used, the biomass before being put into the carbonizer 2 is used. Since part of the water can be evaporated at the stage, it is advantageous in that the amount of heat can be improved. An example of such a pretreatment system 30 is that a dryer 31 is provided in the exhaust gas path from the stack blower 19 to the stack 21 and the biomass fuel before charging is partially dried by the dryer 31. Yes (see FIG. 6). For example, in the case of the biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system 1 of the present embodiment, the exhaust gas has a temperature of about 120 ° C. after passing through the waste heat recovery boiler 16 and is then discharged as waste gas. Therefore, if the pretreatment with hot air is performed using the waste heat of the exhaust gas, the thermal efficiency of the entire system is further improved. Moreover, when pretreatment for partial drying is performed in this way, for example, when dehydration is adopted, a separate facility for treating wastewater may be required, but as described above, waste heat is used. In the case of partial drying, there is an advantage that it is not necessary to provide such a drainage equipment because moisture can be sent together with biomass into the carbonizer 2 (that is, steam can be taken into the system). .

さらに、本実施形態のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム1においては高温型の燃料電池14を採用したことから、ガス化ガスの熱量や流量が変動したとしても安定かつ高効率に運転することが可能となっていることは上述したとおりであるが、さらにガスホルダー32を併設することも好ましい(図7参照)。ガスホルダー32を設けた場合には、ガス化ガスの圧力制御を行うことによって熱量流量の変動による電池出力の変動をさらに抑えることが可能となる。ガスホルダー32の設置例としては、例えば図2に示した熱交換器11から改質器12へと続くガス化ガス供給路と並列に設置したアキュムレーターなどを挙げることができる(図7参照)。また、このようにガスホルダー32を高温型燃料電池ユニットC内にパッケージング化することは、ガスホルダー32を高温雰囲気下に置くことになるから、当該ガスホルダー32からの放熱の防止を図ることが可能となる。さらには、例えばガスホルダー32の出口に圧力調整弁(調整圧は常圧〜精製ガスブロワー8の出口圧力の間)を設け、ある程度の変動を吸収させる等により、このガスホルダー32およびその周囲に、ガス化ガスの熱量や流量の変動を安定化させる機能を備えさせることもできる。あるいは、ガスホルダー32自体で吸収しきれない大きな変動が生じた場合に、ガスホルダー32から天然ガスを導入することにより、ガス化ガスの組成および流量変動を安定化させることも可能である。なお、天然ガスのみをガスホルダー32に導入した場合、当該ガスホルダー32内の温度によっては炭素析出が懸念されるために、必要に応じて水蒸気も同時に加えるか、あるいはそのことを考慮することが好ましい(図7参照)。   Furthermore, since the high-temperature fuel cell power generation system 1 for biomass carbonization and gasification of the present embodiment employs a high-temperature fuel cell 14, it operates stably and efficiently even if the heat amount and flow rate of the gasification gas fluctuate. Although it is possible to do this as described above, it is also preferable to provide a gas holder 32 (see FIG. 7). When the gas holder 32 is provided, it is possible to further suppress fluctuations in battery output due to fluctuations in the amount of heat flow by controlling the pressure of the gasification gas. As an installation example of the gas holder 32, for example, an accumulator or the like installed in parallel with the gasification gas supply path continuing from the heat exchanger 11 to the reformer 12 shown in FIG. 2 can be cited (see FIG. 7). . In addition, packaging the gas holder 32 in the high-temperature fuel cell unit C in this way places the gas holder 32 in a high-temperature atmosphere, so that heat dissipation from the gas holder 32 is prevented. Is possible. Further, for example, a pressure adjusting valve (adjusted pressure is between the normal pressure and the outlet pressure of the purified gas blower 8) is provided at the outlet of the gas holder 32, and a certain amount of fluctuation is absorbed. In addition, it is possible to provide a function of stabilizing fluctuations in the heat amount and flow rate of the gasification gas. Alternatively, when a large variation that cannot be absorbed by the gas holder 32 itself occurs, it is possible to stabilize the composition and flow rate variation of the gasification gas by introducing natural gas from the gas holder 32. In addition, when only natural gas is introduced into the gas holder 32, there is a concern that carbon deposition may occur depending on the temperature in the gas holder 32. Therefore, if necessary, water vapor may be added at the same time or it may be considered. Preferred (see FIG. 7).

また、ガス化炉3で生成されるガス化ガスのみでは要求される電気出力を補償できないおそれがあるような場合には、ガス化ガスの不足分を補う一手段として天然ガス供給手段33を設けることとしてもよい(図7参照)。こうした場合、ガス化ガスの不足分を天然ガスで補うことによって燃料電池14の迅速な負荷応答あるいは一定出力運転を確保することが可能となる。天然ガスを供給する具体的な形態の一例としては、上述したガスホルダー32に供給する構成としたものなどがあるが(図7参照)、これは一例であって他の形態とすることも可能である。   Further, when there is a possibility that the required electrical output cannot be compensated only by the gasification gas generated in the gasification furnace 3, the natural gas supply means 33 is provided as a means for compensating for the shortage of the gasification gas. It is good also (refer FIG. 7). In such a case, it is possible to ensure a quick load response or constant output operation of the fuel cell 14 by supplementing the shortage of gasification gas with natural gas. As an example of a specific form for supplying natural gas, there is a structure for supplying to the gas holder 32 described above (see FIG. 7). However, this is an example, and other forms are possible. It is.

さらには、ガス化ガス中の水素、一酸化炭素成分からメタン成分を発生するメタン生成器34を設けることもできる(図8参照)。高温型燃料電池14が例えば内部改質型である場合にはガス化ガス中のメタン濃度を高くする必要があるが、現状のガス化ガスでは場合によっては要求を満たす程のメタン濃度を確保することができない場合がある。これに対し、ガス化ガス中の水素、一酸化炭素成分からメタン成分を発生するメタン生成器34をシステム内に設けることとすれば内部改質型の燃料電池14にも対応することが可能となる。また、こうした場合には、メタン生成器34にて発生する熱を、燃料電池14に導入する導入する燃料ガスや酸化剤ガスを昇温させるため、あるいは燃料電池14の排ガスの高温化するための熱源として有効利用することも可能となる。このようなメタン生成器34の具体的な形態の一例を示すと、例えば熱交換器11から改質器12へと続くガス化ガス供給路と並列に設置したものを挙げることができる(図8参照)。また図8に示す実施形態では、廃熱回収ボイラー16から供給される蒸気の供給管を途中で分岐し、このメタン生成器34にも蒸気を供給し、炭素析出を防止することとしている(図8参照)。   Furthermore, a methane generator 34 for generating a methane component from hydrogen and carbon monoxide components in the gasification gas may be provided (see FIG. 8). When the high-temperature fuel cell 14 is, for example, an internal reforming type, it is necessary to increase the methane concentration in the gasification gas. However, in the current gasification gas, a methane concentration sufficient to satisfy the demand is secured in some cases. It may not be possible. On the other hand, if a methane generator 34 for generating a methane component from hydrogen and carbon monoxide components in the gasification gas is provided in the system, the internal reforming fuel cell 14 can be handled. Become. In such a case, the heat generated in the methane generator 34 is used to raise the temperature of the fuel gas or oxidant gas introduced into the fuel cell 14 or to increase the temperature of the exhaust gas of the fuel cell 14. It can also be used effectively as a heat source. An example of a specific form of such a methane generator 34 is, for example, one installed in parallel with the gasification gas supply path that continues from the heat exchanger 11 to the reformer 12 (FIG. 8). reference). In the embodiment shown in FIG. 8, the steam supply pipe supplied from the waste heat recovery boiler 16 is branched in the middle, and steam is also supplied to the methane generator 34 to prevent carbon deposition (FIG. 8). 8).

また、本実施形態ではガス化炉3で生成したガス化ガスを冷却器4において水冷することとしたが(図2参照)、水冷する(つまり水との間で熱交換する)代わりに、あるいは水冷するよりも前に、熱交換機11との間で熱交換を行うようにすることも好ましい。こうした場合には、燃料電池14の排ガスを直接、炭化機2の熱源として供給できるため、さらに高い熱効率を実現することが可能となる。この場合、熱交換器11は冷却器4の手前(つまり、ガス化炉3から冷却器4までの経路の途中)で交差ないしは近接させて設置し、精密精製装置10を経たガス化ガスとガス化炉3の出口のガス化ガスとの間で熱交換が行われるようにする(図1参照)。なお、図2においてはそれぞれ別に示した熱交換器9,11であるが、図1中ではこれら熱交換器をまとめて図示している。   In this embodiment, the gasification gas generated in the gasification furnace 3 is water-cooled in the cooler 4 (see FIG. 2). Instead of water-cooling (that is, heat exchange with water), or It is also preferable to perform heat exchange with the heat exchanger 11 before water cooling. In such a case, since the exhaust gas of the fuel cell 14 can be directly supplied as a heat source for the carbonizer 2, higher thermal efficiency can be realized. In this case, the heat exchanger 11 is installed in front of the cooler 4 (that is, in the middle of the path from the gasification furnace 3 to the cooler 4) so as to intersect or be close to each other, and the gasified gas and gas passed through the precision purifier 10. Heat exchange is performed with the gasification gas at the outlet of the conversion furnace 3 (see FIG. 1). In addition, although it is the heat exchangers 9 and 11 shown separately in FIG. 2, in FIG. 1, these heat exchangers are collectively shown.

さらには、精製後のガスの一部を取り出して燃焼し、燃焼後のガスを排ガス供給路26へと送り込むようにしてもよい(図9参照)。こうした場合には、燃焼後のガスが有する熱量を炭化機2に与えることが可能となるから、上述したのと同様、炭化機2に熱源として供給される排ガスをより高温とすることができ、さらに高い熱効率を実現することが可能となる。このような実施形態の具体例としては、精密精製装置10から熱交換器11までのガス供給路を途中で分岐し、分岐路の途中に燃焼器35を設けたものを挙げることができる(図9参照)。燃焼後のガスは排ガス供給路26へ送り込まれて排ガスと混合される。このような構成は、特に水分量50%以上という高含水のバイオマスが対象となる場合に、発熱量の高い高品位炭化チャーが得られるという点で好適である。燃焼器35には必要量の燃焼用空気が供給される。   Furthermore, a part of the purified gas may be taken out and burned, and the burned gas may be sent to the exhaust gas supply path 26 (see FIG. 9). In such a case, since it becomes possible to give the calorie 2 the amount of heat that the gas after combustion has, the exhaust gas supplied as a heat source to the carbonizer 2 can be heated to a higher temperature, as described above. Furthermore, it becomes possible to realize high thermal efficiency. As a specific example of such an embodiment, a gas supply path from the precision refining device 10 to the heat exchanger 11 may be branched in the middle, and a combustor 35 may be provided in the middle of the branch path (FIG. 9). The burned gas is fed into the exhaust gas supply path 26 and mixed with the exhaust gas. Such a configuration is suitable in that a high-quality carbonized char with a high calorific value can be obtained particularly when high moisture biomass having a moisture content of 50% or more is targeted. A necessary amount of combustion air is supplied to the combustor 35.

本発明にかかるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムの構成の概略を3つのユニットに分けて示した図である。It is the figure which divided and showed the outline of the structure of the carbonization gasification high temperature type fuel cell power generation system of biomass concerning this invention in three units. 本実施形態におけるバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムの構成を示した図である。It is the figure which showed the structure of the carbonization gasification high temperature type fuel cell power generation system of biomass in this embodiment. 図2に示したバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムのうち、ガス精製装置に該当する部分を詳細に示した図である。It is the figure which showed in detail the part applicable to a gas refinement | purification apparatus among the carbonization gasification high temperature type fuel cell power generation system of biomass shown in FIG. 単一のガス化炉の周囲に炭化装置を複数個配置し、各炭化装置の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させるようにしたバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システムを示した図である。A diagram showing a biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell power generation system in which a plurality of carbonization devices are arranged around a single gasification furnace, and the operation cycle of each carbonization device is operated by rotation with a time difference. It is. 本発明の他の実施形態を示したもので、炭化機に化石燃料を追加投入するための化石燃料投入手段を併設した形態を部分的に表す概略図である。FIG. 10 is a schematic view partially showing another embodiment of the present invention, in which a fossil fuel input means for additionally supplying fossil fuel to a carbonizer is additionally provided. 炭化装置へと投入される前の段階のバイオマスを燃料電池の排熱を利用して加熱し、一部乾燥する前処理システムの構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the structure of the pre-processing system which heats the biomass of the stage before thrown into a carbonization apparatus using the exhaust heat of a fuel cell, and partially drys it. ガス化ガスの熱量流量の変動による電池出力の変動を抑えるガスホルダー、およびガス化ガスの不足分を補う一手段としての天然ガス供給手段を設けた形態の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the form which provided the natural gas supply means as a gas holder which suppresses the fluctuation | variation of the battery output by the fluctuation | variation of the calorie | heat amount flow rate of gasification gas, and a means which compensates the shortage of gasification gas. ガス化ガス中の水素、一酸化炭素成分からメタン成分を発生するメタン生成器を設けた形態の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the form which provided the methane generator which generate | occur | produces a methane component from the hydrogen in a gasification gas, and a carbon monoxide component. 精製後のガスの一部を取り出して燃焼し、燃焼後のガスを排ガス供給路へと送り込むようにした形態の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the form which took out and combusted some gas after refinement | purification, and sent the gas after combustion to an exhaust gas supply path. 炭素析出の概要を説明するための図で、燃料ガスの組成を炭素C分、水素H分、酸素O分の比率で分配した三相図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of carbon precipitation, and is a three-phase diagram which distributed the composition of fuel gas by the ratio of carbon C content, hydrogen H content, and oxygen O content.

符号の説明Explanation of symbols

1 バイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム
2 炭化機(炭化装置)
3 ガス化炉
14 高温型の燃料電池
22 ガス精製装置
29 化石燃料投入手段
30 前処理システム
32 ガスホルダー
33 天然ガス供給手段
34 メタン生成器
1 Carbonization gasification of biomass High-temperature fuel cell power generation system 2 Carbonizer (carbonizer)
3 Gasifier 14 High-temperature fuel cell 22 Gas refining device 29 Fossil fuel input means 30 Pretreatment system 32 Gas holder 33 Natural gas supply means 34 Methane generator

Claims (15)

高温型の燃料電池と、該燃料電池が作動時に排出する排熱の供給を受け該排熱を利用してバイオマスを熱分解し炭化する炭化装置と、該炭化装置により生成される炭化チャーの燃焼およびガス化と炭化時に揮発したタールを含む熱分解ガスの改質とを行うガス化炉と、該ガス化炉で生成されたガス化ガスを水蒸気の露点温度よりも高い温度で精製するガス精製装置とを備え、さらに前記燃料電池は、前記ガス化炉で生成され前記ガス精製装置で精製されたガス化ガスをエネルギーとして作動するとともに当該作動時に排出する排熱を前記炭化装置に熱源として供給するものであることを特徴とするバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   High-temperature type fuel cell, carbonization device that receives supply of exhaust heat exhausted during operation of the fuel cell and pyrolyzes and carbonizes biomass using the exhaust heat, and combustion of char char generated by the carbonization device Gasification furnace for gasification and reforming of pyrolysis gas containing tar volatilized during carbonization, and gas purification for purifying the gasification gas generated in the gasification furnace at a temperature higher than the dew point temperature of water vapor The fuel cell is operated with the gasified gas generated in the gasification furnace and purified by the gas purification device as energy, and exhaust heat discharged during the operation is supplied to the carbonization device as a heat source. A biomass carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system characterized by 前記ガス精製装置は、乾式の精製装置であることを特徴とする請求項1に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the gas purification device is a dry purification device. 前記炭化装置に化石燃料を追加投入するための化石燃料投入手段が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The biomass carbonized gasification high-temperature fuel cell power generation system according to claim 1 or 2, further comprising fossil fuel input means for additionally supplying fossil fuel to the carbonization device. 前記炭化装置へと投入される前の段階の前記バイオマスを前記燃料電池の排熱を利用して加熱し一部乾燥する前処理システムを備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   4. The system according to claim 1, further comprising a pretreatment system that heats the biomass at a stage before being input to the carbonizer using the exhaust heat of the fuel cell to partially dry the biomass. A biomass carbonization high temperature fuel cell power generation system according to any one of the above. 前記燃料電池に悪影響を及ぼす不純物を特定し、前記ガス化ガス中における前記不純物の濃度が少なくとも前記燃料電池の許容レベルとなるまで当該不純物を除去することを特徴とする請求項1から4のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   5. An impurity having an adverse effect on the fuel cell is specified, and the impurity is removed until the concentration of the impurity in the gasification gas reaches at least an allowable level of the fuel cell. A biomass carbonization high temperature fuel cell power generation system according to any one of the above. 前記ガス精製装置は、ガス化中に含まれるHCl等の不純物を吸収する不純物吸収剤と、水蒸気の露点温度よりも高い温度条件下で使用される高温フィルターとを用いるものであることを特徴とする請求項1から5のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The gas purification apparatus is characterized by using an impurity absorbent that absorbs impurities such as HCl contained in gasification and a high-temperature filter that is used under a temperature condition higher than the dew point temperature of water vapor. The biomass gasification high temperature type fuel cell power generation system of biomass according to any one of claims 1 to 5. 前記ガス精製装置によって精製されたガス化ガスの圧力制御を行うガスホルダーを備えていることを特徴とする請求項1から6のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 6, further comprising a gas holder that performs pressure control of the gasification gas purified by the gas purification device. . 前記ガス化炉にて生成されるガス化ガスの不足分を補うための天然ガス供給手段を備えていることを特徴とする請求項1から7のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The high-temperature gasification of biomass according to any one of claims 1 to 7, further comprising natural gas supply means for compensating for a shortage of gasification gas generated in the gasification furnace. Type fuel cell power generation system. 前記燃料電池のアノード排ガスを燃焼させた後にカソードに供給する燃焼器と、前記燃料電池のアノードに供給されるガスの改質が必要な場合に前記燃焼器の燃焼熱を利用して当該ガスの改質を行う改質器とを備え、前記燃料電池の燃料ガスとして、前記精製後のガス化ガスのみならず天然ガスをも補充的に利用可能としていることを特徴とする請求項1から8のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   A combustor that is supplied to the cathode after burning the anode exhaust gas of the fuel cell, and when the gas supplied to the anode of the fuel cell needs to be reformed, the combustion heat of the combustor is used to 9. A reformer for performing reforming, wherein not only the purified gasification gas but also natural gas can be supplementarily used as fuel gas for the fuel cell. A biomass carbonized high temperature fuel cell power generation system according to any one of the above. ガス化ガス中の水素、一酸化炭素成分からメタン成分を発生するメタン生成器を備えていることを特徴とする請求項1から9のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   10. A biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell according to claim 1, further comprising a methane generator for generating a methane component from hydrogen and carbon monoxide components in the gasification gas. Power generation system. 前記ガス化炉に燃焼用空気を供給する空気吹きの構成となっていることを特徴とする請求項1から10のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The biomass gasification high-temperature fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 10, wherein the gasification furnace is configured to blow air to supply combustion air to the gasification furnace. 前記ガス化炉において、前記バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、前記タールを1100℃以上の温度で分解し、前記熱分解ガスの改質を行うことを特徴とする請求項1から11のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   In the gasification furnace, combustion and gasification are performed using carbonized char obtained by carbonizing the biomass as fuel, the tar is decomposed at a temperature of 1100 ° C. or more, and the pyrolysis gas is reformed. The biomass carbonized gasification high temperature type fuel cell power generation system according to any one of claims 1 to 11. 前記ガス化炉において、前記バイオマスを炭化することにより得られた炭化チャーを燃料として燃焼とガス化を行い、該炭化チャー中の灰分を溶融させスラグ化することを特徴とする請求項1から12のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The gasification furnace performs combustion and gasification using carbonized char obtained by carbonizing the biomass as fuel, and melts ash content in the carbonized char to form slag. A biomass carbonized high temperature fuel cell power generation system according to any one of the above. 前記燃料電池から排出された排ガスと前記ガス化炉で生成されたガス化ガスとの間で熱交換を行うことにより、前記炭化装置にて前記バイオマスの炭化に使用する熱を、前記燃料電池から排出された排ガスから回収するのみならず、前記ガス化炉で生成されたガス化ガスからも回収する熱交換器を備えていることを特徴とする請求項1から13のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   By performing heat exchange between the exhaust gas discharged from the fuel cell and the gasification gas generated in the gasification furnace, heat used for carbonization of the biomass in the carbonization device is obtained from the fuel cell. 14. The heat exchanger according to claim 1, further comprising a heat exchanger that collects not only exhausted exhaust gas but also gasified gas generated in the gasification furnace. Biomass gasification high temperature fuel cell power generation system. 前記炭化装置を複数個配置し、各炭化装置の運転サイクルに時間差を設けてローテーションで作動させることを特徴とする請求項1から14のいずれかひとつに記載のバイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム。   The biomass carbonization gasification high-temperature fuel cell according to any one of claims 1 to 14, wherein a plurality of the carbonization devices are arranged, and the operation cycle of each carbonization device is operated by rotation with a time difference. Power generation system.
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