JP6229115B2 - Power generation apparatus and power generation method - Google Patents
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Description
本発明は、炭素系燃料を原料とするガス化炉と燃料電池とを組み合わせた発電装置に関し、詳しくは高効率の発電装置および発電方法に関する。 The present invention relates to a power generation device that combines a gasification furnace using a carbon-based fuel as a raw material and a fuel cell, and more particularly to a highly efficient power generation device and a power generation method.
近年、環境への配慮から、自動車または電車などの車両用の動力源または発電設備として、燃料電池を用いることが提案されている(例えば、特許文献1)。燃料電池は、外部から水素および酸素を、それぞれ、負極および正極に供給して、反応させることにより継続的に電力を取り出すことができる発電装置である。一方、一次電池および二次電池は、還元剤と酸化剤が電池内の電極に充填されているので、電気容量に限界がある。これに対して、燃料電池は、還元剤と酸化剤を外部から供給するので、電気容量に制限がなく、発電を継続的に行うことが可能な点で大きな特徴を有している。 In recent years, in consideration of the environment, it has been proposed to use a fuel cell as a power source or power generation equipment for a vehicle such as an automobile or a train (for example, Patent Document 1). A fuel cell is a power generator that can continuously extract electric power by supplying hydrogen and oxygen from the outside to a negative electrode and a positive electrode, respectively, and reacting them. On the other hand, the primary battery and the secondary battery have a limited electric capacity because the reducing agent and the oxidizing agent are filled in the electrodes in the battery. On the other hand, since the fuel cell supplies the reducing agent and the oxidizing agent from the outside, the fuel cell has a great feature in that the electric capacity is not limited and power generation can be continuously performed.
燃料電池は、その発電過程において燃焼過程が存在しないことを特徴としており、水素と酸素が反応して水を生成するので、環境への負荷が小さい発電装置と言われている。 The fuel cell is characterized in that there is no combustion process in the power generation process, and hydrogen and oxygen react to generate water, so that it is said to be a power generation device with a low environmental load.
特許文献2には、流動層ガス炉と燃料電池とを備えた燃料電池複合サイクル発電システムが開示されている。すなわち、流動層ガス炉へ供給される燃料は高温の温度域で熱分解を受け、一酸化炭素と燃料電池発電のための有効ガス成分である水素を含んだガスを生成する。この場合、燃料投入時の温度から高温の温度域への昇温は、燃料を部分燃焼させることにより行われる。流動層ガス炉から出た生成ガスは集塵装置で灰分等が除去され、反応器において水素ガスが生成され、燃料電池へと送られ発電する。
また特許文献3には、炭素を含む原料をガス化する流動層ガス炉と、流動層ガス炉内に設置された燃料電池と、流動層ガス炉でガス化された生成ガスから水素を生成するシフト反応器を有し、燃料電池はシフト反応器にて生成された水素を用いて発電するガス化設備が開示されている。
In
また特許文献4には、石炭ガス化炉で生成されたガス化ガスが、シフト反応器において水素ガスに改質されて、燃料電池に供給して発電するとともに、ガスタービンに供給されて発電する技術が開示されている。
In
燃料電池は耐環境性能に優れるが、燃料電池から発電の際に発生する熱は動力として回収されず、必ずしも有効に利用されているとはいえない。 Although the fuel cell is excellent in environmental resistance, the heat generated during power generation from the fuel cell is not recovered as motive power and is not necessarily effectively used.
特許文献3に開示の発電装置によれば、燃料電池が流動層ガス炉内に設置されているので、燃料電池から発電の際に発生する熱は有効に利用されているが、原料に含まれる炭素分が十分に利用されているとは言えず、水素への変換率が十分とは言えない。すなわち、シフト反応器から排出されるガス等には炭素もしくは炭化水素が含まれており、炭素が有効に変換・回収されていない。
According to the power generation device disclosed in
また、特許文献4に開示のガス化設備によれば、シフト反応器で生成された水素ガスが燃料電池に供給されるところ、シフト反応器から排出されるガス中にはタール分が残留しており、このタール分は燃料電池の動作に悪影響を与えるばかりでなく、燃料電池を損傷するおそれがある。
更に、炭素もしくは炭化水素にタールが付着していると、シフト反応が進みにくいという問題もある。
Further, according to the gasification facility disclosed in
Furthermore, when tar adheres to carbon or hydrocarbon, there is also a problem that the shift reaction is difficult to proceed.
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであり、エクセルギーΔGを可能な限り電気エネルギーに変換することで、発電効率の高い発電装置を提供することにある。また、原料に含まれる炭素分の水素への変換率を上げることにより、資源の有効利用を図ることにある。更には、タール分により、燃料電池の動作が妨げられたり燃料電池が損傷することがないようにすることにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and is to provide a power generation device with high power generation efficiency by converting exergy ΔG to electrical energy as much as possible. Another purpose is to effectively use resources by increasing the conversion rate of carbon contained in the raw material into hydrogen. Furthermore, the tar content prevents the operation of the fuel cell from being hindered or damaged.
前記した目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、炭素および/または炭化水素を含む原料を加熱して熱分解して、熱分解ガスと第1固形物を排出する熱分解炉と、前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス炉と、前記流動層ガス炉からの第2固形物を加熱して第2生成ガスを生成する燃焼炉と、前記熱分解ガスと前記第1生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、前記シフト反応器で生成された水素を用いて発電する燃料電池を有する発電装置であって、前記燃料電池が前記流動層ガス炉内に設置されている。 In order to achieve the above-described object, a power generation apparatus according to the present invention includes a pyrolysis furnace that heats and thermally decomposes a raw material containing carbon and / or hydrocarbons, and discharges pyrolysis gas and first solids. A fluidized bed gas furnace for pyrolyzing the first solid material to generate a first product gas; a combustion furnace for heating the second solid material from the fluidized bed gas furnace to generate a second product gas; A power generator comprising: a shift reactor that generates hydrogen from the pyrolysis gas and the first product gas; and a fuel cell that generates power using the hydrogen generated in the shift reactor, wherein the fuel cell It is installed in the bed gas furnace.
この構成において、熱分解炉に供給される原料として、炭素、炭化水素、または炭素と炭化水素の混合物およびバイオマスおよび家畜の糞尿等が考えられる。原料は炭素源であって、還元材でもある。原料は好ましくはホッパー等から熱分解炉内に投入される。そして、熱分解炉からは気体である熱分解ガスと固体である第1固形物が排出される。熱分解ガスからシフト反応器で水素が生成される。第1固形物は流動層ガス炉に供給されて第1生成ガスを生成する。 In this configuration, carbon, hydrocarbons, a mixture of carbon and hydrocarbons, biomass, livestock manure, and the like can be considered as raw materials supplied to the pyrolysis furnace. The raw material is a carbon source and a reducing material. The raw material is preferably fed into the pyrolysis furnace from a hopper or the like. And the pyrolysis gas which is gas, and the 1st solid substance which is solid are discharged | emitted from a pyrolysis furnace. Hydrogen is produced from the pyrolysis gas in a shift reactor. The first solid is supplied to a fluidized bed gas furnace to generate a first product gas.
本発明に係る発電装置は、前記第2生成ガスが前記熱分解炉に供給されることが好ましい。この構成によれば、燃焼炉と熱分解炉とで炭素が熱分解を受けるので、炭素の水素への変換効率が向上する。 In the power generation apparatus according to the present invention, the second product gas is preferably supplied to the pyrolysis furnace. According to this configuration, since carbon undergoes thermal decomposition in the combustion furnace and the pyrolysis furnace, the conversion efficiency of carbon into hydrogen is improved.
本発明に係る発電装置は、前記熱分解ガスおよび前記第1生成ガスに含まれるタール分を分解するタール分解装置が前記シフト反応器の上流側に設置されていることが好ましい。
この構成によれば、燃料電池に供給される水素にはタール分が除去されるので、燃料電池の動作が妨げられ、損傷を受けることがない。
In the power generation apparatus according to the present invention, it is preferable that a tar decomposition apparatus for decomposing a tar content contained in the pyrolysis gas and the first product gas is installed on the upstream side of the shift reactor.
According to this configuration, since the tar content is removed from the hydrogen supplied to the fuel cell, the operation of the fuel cell is hindered and is not damaged.
本発明に係る発電装置は、前記燃焼炉と前記流動層ガス炉の間にマテリアルシールが設けられていて、前記燃焼炉に供給される空気および水蒸気が前記流動層ガス炉に流れないようになっている。この構成によれば、燃焼炉に供給される空気等は流動層ガス炉に逆流することがない。 In the power generation apparatus according to the present invention, a material seal is provided between the combustion furnace and the fluidized bed gas furnace, so that air and water vapor supplied to the combustion furnace do not flow to the fluidized bed gas furnace. ing. According to this configuration, air or the like supplied to the combustion furnace does not flow backward to the fluidized bed gas furnace.
本発明に係る発電装置は、前記流動層ガス炉には、流動層が配備されていて、更に、前記流動層の下部には分散板が配備されていて、前記燃料電池が前記流動層内であって前記分散板の上方に配置されていることが好ましい。 In the power generation apparatus according to the present invention, the fluidized bed gas furnace is provided with a fluidized bed, and further, a dispersion plate is provided under the fluidized bed, and the fuel cell is disposed in the fluidized bed. Therefore, it is preferable to be disposed above the dispersion plate.
この構成によれば、流動層には流動媒体が充填されていて、流動媒体は分散板により保持されている。これにより、流動層ガス炉の構成要素である流動層に燃料電池が配置される。流動層には,適当な大きさの砂などからなる固体粒子が流動媒体としてその内部に配備されている。流動層の下部から気体を吹き込むことにより、流動媒体をある高さまで浮遊させ、激しく動き回る状態にする。 According to this configuration, the fluidized bed is filled with the fluidized medium, and the fluidized medium is held by the dispersion plate. Thereby, a fuel cell is arrange | positioned at the fluidized bed which is a component of a fluidized bed gas furnace. In the fluidized bed, solid particles made of sand of an appropriate size are arranged as a fluidized medium. By blowing gas from the lower part of the fluidized bed, the fluidized medium is floated to a certain height and is in a state of moving violently.
本発明に係る発電装置は、前記流動層ガス炉において、前記第1固形物を熱分解するのに必要な熱を前記燃料電池の発電により生じた熱を用いることが好ましい。 The power generation apparatus according to the present invention preferably uses heat generated by power generation of the fuel cell as heat necessary for pyrolyzing the first solid matter in the fluidized bed gas furnace.
この構成によれば、燃料電池が流動層内に設置されているので、燃料電池が反応(発電)に際して生成する熱は無駄なく直接流動媒体を介して流動層に伝達され、効果的に流動層ガス炉内の第1固形物のガス化に必要な熱を供給する。 According to this configuration, since the fuel cell is installed in the fluidized bed, the heat generated by the fuel cell during the reaction (power generation) is directly transferred to the fluidized bed through the fluidized medium without waste, and effectively the fluidized bed. The heat required for gasification of the first solid in the gas furnace is supplied.
本発明の特徴とするところは、第1固形物のガス化に必要な熱は、第1固形物の燃焼による熱を用いるのではなく、燃料電池の反応(発電)により生じた熱を用いる。 The feature of the present invention is that the heat required for gasification of the first solid does not use the heat generated by the combustion of the first solid, but uses the heat generated by the reaction (power generation) of the fuel cell.
本発明に係る発電装置は、前記燃料電池の発電の際に生じた蒸気が、前記分散板の上流に配備したウインドボックスに供給される。この構成によれば、流動層ガス炉の底部にウインドボックスがあり、ウインドボックスから流動媒体の流動化に必要な蒸気を流動層に吹き込む。また、流動層の浮遊懸濁のための気体として、水蒸気を用い、空気を用いないことを特徴とする。 In the power generation apparatus according to the present invention, steam generated during power generation of the fuel cell is supplied to a wind box disposed upstream of the dispersion plate. According to this configuration, there is a wind box at the bottom of the fluidized bed gas furnace, and steam necessary for fluidizing the fluidized medium is blown into the fluidized bed from the wind box. In addition, water vapor is used as a gas for floating suspension of the fluidized bed, and air is not used.
一般の流動層ガス炉においては、炉の底部にあるウインドボックスから空気を吹き込むことにより、高温の砂などの流動媒体を層内で熱風により流動化させ、その中で原料等を熱分解することによりガス化を行っている。空気を送風機等で流動層内に送り込めば、空気に含まれる酸素により原料が燃焼する。発電に燃焼過程が関与すれば、エクセルギー損失が発生して、エクセルギー率ΔG/ΔHの低下を招く。また流動化に空気を使えば、窒素も加熱することとなる。しかし、本発明に係る発電装置における流動層ガス炉において、流動化は、燃料電池の反応(発電)により生じた蒸気を用いている。流動化のために空気を外部から取り入れることは行っていないので、エクセルギー率ΔG/ΔHの値の低下を防ぐことができる。この結果、発電効率は理論効率であるエクセルギー率ΔG/ΔHになる。ここで燃焼とは、部分燃焼を含む広い燃焼過程を意味する
高圧の蒸気を用いることにより、流動層ガス炉およびその下流の圧力を高く維持することが可能となる。
In a general fluidized bed gas furnace, by blowing air from a wind box at the bottom of the furnace, a fluid medium such as high-temperature sand is fluidized with hot air in the bed, and the raw materials are pyrolyzed therein. Gasification is performed. When air is sent into the fluidized bed by a blower or the like, the raw material is burned by oxygen contained in the air. If a combustion process is involved in power generation, exergy loss occurs and the exergy rate ΔG / ΔH is reduced. If air is used for fluidization, nitrogen is also heated. However, in the fluidized bed gas furnace in the power generator according to the present invention, the fluidization uses steam generated by the reaction (power generation) of the fuel cell. Since air is not taken in from the outside for fluidization, a decrease in the value of the exergy rate ΔG / ΔH can be prevented. As a result, the power generation efficiency becomes the exergy rate ΔG / ΔH, which is the theoretical efficiency. Combustion means a wide combustion process including partial combustion. By using high-pressure steam, the fluidized bed gas furnace and the pressure downstream thereof can be kept high.
本発明に係る発電装置は、前記シフト反応器からの水素が前記燃料電池に供給されることが好ましい。 In the power generation device according to the present invention, it is preferable that hydrogen from the shift reactor is supplied to the fuel cell.
シフト反応器は、水蒸気の熱を利用して、前記生成ガスから水素を生成する。ここに、シフト反応器は生成ガスを改質して、燃料電池に供給する水素を生成する。ここに改質とは生成ガス中の一酸化炭素から水素を作り出すことであり、通常は水蒸気を熱源として供給され、触媒の助けを借りてシフト反応が進む。 The shift reactor uses the heat of water vapor to generate hydrogen from the product gas. Here, the shift reactor reforms the product gas to produce hydrogen to be supplied to the fuel cell. Here, reforming is to produce hydrogen from carbon monoxide in the product gas. Usually, steam is supplied as a heat source, and the shift reaction proceeds with the help of a catalyst.
この構成によれば、燃料電池は発電に際して高温度の水蒸気を発生する。この水蒸気をガス化反応およびシフト反応に利用することにより、燃料電池の発生する熱を無駄にすることなく、有効に利用することができる。ここに、シフト反応は(1)式で表される。一方、ガス化反応は(2)式で表される。
CO+H2O=CO2+H2 (1)
C+2H2O=CO2+2H2 (2)
According to this configuration, the fuel cell generates high-temperature water vapor during power generation. By utilizing this water vapor for the gasification reaction and shift reaction, the heat generated by the fuel cell can be used effectively without wasting it. Here, the shift reaction is represented by the formula (1). On the other hand, the gasification reaction is expressed by equation (2).
CO + H 2 O = CO 2 + H 2 (1)
C + 2H 2 O═CO 2 + 2H 2 (2)
本発明に係る水素併産発電システムは、炭素および/または炭化水素を含む原料を加熱して熱分解して、熱分解ガスと第1固形物を排出する熱分解炉と、前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス炉と、前記流動層ガス炉からの第2固形物を加熱して第2生成ガスを生成する燃焼炉と、前記熱分解ガスと前記第1生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、前記流動層ガス炉内に設置された燃料電池と、を有する水素併産発電システムであって、前記水素の一部を前記燃料電池に供給して発電する。 The cogeneration power generation system according to the present invention includes a pyrolysis furnace that heats and pyrolyzes a raw material containing carbon and / or hydrocarbons to discharge a pyrolysis gas and a first solid, and the first solid A fluidized bed gas furnace that pyrolyzes to generate a first product gas, a combustion furnace that heats a second solid material from the fluidized bed gas furnace to generate a second product gas, the pyrolysis gas, and the A hydrogen cogeneration system having a shift reactor for generating hydrogen from a first product gas and a fuel cell installed in the fluidized bed gas furnace, wherein a part of the hydrogen is supplied to the fuel cell To generate electricity.
本発明に係る発電方法は、炭素および/または炭化水素を含む原料と第2生成ガスとを加熱して、熱分解ガスと第1固形物を排出する原料熱分解ステップと、前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス化ステップと、前記流動層ガス炉からの第2固形物を燃焼炉に導き加熱して第2生成ガスを生成する加熱燃焼ステップと、前記第1生成ガスと前記熱分解ガスを加熱してタール分を分離除去するタール分除去ステップと、タール分解ステップから排出されたガスをシフト反応により水素を生成するシフト反応ステップと、前記シフト反応ステップにおいて生成された水素を燃料電池に供給して発電するステップを有する。この方法によれば、燃料電池は、流動層内に設置されている。原料熱分解ステップにおける原料は炭素および/または炭化水素を含む。 The power generation method according to the present invention includes a raw material pyrolysis step in which a raw material containing carbon and / or hydrocarbon and a second product gas are heated to discharge a pyrolysis gas and a first solid, and the first solid A fluidized bed gasification step for thermally decomposing the first product gas; and a heating and combustion step for generating a second product gas by introducing the second solid matter from the fluidized bed gas furnace to a combustion furnace and heating it; A tar removal step of separating and removing a tar component by heating the first product gas and the pyrolysis gas; a shift reaction step of generating hydrogen by a shift reaction of the gas discharged from the tar decomposition step; and the shift reaction And supplying the hydrogen generated in the step to the fuel cell to generate electricity. According to this method, the fuel cell is installed in the fluidized bed. The raw material in the raw material pyrolysis step contains carbon and / or hydrocarbon.
本発明に係る発電方法は、炭素および/または炭化水素を含む原料と第2生成ガスとを加熱して、熱分解ガスと第1固形物を排出する原料熱分解ステップと、前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス化ステップと、前記流動層ガス炉からの第2固形物を燃焼炉に導き加熱して第2生成ガスを生成する加熱燃焼ステップと、前記第1生成ガスと前記熱分解ガスを加熱してタール分を分離除去するタール分除去ステップと、タール分解ステップから排出されたガスをシフト反応により水素を生成するシフト反応ステップと、前記シフト反応ステップにおいて生成された水素を燃料電池に供給して発電すると共に、前記シフト反応ステップにおいて生成された水素のうち、前記燃料電池に供給されない水素を取り出すステップを有する。この方法によれば、流動層ガス炉およびシフト反応器で生成された水素の一部が燃料電池に供給されて発電を行い、残りの水素は生産物として取り出すことができるので、水素併産の発電方法ということができる。 The power generation method according to the present invention includes a raw material pyrolysis step in which a raw material containing carbon and / or hydrocarbon and a second product gas are heated to discharge a pyrolysis gas and a first solid, and the first solid A fluidized bed gasification step for thermally decomposing the first product gas; and a heating and combustion step for generating a second product gas by introducing the second solid matter from the fluidized bed gas furnace to a combustion furnace and heating it; A tar removal step of separating and removing a tar component by heating the first product gas and the pyrolysis gas; a shift reaction step of generating hydrogen by a shift reaction of the gas discharged from the tar decomposition step; and the shift reaction The hydrogen generated in the step is supplied to the fuel cell to generate electric power, and the hydrogen that is not supplied to the fuel cell is extracted from the hydrogen generated in the shift reaction step. Having. According to this method, a part of the hydrogen generated in the fluidized bed gas furnace and the shift reactor is supplied to the fuel cell to generate power, and the remaining hydrogen can be taken out as a product. It can be called a power generation method.
燃料電池発電によって発生する熱を原料のガス化および改質反応に必要な熱に利用することにより、発電効率の高い発電装置を提供することが可能となる。また、流動層ガス炉、燃焼炉および熱分解炉で炭素源のガス化を行うので、変換効率の高いガス化が可能となる。更に、ガスからタール分を除去することにより、ガス化の反応を容易にし、燃料電池の損傷を防ぐことができる。 By using the heat generated by the fuel cell power generation as the heat necessary for the gasification and reforming reaction of the raw material, it is possible to provide a power generation device with high power generation efficiency. Further, since the carbon source is gasified in the fluidized bed gas furnace, the combustion furnace, and the pyrolysis furnace, gasification with high conversion efficiency is possible. Furthermore, by removing the tar content from the gas, the gasification reaction can be facilitated and damage to the fuel cell can be prevented.
以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments.
図1は本発明の実施形態に係る発電装置の基本的構成を示す図である。流動層ガス炉8は、作動気体の取り入れ口となるウインドボックス3、ウインドボックス3の上方に位置する流動層2、および流動層2の上方に位置するフリーボード部7を主な構成要素として有している。ウインドボックス3と流動層2は分散板4により仕切られている。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a power generator according to an embodiment of the present invention. The fluidized bed gas furnace 8 has a
固形燃料である原料Gは、熱分解炉16の上部に位置する原料投入部15から水蒸気S1と共に熱分解炉16に投入される。水蒸気は水素を生成するための水(H2O)の供給源となる。原料Gとしては、炭素、炭化水素または有機物およびこれらの混合物であればよい。本実施形態では石炭を使用するが、石炭以外の化石燃料やバイオマスであってもよい。メタノールおよびエタノールであってもよく、プラスチック等の高分子化合物であってもよい。食用油や重質油であってもよい。
The raw material G, which is a solid fuel, is charged into the
燃焼炉12から運ばれてきた、ガスおよび固形物が熱分解炉16の上部から供給される。熱分解炉16は移動層を形成しており、原料投入部15から供給された原料G、燃焼炉12送られてきた炭素、流動媒体5及び灰分等の固形物は、重力の影響を受けて、熱分解炉16の中を下降する。
Gases and solids carried from the combustion furnace 12 are supplied from the upper part of the
原料Gおよび燃焼炉12からの炭素は、降下の過程で、水蒸気S1および燃焼炉12からの熱により、熱分解炉16の中で加熱されることにより熱分解されて、固形分とガス分とに分かれる。前者には固定カーボンである炭素が含まれており、後者にはタール分および炭化水素が含まれている。両者は燃焼炉12の出口に配した分離部17にて、固形分である固形物(第1固形物)とガス分である熱分解ガスに分離され、前者は流動層ガス炉8に送出され、後者はタール分解装置21に送出される。この結果、第1固形物にはタール分が含まれていない。
The raw material G and the carbon from the combustion furnace 12 are pyrolyzed by being heated in the
熱分解炉16における反応は(2‘)式に示す改質反応であり、炭素と水とから二酸化炭素と水素を生成する。このとき反応に必要な熱(Q)は、燃料電池6から供給される熱を利用する。
Q+C+2H2O → CO2+2H2 (2‘)
The reaction in the
Q + C + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 (2 ′)
熱分解炉16から流動層ガス炉8送られてきた固形物には、炭素、流動媒体5および灰分等が含まれており、このうち炭素は、流動層2で900℃〜1000℃の温度域で熱分解を受け、水で還元されて水素を生成する。その反応式を(3)式に示す。
C + H2O = CO + H2 (3)
このうち水素は、燃料電池6による発電のための有効ガス成分となる。このとき、流動層2の温度維持には、燃料電池6の反応(発電)により生じた熱を利用して行う。また原料G中に混入した不燃物および灰は、流動層2から排出される。
流動層ガス炉8でのガス化に際して、固形物にタールが付着しているとガス化反応を阻害する。しかし、熱分解炉16でタール分が分離されて固形物にはタール分がほとんど付着していないので、ガス化反応がタールにより阻害されることはない。
The solids sent from the
C + H 2 O = CO + H 2 (3)
Among these, hydrogen becomes an effective gas component for power generation by the fuel cell 6. At this time, the temperature of the
At the time of gasification in the fluidized bed gas furnace 8, if the tar adheres to the solid matter, the gasification reaction is hindered. However, since the tar content is separated by the
ガス化の反応は還元であるので反応に熱を必要とし、その熱は流動媒体中5に設置された燃料電池6から供給される。ここに燃料電池6としては、ガス化の熱源となるので高温度で作動するものが好ましい。具体的には、800〜1,000℃の動作温度を必要とする固体酸化物形燃料電池(SOFC)であることが好ましい。
Since the gasification reaction is a reduction, heat is required for the reaction, and the heat is supplied from the fuel cell 6 installed in the
燃料電池6からの水蒸気S2がウインドボックス3に送り込まれ、分散板4上で固体粒子からなる流動媒体5を浮遊懸濁させて流動化させる。流動媒体5は珪砂、アルミナまたは鉄粒子等の粉粒体、もしくはこれらの混合物である。また、流動媒体5には、水を還元して水素を製造する触媒が担持されていてもよい。これらの触媒としては、例えば、灰分、ナトリウム、カリウムおよびカルシュームが上げられる。流動媒体5にアルミナを担持してもよい。流動媒体5は、流動層2において、炭素への伝熱を行う働きを有する。
The water vapor S2 from the fuel cell 6 is fed into the
流動層2でガス化されたガス(以下、第1生成ガスと称す)には二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素、水素、ダスト、炭化水素が含まれている。第1生成ガスは、流動層ガス炉8の上部からタール分解装置21に送られる。第1生成ガスには若干のタール分が含まれている。
The gas gasified in the fluidized bed 2 (hereinafter referred to as the first product gas) contains carbon dioxide, water vapor, carbon monoxide, hydrogen, dust, and hydrocarbons. The first product gas is sent from the upper part of the fluidized bed gas furnace 8 to the
流動層2の下流部、即ちフリーボード部7では、熱分解吸熱反応が進むため、ガス温度が流動層部よりも低下する。たとえば、流動層温度が950℃であっても、フリーボード部7でのガス温度は650℃より低温になる可能性がある。ガス温度が400℃以下になる場合には、タールトラブルを避けるためにフリーボード部7に空気もしくは酸素を供給し、ガス温度を上げることがある。
In the downstream part of the
流動層2の下部には送出管9が接続されていて、流動媒体5とその中に混じっている炭素分である粉体が、燃焼炉12に送られるようになっている。ここに、炭素分は流動層ガス炉8において処理されなかった炭素分(チャー)である。なお、流動媒体5は、触媒を下流に供給するとともに熱容量を有する顕熱として下流に熱を伝える役割を果たす。燃焼炉12の下部には空気と水蒸気の供給口13が設けられていて、流動層2から送られてきた粉体を、燃焼炉12中に浮遊懸濁させる。燃焼炉12は循環流動層を形成する。
A
このとき、水蒸気はガス化反応に必要な水を供給し、空気は粉体中の炭素と反応(燃焼)して、燃焼炉12内の温度を高温に維持するのに資する。すなわち、粉体に含まれる炭素は部分燃焼して一酸化炭素と熱となる。熱は燃焼炉12におけるガス化反応に利用され、一酸化炭素は水蒸気と反応して二酸化炭素と水素を生成する。 At this time, water vapor supplies water necessary for the gasification reaction, and air reacts (combusts) with the carbon in the powder, thereby contributing to maintaining the temperature in the combustion furnace 12 at a high temperature. That is, carbon contained in the powder is partially burned to become carbon monoxide and heat. Heat is used for a gasification reaction in the combustion furnace 12, and carbon monoxide reacts with water vapor to generate carbon dioxide and hydrogen.
粉体に含まれる炭素分は、400℃から1000℃の温度域で熱分解を受け、水素、一酸化炭素、及び若干の炭化水素を含んだガス(以下、第2生成ガスと称す)を生成する。なお、流動層ガス炉8と燃焼炉12の間にはマテリアルシール11が配置されていて、供給口13から供給された空気と水蒸気は、マテリアルシール11でブロックされて、流動層2に逆流しないようになっている。
The carbon contained in the powder undergoes thermal decomposition in the temperature range from 400 ° C to 1000 ° C to produce a gas containing hydrogen, carbon monoxide, and some hydrocarbons (hereinafter referred to as the second product gas). To do. A material seal 11 is disposed between the fluidized bed gas furnace 8 and the combustion furnace 12, and air and water vapor supplied from the
供給口13から流動層2に空気が逆流すると、空気に含まれる酸素により炭素が燃焼して、エクセルギー率ΔG/ΔHの低下を招く。また空気に含まれる窒素を加熱することになる。マテリアルシール11は流動層2における、高い熱効率を実現することを可能にしている。
When air flows backward from the
燃焼炉12の上部には集合管14が設けられていて、燃焼炉12からの第2生成ガスが集合管14に流入するようになっている。第2生成ガスは二酸化炭素、水蒸気、一酸化炭素、水素、窒素、流動媒体5、未燃分の炭素、及びダストを含んだ粉体とガスの混合した流体となっている。流入した第2生成ガス中の二酸化炭素と窒素は、排ガスWGとして集合管14から系外に廃棄される。排ガスWGを取り除いた第2生成ガスは、熱分解炉16の頂部から、熱分解炉16に送られる。
A collecting
原料投入部15から投入された原料Gと水蒸気S1は、熱分解炉16の中を下降する間に固形分とガス分に熱分解される。分離部17は固形分とガス分を分離する役割を担っている。集合管15から排出されたガス中の固形分である固形物は流動層ガス炉8内に送出され、ガス分である熱分解ガスはタール分解装置21に流れる。なお、熱分解ガスは炭化水素を主成分とするタールの他に微量の流動媒体5を含んでいる。
The raw material G and the water vapor S1 input from the raw material input unit 15 are thermally decomposed into a solid content and a gas content while descending in the
流動層ガス炉8の上流でタールが分離されているので、流動層ガス炉8における反応((3)式)がタールにより阻害されることはない。また、原料G中の炭素が流動層ガス炉8→燃焼炉12→流動層ガス炉8と循環することにより、原料に含まれる炭素分の水素への変換率の向上を図ることが可能となった。 Since tar is separated upstream of the fluidized bed gas furnace 8, the reaction (formula (3)) in the fluidized bed gas furnace 8 is not inhibited by the tar. In addition, the carbon in the raw material G circulates in the fluidized bed gas furnace 8 → the combustion furnace 12 → the fluidized bed gas furnace 8, thereby improving the conversion rate of carbon contained in the raw material into hydrogen. It was.
熱分解ガスと第1生成ガスとはタール分解装置21で加熱され、一酸化炭素と水素に分解され次段のガスクリーニング装置22に送られる。
The pyrolysis gas and the first product gas are heated by the
バイオマスや廃棄物を原料とした生成ガスにはタールやダイオキシン、重金属類、軽金属類、酸性ガス類等不特定の多種の不純物が含まれている。タール分解装置21では、熱分解ガスと第1生成ガスが高温のニッケル系もしくはコバルト系触媒を担持したハニカム通路に流通されることで、熱分解性の不純物であるタール・芳香族炭化水素等の不飽和炭化水素及びダイオキシン類等の有機塩素化合物が熱分解により除去される。
The product gas made from biomass and waste contains various unspecified impurities such as tar, dioxin, heavy metals, light metals, and acid gases. In the
ガスクリーニング装置22に送られたガス(以下、タールフリーガス;TFガスと称す)は、ガスクリーニング装置22の入口で概ね400℃〜650℃の温度となっている。
ガスクリーニング装置22としてはサイクロン方式を用いることができるが、フィルター方式を採用してもよい。フィルター方式は集塵性が高い点から好ましい。400℃〜650℃の温度域では、ガスクリーニング装置22としてバグフィルターを用いることができるが、サイクロンを用い、更にその下流にセラミックフィルターを配置してもよい。ここで、ダストやタール分が除去される。
The gas sent to the gas cleaning device 22 (hereinafter referred to as tar-free gas; TF gas) is at a temperature of approximately 400 ° C. to 650 ° C. at the inlet of the
As the
ガスクリーニング装置22で除去された灰及びアルカリ金属塩類等の固形分は排出路(図示せず)から系外に排出される。灰分等が除去されたTFガスは、シフト反応器23に送られる。ガスクリーニング装置22とシフト反応器23の間に、TFガス中に含まれる塩化水素や硫化水素といった腐食性ガスを除去するための腐食性ガス除去装置(図示せず)を設けてもよい。
Solids such as ash and alkali metal salts removed by the
シフト反応器23の内部であって、TFガスが流通する配管内に、反応速度を高めるための触媒、例えばマグネタイト(Fe3O4)もしくは白金等が充填されている。燃料電池6での反応(発電)により生じた高温の蒸気が、シフト反応器23に供給されてもよい。この高温の水蒸気の有する水分を用いて、シフト反応器23は、TFガス中の一酸化炭素と水を反応させて、水素を生成する。この反応式を(4)式に示す。
CO + H2O → H2 + CO2 (4)
A catalyst for increasing the reaction rate, for example, magnetite (Fe 3 O 4 ), platinum, or the like, is filled in the pipe inside the
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (4)
熱分解炉16におけるガス分(熱分解ガス)は、シフト反応器23の下流に設置されたIDF24により吸引されて、タール分解装置21を経由してシフト反応器23に送られる。
The gas component (pyrolysis gas) in the
シフト反応器23で処理されたTFガスは、IDF24を経て、次段のCO2分離装置25で、二酸化炭素が分離除去されて、二酸化炭素は系外に排出される。水素は次段の水素分離装置26に送られる。
The TF gas treated in the
水素分離装置26で、水素ガスは水蒸気と分離されて、燃料タンク27を経由して、燃料電池6のアノード(負極)に供給される。燃料電池6に供給される水素ガスにはタールが含まれていないので、タールにより燃料電池6の動作が妨げられ、損傷を受けることがない。一方、水蒸気は流動層ガス炉8のウインドボックス3から流動層2に供給されて流動媒体5の流動化に資する。
In the
燃料電池6には酸素ガスも供給されるところ、燃料電池6に供給される燃料ガス(酸素および水素)は、水素リッチとなっているので、燃料電池6の排気には未反応の水素ガスと反応により生じた水蒸気が含まれる。燃料電池6の排気は水素分離装置26に流れ、ここで水素ガスが分離されて燃料電池6の発電に資することは前述の通りである。
Although oxygen gas is also supplied to the fuel cell 6, the fuel gas (oxygen and hydrogen) supplied to the fuel cell 6 is rich in hydrogen, so that unreacted hydrogen gas and Water vapor generated by the reaction is included. The exhaust gas of the fuel cell 6 flows to the
燃料電池6から発生する熱は、ガス化反応の吸熱分にほぼ等しいので、この熱を流動層ガス炉8におけるガス化の熱源に用いることができる。これにより、流動層ガス炉8において、炭素を部分燃焼させることなくガス化が可能となるので、エネルギー効率の高い発電が達成できる。 Since the heat generated from the fuel cell 6 is almost equal to the endothermic component of the gasification reaction, this heat can be used as a heat source for gasification in the fluidized bed gas furnace 8. Thereby, in the fluidized bed gas furnace 8, gasification can be performed without partial combustion of carbon, so that power generation with high energy efficiency can be achieved.
水素併産発電システムは、炭素および/または炭化水素を含む原料を加熱して熱分解して、熱分解ガスと第1固形物を排出する熱分解炉16と、第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス炉8と、流動層ガス炉8からの第2固形物を加熱して第2生成ガスを生成する燃焼炉12と、熱分解ガスと第1生成ガスから水素を生成するシフト反応器23と、流動層ガス炉内8に設置された燃料電池6とを有している。そして、水素分離装置26から水素の一部が燃料電池に供給されて発電するとともに水素タンク27に貯留された水素は他の設備に供給可能になっている。
The cogeneration power generation system heats and pyrolyzes a raw material containing carbon and / or hydrocarbons, and pyrolyzes the pyrolysis gas and the first solid matter, and pyrolyzes the first solid matter. The fluidized bed gas furnace 8 for generating the first generated gas, the combustion furnace 12 for heating the second solid matter from the fluidized bed gas furnace 8 to generate the second generated gas, the pyrolysis gas and the first generated gas The
図2に基本構成図におけるマスバランスを示す。原料投入部15から投入される固形燃料の炭素を100モル(C:100)とすると、30モルの炭素がタール分解装置21に流れ、70モルの炭素が流動ガス炉8に流れる。流動層2には200モルの水蒸気が供給される。燃焼炉12において、ガス化反応で200モルの水素が生成される。シフト反応器23からは100モルの二酸化炭素と200モルの水素が排出される。そして、二酸化炭素分離装置25において100モルの二酸化炭素と200モルの水素に分離される。燃料電池6からの200モルの水蒸気と二酸化炭素分離装置25からの200モルの水素は、水素分離装置26にて、200モルの水蒸気と200モルの水素に分離排出される。
FIG. 2 shows the mass balance in the basic configuration diagram. Assuming that the carbon of the solid fuel charged from the raw material charging unit 15 is 100 moles (C: 100), 30 moles of carbon flow to the
図3(a)に、電力と熱を併産する、電力−熱のコジェネレーションのフローシートを示す。また、図3(b)に、電力と水素を併産する、電力−水素のコプロダクションのフローシートを示す。図中の数値は石炭の持つエネルギーを100とした場合の、各段階におけるエネルギーを示しており、カッコ内の数値は、エネルギー割合とエクセルギー割合を示す。電力−熱のコジェネレーション(図3(a))は、11%のエネルギーが排気されている。一方、電力−水素のコプロダクション(図3(b))は、このようなエネルギー損失がない。なお、電力−水素のコプロダクションシステムを水素併産発電システムと称することもある。 FIG. 3 (a) shows a flow sheet of power-heat cogeneration that produces both power and heat. FIG. 3 (b) shows a flow sheet of a power-hydrogen co-production that produces both power and hydrogen. The numerical values in the figure indicate the energy at each stage when the energy of coal is 100, and the numerical values in parentheses indicate the energy ratio and the exergy ratio. In the power-heat cogeneration (FIG. 3A), 11% of the energy is exhausted. On the other hand, the power-hydrogen co-production (FIG. 3B) does not have such energy loss. The power-hydrogen co-production system may be referred to as a co-hydrogen power generation system.
産業革命以来、電気エネルギー、運動エネルギー、位置エネルギーなどは石炭や石油、バイオマス、太陽光、原子力を熱に変換して取り出してきた。電気エネルギー、運動エネルギー、位置エネルギーなどは相互に変換することができるのでここでは電気エネルギーで表現する。熱エネルギーは蒸気機関、スターリング機関などの外燃機関やガスタービンエンジン、ディーゼルエンジン、火花点火機関などで電気エネルギーを取り出してきた。また燃料電池は水素を電気エネルギーにする際には熱の発生を伴ってきた。 Since the Industrial Revolution, electrical energy, kinetic energy, potential energy, etc. have been extracted by converting coal, oil, biomass, sunlight, and nuclear energy into heat. Since electric energy, kinetic energy, potential energy, and the like can be converted into each other, they are expressed here as electric energy. Thermal energy has been extracted from external combustion engines such as steam engines and Stirling engines, gas turbine engines, diesel engines, and spark ignition engines. Fuel cells have also been associated with the generation of heat when hydrogen is converted into electrical energy.
上記発電方法では必ず熱が発生し、熱として利用するコジェネレーションを実施するか、または発生した熱を利用して更に温度レベルが低い熱機関を作動させてきた。また発生した熱を、燃焼用空気と熱交換して、熱の再利用をするなどの一次エネルギーの有効利用が図られてきた。 In the above power generation method, heat is always generated, and cogeneration for use as heat is performed, or a heat engine having a lower temperature level is operated using the generated heat. Further, effective use of primary energy has been attempted, for example, by regenerating heat by exchanging the generated heat with combustion air.
このような熱が発生する形式の発電装置は、熱交換を行い燃料や空気に伝熱させたり、熱のカスケード利用として、より低い温度域で作動する熱機関を設置してより多くの電気エネルギーを発生する工夫がなされているが、十分とはいえない。 This type of power generating device generates heat by exchanging heat and transferring it to fuel and air, or by installing a heat engine that operates in a lower temperature range to use heat as a cascade. Although it has been devised to generate, it is not enough.
負荷が変化する場合は、燃料供給量を変化させ発電量を変えている。燃料に対して空気量は一定の割合で制御する空燃比制御を行うことにより、排ガス損失を一定にしているが、負荷が下がると発熱量に対して放熱量は低下が少ないので発電効率が低下し、ボイラタービン発電機で100%負荷で40%の発電効率の発電機は、負荷33%では発電効率は30%程度に低下する。 When the load changes, the amount of power generation is changed by changing the fuel supply amount. By performing air-fuel ratio control that controls the amount of air with respect to the fuel, the exhaust gas loss is made constant. However, a boiler turbine generator with a 100% load and a power generation efficiency of 40% has a power generation efficiency of about 30% at a load of 33%.
燃料電池を使用して水素を電気エネルギーに変換するときには水素の発熱量の17%が熱となって発生する。この熱を利用して石炭、石油、バイオマス、天然ガスで水を還元して水素を製造すれば、熱の発生を抑えることができ、発電効率を上げることが可能となる。 When hydrogen is converted into electrical energy using a fuel cell, 17% of the heat generated by hydrogen is generated as heat. If hydrogen is produced by reducing water with coal, petroleum, biomass, or natural gas using this heat, heat generation can be suppressed and power generation efficiency can be increased.
燃料電池を使用して水素を電気エネルギーに変換するときには水素の発熱量の17%が熱となって発生する。この熱の発生量を低くするためには高圧水素を燃料電池に送り込み、水素を製造すれば熱の発生を抑えることができ、発電効率を上げることが可能となる。 When hydrogen is converted into electrical energy using a fuel cell, 17% of the heat generated by hydrogen is generated as heat. In order to reduce the amount of heat generated, high-pressure hydrogen is sent to the fuel cell and hydrogen is produced, so that heat generation can be suppressed and power generation efficiency can be increased.
燃料電池を使用して水素を電気エネルギーから製造するときには水素の発熱量の17%の熱が必要となり、その時常圧で水素と酸素を発生させると大気に対して仕事をすることになり損失となる。そこで電気分解を密閉空間で行なわせ、17%のTΔSを小さくすることができる。 When hydrogen is produced from electrical energy using a fuel cell, heat of 17% of the calorific value of hydrogen is required. At that time, if hydrogen and oxygen are generated at normal pressure, it will work against the atmosphere, resulting in loss. Become. Therefore, electrolysis is performed in a sealed space, and TΔS of 17% can be reduced.
これまでの部分燃焼ガス化燃料電池複合発電で計算上70%の発電効率であったものが、本発明に係る発電装置では、燃料電池の発熱を利用してガス化を行なうことにより、発電効率が89%に増加する。 The power generation efficiency of the partial combustion gasification fuel cell combined power generation so far calculated 70%, but the power generation apparatus according to the present invention performs gasification using the heat generated by the fuel cell, thereby generating power efficiency. Increases to 89%.
図4は本発明の実施形態において中心的な役割を果たす流動層炉(gasifier)とシフト反応器(shift reactor)および燃料電池を抜き出した概略構成図である。図4において、石炭(coal)は高温の流動層に投入されて水蒸気を還元して水素と一酸化炭素を発生させる。一酸化炭素は水と反応して水素と二酸化炭素になるので全体では(5)式となる。
C + 2H2O + Q = CO2 + 2H2 (5)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram in which a fluidized bed furnace, shift reactor, and fuel cell, which play a central role in the embodiment of the present invention, are extracted. In FIG. 4, coal is introduced into a high temperature fluidized bed to reduce water vapor and generate hydrogen and carbon monoxide. Since carbon monoxide reacts with water to form hydrogen and carbon dioxide, equation (5) is obtained as a whole.
C + 2H 2 O + Q = CO 2 + 2H 2 (5)
ここでQは反応に必要な熱量を示していて、流動層内に設置された燃料電池より発生する熱量で供給される。燃料電池では(6)式の反応が起こる。
2H2 + O2 = 2H2O + Q + W (6)
Here, Q indicates the amount of heat necessary for the reaction, and is supplied by the amount of heat generated from the fuel cell installed in the fluidized bed. In the fuel cell, the reaction of the formula (6) occurs.
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + Q + W (6)
ここでQは発電に伴う発熱量を示していて、炭素がガス化するときの熱量と同じ値である。Wは電気エネルギーである。この二つの式を足し合わせると(7)式となり、炭素は酸素と反応して二酸化炭素と電気エネルギーに変換される。
C + O2 = CO2 + W (7)
Here, Q indicates the amount of heat generated by power generation, and is the same value as the amount of heat when carbon is gasified. W is electrical energy. When these two expressions are added together, expression (7) is obtained, and carbon reacts with oxygen and is converted into carbon dioxide and electric energy.
C + O 2 = CO 2 + W (7)
本発明に係る発電装置は、商用電力系統の発電所における発電装置として好適に用いることができる。また、自家発電設備における発電装置やマイクログリッドに接続する発電装置としても好適に用いることができる。 The power generator according to the present invention can be suitably used as a power generator in a power plant of a commercial power system. Moreover, it can be used suitably also as a power generator in a private power generation facility or a power generator connected to a microgrid.
G 原料
S 水蒸気
2 流動層
3 ウインドボックス
4 分散板
5 流動媒体
6 燃料電池
7 フリーボード部
8 流動層ガス炉
9 送出管
11 マテリアルシール
12 燃焼炉
13 供給口
14 集合管
15 原料投入部
16 熱分解炉
17 分離部
21 タール分解装置
22 ガスクリーニング装置
23 シフト反応器
24 IDF
25 二酸化炭素分離装置
26 水素分離装置
27 水素タンク
30 燃料電池発電電力
G Raw material
25
Claims (10)
前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス炉と、
前記流動層ガス炉からの第2固形物を加熱して第2生成ガスを生成する燃焼炉と、
前記熱分解ガスと前記第1生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、
前記シフト反応器の上流側に設置され前記熱分解ガスおよび前記第1生成ガスに含まれるタール分を分解するタール分解装置と、
前記シフト反応器で生成された水素を用いて発電する燃料電池と、を有する発電装置であって、
前記燃料電池が前記流動層ガス炉内に設置されている発電装置。 A pyrolysis furnace for heating and pyrolyzing a raw material containing carbon and / or hydrocarbons to discharge pyrolysis gas and first solids;
A fluidized bed gas furnace for pyrolyzing the first solid to generate a first product gas;
A combustion furnace for heating the second solid matter from the fluidized bed gas furnace to produce a second product gas;
A shift reactor for generating hydrogen from the pyrolysis gas and the first product gas;
A tar cracking device installed on the upstream side of the shift reactor and cracking a tar content contained in the pyrolysis gas and the first product gas;
A power generating apparatus having a fuel cell which generates electric power by using hydrogen generated in the shift reactor,
A power generator in which the fuel cell is installed in the fluidized bed gas furnace.
前記燃料電池が前記流動層内であって前記分散板の上方に配置されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の発電装置。 The fluidized bed gas furnace is provided with a fluidized bed, and further, a dispersion plate is provided under the fluidized bed,
The power generator according to any one of claims 1 to 3 , wherein the fuel cell is disposed in the fluidized bed and above the dispersion plate.
前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス炉と、
前記流動層ガス炉からの第2固形物を加熱して第2生成ガスを生成する燃焼炉と、
前記熱分解ガスと前記第1生成ガスから水素を生成するシフト反応器と、
前記シフト反応器の上流側に設置され前記熱分解ガスおよび前記第1生成ガスに含まれるタール分を分解するタール分解装置と、
前記流動層ガス炉内に設置された燃料電池と、を有する水素併産発電システムであって、
前記水素の一部を前記燃料電池に供給して発電する水素併産発電システム。 A pyrolysis furnace for heating and pyrolyzing a raw material containing carbon and / or hydrocarbons to discharge pyrolysis gas and first solids;
A fluidized bed gas furnace for pyrolyzing the first solid to generate a first product gas;
A combustion furnace for heating the second solid matter from the fluidized bed gas furnace to produce a second product gas;
A shift reactor for generating hydrogen from the pyrolysis gas and the first product gas;
A tar cracking device installed on the upstream side of the shift reactor and cracking a tar content contained in the pyrolysis gas and the first product gas;
A hydrogen cogeneration system having a fuel cell installed in the fluidized bed gas furnace,
A hydrogen cogeneration system that generates electricity by supplying a part of the hydrogen to the fuel cell.
前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス化ステップと、
前記流動層ガス化ステップからの第2固形物を燃焼炉に導き加熱して第2生成ガスを生成する加熱燃焼ステップと、
前記第1生成ガスと前記熱分解ガスを加熱してタール分を分離除去するタール分除去ステップと、
タール分解ステップから排出されたガスをシフト反応により水素を生成するシフト反応ステップと、
前記シフト反応ステップにおいて生成された水素を燃料電池に供給して発電するステップと、を有する発電方法。 A raw material pyrolysis step of heating the raw material containing carbon and / or hydrocarbon and the second product gas to discharge the pyrolysis gas and the first solid;
A fluidized bed gasification step of pyrolyzing the first solid to generate a first product gas;
A heating and combustion step in which the second solid matter from the fluidized bed gasification step is led to a combustion furnace and heated to generate a second product gas;
A tar content removing step of separating and removing the tar content by heating the first product gas and the pyrolysis gas;
A shift reaction step for generating hydrogen by a shift reaction of the gas discharged from the tar decomposition step;
And a step of generating electricity by supplying the hydrogen produced in the shift reaction step to a fuel cell.
前記第1固形物を熱分解して第1生成ガスを生成する流動層ガス化ステップと、
前記流動層ガス化ステップからの第2固形物を燃焼炉に導き加熱して第2生成ガスを生成する加熱燃焼ステップと、
前記第1生成ガスと前記熱分解ガスを加熱してタール分を分離除去するタール分除去ステップと、
タール分解ステップから排出されたガスをシフト反応により水素を生成するシフト反応ステップと、
前記シフト反応ステップにおいて生成された水素を燃料電池に供給して発電すると共に、前記シフト反応ステップにおいて生成された水素のうち、前記燃料電池に供給されない水素を取り出すステップと、を有する水素併産の発電方法。
A raw material pyrolysis step of heating the raw material containing carbon and / or hydrocarbon and the second product gas to discharge the pyrolysis gas and the first solid;
A fluidized bed gasification step of pyrolyzing the first solid to generate a first product gas;
A heating and combustion step in which the second solid matter from the fluidized bed gasification step is led to a combustion furnace and heated to generate a second product gas;
A tar content removing step of separating and removing the tar content by heating the first product gas and the pyrolysis gas;
A shift reaction step for generating hydrogen by a shift reaction of the gas discharged from the tar decomposition step;
Supplying hydrogen generated in the shift reaction step to a fuel cell to generate electric power, and extracting hydrogen not supplied to the fuel cell from the hydrogen generated in the shift reaction step. Power generation method.
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