JP2003226501A

JP2003226501A - 水素製造システム

Info

Publication number: JP2003226501A
Application number: JP2002030670A
Authority: JP
Inventors: Kei Matsuoka; 慶松岡; Akira Uchino; 章内野
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2003-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】廃棄物等を原料とするコンパクトで効率の良
い水素製造システムを提供する。【解決手段】高温の流動媒体ｃ１でガス化室流動床を
形成し被処理物ａをガス化して水素分を含有する可燃性
合成ガスｂを発生するガス化室１と、高温の流動媒体ｃ
２でチャー燃焼室流動床を形成しガス化室１でのガス化
に伴い発生するチャーｈをチャー燃焼室流動床内で燃焼
させ流動媒体ｃ２を加熱するチャー燃焼室２と、合成ガ
スから余剰成分ｋの除去を行い高純度の水素ｊを得る水
素分離装置１２０とを備え、ガス化室１とチャー燃焼室
２とは流動床の界面より鉛直上方においてはガスの流通
がないよう仕切られ、仕切の下部にはガス化室１とチャ
ー燃焼室２を連通する連通口２５が形成され、チャー燃
焼室２側からガス化室１側へチャー燃焼室２で加熱され
た流動媒体ｃ２を移動するように構成された水素製造シ
ステム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素製造システム
に関し、特に、固体燃料やバイオマス、各種廃棄物等を
熱分解して得られる可燃性の合成ガスを原料として水素
ガスを得る水素製造システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境問題や資源枯渇、化石燃料削
減等の要請から、石炭やバイオマス等の固体燃料や、有
機性廃棄物を原料とした水素製造技術の実用化が期待さ
れている。固体燃料や廃棄物からの水素製造には、固体
燃料や廃棄物を部分燃焼により熱分解ガス化させて水
素、一酸化炭素等を主体とする合成ガス（生成ガス）を
得て、これを精製して純水素を得る方式が一般的であ
る。

【０００３】この場合、ガス化により得られる合成ガス
中には一酸化炭素及び二酸化炭素が含まれているため、
一酸化炭素の水素への変換を行うＣＯ転化装置と、二酸
化炭素などの余剰成分と純水素の分離を行う水素分離装
置が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の水素ガス製造システムでは、合成ガス中の
一酸化炭素及び二酸化炭素濃度が高いと、ＣＯ転化装置
が大型化したり、水素分離装置の効率が低下するほか、
合成ガスの圧縮動力が増加することにより、設備コスト
や運転コストが増大するという問題があった。

【０００５】そこで本発明は、石炭やバイオマス等の固
体燃料や、各種廃棄物で代表される被処理物を原料とし
て、一酸化炭素や二酸化炭素の含有量の少ない合成ガス
を得て、比較的コンパクトでかつ効率良く水素製造を行
うことを可能とする水素製造システムを提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による水素製造システムは、図
１に示すように、高温の流動媒体ｃ１を内部で流動さ
せ、第１の界面を有するガス化室流動床を形成し、前記
ガス化室流動床内で被処理物ａをガス化して水素分を含
有する可燃性合成ガスｂを発生するガス化室１と；高温
の流動媒体ｃ２を内部で流動させ、第２の界面を有する
チャー燃焼室流動床を形成し、ガス化室１でのガス化に
伴い発生するチャーｈを前記チャー燃焼室流動床内で燃
焼させ流動媒体ｃ２を加熱するチャー燃焼室２と；合成
ガスから余剰成分ｋの除去を行い高純度の水素ｊを得る
水素分離装置１２０とを備え；ガス化室１とチャー燃焼
室２とは、前記それぞれの流動床の界面より鉛直上方に
おいてはガスの流通がないように第１の仕切壁１５によ
り仕切られ、第１の仕切壁１５の下部にはガス化室１と
チャー燃焼室２を連通する連通口２５であって、連通口
２５の上端の高さは前記第１の界面および第２の界面以
下である連通口２５が形成され、連通口２５を通じて、
チャー燃焼室２側からガス化室１側へチャー燃焼室２で
加熱された流動媒体ｃ２を移動するように構成されてい
る。

【０００７】ここで「水素分を含有する可燃性合成ガ
ス」というとき、この合成ガスは、典型的には水素ガス
Ｈ_２を含有する。但し含有するのは、水素ガスに限ら
ず、構成元素として水素を含む炭化水素等の可燃性ガス
であってもよいし、両方であってもよい。

【０００８】このように構成すると、ガス化室とチャー
燃焼室とは第１の仕切壁により仕切られているので、ガ
ス化室とチャー燃焼室とは流動床の界面より鉛直上方に
おいてはガスの流通がなく、第１の仕切壁の下部にはガ
ス化室とチャー燃焼室を連通する連通口が形成されてい
るので、チャー燃焼室側からガス化室側へチャー燃焼室
で加熱された流動媒体を移動することができる。

【０００９】また、高温の流動媒体を内部で流動させ、
第１の界面を有するガス化室流動床を形成するガス化室
を備えるので、被処理物をガス化して水素分を含有する
可燃性合成ガスを発生することができ、高温の流動媒体
を内部で流動させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流
動床を形成しガス化室でのガス化に伴い発生するチャー
をチャー燃焼室流動床内で燃焼させるチャー燃焼室を備
えるので、流動媒体を加熱することができ、合成ガスか
ら余剰成分の除去を行う水素分離装置１２０を備えるの
で高純度の水素を得ることができる。

【００１０】また請求項２に記載のように、請求項１に
記載の水素製造システムでは、ガス化室１にて発生する
合成ガスｂはさらに一酸化炭素ＣＯを含有し、一酸化炭
素ＣＯガスを水蒸気Ｈ_２Ｏと反応させて水素ガスＨ_２に
変換するＣＯ転化装置を備えるようにしてもよい。

【００１１】このように構成すると、ＣＯ転化装置を備
えるので、一酸化炭素ガスを水素ガスに転化することが
できる。

【００１２】また請求項３に記載のように、請求項１又
は請求項２に記載の水素製造システムでは、水素分離装
置１２０は、余剰成分ｋを吸着する吸着材１２１ｄ、１
２２ｄ、１２３ｄと、前記吸着材を収納する容器１２１
ｅ、１２２ｅ、１２３ｅとを有し、前記合成ガスを前記
容器内に導入し、該容器内の圧力を相対的に高圧と低圧
との間で変化させることにより前記余剰成分ｋの吸着と
脱着とを繰り返すように構成するとよい。

【００１３】また請求項４に記載のように、請求項１乃
至請求項３のいずれか１項に記載の水素製造システムで
は、除去された余剰成分ｋをチャー燃焼室２に戻す戻し
経路１２９を備えるようにしてもよい。

【００１４】余剰成分は、典型的には余剰ガスであり、
チャー燃焼室では、これを燃焼して流動媒体ｃ２の加熱
を行う。余剰成分ガスの燃焼装置として、例えばバーナ
ーをチャー燃焼室に設置する。このことにより、被処理
物ａの熱分解ガス化に必要な反応熱の一部または全部を
賄う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号または類似符
号を付し、重複した説明は省略する。図１は、本発明に
よる実施の形態である水素製造システムのフローチャー
トである。本実施の形態における水素製造システムは、
被処理物ａを熱分解ガス化して合成ガス（生成ガス）ｂ
を得る統合型ガス化炉１０１と、合成ガスｂを水素と余
剰ガスとに分離するガス精製装置１０２とを含んで構成
されている。

【００１６】ガス精製装置１０２は、合成ガスｂを洗浄
する洗浄装置１０３と、合成ガスｂを脱硫する脱硫装置
１０５と、合成ガスｂを昇圧するガス圧縮装置１０７
と、合成ガスｂ中の一酸化炭素ガスＣＯを水蒸気Ｈ_２Ｏ
と反応させて水素ガスＨ_２に変換するＣＯ転化装置１０
４と、前記ＣＯ転化後の合成ガスｉから余剰成分ｋの除
去を行い純水素を得る水素分離装置１２０とを含んで構
成されている。

【００１７】本実施の形態の水素製造システムは、さら
に、統合型ガス化炉１０１から排出される廃ガスから熱
を回収する廃熱ボイラ２０１、廃熱ボイラ２０１からの
排気ガスに同伴する固形分を除去する除塵装置２０２及
び除塵装置２０２で除塵されたガスを排出する煙突２０
３を備えている。

【００１８】ガス洗浄装置１０３は、タンク状の容器を
立設した洗浄塔として構成されている。塔の底部に溜ま
った水を循環ポンプ１０３ａで塔の上部に配置されたス
プレーノズルに送り塔内に散布する。統合型ガス化炉１
０１から供給される合成ガスｂは、洗浄塔の下部から導
入され、散布されている水と向流接触して洗浄される。
特にガスｂに同伴されるチャー等の固形分や塩素ガス等
が除去される。

【００１９】ガス洗浄装置１０３の塔頂部の排気口は、
脱硫装置１０５に接続されている。脱硫装置１０５は、
タンク状の容器に脱硫触媒を充填した装置であり、特に
Ｈ_２Ｓガスを除去するものである。

【００２０】脱硫装置１０５の下流側に設置されたガス
圧縮装置１０７で、脱硫された合成ガスを圧縮する。特
にＣＯ転化装置と水素分離装置で必要とされる圧力、
１．５ＭＰａ以上とする。さらに好ましくは２．０ＭＰ
ａ以上とする。圧縮装置１０７は、扱いガス流量が大き
いときは遠心式圧縮機、小さいときは往復式圧縮機等の
容積式圧縮機とするのがよい。

【００２１】ガス圧縮装置１０７の下流側には、ＣＯ転
化装置１０４が設置されている。これは、タンク状の容
器を立設した塔として構成されている。容器中には、Ｃ
Ｏ転化触媒が充填されている。またＣＯ転化装置には、
水蒸気ｌを供給する水蒸気供給配管が接続されている。

【００２２】ＣＯ転化反応は、下記の反応により合成ガ
ス中のＣＯをＨ２に変成する反応である。ＣＯ転化反応
は一般には用いる触媒の種類によって高温ＣＯ転化反応
と低温ＣＯ転化反応に分けられる。ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２＋ＣＯ_２高温ＣＯ転化反応は鉄＋クロム系の触媒を使用し、温度
３５０〜４００℃、圧力３ＭＰａ程度までの範囲で行わ
れる。合成ガス中に１０〜２０％のＣＯガスが含まれて
いる場合、高温ＣＯ転化反応によりＣＯ濃度は２〜３．
５％程度にまで減少される。

【００２３】低温ＣＯ転化反応は銅＋亜鉛系の触媒を使
用し、温度２００〜２４０℃、圧力３ＭＰａ程度までの
範囲で行われる。鋼＋亜鉛系の触媒は硫黄によりきわめ
て敏感に劣化するため、触媒反応器の入口に脱硫触媒を
保護用として設置するのが普通である。

【００２４】高温ＣＯ転化反応、低温ＣＯ転化反応とも
に、反応装置としては一般に塔内に触媒を充填した固定
床型の装置が用いられ、これに水蒸気を添加した合成ガ
スを通じることによって反応が行われる。また、ＣＯ転
化反応は発熱反応であるため、反応後の合成ガスを反応
前の合成ガスと不図示の熱交換器で熱交換したり、反応
器直後に不図示のボイラを設置して蒸気として熱回収を
行うなどにより、熱効率を高める工夫してもよい。

【００２５】次に、図２の概念的断面図を参照して本実
施の形態による統合型ガス化炉１０１について説明す
る。本統合型ガス化炉１０１は、熱分解即ちガス化、チ
ャー燃焼、熱回収の３つの機能をそれぞれ担当するガス
化室１、チャー燃焼室２、熱回収室３を備え、例えば全
体が円筒形又は矩形を成した炉体内に収納されている。
ガス化室１、チャー燃焼室２、熱回収室３は仕切壁１
１、１２、１３、１４、１５で分割されており、それぞ
れの底部に流動媒体を含む濃厚層である流動床が形成さ
れる。各室の流動床、即ちガス化室流動床、チャー燃焼
室流動床、熱回収室流動床の流動媒体を流動させるため
に、各室１、２、３の底である炉底には、流動媒体中に
流動化ガスを吹き込む散気装置が設けられている。散気
装置は炉底部に敷かれた例えば多孔板を含んで構成さ
れ、該多孔板を広さ方向に区分して複数の部屋に分割さ
れており、各室内の各部の空塔速度を変えるために、散
気装置の各部屋から多孔板を通して吹き出す流動化ガス
の流速を変化させるように構成している。空塔速度が室
の各部で相対的に異なるので各室内の流動媒体も室の各
部で流動状態が異なり、そのため内部旋回流が形成され
る。また室の各部で流動状態が異なるところから、内部
旋回流は、炉内の各室を循環する。図中、散気装置に示
すハッチン付き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガ
スの流速を示している。例えば２ｂで示す箇所の太い矢
印は、２ａで示す箇所の細い矢印よりも流速が大きい。

【００２６】ガス化室１とチャー燃焼室２の間は仕切壁
１１及び仕切壁１５で仕切られ、チャー燃焼室２と熱回
収室３の間は仕切壁１２で仕切られ、ガス化室１と熱回
収室３の間は仕切壁１３で仕切られている（なお本図
は、炉を平面的に展開して図示しているため、仕切壁１
１はガス化室１とチャー燃焼室２の間にはないかのよう
に、また仕切壁１３はガス化室１と熱回収室３の間には
ないかのように示されている）。即ち、統合型ガス化炉
１０１は、各室が別々の炉として構成されておらず、一
つの炉として一体に構成されている。更に、チャー燃焼
室２のガス化室１と接する面の近傍には、流動媒体が下
降するべく沈降チャー燃焼室４を設ける。即ち、チャー
燃焼室２は沈降チャー燃焼室４と沈降チャー燃焼室４以
外のチャー燃焼室本体部とに分かれる。このため、沈降
チャー燃焼室４をチャー燃焼室２の他の部分（チャー燃
焼室本体部）と仕切るための仕切壁１４が設けられてい
る。また沈降チャー燃焼室４とガス化室１は、仕切壁１
５で仕切られている。

【００２７】ここで、流動床と界面について説明する。
流動床は、その鉛直方向下方部にある、流動化ガスによ
り流動状態に置かれている流動媒体（例えば珪砂）を濃
厚に含む濃厚層と、その濃厚層の鉛直方向上方部にある
流動媒体と多量のガスが共存し、流動媒体が勢いよくは
ねあがっているスプラッシュゾーンとからなる。流動床
の上方即ちスプラッシュゾーンの上方には流動媒体をほ
とんど含まずガスを主体とするフリーボード部がある。
界面は、ある厚さをもった前記スプラッシュゾーンをい
うが、またスプラッシュゾーンの上面と下面（濃厚層の
上面）との中間にある仮想的な面ととらえてもよい。

【００２８】また「流動床の界面より鉛直方向上方にお
いてはガスの流通がないように仕切壁により仕切られ」
というとき、さらに界面より下方の濃厚層の上面より上
方においてガスの流通がないようにするのが好ましい。

【００２９】ガス化室１とチャー燃焼室２の間の仕切壁
１１は、炉の天井１９から炉底（散気装置の多孔板）に
向かってほぼ全面的に仕切っているが、下端は炉底に接
することはなく、炉底近傍に第２の開口部２１がある。
但しこの開口部２１の上端が、ガス化室流動床界面、チ
ャー燃焼室流動床界面のいずれの界面よりも上部にまで
達することはない。さらに好ましくは、開口部２１の上
端が、ガス化室流動床の濃厚層の上面、チャー燃焼室流
動床の濃厚層の上面のいずれよりも上部にまで達するこ
とはないようにする。言い換えれば、開口部２１は、常
に濃厚層に潜っているように構成するのが好ましい。即
ち、ガス化室１とチャー燃焼室２とは、少なくともフリ
ーボード部においては、さらに言えば界面より上方にお
いては、さらに好ましくは濃厚層の上面より上方ではガ
スの流通がないように仕切壁により仕切られていること
になる。

【００３０】またチャー燃焼室２と熱回収室３の間の仕
切壁１２はその上端が界面近傍、即ち濃厚層の上面より
は上方であるが、スプラッシュゾーンの上面よりは下方
に位置しており、仕切壁１２の下端は炉底近傍までであ
り、仕切壁１１と同様に下端が炉底に接することはな
く、炉底近傍に濃厚層の上面より上方に達することのな
い開口２２がある。言い換えれば、チャー燃焼室２と熱
回収室３の間は流動層部のみ仕切り壁１２で仕切られて
おり、その仕切り壁１２の炉床面近傍には開口部２２を
有し、チャー燃焼室２の流動媒体は仕切り壁１２の上部
から熱回収室２に流入し、仕切り壁１２の炉床面近傍の
開口部２２を通じて再びチャー燃焼室２に戻る循環流を
有するように構成されている。

【００３１】ガス化室１と熱回収室３の間の仕切壁１３
は炉底から炉の天井にわたって完全に仕切っている。沈
降チャー燃焼室４を設けるべくチャー燃焼室２内を仕切
る仕切壁１４の上端は流動床の界面近傍で、下端は炉底
に接している。仕切壁１４の上端と流動床との関係は、
仕切壁１２と流動床との関係と同様である。沈降チャー
燃焼室４とガス化室１を仕切る仕切壁１５は、仕切壁１
１と同様であり、炉の天井から炉底に向かってほぼ全面
的に仕切っており、下端は炉底に接することはなく、炉
底近傍に第１の開口部２５があり、この開口の上端が濃
厚層の上面より下にある。即ち、第１の開口部２５と流
動床の関係は、開口部２１と流動床の関係と同様であ
る。

【００３２】ガス化室１に投入された廃棄物または固体
燃料ａは流動媒体ｃ１から熱を受け、熱分解、ガス化さ
れる。典型的には、廃棄物または燃料ａはガス化室１で
は燃焼せず、いわゆる乾留される。残った乾溜チャーｈ
は流動媒体ｃ１と共に仕切壁１１の下部にある開口部２
１からチャー燃焼室２に流入する。このようにしてガス
化室１から導入されたチャーｈはチャー燃焼室２で燃焼
して流動媒体ｃ２を加熱する。チャー燃焼室２でチャー
ｈの燃焼熱によって加熱された流動媒体ｃ２は仕切壁１
２の上端を越えて熱回収室３に流入し、熱回収室３内で
界面よりも下方にあるように配設された層内伝熱管４１
で収熱され、冷却された後、再び仕切壁１２の下部開口
２２を通ってチャー燃焼室２に流入する。

【００３３】ここで、熱回収室３は本発明の実施の形態
であるガス供給装置において必須ではない。即ち、ガス
化室１で主として揮発成分がガス化した後に残る主とし
てカーボンからなるチャーｈの量と、チャー燃焼室２で
流動媒体ｃ２を加熱するのに必要とされるチャーの量が
ほぼ等しければ、流動媒体から熱を奪うことになる熱回
収室３は不要である。また前記チャーの量の差が小さけ
れば、例えば、ガス化室１でのガス化温度が高目にな
り、ガス化室１で発生するＣＯガスの量が増えるという
形で、バランス状態が保たれる。

【００３４】しかしながら図２に示すように熱回収室３
を備える場合は、チャーの発生量の大きい石炭から、ほ
とんどチャーを発生させない都市ゴミまで、幅広く多種
類の廃棄物または燃料に対応することができる。即ち、
どのような廃棄物または燃料であっても、熱回収室３に
おける熱回収量を加減することにより、チャー燃焼室２
の燃焼温度を適切に調節し、流動媒体の温度を適切に保
つことができる。

【００３５】一方チャー燃焼室２で加熱された流動媒体
ｃ２は仕切壁１４の上端を越えて沈降チャー燃焼室４に
流入し、次いで仕切壁１５の下部にある開口部２５から
ガス化室１に流入する。

【００３６】ここで、各室間の流動媒体の流動状態及び
移動について説明する。ガス化室１の内部で沈降チャー
燃焼室４との間の仕切壁１５に接する面の近傍は、沈降
チャー燃焼室４の流動化と比べて強い流動化状態が維持
される強流動化域１ｂになっている。全体としては投入
された燃料と流動媒体の混合拡散が促進される様に、場
所によって流動化ガスの空塔速度を変化させるのが良
く、一例として図２に示したように強流動化域１ｂの他
に弱流動化域１ａを設けて旋回流を形成させるようにす
る。

【００３７】チャー燃焼室２は中央部に弱流動化域２
ａ、周辺部に強流動化域２ｂを有し、流動媒体およびチ
ャーが内部旋回流を形成している。ガス化室１、チャー
燃焼室２内の強流動化域の流動化速度は５Umf以上、弱
流動化域の流動化速度は５Umf以下とするのが好適であ
るが、弱流動化域と強流動化域に相対的な明確な差を設
ければ、この範囲を超えても特に差し支えはない。チャ
ー燃焼室２内の熱回収室３、および沈降チャー燃焼室４
に接する部分には強流動化域２ｂを配するようにするの
がよい。また必要に応じて炉底には弱流動化域側から強
流動化域側に下るような勾配を設けるのが良い（不図
示）。ここで、Umfとは最低流動化速度（流動化が開始
される速度）を１Umfとした単位である。即ち、５Umfは
最低流動化速度の５倍の速度である。

【００３８】このように、チャー燃焼室２と熱回収室３
との仕切壁１２近傍のチャー燃焼室側の流動化状態を熱
回収室３側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状態
に保つことによって、流動媒体は仕切壁１２の流動床の
界面近傍にある上端を越えてチャー燃焼室２側から熱回
収室３の側に流入し、流入した流動媒体は熱回収室３内
の相対的に弱い流動化状態即ち高密度状態のために下方
（炉底方向）に移動し、仕切壁１２の炉底近傍にある下
端（の開口２２）をくぐって熱回収室３側からチャー燃
焼室２の側に移動する。

【００３９】同様に、チャー燃焼室２の本体部と沈降チ
ャー燃焼室４との仕切壁１４近傍のチャー燃焼室本体部
側の流動化状態を沈降チャー燃焼室４側の流動化状態よ
りも相対的に強い流動化状態に保つことによって、流動
媒体は仕切壁１４の流動床の界面近傍にある上端を越え
てチャー燃焼室２本体部の側から沈降チャー燃焼室４の
側に移動流入する。沈降チャー燃焼室４の側に流入した
流動媒体は、沈降チャー燃焼室４内の相対的に弱い流動
化状態即ち高密度状態のために下方（炉底方向）に移動
し、仕切壁１５の炉底近傍にある下端（の開口２５）を
くぐって沈降チャー燃焼室４側からガス化室１側に移動
する。なおここで、ガス化室１と沈降チャー燃焼室４と
の仕切壁１５近傍のガス化室１側の流動化状態は沈降チ
ャー燃焼室４側の流動化状態よりも相対的に強い流動化
状態に保たれている。これにより流動媒体の沈降チャー
燃焼室４からガス化室１への移動を誘引作用により助け
る。

【００４０】同様に、ガス化室１とチャー燃焼室２との
間の仕切壁１１近傍のチャー燃焼室２側の流動化状態は
ガス化室１側の流動化状態よりも相対的に強い流動化状
態に保たれている。したがって、流動媒体は仕切壁１１
の流動床の界面より下方、好ましくは濃厚層の上面より
も下方にある（濃厚層に潜った）開口２１を通してチャ
ー燃焼室２の側に流入する。

【００４１】熱回収室３は全体が均等に流動化され、通
常は最大でも熱回収室に接したチャー燃焼室２の流動化
状態より弱い流動化状態となるように維持される。従っ
て、熱回収室３の流動化ガスの空塔速度は０〜３Umfの
間で制御され、流動媒体は緩やかに流動しながら沈降流
動層を形成する。なおここで０Umfとは、流動化ガスが
止まった状態である。このような状態にすれば、熱回収
室３での熱回収を最小にすることができる。すなわち、
熱回収室３は流動媒体の流動化状態を変化させることに
よって回収熱量を最大から最小の範囲で任意に調節する
ことができる。また、熱回収室３では、流動化を室全体
で一様に発停あるいは強弱を調節してもよいが、その一
部の領域の流動化を停止し他を流動化状態に置くことも
できるし、その一部の領域の流動化状態の強弱を調節し
てもよい。

【００４２】廃棄物または燃料中に含まれる比較的大き
な不燃物はガス化室１の炉底に設けた不燃物排出口３３
から排出する。また、各室の炉底面は水平でも良いが、
流動媒体の流れの滞留部を作らないようにするために、
炉底近傍の流動媒体の流れに従って、炉底を傾斜させて
も良い。なお、不燃物排出口３３は、ガス化室１の炉底
だけでなく、チャー燃焼室２あるいは熱回収室３の炉底
に設けてもよい。

【００４３】ガス化室１の流動化ガスとして最も好まし
いのは生成ガスｂを昇圧してリサイクル使用することで
ある。このようにすればガス化室１から出るガスは純粋
に燃料から発生したガスのみとなり、非常に高品質のガ
スを得ることができる。それが不可能な場合は水蒸気、
炭酸ガス（ＣＯ_２）あるいはチャー燃焼室２から得られ
る燃焼排ガス等、できるだけ酸素を含まないガス（無酸
素ガス）を用いるのが良い。ガス化の際の吸熱反応によ
って流動媒体の層温が低下する場合は、必要に応じて熱
分解温度より温度の高い燃焼排ガスを供給するか、ある
いは無酸素ガスに加えて、酸素もしくは酸素を含むガ
ス、例えば空気を供給して生成ガスの一部を燃焼させる
ようにしても良い。チャー燃焼室２に供給する流動化ガ
スは、チャー燃焼に必要な酸素を含むガス、例えば空
気、酸素と水蒸気の混合ガスを供給する。燃料ａの発熱
量（カロリー）が低い場合は、酸素量を多くする方が好
ましく、酸素をそのまま供給する。また熱回収室３に供
給する流動化ガスは、空気、水蒸気、燃焼排ガス等を用
いる。

【００４４】ガス化室１とチャー燃焼室２の流動床の上
面（スプラッシュゾーンの上面）より上方の部分すなわ
ちフリーボード部は完全に仕切壁１１、１５で仕切られ
ている。さらに言えば、流動床の濃厚層の上面より上方
の部分すなわちスプラッシュゾーン及びフリーボード部
は完全に仕切壁で仕切られているので、チャー燃焼室２
とガス化室１のそれぞれのフリーボード部の圧力のバラ
ンスが多少乱れても、双方の流動層の界面の位置の差、
あるいは濃厚層の上面の位置の差、即ち層高差が多少変
化するだけで乱れを吸収することができる。即ち、ガス
化室１とチャー燃焼室２とは、仕切壁１１、１５で仕切
られているので、それぞれの室の圧力が変動しても、こ
の圧力差は層高差で吸収でき、どちらかの層が開口２
１、２５の上端に下降するまで吸収可能である。従っ
て、層高差で吸収できるチャー燃焼室２とガス化室１の
フリーボードの圧力差の上限値は、互いを仕切る仕切壁
１１、１５の下部の開口２１、２５の上端からの、ガス
化室流動床のヘッドと、チャー燃焼室流動床のヘッドと
のヘッド差にほぼ等しい。

【００４５】以上説明した統合型ガス化炉１０１では、
一つの流動床炉の内部に、ガス化室、チャー燃焼室、熱
回収室の３つを、それぞれ隔壁を介して設け、更にチャ
ー燃焼室とガス化室、チャー燃焼室と熱回収室はそれぞ
れ隣接して設けられている。この統合型ガス化炉１０１
は、チャー燃焼室とガス化室間に大量の流動媒体循環を
可能にしているので、流動媒体の顕熱だけでガス化のた
めの熱量を充分に供給できる。

【００４６】さらに以上の統合型ガス化炉では、チャー
燃焼ガスと生成ガスの間のシールが完全にされるので、
ガス化室とチャー燃焼室の圧力バランス制御がうまくな
され、燃焼ガスと生成ガスが混ざることがなく、生成ガ
スの性状を低下させることもない。

【００４７】また、熱媒体としての流動媒体ｃ１とチャ
ーｈはガス化室１側からチャー燃焼室２側に流入するよ
うになっており、さらに同量の流動媒体ｃ２がチャー燃
焼室２側からガス化室１側に戻るように構成されている
ので、自然にマスバランスがとれ、流動媒体をチャー燃
焼室２側からガス化室１側に戻すために、コンベヤ等を
用いて機械的に搬送する必要もなく、高温粒子のハンド
リングの困難さ、顕熱ロスが多いといった問題もない。

【００４８】本実施の形態による統合型ガス化炉１０１
は、さらに水素分離装置１２０で、水素と分離された余
剰ガスｋを燃焼する余剰ガスバーナ１０１ｄを備えてい
る。余剰ガスバーナ１０１ｄによる燃焼は、チャー燃焼
室２、又は熱回収室３で行われる。余剰ガスは、バーナ
１０１ｄの手前で空気と混合され、チャー燃焼室２内で
燃焼する。余剰ガスｋについては、後で詳述する。

【００４９】図３のフローチャートを参照して、水素分
離装置の一例として、本実施の形態で用いる圧力スイン
グ式水素分離装置（水素ＰＳＡ）を説明する。本圧力ス
イング式水素分離装置１２０は、３基の吸着塔１２１、
１２２、１２３と余剰ガスホルダ１２４を備える。

【００５０】吸着塔１２１、１２２、１２３は、容器１
２１ｅ、１２２ｅ、１２３ｅと、その内部にそれぞれ充
填された吸着材１２１ｄ、１２２ｄ、１２３ｄを含んで
構成されている。本実施の形態では、吸着材は合成ゼオ
ライト系の材料で構成されている。

【００５１】合成ガスｉを導入する配管は、３基の吸着
塔に向けて分岐され、それぞれ弁１２１ａ、１２２ａ、
１２３ａを介して、吸着塔の容器１２１ｅ、１２２ｅ、
１２３ｅに接続されている。弁１２１ａ、１２２ａ、１
２３ａと吸着塔１２１、１２２、１２３との間の各配管
は、それぞれ分岐されそれぞれ弁１２１ｃ、１２２ｃ、
１２３ｃを介した後に合流し、合流した配管は余剰ガス
ホルダ１２４に接続されている。

【００５２】余剰ガスホルダ１２４には、余剰ガスｋを
導出する配管１２９が接続されており、この配管には弁
１２４ａが設けられている。

【００５３】一方、３基の吸着塔の容器１２１ｅ、１２
２ｅ、１２３ｅには、それぞれ高純度の水素ｊを導出す
る配管が接続され、各配管にはそれぞれ弁１２１ｂ、１
２２ｂ、１２３ｂが設けられている。各配管は、弁１２
１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂの下流側で１本の配管に合流
している。

【００５４】以下、本圧力スイング式水素分離装置１２
０の作用を説明する。この水素分離装置１２０は、ガス
ｉ中に含まれる各ガス成分が、吸着材に物理吸着される
速度の違いを利用してガス成分の分離を行う装置であ
る。原料となる合成ガス（混合ガス）ｉは、余剰ガス成
分ｋの吸着に必要な圧力まで圧縮された後、吸着塔に導
かれる。吸着塔内に充填された吸着材により、混合ガス
ｉに含まれるガス成分のうち分子量の大きいものから優
先的に吸着される。

【００５５】したがって、分子量の最も小さい水素ガス
は、吸着材に吸着される速度が最も遅いため、吸着塔内
の混合ガスの滞留時間、即ち混合ガスと吸着材の接触時
間が適切な値となる様に設計することにより、混合ガス
中に含まれる水素以外の余剰成分は吸着材にほとんど全
て吸着され、吸着塔出口の製品ガスはほとんど純水素と
なる。一般には、水素ガスの一部も吸着材に吸着される
ため、原料となる混合ガス中の水素ガスのうち、製品ガ
ス（純水素）として回収されるのは８０％前後である
が、製品ガスの水素純度は９９．９９％以上が容易に得
られる。

【００５６】吸着材が余剰ガス成分を吸着できる量には
限界があるため、ある程度十分な時間だけ混合ガスｉを
通し続けると、余剰ガス成分ｋの吸着が行われなくな
り、製品ガス（純水素）ｊの純度が低下する。したがっ
て、一定時間混合ガスを通じた後に、吸着材に吸着して
いる余剰ガス成分ｋを脱着する必要がある。

【００５７】吸着材への余剰ガス成分ｋの吸着量は、圧
力によって大きく異なり、圧力が高いほどガス成分ｋが
多く吸着される。この性質を利用して、吸着塔内の圧力
を高圧と低圧との間を変化（圧力スイング）させること
により、吸着材への余剰ガス成分ｋの吸着と脱着を繰り
返すことができる。

【００５８】吸着時の圧力と脱着時の圧力差を大きくと
るほど、ガス分離の効率を高めることができるが、原料
ガスｉの圧縮吸着を行う際の動力消費が大きくなるた
め、過度に圧力差を大きくすることは必ずしも適切では
ない。一般には、吸着塔内の圧力は、１．５ＭＰａ以上
であることが望ましく、さらに好ましくは２．０ＭＰａ
以上とする。また、脱着は大気圧前後の圧力において行
われるが、後に述べるように余剰ガスｋの利用を考える
場合には、０．１〜０．２ＭＰａ程度の微加圧下で行う
のが望ましい。

【００５９】また、吸着、脱着とも温度は常温から５０
℃程度の温度下において行われる。余剰ガスｋの脱着中
には原料混合ガスｉの処理ができないため、図３に示す
ように複数の吸着塔１２１、１２２、１２３を設置し、
脱着操作を行う吸着塔を切り替えてゆき、常にいずれか
の吸着塔において吸着操作が行われるように構成され
る。

【００６０】また、余剰ガスホルダ１２４は、脱着後の
余剰ガスｋを一時的に溜めておくためのタンクである。
脱着行程は間欠的に行われるため、脱着後の余剰ガスｋ
を燃料ガスとして利用する等の場合は、このように脱着
後のガスｋを一時的に溜めておくのが好ましいからであ
る。このようにすれば、ガスを連続的に供給することが
できる。ガスｋの用途によっては、余剰ガスホルダは設
置しなくてもよい。

【００６１】さらに図３を参照して、３基の吸着塔１２
１、１２２、１２３を含んで構成される圧力スイング式
水素分離装置１２０の具体的な動作を説明する。ここで
は、３基ある吸着塔１２１、１２２、１２３において、
それぞれ、吸着、脱着、加圧の動作が行われている場合
を説明する。

【００６２】原料混合ガスｉは、装置１２０において必
要な圧力まで加圧されている。また、余剰ガスホルダ１
２４は、バルブ１２４ａの開度を調節することにより、
常に余剰ガスｋの一定流量を外部へ放出しており、ホル
ダ１２４内は大気圧程度の低圧状態に保たれている。

【００６３】まず吸着塔１２１で、吸着操作が行われる
ものとする。バルブ１２１ａと１２１ｂが開、バルブ１
２１ｃが閉となっており、加圧された原料混合ガスｉが
塔１２１内に通じ、混合ガスｉ中の余剰ガス成分ｋが吸
着材１２１ｄに吸着される。このとき吸着されずに残っ
た水素ガスがバルブ１２１ｂを経由して、製品ガス（純
水素）ｊとして外部に排出される。

【００６４】このとき吸着塔１２２では、脱着操作が行
われる。バルブ１２２ａと１２２ｂが閉、バルブ１２２
ｃが開となっており、塔１２２内の圧力が余剰ガスホル
ダ１２４の圧力とはぼ等しくなるまで減圧される。この
ようにして、以前の吸着操作において吸着材１２２ｄに
吸着した余剰ガス成分ｋがバルブ１２２ｃを経由して余
剰ガスホルダ１２４へ放出される。

【００６５】このとき吸着塔１２３では、バルブ１２３
ａが開、バルブ１２３ｂが閉、バルブ１２３ｃが閉とな
っており、加圧された原料混合ガスｉが塔１２３内に導
かれることにより塔内が加圧される。塔１２３内が十分
に加圧されるまでは、吸着材１２３ｄによる余剰ガス成
分ｋの吸着が十分ではないため、バルブ１２３ｂを閉じ
ておくことにより余剰ガス成分ｋが製品ガス（純水素）
ｊに混入することを防いでいる。

【００６６】３つの吸着塔１２１、１２２、１２３にお
いて、以上の３つの動作を順次繰り返すことにより、原
料混合ガスｉからの水素分離を連続的に行うことができ
る。

【００６７】塔数を多くするほど、１つの吸着塔が脱着
操作を行う間隔を長くすることができるため、十分な吸
着時間を確保することができ、製品水素の回収効率を高
くすることができる。一般的には図示のように、塔数は
３基以上あればよいが、４〜１０基とするのが好まし
い。

【００６８】以上の実施の形態では、吸着材として余剰
ガス成分を吸着するゼオライト系の材料を用いる場合を
説明したが、逆に水素を吸着する、例えば水素吸蔵合金
を用いることも可能である。圧力をスイングすることに
より、水素の吸着と脱着が起こる。この場合はホルダ１
２４側に水素が流れ、弁１２１ｂ、１２２ｂ、１２３ｂ
側に余剰ガスが流れる。したがって、弁１２１ｂ、１２
２ｂ、１２３ｂの下流側に、ホルダ１２４と同様なホル
ダを設けるのが好ましい。

【００６９】図１に戻って、本発明による水素製造シス
テムの作用を説明する。統合型ガス化炉１０１のガス化
室１に供給された廃棄物または燃料ａは、熱分解により
可燃性ガスｂ、チャーｈ、灰分に分解される。ここで、
前記の廃棄物または燃料ａとしては、廃プラスチック、
廃タイヤ、カーシュレッダーダスト、木質系廃棄物、一
般廃棄物ＲＤＦ、石炭、重質油、タール等、ある程度の
高発熱量を有する有機性廃棄物または燃料であることが
望ましい。

【００７０】ガス化室１における熱分解によって生成し
たチャーｈのうち、粒子径が大きく可燃性ガスに同伴さ
れないものは、流動媒体とともにチャー燃焼室２に移送
される。チャー燃焼室２では、流動化ガスｇ２として空
気や、酸素富化空気または酸素等の有酸素ガスを用い、
チャーｈを完全燃焼させる。チャーｈの燃焼によって発
生した熱量の一部は、ガス化室１へ循環して戻される流
動媒体ｃ２の顕熱としてガス化室１に供給され、ガス化
室１における熱分解に必要な熱量として用いられる。

【００７１】この方法によれば、ガス化室１で廃棄物ま
たは固体燃料ａの熱分解によって発生した可燃性ガスす
なわち合成ガスｂと、チャー燃焼室２でチャーｈの燃焼
によって発生した燃焼ガスｅが混ざらないため、高カロ
リーの合成ガスｂが得られる。特に、ガス化室１の流動
化ガスｇ１に空気または酸素ガスを全く含まないガス、
例えば水蒸気等を用いる。このようにして、熱分解に必
要な熱量の全量をチャー燃焼室２でのチャーｈの燃焼に
よって発生した熱量を流動媒体の顕熱を介して供給する
ことで賄うことにより、ガス化室１において部分燃焼を
全くさせることなく、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等の燃焼ガス濃度
の低い、高カロリーの合成ガスｂを得ることができる。

【００７２】ガス化室１の流動化ガスｇ１に水蒸気を用
いる場合、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを全
く含まないようにすることができるため、合成ガスｂ中
の窒素、アルゴン等の不活性ガス濃度を低く保つことが
できる。これにより、合成ガスｂの流量を少なくするこ
とができるため、後段のガス圧縮装置１０７やＣＯ転化
装置１０４、水素分離装置１２０等の機器を小型化でき
る他、ガス圧縮動力を低減することができる。

【００７３】一般の部分燃焼式ガス化炉の場合は、合成
ガスに窒素を混入させないためには、酸化剤として純酸
素を供給する必要があったが、本発明における統合型ガ
ス化炉１０１を用いた場合、チャー燃焼室２における酸
化剤として空気を用いても、合成ガスｂ側に空気中の窒
素が混ざらない。そのため、酸素製造動力の削減と、合
成ガス中の窒素ガス濃度低減を両立させることができ、
特に効果的である。

【００７４】本実施の形態における統合型ガス化炉１０
１においては、被処理物ａを熱分解ガス化した際に発生
するチャーｈ等の重質分を燃焼させて得られる熱量を、
被処理物ａの熱分解ガス化に必要な熱量として利用する
ことを特徴としている。

【００７５】ここで、チャーｈ等の重質分は炭素を多く
含有し、それらはチャー燃焼室２において完全燃焼する
ため、チャーｈ等の重質分に含まれる炭素の燃焼によっ
て発生する二酸化炭素はガス化室１において発生する合
成ガスｂには混入しない。これは、被処理物ａ中の水素
分と炭素分が、合成ガスｂと燃焼ガスｅとに分離回収さ
れる割合を選択的に変えていることに相当する。即ち、
被処理物ａ中の水素分は合成ガスｂ側に比較的多く回収
され、被処理物ａ中の炭素分は燃焼ガスｅ側に多く回収
される。

【００７６】このことにより、従来の一般的な部分燃焼
方式のガス化装置を用いる場合に比較して、合成ガスｂ
中の水素分の含有量が多くなる。典型的には、水素と一
酸化炭素のモル比が２以上の、水素を多く含む合成ガス
が容易に得られる。

【００７７】これは、合成ガスｂ中の水素以外のガス成
分が少ないことを意味しており、従来の一般的な部分燃
焼方式のガス化装置を用いる場合に比較して、後段の機
器の小型化や、ガス圧縮に必要な動力の低減を図ること
ができる。すなわち、プラントの建設コストの低減や、
運転コストの低減を図ることができる。

【００７８】以上によって得られた合成ガスｂは、ガス
精製装置１０２に導かれる。なお、合成ガスｂの温度に
よっては、不図示の廃熱ボイラによって熱回収して合成
ガスｂを減温した後に、ガス精製装置１０２に導く構成
としてもよい。

【００７９】本実施の形態におけるガス精製装置１０２
は、前述のように、合成ガスｂ中の塩素分の除去とダス
ト分の除去を行うガス洗浄装置１０３と、合成ガスｂ中
の硫黄分を除去する脱硫装置１０５と、合成ガスｂを昇
圧する合成ガス圧縮装置１０７と、合成ガスｂ中の一酸
化炭素を水素に変換するＣＯ転化装置１０４と、合成ガ
スｂ中の水素分と他の成分（余剰成分）を分離して純水
素を得る水素分離装置１２０とを含んで構成されてい
る。

【００８０】合成ガスｂはまずガス洗浄装置１０２にお
いて、塩化水素等の塩素含有ガス成分と、ダスト分、カ
ーボン粒子等の除去が行われる。ガス洗浄装置１０２と
しては、典型的にはスクラバーが用いられ、洗浄水中に
塩素分やダスト分、カーボン粒子などを吸収することに
よりガス洗浄が行われる。

【００８１】次いで脱硫装置１０５により、硫化水素、
硫化カルボニル等の硫黄含有ガス成分の除去が行われ
る。硫黄含有ガス成分及び塩素含有ガス成分は、後段の
装置における触媒や吸着剤を劣化させる作用があるほ
か、プラント機器の腐食の原因となるため、典型的には
１０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、さらに好ま
しくは０．１ｐｐｍ以下まで除去される。また、ダスト
分やカーボン粒子等の固形分は、後段の水素分離装置１
２０における吸着材に付着し、吸着材の性能を低下させ
るため、十分低濃度まで除去される。

【００８２】以上のように不純物を除去された後の合成
ガスは、合成ガス圧縮装置において、水素分離装置の運
転に必要な圧力まで昇圧される。ここで、合成ガスの圧
縮は水素分離装置１２０の直前、すなわちＣＯ転化装置
１０４の後段で行っても良いが、ＣＯ転化装置は運転圧
力を上昇させることにより、反応器の容積を小さくする
とともに反応効率を高めることができるため、図示のよ
うに、ＣＯ転化装置１０４の前段すなわち不純物除去後
において合成ガスの圧縮を行うのが好ましい。

【００８３】同様に、合成ガスの圧縮を脱硫装置１０５
の前段で行うように構成することで、脱硫装置１０５の
容積を小さくすることもできるが、その場合、硫黄分を
含むガスを圧縮機１０７に通すことになるため、硫黄分
によるガス圧縮装置１０７の腐食の対策が必要となる。
したがって、合成ガス中の硫黄分が非常に高く、そのま
ま合成ガス圧縮装置１０７に通した場合に腐食の恐れが
ある場合には、図示のように、脱硫装置１０５を合成ガ
ス圧縮装置１０７の前段に配置するのが好ましく、一方
合成ガス中の硫黄分がそれほど高くなく、そのまま合成
ガス圧縮装置１０７に通しても腐食の心配が無い場合に
は、脱硫装置１０５を合成ガス圧縮装置１０７の後段に
配置するのが好ましい。

【００８４】また、合成ガス圧縮装置１０７の腐食の心
配が無い程度までの脱硫を行う第１の脱硫装置を合成ガ
ス圧縮装置１０７の前段に、ＣＯ転化装置１０４や水素
分離装置１２０に影響を及ぼさない程度までの脱硫を行
う第２の脱硫装置（不図示）を合成ガス圧縮装置１０７
の後段に設置するように構成してもよい。

【００８５】合成ガス圧縮装置１０７を出た後の合成ガ
スの圧力は、水素分離装置１２０の運転圧力に各配管の
圧力損失及びＣＯ転化装置の圧力損失を加えた程度の圧
力を有している必要があり、一般的には１ＭＰａ以上、
好ましくは１．５ＭＰａ以上、さらに好ましくは２ＭＰ
ａ以上とするのが良い。

【００８６】なお、統合型ガス化炉１０１の運転圧力が
負圧または１ＭＰａ程度未満の正圧である場合には、以
上のような合成ガスの圧縮が必要であるが、統合型ガス
化炉１０１の運転圧力が１ＭＰａ程度以上であるなら
ば、合成ガス圧縮装置１０７は必ずしも必要ではない。

【００８７】合成ガス圧縮装置１０７において圧縮され
た合成ガスは、ＣＯ転化装置において、触媒存在下で下
記で表されるＣＯシフト反応を進行させ、合成ガス中の
一酸化炭素の一部を水素に変換する。ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ ←→ Ｈ_２＋ＣＯ_２

【００８８】ここで、反応に必要な水蒸気が合成ガス中
に十分に含まれていない場合には、図示のように別途水
蒸気ｌを合成ガスに混合する必要がある。混合する水蒸
気は、他のボイラ等において発生した水蒸気でよいが、
好ましくは統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２にお
いて発生した燃焼ガスから熱回収して得られる水蒸気や
熱回収室３で得られる水蒸気など、本システム内の廃熱
回収により発生した水蒸気を用いることで、システム全
体のエネルギー効率の向上や燃料費の削減を図ることが
できる。

【００８９】本実施の形態における統合型ガス化炉１０
１のガス化室１からは、前記のように、水素と一酸化炭
素のモル比が典型的には２以上の、水素を多く含有する
合成ガスｂが得られるため、従来の一般的な部分燃焼式
のガス化炉から得られる合成ガスを用いて水素製造を行
う場合と比較して、上記のＣＯシフト反応によって水素
に転換することが必要な一酸化炭素の量が少ない。従っ
て、ＣＯ転化装置を小型化することができる上、混合す
る水蒸気の量を低減することができるため、プラントの
建設コストの低減や、運転コストの低減に効果がある。

【００９０】ＣＯシフト反応後の合成ガスｉは、水素分
離装置１２０に導かれ、純水素とその他のガスに分離さ
れる。水素分離装置１２０としては、圧力スイング吸着
式の水素分離装置を用いるのが好ましい（図３）。これ
は、合成ゼオライト等の吸着剤を充填した塔内に、加圧
した合成ガスを通ずることにより、水素以外の成分を選
択的に吸着させ、純水素を得るものである。吸着剤は塔
の圧力を変化させることにより吸着・脱着を繰り返し、
再生利用することができる。

【００９１】圧力スイング吸着式の水素分離装置は、構
造が単純であるため、設備規模が小規模となっても効率
が殆ど低下せず、また設備コストが割高とならない特長
を有している。さらに、吸着剤は長期間交換せずに使用
可能であり、運転コストが低い。このことから、物理吸
収・化学吸収等の二酸化炭素除去装置を用いる従来の方
法と比較して、特に小規模の設備の場合に設備コスト・
運転コストを低減できるという効果がある。

【００９２】得られた水素は、水素分離装置１２０の運
転圧力程度の正圧を有しているため、近隣のプラント等
で利用する場合にはそのまま配管によって送出すること
ができる。また、得られた水素を輸送して他の使用先に
おいて使用する場合には、不図示の水素圧縮装置により
圧縮して圧縮水素として出荷してもよいし、不図示の水
素液化装置において冷却して液化水素として出荷しても
よい。

【００９３】一方、水素分離装置１２０からは、一酸化
炭素、二酸化炭素の他、純水素として回収されなかった
若干の水素を含む余剰ガスｋが得られる。この余剰ガス
ｋは、可燃性であり発熱量を有しているため、システム
内における熱源として利用することができる。特に、本
実施の形態の場合においては、図示のように余剰ガスｋ
を統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２において燃焼
させ、その燃焼熱により流動媒体ｃ２を加熱するように
構成するのが好ましい。この場合、統合型ガス化炉１０
１において被処理物ａを部分燃焼させる割合を低下さ
せ、高いガス化効率を得ることができるため特に効果的
である。

【００９４】余剰ガスｋの熱量を利用する上で、例えば
余剰ガスｋを統合型ガス化炉１０１のチャー燃焼室２内
において燃焼させるのではなく、別途不図示の燃焼装置
で余剰ガスｋを燃焼させて得られる高温の燃焼ガスをチ
ャー燃焼室２の流動化ガスｇ２として用いてもよい。し
かしながら、その場合は、流動化ガスｇ２中の酸素濃度
を低下させ、チャー燃焼室２の流動層部におけるチャー
ｈの燃焼効率を低下させる恐れがあるので、チャー燃焼
室２内において余剰ガスｋを燃焼させるのが好ましい。

【００９５】即ち、図１あるいは図２に示すように、チ
ャー燃焼室２内において余剰ガスｋを燃焼させる場合
は、チャー燃焼室２の流動層部の酸素濃度を低下させる
心配がなく、余剰ガスｋを燃焼させて発生する炎の輻射
熱により効果的に流動媒体ｃ２を加熱することができ
る。

【００９６】また、余剰ガスｋを直接ガス化室１の流動
化ガスとしてリサイクル使用したり、ガス化室１内で燃
焼させてもよい。しかしながら、余剰ガスｋには水素分
は殆ど含まれず、一酸化炭素、二世化炭素や炭化水素ガ
ス等、炭素分を多く含有しているため、これをガス化室
１に戻した場合は生成ガスｂ中の水素濃度を低下させ
る。即ち、余剰ガスｋは製品である純水素には不要な成
分を多く含有しているため、生成ガスｂには混ざらない
ようにチャー燃焼室２において燃焼させる形態が望まし
い。

【００９７】このような形態とした場合、システム全体
として見ると、原料中の炭素分を熱分解残滓ｈあるいは
余剰ガスｋとしてチャー燃焼室２内で選択的に燃焼させ
ていることになり、その際に得られる熱量で、原料の熱
分解反応を行い、水素分の抽出を行っていることにな
る。即ち、効率良い水素の製造という本システムの目的
を考えた場合に、特に好ましい形態であると言える。

【００９８】チャー燃焼室２からの高温排ガスｅから
は、廃熱ボイラ２０１により蒸気として熱回収を行うこ
とができる。またこの他にも、ガス洗浄装置１０３の前
段に不図示の廃熱ボイラを設置することにより、合成ガ
スｂから熱回収を行うこともできるし、ＣＯ転化反応は
発熱反応であるため、ＣＯ転化装置あるいはＣＯ転化後
のガスからも熱回収を行うことができる。これらの熱回
収により得られる水蒸気は、ガス化室１に流動化ガスｇ
１として供給する蒸気や、ＣＯ転化反応用の水蒸気な
ど、システムで必要な蒸気として用いたり、不図示の蒸
気タービンにより発電を行うことによってシステムで必
要な電力を発生させることができる。

【００９９】本システムにおいては、合成ガス圧縮装置
１０７におけるガスの圧縮動力が必要な動力の大半を占
める。このため、前記蒸気タービンによって発電した電
力は、ガス圧縮装置１０７の所要電力として使用するの
が好ましい。さらに好ましくは、これらのガス圧縮装置
１０７の駆動機を電動機ではなく蒸気タービンとするこ
とにより、前記熱回収により得られる蒸気を用いて直接
にガス圧縮装置１０７を駆動することもできる。

【０１００】また、製品である純水素ｊを圧縮水素や液
化水素として出荷する場合には、圧縮あるいは冷却に必
要な不図示の圧縮装置や冷凍装置の動力源として上記の
電力を用いるのが好ましい。さらに好ましくは、これら
の圧縮装置や冷凍装置の駆動機を電動機ではなく蒸気タ
ービンとすることにより、前記熱回収により得られる蒸
気を用いて直接にガス圧縮装置を駆動することもでき
る。

【０１０１】なお、水素分離装置１２０からの余剰ガス
ｋを、チャー燃焼室２内で燃焼させず、別途不図示の熱
回収用ボイラで燃焼させ、蒸気として熱回収を行うこと
もできるし、余剰ガスｋの一部をチャー燃焼室２内で燃
焼させ、残部を熱回収用ボイラで燃焼する構成としても
よい。この場合、余剰ガスｋを熱回収用ボイラで燃焼さ
せる割合は、得られた合成ガスｂの圧縮動力をはじめと
するシステムの所要動力が、熱回収された蒸気から得ら
れる発生動力と等しくなるように調整することが望まし
い。

【０１０２】すなわち、システムの所要動力が、発生動
力より大きい場合は、余剰ガスｋをチャー燃焼室２内で
燃焼させる割合を減らし、熱回収用ボイラで燃焼させる
割合を増やすことにより、ガス化効率を低めて合成ガス
ｂの発生量を低下させることで、合成ガスｂの圧縮動力
すなわちシステムの所要動力を低減させるとともに、熱
回収による発生動力を増大することで、所要動力と発生
動力のバランスをとることができる。

【０１０３】また、システムの所要動力が、発生動力よ
り小さい場合は、余剰ガスｋをチャー燃焼室２内で燃焼
させる割合を増やし、熱回収用ボイラで燃焼させる割合
を減らすことにより、ガス化効率を高めて合成ガスの発
生量を増加させるとよい。こようにすることで、合成ガ
スｂの圧縮動力すなわちシステムの所要動力を増加させ
るとともに、熱回収による発生動力を減少することによ
って、所要動力と発生動力のバランスをとることができ
る。

【０１０４】このように構成した場合、被処理物ａの発
熱量の変動がある場合にも、システム内での所要動力と
発生動力のバランスをとって運転を行うことが可能とな
り、外部からの電力や熱供給量を最小化することができ
るため、システムの運転コストの低減を図ることができ
る。

【０１０５】なお、合成ガスｂ中の炭化水素ガス濃度が
高い場合は、ガス精製装置１０２は不図示の改質装置を
備えてもよい。改質装置は、容器中に改質触媒を収納し
た装置であり、合成ガス中の炭化水素を分解、改質し
て、水素ガスリッチのガスに改質する。改質装置は、外
観が例えば円筒形に形成されている。該円筒形構造の中
心には、バーナが設置されている。円筒形燃焼室の外側
は、円環状の空間に形成され、その中には改質触媒が充
填されている。この改質触媒はバーナにより加熱され
る。また改質触媒部分には、外部から水が供給される。
このようにして、炭化水素は改質触媒の作用により、水
素ガスを主成分とし、ＣＯガスを含むガスに改質され
る。

【０１０６】前記改質装置は、ＣＯ転化装置１０４の上
流側に設置するのがよい。改質装置で発生したＣＯガス
を、ＣＯ転化装置１０４で水素ガスに転化できるからで
ある。また該改質装置をＣＯ転化装置１０４と一体に構
成してもよい。

【０１０７】また、ＣＯ転化装置１０４の下流側には、
不図示のＣＯ選択酸化装置を設けてもよい。該装置には
ＣＯ選択酸化触媒が充填されており、ＣＯ転化装置１０
４でＣＯ_２にならずに残ったＣＯガスを、ＣＯ選択酸化
用空気中の酸素で選択的に酸化する（２ＣＯ＋Ｏ_２→２
ＣＯ_２）。したがってＣＯ選択酸化触媒を出たガス中に
は、ＣＯガスはほとんど含まれず、水素ガスと炭酸ガス
を主成分とするガスとなり、水素分離装置１２０に供給
される。

【０１０８】なお、統合型ガス化炉１０１には、ガス化
室１から抜き出された流動媒体ｃ３と不燃物ｄを分級す
る分級装置１０８が設置されている。分級された後、流
動媒体ｃ３はガス化室１に戻され、不燃物ｄは外部に取
り出される。

【０１０９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガス化室
とチャー燃焼室とは第１の仕切壁により仕切られている
ので、ガス化室とチャー燃焼室とは流動床の界面より鉛
直上方においてはガスの流通がなく、第１の仕切壁の下
部にはガス化室とチャー燃焼室を連通する連通口が形成
されているので、チャー燃焼室側からガス化室側へチャ
ー燃焼室で加熱された流動媒体を移動することができ
る。また、高温の流動媒体を内部で流動させ、第１の界
面を有するガス化室流動床を形成するガス化室を備える
ので、被処理物をガス化して水素分を含有する可燃性合
成ガスを発生することができ、高温の流動媒体を内部で
流動させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流動床を形
成しガス化室でのガス化に伴い発生するチャーをチャー
燃焼室流動床内で燃焼させるチャー燃焼室を備えるの
で、流動媒体を加熱することができ、合成ガスから余剰
成分の除去を行う水素分離装置１２０を備えるので高純
度の水素を得ることができる水素製造システムを提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である水素製造システムを
説明するフローチャートである。

【図２】本発明の実施の形態である水素製造システムを
構成する統合型ガス化炉の一例を示す概念的正面断面図
である。

【図３】本発明の実施の形態である水素製造システムを
構成する水素分離装置の一例を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ガス化室２チャー燃焼室３熱回収室１０１統合型ガス化炉１０２ガス精製装置１０３ガス洗浄装置１０４ＣＯ転化装置１０５脱硫装置１２０水素分離装置１２１、１２２、１２３吸着塔１２４余剰ガスホルダ１２９ガス戻し配管２０１廃熱ボイラ２０２除塵装置２０３煙突ａ被処理物ｂ合成ガスｃ１、ｃ２流動媒体ｄ不燃物ｅ燃焼ガスｇ１、ｇ２流動化ガスｈチャーｉ（水素分離装置手前の）合成ガスｊ高純度水素ｋ余剰ガス成分ｌ水蒸気ｍ空気

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１０Ｊ 3/46 Ｃ１０Ｊ 3/46 ＬＭＣ１０Ｋ 1/32 Ｃ１０Ｋ 1/32 3/04 3/04 Ｆターム(参考） 4D012 CA20 CB16 CD07 CG01 CH01 CH04 CH05 CH10 CK01 CK03 CK10 4G040 BA02 BB03 4H060 AA01 AA02 BB02 BB12 BB22 BB33 CC15 DD01 EE03 FF03 GG02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温の流動媒体を内部で流動させ、第１
の界面を有するガス化室流動床を形成し、前記ガス化室
流動床内で被処理物をガス化して水素分を含有する可燃
性合成ガスを発生するガス化室と；高温の流動媒体を内
部で流動させ、第２の界面を有するチャー燃焼室流動床
を形成し、前記ガス化室でのガス化に伴い発生するチャ
ーを前記チャー燃焼室流動床内で燃焼させ前記流動媒体
を加熱するチャー燃焼室と；前記合成ガスから余剰成分
の除去を行い高純度の水素を得る水素分離装置とを備
え；前記ガス化室と前記チャー燃焼室とは、前記それぞ
れの流動床の界面より鉛直上方においてはガスの流通が
ないように第１の仕切壁により仕切られ、前記第１の仕
切壁の下部には前記ガス化室と前記チャー燃焼室を連通
する連通口であって、該連通口の上端の高さは前記第１
の界面および第２の界面以下である連通口が形成され、
該連通口を通じて、前記チャー燃焼室側から前記ガス化
室側へ前記チャー燃焼室で加熱された流動媒体を移動す
るように構成された；水素製造システム。
【請求項２】前記ガス化室にて発生する合成ガスはさ
らに一酸化炭素を含有し、該一酸化炭素を水蒸気と反応
させて水素ガスに変換するＣＯ転化装置を備える、請求
項１に記載の水素製造システム。
【請求項３】前記水素分離装置は、前記余剰成分を吸
着する吸着材と、前記吸着材を収納する容器とを有し、
前記合成ガスを前記容器内に導入し、該容器内の圧力を
相対的に高圧と低圧との間で変化させることにより前記
余剰成分の吸着と脱着とを繰り返すように構成された、
請求項１又は請求項２に記載の水素製造システム。
【請求項４】除去された前記余剰成分を前記チャー燃
焼室に戻す戻し経路を備える、請求項１乃至請求項３の
いずれか１項に記載の水素製造システム。