燃料制造系统的制作方法

1.本发明涉及一种燃料制造系统。更详细地说，涉及一种基于生物质原料和可再生能源制造液体燃料的燃料制造系统。


背景技术：

2.近年来，代替化石燃料，以由可再生能源发电的电力生成的氢气和生物质或者从工厂排出的二氧化碳等碳源为原材料的电气合成燃料备受关注。
3.以生物质为原料制造甲醇和汽油等液体燃料的一般顺序如下所述。即，经过如下步骤由生物质原料制造液体燃料：气化步骤，使经过预定的前处理的生物质原料在气化炉内与氢气和氧气一起气化，生成含有氢气和一氧化碳的合成气体；清洗步骤，清洗生成的合成气体，去除焦油；h2/co比调整步骤，将经过清洗步骤的合成气体的h2/co比调整为与要制造的液体燃料相应的目标比；脱硫步骤，从经过h2/co比调整步骤的合成气体中去除硫成分；及燃料制造步骤，由经过脱硫步骤的合成气体制造液体燃料。
4.[先前技术文献]
[0005]
(专利文献)
[0006]
专利文献1：日本特开2021-147504号公报


技术实现要素：

[0007]
[发明所要解决的问题]
[0008]
在气化步骤中在气化炉内燃烧生物质，但燃烧生物质会排出co2。特别是气化炉低温时或者氢气不足时，排出的co2量增加。然而，未能有效利用排出的co2。另外，在以h2/co比为2的方式引入h2的情况下，仅导入保持一定的氢气，无法使co2的削减效果最大化。
[0009]
本发明是鉴于上述要解决的问题而完成，其目的在于提供一种燃料制造系统，可以实现整个系统的效率化。
[0010]
[解决问题的技术手段]
[0011]
(1)本发明的燃料制造系统(例如，后述的燃料制造系统1)，其由生物质原料制造液体燃料，并且，具备：气化炉(例如，后述的气化炉30)，由生物质原料生成合成气体；二氧化碳回收装置(例如，后述的二氧化碳回收装置65)，回收在前述气化炉中生成合成气体时产生的二氧化碳；二氧化碳转换装置(例如，后述的二氧化碳转换装置67)，将由前述二氧化碳回收装置回收的二氧化碳转换为一氧化碳；电解装置(例如，后述的电解装置60)，借由利用可再生能源发电的电力从水中生成氢气；及，液体燃料制造装置(例如，后述的液体燃料制造装置4)，以由前述气化炉生成的合成气体、由前述二氧化碳转换装置转换的一氧化碳以及由前述电解装置生成的氢气为原料制造液体燃料。
[0012]
(2)优选的是，本发明的燃料制造系统具备：燃料合成装置(例如，后述的燃料合成装置68)，从由前述二氧化碳回收装置回收的二氧化碳合成在前述气化炉中使用的燃料。
[0013]
(发明的效果)
[0014]
根据本发明，可以实现整个系统的效率化。
附图说明
[0015]
图1是绘示本发明的第一实施方式的燃料制造系统的构造的图。
[0016]
图2是绘示气化炉内的温度与在气化炉内产生的二氧化碳的量的关系的图。
[0017]
图3是绘示供给至气化炉内的氢气的量与在气化炉内产生的二氧化碳的量的关系的图。
[0018]
图4是绘示二氧化碳转换装置内的温度与二氧化碳转换装置中的二氧化碳转换率的关系的图。
[0019]
图5是绘示本发明的第一实施方式的燃料制造系统中的二氧化碳利用处理的具体顺序的流程图。
[0020]
图6是绘示本发明的第二实施方式的燃料制造系统的构造的图。
[0021]
图7是绘示本发明的第二实施方式的燃料制造系统中的二氧化碳利用处理的具体顺序的流程图。
具体实施方式
[0022]
以下，参照附图对本发明的实施方式的燃料制造系统进行说明。
[0023]
[第一实施方式]
[0024]
图1是绘示第一实施方式的燃料制造系统1的构造的图。燃料制造系统1具备：生物质原料供给装置2，供给生物质原料；气化装置3，使从生物质原料供给装置2供给的生物质原料气化并且生成含有氢气及一氧化碳的合成气体；液体燃料制造装置4，以由气化装置3供给的合成气体、由二氧化碳转换装置67转换的一氧化碳以及由电解装置60生成的氢气为原料制造液体燃料；发电设备5，利用可再生能源进行发电；氢气生成供给装置6，利用在发电设备5中发电的电力从水中生成氢气及氧气，将生成的氢气及氧气供给至气化装置3；及控制装置7，控制气化装置3、发电设备5及氢气生成供给装置6；并且，利用这些由生物质原料制造液体燃料。
[0025]
生物质原料供给装置2对稻谷、蔗渣及木材等生物质原料实施预定的前处理，同时将经过该前处理的生物质原料经由原料供给路20供给至气化装置3的气化炉30。此处，针对生物质原料的前处理例如包括使原料干燥的干燥步骤、粉碎原料的粉碎步骤等。
[0026]
气化装置3具备：气化炉30，使经由原料供给路20供给的生物质原料气化；气化炉传感器组31，由检测气化炉30的内部状态的多个传感器构成；水供给装置32，向气化炉30内供给水；氧气供给装置33，向气化炉30内供给氧气或者空气；加热装置34，加热气化炉30；洗涤器35，对由气化炉30排出的合成气体进行清洗；及脱硫装置36，从由洗涤器35清洗的合成气体中去除硫成分，并且供给至液体燃料制造装置4。
[0027]
水供给装置32将贮存在未图示的水箱中的水供给至气化炉30内。氧气供给装置33将贮存在未图示的氧气罐中的氧气供给至气化炉30内。加热装置34消耗从未图示的燃料罐供给的燃料和从未图示的电源供给的电力，来加热气化炉30。由控制装置7控制从水供给装置32向气化炉30内的水供给量、从氧气供给装置33向气化炉30内的氧气供给量、以及从加热装置34向气化炉30的投入热量。此外，在本实施方式的燃料制造系统1中，从后述的氢气
气生成供给装置6向气化炉30内或者原料供给路20内供给氢气，从而有时不需要从水供给装置32向气化炉30内积极地供给水。在该情况下，还能够从燃料制造系统1中去除水供给装置32。
[0028]
在借由如上所述的水供给装置32、氧气供给装置33及加热装置34向投入了生物质原料的气化炉30内投入水、氧气、热量等时，在气化炉30内，例如进行下述式(1-1)～(1-5)所示的共计10种气化反应及其逆反应，并生成含有氢气和一氧化碳的合成气体。
[0029][0030][0031][0032][0033][0034]
气化炉传感器组31例如由检测气化炉30内的压力的压力传感器、检测气化炉30内的温度的温度传感器、检测与气化炉30内的合成气体的氢气和一氧化碳之比相当的h2/co比的h2/co传感器、及检测气化炉30内的二氧化碳的co2传感器等构成。构成气化炉传感器组31的这些传感器的检测信号发送给控制装置7。
[0035]
气化装置3在由上述式(1-1)～(1-5)所示的气化反应及其逆反应生成的合成气体中混合从后述的氢气生成供给装置6供给的氢气，将合成气体的h2/co比调整为与要制造的液体燃料相应的预定的目标比(例如，制造甲醇时，h2/co比的目标比为2)之后，将该合成气体供给至液体燃料制造装置4。参照图2及图3对在气化炉30中生成合成气体时产生的二氧化碳的量进行说明。
[0036]
图2是绘示气化炉30内的温度与在气化炉30中产生的二氧化碳的量的关系的图。横轴表示气化炉30内的温度，纵轴表示在气化炉30中产生的二氧化碳的量。气化炉30内的温度越低，则在气化炉30中产生的二氧化碳的量越多，气化炉30内的温度越高，则在气化炉30中产生的二氧化碳的量越少。后述的二氧化碳回收装置65在气化炉30中产生的二氧化碳的量为预定阈值以上而且二氧化碳罐66有空间的情况下，回收在气化炉30中产生的二氧化碳。即，二氧化碳回收装置65在气化炉30的非保持一定的运行时(例如，刚运转后的升温中等)而且二氧化碳罐66有空间的情况下，回收在气化炉30中产生的二氧化碳。
[0037]
图3是绘示供给至气化炉30内的氢气的量与在气化炉30中产生的二氧化碳的量的关系的图。横轴表示供给至气化炉30内的氢气的量，纵轴表示在气化炉30中产生的二氧化碳的量。总的来说，供给至气化炉30内的氢气的量越少，则在气化炉30中产生的二氧化碳的量越多，供给至气化炉30内的氢气的量越多，则在气化炉30中产生的二氧化碳的量越少。后述的二氧化碳回收装置65在气化炉30中产生的二氧化碳的量为预定阈值以上而且二氧化碳罐66有空间的情况下，回收在气化炉30中产生的二氧化碳。即，二氧化碳回收装置65在气化炉30的非保持一定的运行时(例如，氢气罐62为空)而且二氧化碳罐66有空间的情况下，回收在气化炉30中产生的二氧化碳。
[0038]
返回至图1进行说明。液体燃料制造装置4具备甲醇合成装置、mtg(methanol to gasoline，甲醇制汽油)合成装置、ft(fischer tropsch，费托)合成装置以及升级装置等，
借由利用这些，在气化装置3中由调整为预定的h2/co比的合成气体制造甲醇和汽油等液体燃料。
[0039]
发电设备5由利用可再生能源也就是风力发电的风力发电设备、利用可再生能源也就是太阳光发电的太阳光发电设备等构成。发电设备5与氢气生成供给装置6连接，在风力发电设备和太阳光发电设备等中利用可再生能源发电的电力能够供给至氢气生成供给装置6。另外，发电设备5也与商用电网8连接。因此，在发电设备5中发电的部分或者全部电力也可以供给至商用电网8，并且向电力公司出售。
[0040]
氢气生成供给装置6具备电解装置60、氢气填充泵61、氢气罐62、压力传感器63、氢气供给泵64、二氧化碳回收装置65、二氧化碳罐66、二氧化碳转换装置67及燃料合成装置68，利用这些，借由从发电设备5供给的电力生成氢气，并且将生成的氢气供给至气化装置3。
[0041]
电解装置60与发电设备5连接，利用从发电设备5供给的电力借由电解从水生成氢气及氧气。另外，电解装置60也与商用电网8连接。因此，电解装置60不仅可以借由从发电设备5供给的电力生成氢气及氧气，还可以从电力公司买电借由从商用电网8供给的电力生成氢气及氧气。由控制装置7控制电解装置60的氢气生成量及氧气生成量。
[0042]
氢气填充泵61压缩由电解装置60生成的氢气，填充至氢气罐62内。由控制装置7控制氢气填充泵61的氢气填充量。氢气罐62贮存由氢气填充泵61压缩的氢气。压力传感器63检测氢气罐62的罐内压力，将检测信号发送给控制装置7。由控制装置7根据压力传感器63的检测信号计算氢气罐62内的氢气残留量。因此，在本实施方式中，获取氢气罐62内的氢气残留量的氢气残留量获取手段由压力传感器63及控制装置7构成。
[0043]
氢气供给泵64将贮存在氢气罐62中的氢气供给至气化装置3的气化炉30内。由控制装置7控制从氢气供给泵64向气化炉30内的氢气供给量。此外，图1中对将贮存在氢气罐62中的氢气借由氢气供给泵64供给至气化炉30内的情况进行了说明，但本发明不限于此。贮存在氢气罐62中的氢气可以供给至气化炉30上游侧、更具体而言供给至生物质原料的原料供给路20内。
[0044]
二氧化碳回收装置65回收在气化炉30中生成合成气体时产生的二氧化碳，同时回收在燃料合成装置68中未合成为燃料的二氧化碳。二氧化碳回收装置65中回收的二氧化碳被供给至二氧化碳罐66。
[0045]
二氧化碳罐66贮存由二氧化碳回收装置65回收的二氧化碳。如后所述，贮存在二氧化碳罐66中的二氧化碳根据情况被供给至二氧化碳转换装置67。
[0046]
二氧化碳转换装置67将由二氧化碳回收装置65回收的二氧化碳转换为一氧化碳。即，二氧化碳转换装置67以由二氧化碳回收装置65回收的二氧化碳以及由电解装置60生成的氢气为原料生成一氧化碳。参照图4对二氧化碳转换装置67中的二氧化碳转换率(二氧化碳/(一氧化碳+二氧化碳))进行说明。
[0047]
图4是绘示二氧化碳转换装置67内的温度与二氧化碳转换装置67中的二氧化碳转换率的关系的图。横轴表示二氧化碳转换装置67内的温度，纵轴表示二氧化碳转换装置67中的二氧化碳转换率。二氧化碳转换装置67内的温度越低，则二氧化碳转换率越低，二氧化碳转换装置67内的温度越高，则二氧化碳转换率越高。无论如何，由于热力学平衡，在该温度条件下反应不完全，二氧化碳残留。
[0048]
返回至图1进行说明。由二氧化碳转换装置67转换的一氧化碳与由电解装置60生成的氢气一起作为液体燃料的原料被供给至气化装置3。没有被二氧化碳转换装置67转换为一氧化碳的二氧化碳被供给至燃料合成装置68。
[0049]
燃料合成装置68以由二氧化碳回收装置65回收而且未被二氧化碳转换装置67转换为一氧化碳的二氧化碳以及由电解装置60生成的氢气为原料，合成在气化炉30中利用的燃料。如果借由如上所述的二氧化碳转换装置67及电解装置60向燃料合成装置68内投入二氧化碳、氢气等，则在燃料合成装置68内，进行例如如下述式(2)所示的催化反应，合成含有甲醇和水的燃料。由燃料合成装置68合成的燃料被供给至气化炉30。未由燃料合成装置68合成的二氧化碳被供给至二氧化碳回收装置65。
[0050][0051]
控制装置7为如下的计算机：根据来自气化炉传感器组31的检测信号和来自氢气罐62的压力传感器63的检测信号等，控制水供给装置32的水供给量、氧气供给装置33的氧气供给量、加热装置34的投入热量、电解装置60的氢气生成量、氢气填充泵61的氢气填充量、氢气供给泵64的氢气供给量、二氧化碳回收装置65对二氧化碳的回收、二氧化碳转换装置67的一氧化碳转换量以及燃料合成装置68的燃料合成等。参照图5对由控制装置7控制二氧化碳的回收、一氧化碳转换量以及燃料的合成的具体顺序进行说明。
[0052]
图5是绘示二氧化碳利用处理的具体顺序的流程图。在气化炉30中产生的二氧化碳的量小于预定的阈值的情况(在步骤s1中为否的情况)下，二氧化碳回收装置65不回收在气化炉30中产生的二氧化碳(步骤s2)。另一方面，在气化炉30中产生的二氧化碳的量为预定的阈值以上的情况(在步骤s1中为是的情况)下，判定二氧化碳罐66是否有空间(步骤s3)。在二氧化碳罐66没有空间的情况(在步骤s3中为否的情况)下，二氧化碳回收装置65不回收二氧化碳(步骤s2)。另一方面，在二氧化碳罐66有空间的情况(在步骤s3中为是的情况)下，二氧化碳回收装置65回收二氧化碳(步骤s4)。
[0053]
在步骤s4之后，在贮存在氢气罐62中的氢气的量小于预定的阈值的情况(在步骤s5中为否的情况)下，返回至步骤s1。另一方面，在贮存在氢气罐62中的氢气的量为预定的阈值以上的情况(在步骤s5中为是的情况)下，二氧化碳转换装置67将二氧化碳转换为一氧化碳，同时将由二氧化碳转换装置67生成的一氧化碳及在电解装置60中生成的氢气的h2/co比调整为预定的目标比(步骤s6)。调整了h2/co比的合成气体被供给至气化装置3(步骤s7)。在步骤s6中，未转换为一氧化碳的二氧化碳被燃料合成装置68合成为燃料(步骤s8)。由燃料合成装置68合成的燃料被供给至气化炉30(步骤s9)。对于未由燃料合成装置68合成的二氧化碳，如果二氧化碳罐66有空间(在步骤s3中为是的情况下)，则被二氧化碳回收装置65回收(步骤s4)。
[0054]
根据以上说明的本实施方式的燃料制造系统1，可以实现整个系统的效率化。
[0055]
[第二实施方式]
[0056]
图6是绘示第二实施方式的燃料制造系统10的构造的图。第二实施方式的燃料制造系统10与第一实施方式的燃料制造系统1相比，在作为构造不具有二氧化碳罐66的方面以及作为步骤具有步骤s13来代替步骤s3的方面不同，但除此之外的构造是共通。此处，仅对与第一实施方式的燃料制造系统1不同的方面进行说明，适当省略其他说明。
[0057]
二氧化碳回收装置65回收的二氧化碳根据情况被供给至二氧化碳转换装置67。
[0058]
图7是绘示二氧化碳利用处理的具体顺序的流程图。在气化炉30中产生的二氧化碳的量为预定的阈值以上的情况(在步骤s1中为是的情况)下，二氧化碳回收装置65回收在气化炉30中产生的二氧化碳(步骤s4)，直至达能够到以最大处理能力回收的量(在步骤s13中为是)。然而，二氧化碳回收装置65对于超过能够以最大处理能力回收的量的部分(在步骤s13中为否)不进行回收(步骤s2)。
[0059]
根据以上说明的本实施方式的燃料制造系统10，与上述第一实施方式的燃料制造系统1同样地，可以实现整个系统的效率化。
[0060]
以上，对于本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限于此。可以在本发明的宗旨范围内适当改变细节构造。
[0061]
附图标记
[0062]
1、10 燃料制造系统
[0063]
2 生物质原料供给装置
[0064]
20 原料供给路
[0065]
3 气化装置
[0066]
30 气化炉
[0067]
31 气化炉传感器组
[0068]
32 水供给装置
[0069]
33 氧气供给装置
[0070]
34 加热装置
[0071]
35 洗涤器
[0072]
36 脱硫装置
[0073]
4 液体燃料制造装置
[0074]
5 发电设备
[0075]
6 氢气生成供给装置
[0076]
61 氢气填充泵
[0077]
62 氢气罐
[0078]
63 压力传感器
[0079]
64 氢气供给泵
[0080]
65 二氧化碳回收装置
[0081]
66 二氧化碳罐
[0082]
67 二氧化碳转换装置
[0083]
68 燃料合成装置
[0084]
7 控制装置
[0085]
8 商用电网

技术特征：
1.一种燃料制造系统，其由生物质原料制造液体燃料，并且，具备：气化炉，由生物质原料生成合成气体；二氧化碳回收装置，回收在前述气化炉中生成合成气体时产生的二氧化碳；二氧化碳转换装置，将由前述二氧化碳回收装置回收的二氧化碳转换为一氧化碳；电解装置，借由利用可再生能源发电的电力从水中生成氢气；及，液体燃料制造装置，以由前述气化炉生成的合成气体、由前述二氧化碳转换装置转换的一氧化碳以及由前述电解装置生成的氢气为原料制造液体燃料。2.根据权利要求1所述的燃料制造系统，其中，具备：燃料合成装置，从由前述二氧化碳回收装置回收的二氧化碳合成在前述气化炉中使用的燃料。

技术总结
本发明要解决的问题在于提供一种燃料制造系统，可以实现整个系统的效率化。燃料制造系统(1)具备：气化炉(30)，由生物质原料生成合成气体；二氧化碳回收装置(65)，回收在气化炉(30)中生成合成气体时产生的二氧化碳；二氧化碳转换装置(67)，将由二氧化碳回收装置(65)回收的二氧化碳转换为一氧化碳；电解装置(60)，借由利用可再生能源发电的电力从水中生成氢气；及，液体燃料制造装置(4)，以由气化炉(30)生成的合成气体、由二氧化碳转换装置(67)转换的一氧化碳以及由电解装置(60)生成的氢气为原料制造液体燃料。原料制造液体燃料。原料制造液体燃料。


技术研发人员：中嶋栞理 冈村昂汰
受保护的技术使用者：本田技研工业株式会社
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/9/25