特許 7577556 水素ガス製造装置および水素ガス製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-25

(45)【発行日】2024-11-05

(54)【発明の名称】水素ガス製造装置および水素ガス製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/38 20060101AFI20241028BHJP

   C10J 3/00 20060101ALI20241028BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20241028BHJP

   B01D 53/047 20060101ALI20241028BHJP

【ＦＩ】

C01B3/38

C10J3/00 Z

B01D53/22

B01D53/047

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021019927

(22)【出願日】2021-02-10

(65)【公開番号】P2022122588

(43)【公開日】2022-08-23

【審査請求日】2023-09-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000192590

【氏名又は名称】株式会社神鋼環境ソリューション

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】井土 俊輔

(72)【発明者】

【氏名】早川 諒

(72)【発明者】

【氏名】福富 裕太

(72)【発明者】

【氏名】皆川 公司

【審査官】玉井 一輝

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－０４８７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１８３００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３８９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２７７４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５２３２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２２４８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２３３２９０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００５８７７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００７－５２９５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２００９８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／００ － ６／３４

Ｃ１０Ｊ １／００ － ３／８６

Ｂ０１Ｄ ５３／２２

６１／００ －７１／８２

Ｃ０２Ｆ １／４４ － １／４４

Ｂ０１Ｄ ５３／０２ －５３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化水素を含む廃棄物をガス化するガス化炉と、
前記ガス化によって得られる可燃性ガスから該可燃性ガスに含まれている水素ガスを分離する分離装置と、
前記分離装置で前記水素ガスが分離された後の残りの前記可燃性ガスを用いて回転するタービンを備えたガスタービンと、
前記タービンと機械的に接続され、該タービンの前記回転によって駆動して前記分離装置で分離された前記水素ガスを１０ＭＰａ以上の圧力となるように圧縮するガス圧縮機と、を備えた水素ガス製造装置。

【請求項2】

前記分離装置で分離する前に前記可燃性ガスを改質して該可燃性ガスにおける水素ガス濃度を向上させる改質器を備えている請求項１記載の水素ガス製造装置。

【請求項3】

前記分離装置が、圧力スイング吸着装置又は膜分離装置である請求項１又は２記載の水素ガス製造装置。

【請求項4】

前記ガス化炉が、流動床炉、シャフト炉、固定床炉、又は、溶融炉である請求項１乃至３の何れか１項に記載の水素ガス製造装置。

【請求項5】

前記可燃性ガスの燃焼によって発電可能なガス発電機を更に備えている請求項１乃至４の何れか１項に記載の水素ガス製造装置。

【請求項6】

水素ガス製造装置を用いて加圧状態の水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
炭化水素を含む廃棄物をガス化炉でガス化することと、
前記ガス化によって得られる可燃性ガスから該可燃性ガスに含まれている水素ガスを分離することと、
前記水素ガスが分離された後の残りの前記可燃性ガスをガスタービンに供給して該ガスタービンのタービンを回転させることと、
前記タービンの回転をガス圧縮機に伝えて該ガス圧縮機を駆動し、該ガス圧縮機で水素ガスを圧縮して１０ＭＰａ以上の加圧状態にすることと、が実施される水素ガス製造方法。

【請求項7】

前記水素ガスを分離することを行う前に前記可燃性ガスを改質して該可燃性ガスにおける水素ガス濃度を向上させる請求項６記載の水素ガス製造方法。

【請求項8】

前記水素ガス製造装置は、ガス発電機を更に備え、
前記可燃性ガスを燃焼させて該ガス発電機で発電することを更に実施する請求項６又は７記載の水素ガス製造方法。

【請求項9】

前記水素ガス製造装置が前記ガス圧縮機で加圧状態にされた前記水素ガスを貯留するガス貯留部を有し、
前記ガス発電機での前記発電は、該ガス発電機に単位時間あたりに供給する前記可燃性ガスの量を変更して実施され、
該可燃性ガスの量の変更が、前記廃棄物の保有量、又は、前記ガス貯留部での前記水素ガスの貯留量に基づいて実施される請求項８記載の水素ガス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は水素ガス製造装置および水素ガス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年のクリーンなエネルギーに対する需要の高まりからエネルギー源として水素ガスを用いる機会が増えている。水素ガスを貯留するタンク等の省スペース化などの目的から、水素ガスを貯留するガスタンクでは、通常、数気圧以上の加圧状態で水素ガスが収容されている。

【0003】

ところで、下記特許文献１には、廃棄物をガス化炉で熱分解し、水素ガスを含む可燃性ガスを得て、この可燃性ガスでガスエンジンを運転して電力を得ることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２０－７６００８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されているようなガス化炉で発生するガスから加圧状態の水素ガスを効率良く製造することができれば、環境負荷の低い水素ガスが得られることにもなり、大きな利得を生じる。しかしながら、そのような検討は十分されていない。そこで本発明は、ガス化炉で発生するガスから加圧状態の水素ガスを効率良く製造することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するための本発明は、
炭化水素を含む廃棄物をガス化するガス化炉と、
前記ガス化によって得られる可燃性ガスから該可燃性ガスに含まれている水素ガスを分離する分離装置と、
前記分離装置で前記水素ガスが分離された後の残りの前記可燃性ガスを用いて回転するタービンを備えたガスタービンと、
前記タービンと機械的に接続され、該タービンの前記回転によって駆動して前記水素ガスを圧縮するガス圧縮機と、を備えた水素ガス製造装置、を提供する。

【0007】

上記課題を解決するための本発明は、
水素ガス製造装置を用いて加圧状態の水素ガスを製造する水素ガス製造方法であって、
炭化水素を含む廃棄物をガス化炉でガス化することと、
前記ガス化によって得られる可燃性ガスから該可燃性ガスに含まれている水素ガスを分離することと、
前記水素ガスが分離された後の残りの前記可燃性ガスを用いてタービンを回転させることと、
前記タービンの回転を圧縮機に伝えて該圧縮機を駆動し、該圧縮機で水素ガスを圧縮して加圧状態にすることと、が実施される水素ガス製造方法、を提供する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ガス化炉で発生するガスから加圧状態の水素ガスを効率良く製造し得る。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態での水素ガス製造装置の概略構成図。

【図2】水素ガスが２段階で圧縮される水素ガス製造装置の一部分を示した概略構成図。

【図3】第２実施形態での水素ガス製造装置の概略構成図。

【図4】第２実施形態の水素ガス製造装置でガス発電を実施する様子を示した概略図。

【図5】第２実施形態の水素ガス製造装置で水素ガスの製造とともにガス発電を実施する様子を示した概略図。

【図6】第２実施形態の水素ガス製造装置でガス発電を実施する様子を示した概略図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施の形態について図を参照しつつ説明する。
本発明では、廃棄物を処理しつつ水素ガスが製造される。
以下においては、水素ガスの製造を主体とした実施形態（第１実施形態）と、水素ガスの製造のみならず可燃性ガスによる発電も行う実施の形態（第２実施形態）とについて説明する。
まず、図１、図２を参照しつつ本発明の第１実施形態について説明する。

【0011】

（第１実施形態）
本実施形態での水素ガス製造装置は、廃プラスチックなどの炭化水素を含む廃棄物から水素ガスを製造し得るように構成されている。
図１に示すように本実施形態での水素ガス製造装置１は、炭化水素を含んだ廃棄物のストックヤードとなる廃棄物貯留部１０と、水素ガスを貯留するガス貯留部９０とを備えている。

【0012】

水素ガス製造装置１は、前記廃棄物貯留部１０から供給される廃棄物をガス化するガス化炉２０と、前記ガス化によって得られる可燃性ガスから該可燃性ガスに含まれている水素ガスを分離する分離装置３０と、前記分離装置３０で前記水素ガスが分離された後の残りの前記可燃性ガスを用いて回転するタービン４１を備えたガスタービン４０と、前記タービン４１と機械的に接続され、該タービン４１の前記回転によって駆動して前記水素ガスを圧縮するガス圧縮機５０とを備え、該ガス圧縮機５０で加圧状態にされた水素ガスを前記ガス貯留部９０に貯留し得るように構成されている。

【0013】

本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記分離装置３０で分離する前に前記可燃性ガスを改質して該可燃性ガスにおける水素ガス濃度を向上させる改質器６０を備えている。

【0014】

本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記ガス貯留部９０での水素ガスの貯留状況（現貯留量、今後の消費量予測等）に関する情報（以後、「ガス量情報Ｉ１」ともいう）と、前記廃棄物貯留部１０での廃棄物の貯留状況（現貯留量、今後の受入れ量予測等）に関する情報（以後、「廃棄物量情報Ｉ２」ともいう）とを受信可能で、これらの情報（Ｉ１，Ｉ２）に基づいてガス化炉２０への廃棄物の供給量（廃棄物の単位時間当たりの処理量）に関する信号（以後、「処理量信号Ｃ１」ともいう）を発信する制御装置１００をさらに備えている。

【0015】

前記廃棄物貯留部１０に貯留される廃棄物に含まれる炭化水素は、ゴム、プラスチック、紙、繊維製品、草木、食品、汚泥などの状態で含まれていてもよい。廃棄物には金属、セラミック、ガラスなどの不燃物（例えば、８００℃程度の温度では熱分解しないもの）が混在していてもよい。廃棄物での不燃物の割合は、質量で５割以下であることが好ましい。不燃物の割合は、４割以下であってもよく、３割以下であってもよい。ガス化炉２０で分解される可燃物の内、ゴム、プラスチックは、紙や食品などに比べて水分含有量が低く、ガス化炉２０から排出されるガスに含まれる可燃性成分が水蒸気で希釈され難い点において本実施形態でガス化される廃棄物として好ましい。ガス化炉２０に供給される廃棄物の質量と、ガス化炉２０で熱分解されずにガス化炉２０から排出される分解残渣の質量との差をガス化炉２０でガス化される可燃物の質量とし、該質量を１０割とした場合、ガス化炉２０に供給される廃棄物の２割以上がゴム、又は、プラスチックであることが好ましく、３割以上がゴム、又は、プラスチックであることがより好ましい。ゴム、又は、プラスチックの割合は、４割以上であってもよく５割以上であってもよい。

【0016】

前記廃棄物貯留部１０は、制御装置１００へ伝達する廃棄物量情報Ｉ２を得るための計量器（図示せず）を備えていてもよい。

【0017】

前記ガス化炉２０は、前記廃棄物に含まれるゴム（例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、ＥＰＤＭ、クロロプレンゴム、ウレタンゴム・・・）、又は、プラスチック（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、熱可塑性エラストマー・・・）などの高分子量の固形炭化水素を炉内部で熱分解してメタン、エタン、プロパン、ブタンなどの低分子量の炭化水素ガス、水素ガス、一酸化炭素ガスなどの可燃性成分を含む可燃性ガスを排出するように構成されている。前記ガス化炉２０は、流動床炉、シャフト炉、固定床炉、又は、溶融炉であることが好ましい。プラスチックのように１００～２００℃といった比較的低温で溶融状態になってしまうようなものや汚泥のように不定形な形状のものを多く含む廃棄物をガス化する場合、前記ガス化炉２０は、流動床炉であることが好ましい。

【0018】

本実施形態の水素ガス製造装置１では、該ガス化炉２０から排出される可燃性ガスは、前記分離装置３０に導入される前に改質器６０によって改質される。この改質前の可燃性ガス（以下「非改質ガス」ともいう）は、水素ガスの含有割合が少なく、有機可燃性成分（ＣＨ_４、ＣＯなど）を多く含む。

【0019】

本実施形態の改質器６０では、炭化水素ガスの分解により水素ガスが生成され、改質器６０を通過後、且つ、前記分離装置３０での分離前の可燃性ガス（以下「未分離ガス」ともいう）の水素ガス濃度が非改質ガスよりも増大するような反応が行われる。該改質器６０では、例えば、炭化水素と水蒸気とが金属触媒の存在のもとで下記のような反応を起こす。
Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋ｎＨ_２Ｏ → ｎＣＯ＋（２ｎ＋１）Ｈ_２

【0020】

上記反応に利用する水蒸気は、改質器６０に導入して可燃性ガスと反応させるようにしてもよく、改質器６０よりも上流側で可燃性ガスと混合してもよい。さらには、前記水蒸気は、前記ガス化炉２０から排出される可燃性ガスに予め存在させるようにしていもよい。前記ガス化炉２０から排出される時点での可燃性ガスにおける水蒸気量は、例えば、草木や食料品などといった水分の多い廃棄物の割合などによって調整することができる。前記ガス化炉２０が流動床炉である場合、流動化ガスの一部又は全部を水蒸気として当該ガス化炉２０から排出される非改質ガスの水蒸気含有量を調整することができる。

【0021】

前記改質器６０では、改質器６０を通過後の可燃性ガス（未分離ガス）の炭化水素ガス濃度が非改質ガスよりも低く、水素ガス濃度が非改質ガスより高くなるような改質が行われることが好ましい。前記改質器６０での改質では、水素ガスの体積割合が、例えば、１．２倍以上に増大される。前記改質器６０を通過した後の可燃性ガス（未分離ガス）での水素ガスの体積割合は、非改質ガスの１．５倍以上であってもよい。改質器６０を通過後の可燃性ガスは、水素ガスを１０体積％以上含有していることが好ましく、２０体積％以上水素ガスを含有していることが好ましい。尚、未分離ガスでの水素ガス濃度は、通常、８０体積％以下である。

【0022】

前記分離装置３０は、前記改質器６０で改質された可燃性ガス（未分離ガス）から水素ガスを分離するように構成されている。本実施形態の水素ガス製造装置１は、分離された水素ガスを前記分離装置３０から排出するための第１の経路（以下「水素ガス経路ＨＬ」ともいう）と、水素ガスが取り除かれた後の可燃性ガス（以下、「残ガス」ともいう）を前記分離装置３０から排出するための第２の経路（以下、「残ガス経路ＧＬ」ともいう）とを備えている。

【0023】

前記分離装置３０は、圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）、温度スイング吸着装置（ＴＳＡ）、膜分離装置などであってもよい。前記分離装置３０は、圧力スイング吸着装置（ＰＳＡ）又は膜分離装置であることが好ましい。

【0024】

本実施形態の前記ガスタービン４０は、前記残ガス経路ＧＬを通じて前記分離装置３０に接続されており、前記残ガスを燃料に用いて運転可能な内燃機関である。本実施形態の前記ガスタービン４０は、前記残ガスのみを燃料としてもよく、補助燃料として、例えば、化石燃料を用いることが可能なものであってもよい。本実施形態の前記ガスタービン４０は、回転軸４２の一端部に固定されたタービン４１を有し、前記残ガスの燃焼によって前記タービン４１が前記回転軸４２とともに軸周りに回転するように構成されている。

【0025】

本実施形態の前記ガス圧縮機５０は、前記水素ガス経路ＨＬを通じて前記分離装置３０に接続されており、該分離装置３０で分離された前記水素ガスが供給され得るようになっている。前記ガス圧縮機５０は、この水素ガスが当該ガス圧縮機５０に導入される前よりも加圧された状態になるように構成されている。

【0026】

該ガス圧縮機５０は、ガスタービンから伝わる回転力をそのまま回転力として利用してガスを圧縮するものであっても回転力を往復動作に転化してガスを圧縮するものであってもよい。該ガス圧縮機５０は、遠心式圧縮機や軸流式圧縮機のようなターボ圧縮機であってもレシプロ式圧縮機、ダイヤフラム式圧縮機、スクロール圧縮機、ロータリー圧縮機のような容積圧縮機であってもよい。

【0027】

該ガス圧縮機５０は、回転軸５１を有し、該回転軸５１が前記ガスタービン４０の回転軸４２によって回転するように構成され、該回転軸４２より伝達される回転動力を水素ガスの圧縮動力に転化可能な構成を有している。前記ガスタービン４０の回転軸４２と前記ガス圧縮機５０の回転軸５１は、共通する１本の軸となって機械的に接続されていてもよく、変速機Ｇを介して機械的に接続されていてもよい。

【0028】

前記ガス圧縮機５０は、１段階の昇圧のみで水素ガスを圧縮して加圧状態にする方式のものであってもよい。本実施形態のガス圧縮機５０は、水素ガスをより高圧にできる点で多段階での昇圧が可能な多段圧縮方式のものを採用してもよい。多段圧縮方式のガス圧縮機５０は、複数の圧縮段階の内の一つの圧縮段階と該圧縮段階の次の圧縮段階との間でガス冷却（中間冷却）が実施される方式のものであってもよい。

【0029】

該ガス圧縮機５０は、水素ガスを１ＭＰａ以上の圧力（ゲージ圧）に加圧可能であることが好ましく、１０ＭＰａ以上の圧力に水素ガスを加圧可能であることが好ましい。該ガス圧縮機５０での水素ガスの圧縮は、通常、１００ＭＰａ以下である。

【0030】

本実施形態の水素ガス製造装置１は、図１の破線Ａで示した部分を図２に示すように変更することもできる。本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記ガスタービン４０で駆動される前記ガス圧縮機５０の他に必要に応じて別のガス圧縮機（以下「第２ガス圧縮機５０１」ともいう）を設け、前記ガス圧縮機５０（以下「第１ガス圧縮機５０」ともいう）で加圧状態にされた水素ガスをさらに高圧となるように加圧してもよい。

【0031】

前記第２ガス圧縮機５０１は、第１ガス圧縮機５０がガスタービン４０（以下「第１ガスタービン４０」ともいう）で駆動可能であるのと同様に別のガスタービン（以下「第２ガスタービン４０１」ともいう）で駆動可能であってもよい。即ち、前記第２ガス圧縮機５０１は、回転軸５１１を有し、該回転軸５１１が前記第２ガスタービン４０１の回転軸４２１によって回転するように構成され、該第２ガスタービン４０１でのタービン４１１の回転動力を水素ガスの圧縮動力に転化可能な構成を有するものであってもよい。この場合、図２に示すように、残ガス経路ＧＬを分岐して残ガスを第１ガス圧縮機５０と第２ガス圧縮機５０１との両方に分配して供給し、第１ガス圧縮機５０で高圧状態にされた水素ガスを第２ガス圧縮機５０１で更に高圧となるように加圧してもよい。

【0032】

上記の通り、本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記分離装置３０で前記水素ガスが分離された後の残りの前記可燃性ガスを用いて回転するタービンを備えたガスタービンとして、第１ガスタービン４０と、第２ガスタービン４０１とを含む複数のガスタービンを備え、前記分離装置３０で分離された後の残りの前記可燃性ガスを前記第１ガスタービン４０と、前記第２ガスタービン４０１とに分配可能で、前記第１ガスタービン４０のタービン４１と機械的に接続され、該タービン４１の前記回転によって駆動して前記水素ガスを圧縮する第１ガス圧縮機５０と、前記第２ガスタービン４０１のタービン４１１と機械的に接続され、該タービン４１１の前記回転によって駆動して前記第１ガス圧縮機５０で圧縮された前記水素ガスを更に圧縮する第２ガス圧縮機５０１とを備えていてもよい。この場合、前記第１ガスタービン４０と前記第２ガスタービン４０１とへの前記分離装置３０からの残ガスの分配割合を調整することで第１ガス圧縮機５０での水素ガスの圧縮度合いと第２ガス圧縮機５０１での水素ガスの圧縮度合いとが調整可能となり得る。

【0033】

該第２ガス圧縮機５０１は、第２ガスタービン４０１で駆動されるようなものではなく系統電力などにより運転可能なものであってもよい。この場合、残ガス経路ＧＬを分岐する必要性がなくなるため装置の構造がシンプルになり得る。第１ガス圧縮機５０と第２ガス圧縮機５０１との間には、前記水素ガス経路ＨＬを流れる水素ガスを冷却するための冷却装置Ｃを設けてもよい。

【0034】

本実施形態では、加圧された水素ガスは、例えば、７０ＭＰａ以上１００ＭＰａ以下の圧力となって前記ガス貯留部９０に貯留される。該ガス貯留部９０は、水素ガスタンクなどによって構成され得る。ガス貯留部９０は、前記制御装置１００がガス量情報Ｉ１を取得可能とすべく、貯留する水素ガスの圧力を検知する圧力センサーを有していてもよい。

【0035】

本実施形態においては、上記のような水素ガス製造装置１を用いて加圧状態の水素ガスが製造される。この水素ガス製造装置１を用いた水素ガスの製造方法では、炭化水素を含む廃棄物をガス化炉２０でガス化することと、前記ガス化によって得られる可燃性ガスから該可燃性ガスに含まれている水素ガスを分離することと、前記水素ガスが分離された後の残りの可燃性ガスを用いてタービン４１を回転させることと、前記タービン４１の回転を前記第１ガス圧縮機５０に伝えて該第１ガス圧縮機５０を駆動し、該第１ガス圧縮機５０で水素ガスを圧縮して加圧状態にすることと、が実施される。

【0036】

前記ガスタービン４０で発電し、タービン４１の回転による運動エネルギーを、一旦、電気エネルギーに変換して、該電気エネルギーで前記第１ガス圧縮機５０を駆動させる場合と違い、本実施形態ではエネルギー変換に伴うエネルギーロスが生じることを抑制できる。そのため、本実施形態においては水素ガスを効率良く加圧することができるという効果が発揮される。

【0037】

本実施形態での好ましい態様においては、前記水素ガスを分離することを行う前に前記可燃性ガスを改質して該可燃性ガスにおける水素ガス濃度を向上させている。従って、このような態様においては、廃棄物からより多くの水素ガスが製造可能になるという効果が発揮される。

【0038】

本実施形態での好ましい態様においては、制御装置１００を有することから、前記ガス貯留部９０への水素ガスの供給が過剰になる場合に前記ガス化炉２０への廃棄物の供給量を減少するように処理量信号Ｃ１を発信することができる。従って、このような態様においては、前記ガス貯留部９０で水素ガスを貯留しきれなくなったり、前記ガス化炉２０の運転を休止しなければならなくなったりすることを回避し得る。
以上のような効果は、以下に説明する第２実施形態においても同じく発揮され得る。

【0039】

（第２実施形態）
図３～図６は、第２実施形態での水素ガス製造装置１と、その運転方法とを示した図である。
これらの図では、第１実施形態と同様の構成に関しては同じ符号を付している。
以下においては第１実施形態と同様の構成に関しては詳細な説明を繰り返さない。例えば、第１実施形態での図２に示したような態様をこの第２実施形態においても採用可能ではあるが、以下においてはその点に関して詳細な説明を繰り返してはいない。

【0040】

図３に示されているように、本実施形態の水素ガス製造装置１は、可燃性ガスの燃焼によって発電可能なガス発電機８０を更に備えている。

【0041】

本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記ガス化炉２０から排出される非改質ガスの一部又は全部を前記改質器６０や前記分離装置３０に供給せずに当該ガス発電機８０に供給すべく非改質ガスの供給経路を切り替える切替装置（以下「第１切替装置７１」ともいう）を備えている。また、本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記残ガス経路ＧＬを通じて前記ガスタービン４０に供給される残ガスの一部又は全部を前記ガスタービン４０に供給せずに前記ガス発電機８０に供給すべく経路を切り替える切替装置（以下「第２切替装置７２」ともいう）を備えている。さらに、本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記水素ガス経路ＨＬを通じて前記ガス圧縮機５０に供給される水素ガスの一部又は全部を前記ガス圧縮機５０に供給せずに前記ガス発電機８０に供給すべく経路を切り替える切替装置（以下「第３切替装置７３」ともいう）を備えている。

【0042】

本実施形態の水素ガス製造装置１は、第１切替装置７１、第２切替装置７２、及び、第３切替装置７３によるガスの経路の切り替えが制御装置１００によって行われるように構成されている。本実施形態の水素ガス製造装置１は、このような構成を有することで、廃棄物の処理量や前記ガス貯留部９０での水素ガスの貯留量を安定化させ易くなっている。

【0043】

前記ガス化炉２０から排出される非改質ガスの質は、ガス化の開始後、一定以上の時間が経過した通常運転時にはある程度安定するもののガス化炉２０を起動してガス化を開始した時点では可燃性成分の割合や含まれる可燃性成分の具体的な物質が大きく変化する。そのため、前記廃棄物のガス化の開始時には、図４に示すように、非改質ガスで水素ガスを製造することは行わずに非改質ガスで前記ガス発電機８０を運転することが好ましい。

【0044】

本実施形態においては、ガス化の開始後、一定以上の時間経過により非改質ガスの性状が安定した時点で図３に示すような形で水素ガスの製造を開始することができ、それまでの間、前記ガス発電機８０での前記発電により電力の形でエネルギー回収を行うことができる。なお、非改質ガスの質は、ガス化の開始時だけでなくガス化炉２０に投じられる廃棄物の質が大きく変化した場合なども不安定になり得る。本実施形態においては、そのような場合も第１切替装置７１によって非改質ガスの供給先を前記改質器６０や前記分離装置３０から前記ガス発電機８０に切り替えることができる。

【0045】

前記第１切替装置７１による非改質ガスの供給先の切り替えは、前記ガス化炉２０から発生する全ての量の可燃性ガスの供給先を切り替える必要はなく、可燃性ガスの一部でガス発電機８０を運転しつつ残部で水素ガスを製造するようにしてもよい。即ち、本実施形態の水素ガス製造装置１は、前記ガス化炉２０から発生する可燃性ガスを前記改質器６０（分離装置３０）と前記ガス発電機８０とに分配可能であるだけでなく分配割合が可変であってもよい。このことにより、水素ガスの製造や廃棄物の処理が安定して実施可能となる。

【0046】

本実施形態においては、図５に示すように前記ガス化炉２０から発生する可燃性ガスを前記改質器６０を通じて分離装置３０に供給しつつ同時に前記可燃性ガスを前記ガス発電機８０にも供給することができる。そのため、例えば、分離装置３０に単位時間あたりに供給する可燃性ガスの量を一定させ、残量を前記ガス発電機８０に供給すれば、単位時間あたりに処理が必要となる廃棄物の量に時間変動が生じたとしても水素ガスの単位時間当たりの製造量を一定させることができる。逆に水素ガスの消費量が大きく変化するなどして水素ガスの製造量に時間変動を生じさせる必要があるような場面でも、本実施形態では、水素ガスの必要製造量に対応して可燃性ガスの分配割合を変動させることができるので単位時間当たりの廃棄物の処理量を一定させることができる。

【0047】

上記のような運転を可能にするために、本実施形態での前記第１切替装置７１による非改質ガスの供給先の切り替えは、ガス量情報Ｉ１や廃棄物量情報Ｉ２などによっても実施可能であることが好ましい。即ち、前記ガス発電機８０での発電は、該ガス発電機８０に単位時間あたりに供給する可燃性ガスの量を変更して実施され、該可燃性ガスの量の変更が、前記廃棄物貯留部１０での廃棄物の保有量、又は、前記ガス貯留部９０での前記水素ガスの貯留量に基づいて実施されることが好ましい。

【0048】

例えば廃棄物貯留部１０での廃棄物保有量に基づいて運転を行う場合、廃棄物の処理が必要かどうか判断するために廃棄物保有量についての所定の基準値（Ｘｗｓ）を設けるとともに現時点での廃棄物貯留部１０での廃棄物保有量又は一定時間後の廃棄物保有量の予測値を対照値（Ｘｗｒ）として設定する。そして、前記対照値が前記基準値以上（Ｘｗｓ≦Ｘｗｒ）となった場合に水素ガス貯留量に関わらず廃棄物の処理量を増大すべきと判断し、ガス化炉２０への廃棄物の供給量を増やす。即ち、それまでガス化炉２０への廃棄物の供給がストップしていたのであれば、そのタイミングでガス化炉２０への廃棄物の供給を開始し、それまでも廃棄物の供給が行われていたのであればそのタイミングでガス化炉２０への廃棄物の単位時間当たりの供給量を増やす。この際に水素ガス貯留量が十分である場合は改質を行わずにガス発電機８０で発電することによって廃棄物を処理しつつ発電を行うことができる。

【0049】

上記のごとく廃棄物保有量について予め基準値（Ｘｗｓ）を設定し、現時点での廃棄物貯留部１０での廃棄物保有量又は一定時間後の廃棄物貯留部１０での廃棄物保有量の予測値の何れかを対照値（Ｘｗｒ）とし、前記対照値が前記基準値以上（Ｘｗｓ≦Ｘｗｒ）となった場合にガス化を行う廃棄物の単位時間当たりの量を増大させるようにすることで廃棄物貯留部１０での廃棄物保有量が過多となることを防ぐことができる。前記基準値（Ｘｗｓ）としては、第１基準値（Ｘｗｓ１）と該第１基準値（Ｘｗｓ１）よりも値の大きな第２基準値（Ｘｗｓ２）とを含む複数の基準値を設定してもよい。その場合、前記対照値（Ｘｗｒ）が第１基準値（Ｘｗｓ１）以上、第２基準値（Ｘｗｓ２）未満となる第１の場合（Ｘｗｓ１≦Ｘｗｒ＜Ｘｗｓ２）と、前記対照値（Ｘｗｒ）が第２基準値（Ｘｗｓ２）以上となる第２の場合（Ｘｗｓ２≦Ｘｗｒ）とでガス化を行う廃棄物の増加割合を変えるようにしてもよく、第２の場合の方が第１の場合に比べてガス化を行う廃棄物の増加割合が高くなるようにしてもよい。このようにガス化を行う廃棄物の割合を増大させると、ガス化炉２０でのガス化で得られる可燃性ガスの質（成分割合）が大きく変化することもあり得るため、前記改質器６０での改質や前記分離装置３０での水素ガスの分離を止めて前記ガス貯留部９０への水素ガスの供給を停止してもよい。その場合、例えば、第１の場合では前記ガス貯留部９０への水素ガスの供給を実施し、第２の場合では前記ガス貯留部９０への水素ガスの供給を停止するようにしてもよい。

【0050】

また、水素ガス貯留量に基づいて運転を行う場合、水素ガスの需要を予測し又は水素ガス貯留量が所定の基準値以下となった場合に廃棄物供給量を増加させると共に発電を停止して水素ガスの製造を優先的に行う運転とすることができる。即ち、ガス貯留部９０でも水素ガスの保有量の下限について予め基準値（Ｘｈｌｓ）を設定し、現時点でのガス貯留部９０での水素ガス保有量又は一定時間後のガス貯留部９０での水素ガス保有量量の予測値の何れかを対照値（Ｘｈｒ）とし、前記対照値が前記基準値以下（Ｘｈｒ≦Ｘｈｌｓ）となった場合にガス貯留部９０への水素ガスの単位時間当たりの供給量を増大させるようにすることでガス貯留部９０での水素ガスの保有量不足となることを防ぐことができる。さらには、ガス貯留部９０での水素ガスの保有量の上限についても予め基準値（Ｘｈｈｓ（Ｘｈｌｓ＜Ｘｈｈｓ））を設定し、前記対照値が前記基準値以上（Ｘｈｈｓ≦Ｘｈｒ）となった場合にガス貯留部９０への水素ガスの単位時間当たりの供給量を減少させるようにすることでガス貯留部９０での水素ガスの保有量過多となることを防ぐことができる。

【0051】

水素ガスの保有量の上限となる基準値（Ｘｈｈｓ）については、廃棄物保有量の基準値（Ｘｗｓ）と同様に、第１基準値（Ｘｈｈｓ１）と該第１基準値（Ｘｈｈｓ１）よりも値の大きな第２基準値（Ｘｈｈｓ２）とを含む複数の基準値を設定してもよい。そして、前記対照値（Ｘｈｒ）が第１基準値（Ｘｈｈｓ１）以上、第２基準値（Ｘｈｈｓ２）未満となる第１の場合（Ｘｈｈｓ１≦Ｘｈｒ＜Ｘｈｈｓ２）と、前記対照値（Ｘｈｒ）が第２基準値（Ｘｈｈｓ２）以上となる第２の場合（Ｘｈｈｓ２≦Ｘｈｒ）とでガス貯留部９０への水素ガスの供給量の減少割合を変えるようにしてもよく、第２の場合の方が第１の場合に比べて減少割合が高くなるようにしてもよい。その場合、例えば、第１の場合では前記ガス貯留部９０への水素ガスの供給を量を減らしつつも継続し、第２の場合では前記ガス貯留部９０への水素ガスの供給を停止するようにしてもよい。

【0052】

水素ガスの保有量の下限となる基準値（Ｘｈｌｓ）についても、第１基準値（Ｘｈｌｓ１）と該第１基準値（Ｘｈｌｓ１）よりも値の小さな第２基準値（Ｘｈｌｓ２）とを含む複数の基準値を設定してもよい。そして、前記対照値（Ｘｈｒ）が第２基準値（Ｘｈｈｓ２）を超え第１基準値（Ｘｈｌｓ１）以下となる第１の場合（Ｘｈｌｓ２＜Ｘｈｒ≦Ｘｈｌｓ１）と、前記対照値（Ｘｈｒ）が第２基準値（Ｘｈｌｓ２）以下となる第２の場合（Ｘｈｒ≦Ｘｈｌｓ２）とでガス貯留部９０への水素ガスの供給量の増大割合を変えるようにしてもよく、第２の場合の方が第１の場合に比べて増大割合が高くなるようにしてもよい。

【0053】

ガス貯留部９０への水素ガスの供給量の増減は、ガス発電機８０への可燃性ガスの分配が行われている場合、その分配量によって調整できる。また、ガス貯留部９０への水素ガスの供給量の増減は、ガス化炉２０への単位時間当たりの廃棄物の供給量（ガス化炉での可燃性ガス発生量）によっても調整可能である。

【0054】

前記改質器６０や前記分離装置３０は、頻繁に運転を停止したり再開したりしない方がよい場合がある。本実施形態の水素ガス製造装置１は、第２切替装置７２、及び、第３切替装置７３を有し、分離後の水素ガスや残ガスをガス貯留部９０に供給可能であるため、図６に示すように前記改質器６０や前記分離装置３０の運転を継続しつつガス貯留部９０への水素ガスの供給を停止できる。

【0055】

また、ガス化炉２０も頻繁に運転を停止したり再開したりしない方が良い場合がある。本実施形態の水素ガス製造装置１は第１切替装置７１及びガス発電機８０を有し、可燃ガスをガス発電機８０に供給できるため、ガス化炉２０を停止することなくガス貯留部９０への水素ガスの供給を停止できる。この場合、ガス化炉２０への廃棄物供給量は特に制限されないがガス化炉２０が機能を維持できる最低量としてもよい。

【0056】

本実施形態の水素ガス製造装置１は、上記のような構成を有することで、一日の内で主としてガス貯留部９０に水素ガスを供給する時間帯と、主としてガス発電機８０を運転する時間帯とを分けて設定し易くなる。例えば、本実施形態においては、一日の内で比較的電力需要の高い７時から２３時までの間は、ガス発電機８０での発電を主体にし、２３時から翌７時までの間はガス貯留部９０への水素ガスの供給を主体とするような場合、２２時頃までは原則的に前記改質器６０や前記分離装置３０を休転し、２２時過ぎ頃より図６に示すような形で前記改質器６０や前記分離装置３０の運転を開始しつつ分離した水素ガスや残ガスをガス発電機８０に供給してガス発電機８０での発電を実施し、その後、２３時になった時点で発電を休止（図３）するか、或いは、引き続き一部の可燃性ガスで発電を実施しつつガス貯留部９０への水素ガスの供給を開始（図５）させるような運転方法を採用することができる。また、電力需要の高い時間帯であっても図５のように水素ガス貯留量に応じてガス貯留部９０への水素ガスの供給を行うような運転方法を採用することができる。

【0057】

本実施形態では、上記のようにガス化炉２０で発生した可燃性ガスを分離装置３０に供給せずに分離装置３０の運転を停止する分離停止期間と、分離装置３０の運転を開始して可燃性ガスから水素ガスを分離することを実施しつつも水素ガスをガス貯留部９０に供給しない分離開始期間と、分離装置３０で分離した水素ガスのガス貯留部９０への供給を開始するガス供給開始期間とを順に実施することができるため分離装置３０や改質器６０を運転させるために無駄なエネルギー消費が生じることを抑制することができる。

【0058】

本実施形態では、上記のように電力需要の高い７時から２３時までの間は、ガス化炉２０で発生した可燃性ガスのガス発電機８０側への分配割合を分離装置３０側よりも多くし、電力需要の低い２３時から翌７時までの間は分離装置３０側への分配割合をガス発電機８０側よりも多くすることができる。７時から２３時までの間での可燃性ガスのガス発電機８０側への分配割合は、例えば、一週間の平均値で６割以上とすることができる。該分配割合は、７割以上であってもよく、８割以上であってもよく、要すれば全量（１０割）であってもよい。即ち、本実施形態においては夜間に水素ガスを作り溜めしておいて昼間は専ら発電を主体に装置を運転することもできる。

【0059】

ガス発電機８０で得られた電力は、地域の電力会社に販売しても、装置で利用してもよい。例えば、前記タービン４１によって駆動される前記第１ガス圧縮機５０で圧縮された水素ガスをさらに圧縮して高圧化するための前記第２ガス圧縮機を利用する場合、前記ガス発電機８０で得られた電力は、当該第２ガス圧縮機を駆動するためのエネルギー源として利用してもよい。また、そのような用途に限らず得られた電力は各種用途に利用可能である。

【0060】

上記においては、水素ガス製造装置１や水素ガス製造方法に関して上記のような特定の例示をして本実施形態に係る発明を具体的に説明しているが、本発明では上記例示の各技術事項を適宜変更可能であり、上記に直接的に記載されていない事項でも従来公知の事項を適宜付加可能である。
即ち、本発明は、上記例示に何等限定されるものではない。

【符号の説明】

【0061】

１：水素ガス製造装置、１０：廃棄物貯留部、２０：ガス化炉、３０：分離装置、４０：ガスタービン、４１：タービン、４２：回転軸、５０：ガス圧縮機（第１ガス圧縮機）、５０１：ガス圧縮機（第２ガス圧縮機）、６０：改質器、８０：ガス発電機、９０：ガス貯留部、１００：制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】