CN101802134B - 由生物质制造烃的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种由草木等生物质制造烃的方法和装置，其中，该装置具备生物质气化装置(101)、纯化所生成的混合气体(G)的提纯部件(201)、暂时贮存经提纯的混合气体(G)的贮气罐(301)、对混合气体(G)加压的加压泵(401)、用于将加压后的混合气体(G)转变成烃的烃合成装置(501)，在所述生物质气化装置(101)中供给原料生物质MB和其气化用的过热水蒸汽(S)、以及燃料生物质(FB)和其燃烧用的空气(A)，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体(G)。

Description

由生物质制造烃的方法和装置
技术领域
本发明涉及以将草木等生物质为原料而生成的氢气、一氧化碳作为反应物，合成烃系的液体或气体作为产物的方法及装置，特别是涉及利用了费托法(以下称为FT法)作为烃的合成方法的烃的制造方法及装置。
背景技术
以前，利用合成液态烃的FT法来合成石油代替合成燃料是通过如下方法而进行的：将通过使天然气部分燃烧或者将水蒸汽用煤还原而获得的氢气和一氧化碳在高温、高压下发生催化反应。根据该FT法，在石油资源枯竭的情况下或价格高涨时，能够通过FT法由天然气、煤暂时地合成石油代替燃料，基于此也进行了各种研究或改良、调制。
然而，现有的利用FT法的烃燃料的合成方法及合成装置中，不仅需要非常大的压力，而且伴随着高压的要求而呈现出了装置大型化的问题。
另一方面，近年来，不仅强烈需求利用可再生资源，与此相伴，还强烈认识到生物质能量利用的必要性。这是由于，作为石油代替燃料，天然气、煤的直接利用或之前所述的利用FT法的由天然气、煤的合成燃料虽然被认识到一定的有用性，但从起因于二氧化碳排放的地球温暖化、可再生性等观点出发，依然留有很大的问题，与此相对，生物质的能量利用中，从基于碳循环的可再生性、数量上的可能性的观点出发，有较大期待。
为了应对这种期待，以前本发明人等一直在进行用于以专利文献1、专利文献2中公开的生物质为原料或燃料来生成氢气、一氧化碳的生物质的气化装置、高温燃烧气体的发生装置的开发。
然而，专利文献1等现有的生物质气化装置中，由生物质原料获得氢气、一氧化碳，不管在数量上还是质量上都有困难，迄今为止将以生物质为原料获得的氢气、一氧化碳作为反应物、并通过利用FT法来合成液体或气体的烃燃料的方法及装置均没有出现。
专利文献1：日本特开2005-105285号公报
专利文献2：日本特开2006-300501号公报
本发明是鉴于上述现状而进行的，第一目的在于，提供由生物质制造烃的方法，该方法能够将以草木等生物质为原料而生成的氢气和一氧化碳作为反应物，小型且低压、并高收率地合成作为产物的液体或气体的烃燃料。本发明的第二目的在于，提供由生物质制造烃的装置。
发明内容
发明要解决的问题
为了实现上述第一目的，本发明的由生物质制造烃的方法中所采取的技术方案，其特征在于，通过将粉或片屑状的原料生物质加热至800℃以上并与800℃以上的水蒸汽接触，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体，使该混合气体在规定的温度和规定的压力下与规定的催化剂接触，从而转变成烃。
使混合气体与催化剂接触的压力优选为小于3MPa。
与混合气体接触的催化剂，优选以选自铁、铜的一种或两种物质的单质或化合物作为基本催化剂，并附加选自镁、钙、钴、镍、钾、钠的一种以上物质的单质或化合物作为助催化剂，并且，负载选自沸石、矾土、硅石的一种以上物质而成。
催化反应为下面的化学反应式所表示的化学反应。
CO+2H2→n-1(CH2)n+H2O
若将如下路径设定为预先设定的规定数量的阶段，则能够对该混合气体重复实施规定的催化反应，阶段性地将未反应部分的混合气体转变成烃并使该混合气体的量减少，其中所述路径经由使混合气体与催化剂接触、并通过规定的催化反应转变成烃的阶段，并经由使前阶段中残留的未反应部分的混合气体再次和与该催化剂同等的催化剂接触并通过该催化反应转变成烃的阶段。
通过在以将原料生物质加热至800℃以上并与800℃以上的水蒸汽接触而生成的氢气和一氧化碳作为主要成分的混合气体中，填补通过生物质以外的可再生型能量的动力将水电解而获得的氢气，能够提高单位原料生物质的烃的收量。
为了实现上述第二目的，本发明的由生物质制造烃的装置中所采取的技术方案，其特征在于，其具备：生物质气化装置，其以生物质作为原料及燃料，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体；加压部件，对通过该生物质气化装置而生成的混合气体加压；温度调整部件，用于将该混合气体调整至适当温度；催化剂，用于以通过上述加压部件加压且通过该温度调整部件保持在适当的温度下的混合气体作为反应物，使其进行规定的催化反应而获得作为产物的烃；反应室，用于配置该催化剂并使适当的压力和温度的混合气体与该催化剂接触以进行规定的催化反应；液化部件，用于将通过该催化反应生成的烃液化；回收部件，用于回收通过该液化部件而液化的液化烃。
反应室优选具备导入混合气体的导入口、和将在该反应室内通过催化反应而生成的烃和未反应的该混合气体排出的排出口，从导入口至排出口的路径中配置有催化剂而成。
反应室可以为如下构成：上部具有导入混合气体的导入口，下部具有将在反应室内混合气体通过催化反应而生成的烃和未反应部分的混合气体排出的排出口，且从导入口至排出口的路径中配置有催化剂，配置有多个该反应室，位于最上游的反应室的导入口与该生物质气化装置连通，使得能够将通过生物质气化装置而生成的混合气体导入，位于该最上游的反应室的排出口与位于该反应室的临近下游的反应室的导入口连通，之后，位于临近上游的反应室的排出口与位于其临近下游的反应室的导入口连通。
液化部件优选具备液化室和冷却部件，所述液化室上游侧具有导入口，下游侧具有用于将未反应部分的混合气体排出的排出口和提取液化的烃的提取口，所述冷却部件用于将该液化室冷却，导入口与位于液化室的上游侧的反应室的排出口连通，排出口与位于液化室的下游侧的反应室的导入口连通。
回收液化的烃的回收部件，可以含有与多个液化室的各提取口连通的管道，该管道通过其路径中配置的阀而自由开闭地构成。
用于导入混合气体反应室内的导入口的上游侧，可以夹设将该混合气体导入该反应室内之前用于将该混合气体调整至规定温度的温度调整部件。
反应室可以具有用于将通过恒温室内温度调节部件调整至规定温度的空气引入的进气口和用于排出空气的排气口，其可以配置在通过绝热材料形成而构成的恒温室的内部。
催化剂优选以选自铁、铜的一种或两种物质的单质或化合物作为基本催化剂，并附加选自镁、钙、钴、镍、钾、钠中的一种以上物质的单质或化合物作为助催化剂，并且负载选自沸石、矾土、硅石中的一种以上物质而成。
本发明中使用的生物质气化装置，其特征在于，其为如下构成，该装置具备：绝热室，由具有绝热性的壁材形成而成；气化反应室，其在该绝热室内由具有导热性的壁材形成，且具有将粗粉碎至直径约2cm以下的原料生物质导入内部的原料生物质导入部件和将过热水蒸汽导入内部的过热水蒸汽导入部件；燃烧高温气体发生装置，其向绝热室与气化反应室之间的空间供给燃烧高温气体；隔着形成气化反应室的具有导热性的壁材，通过从燃烧高温气体发生装置供给到绝热室和气化反应室之间的空间的燃烧高温气体，对导入气化反应室内的原料生物质和过热水蒸汽进行加热，使原料生物质和过热水蒸汽发生吸热反应，由此生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体。
燃烧高温气体发生装置，通过使燃料生物质完全燃烧，产生800℃以上温度的燃烧高温气体，将所产生的燃烧高温气体供给到绝热室与气化反应室之间的空间。
附图说明
图1是表示由生物质制造烃的装置整体结构的示意图。
图2是表示生物质气化装置的整体结构的示意图。
图3是表示生物质的气化装置的主要部分、即用于生成混合气体的装置的结构的图。
图4是表示燃烧恒高温气体发生装置的结构的图。
图5是表示烃合成装置及液化部件及回收部件的结构的图。
附图标记说明
1用于由生物质制造烃的装置；101生物质气化装置；110绝热室；111燃烧高温气体导入口；112燃烧高温气体排出口；120气化反应室；121多孔体；122灰分排出部件；123混合气体排出部件；124气化空间；125原料生物质导入口；126过热水蒸汽导入口；127混合气体排出口；128灰分排出口；130原料生物质导入部件；131螺旋送料器；132料斗；140过热水蒸汽导入部件；141锅炉；142风扇电机；143烟囱；150燃烧高温气体发生装置；151炉栅；152燃烧炉；153空气预热器；154上部燃烧室；155底部燃烧室；156燃料生物质导入口；157第一空气导入口；158第二空气导入口；159第三空气导入口；160燃烧高温气体送出口；161积灰坑；201提纯部件；202热交换器；203旋风分离器；204水喷雾器；301贮气罐；302纯化混合气体导入口；303混合气体送出口；304混合气体再导入口；401加压泵；501烃合成装置；510加压混合气体导入口；520温度调整部件；521恒温室；522恒温室温度调整装置；523温度控制空气导入口；524温度控制排气口；525高温气体导入管路；526空气导入管路；527温度控制空气送给管路；530a第一反应室；530b第二反应室；530c第三反应室；530d第四反应室；530e第五反应室；531催化剂；532a第一混合气体导入管路；532b第二混合气体导入管路；532c第三混合气体导入管路；532d第四混合气体导入管路；532e第五混合气体导入管路；533a、533b、533c、533d、533e混合气体导入口；534a、534b、534c、534d、534e排出管路；535a、535b、535c、535d、535e温度调整部；540液化部件；541a第一液化室；541b第二液化室；541c第三液化室；541d第四液化室；541e第五液化室；542冷却水导入管路；543冷却水排出管路；544冷却槽；545a、545b、545c、545d、545e导入管路；546a、546b、546c、546d、546e液化烃排出口；547a、547b、547c、547d冷却混合气体排出口；547e最终未反应部分混合气体排出口；548循环管路；550回收部件；551a第一回收管；551b第二回收管；551c第三回收管；551d第四回收管；551e第五回收管；552液化烃提取管；553阀；A、A1、A2、A3空气；B燃烧高温气体；FB燃料生物质；G混合气体；MB原料生物质；S过热水蒸汽；TA温度控制空气；W冷却水
具体实施方式
以下，边参照图1～图5边对本发明优选的实施方式进行详细说明。
本实施方式的由生物质制造烃的方法及装置是，以制成粉状或片屑状的生物质作为原料，将该原料生物质加热至800℃以上并与800℃以上的水蒸汽接触，生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体，以该生物质来源的混合气体作为反应物，将该反应物通过FT法转变成烃后将其液化，从而获得液态烃系的合成燃料。
本实施方式中的由以生物质来源的氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体合成液态烃的方法是，将该混合气体加热至150℃～300℃，并施加不到3MPa的压力使其与规定的催化剂接触，发生前述化学反应式所代表的规定的催化反应，由此将氢气和一氧化碳转变成气相的烃，使该气相烃与水、空气等制冷物质之间进行热交换，从而冷却，获得液态烃。
催化剂以选自铁、铜中的一种或两种物质的单质或化合物作为基本催化剂，并附加选自镁、钙、钴、镍、钾、钠中的一种以上物质的单质或化合物作为助催化剂，并且，负载选自沸石、矾土、硅石中的一种以上物质而构成。
作为催化剂，例如可以使用现有公知的FT催化剂与沸石等固体酸催化剂复合而构成的催化剂，此时，作为催化反应，由氢气和一氧化碳所组成的混合气体首先在FT催化剂上发生反应而生成重质烃。
接着，该重质烃在相邻的固体酸催化剂上分解，生成更轻质的支链烃。通过这样构成的催化剂，能够由氢气和一氧化碳所组成的混合气体来合成烃，并且能够自动进行成为现有问题的FT催化剂上蓄积的石蜡的分解除去，还具有抑制因催化剂的失活、石蜡所导致的混合气体的扩散失速的优点。
具体而言，所述FT催化剂可以如下获得：首先通过初湿含浸(incipient wetness)法将硝酸钴浸渍到在空气中200℃下干燥2小时后的硅胶中后，在120℃下干燥12小时，其后，在400℃下烧结2小时以调整而获得所需的钴负载量的钴系FT催化剂。此外，还可以如下获得：将规定量的硝酸铁、硝酸铜、硝酸镁、硝酸钙溶解于500mL水中，同时将该溶液和调整至20g/500mL的碳酸钠水溶液边搅拌边滴加到调整至60℃、pH8的500mL水中，生成沉淀物，全部溶液滴加完后，进一步搅拌1小时，然后将沉淀物过滤，用蒸馏水洗涤并干燥，在400℃下烧结，以调整铁系FT催化剂。
进而，上述那样的将沸石和FT催化剂复合而成的复合催化剂可以如下获得：将预先调制的钴FT催化剂和沸石混合，用原硅酸四乙酯、硝酸铝、四丙基氢氧化铵、水、乙醇来调制溶胶前体溶液，将其装入高压釜中并在180℃下水热合成，由此来调制。此外，也可以通过将预先调制的铁系FT催化剂和沸石混合后，用单螺杆成形机在600kgf/cm2的成形压力下加压20分钟而获得。并且，也可以将这些由钴系FT催化剂和沸石系催化剂复合而成的钴系复合催化剂、和由铁系FT催化剂和沸石系催化剂复合而成的铁系复合催化剂混合作为复合性催化剂使用。
此外，使所述混合气体与所述催化剂接触、并通过规定的催化反应转变成烃的方法，可以仅通过单一阶段进行，更优选的是，使以生物质来源的氢气和一氧化碳为主要成分而成的混合气体作为第一阶段与催化剂接触并通过规定的反应转变成烃，经过该阶段后，经由使第一阶段中残留的未反应部分的混合气体再次和与所述催化剂同等的催化剂接触并通过上述催化反应转变成烃的所谓的第二阶段，进而，然后，同样的阶段称为第三阶段、第四阶段，如此经由预先设定的规定数量阶段，对混合气体重复实施规定的催化反应，使未反应部分的混合气体阶段性转变成烃，并使混合气体的量减少。
此外，可以将通过生物质以外的可再生型能量的动力将水电解而获得的氢气填补到上述生物质来源的混合气体中，此时，能够显著提高单位原料生物质的烃的收量。
用于具体实施上述说明的由生物质制造烃的方法的、本实施方式中用于由生物质制造烃的装置1如图1所示，其具备：生物质气化装置101，其供给原料生物质MB和该原料生物质MB的气化用的过热水蒸汽S、以及燃料生物质FB和该燃料生物质FB的燃烧用的空气A，以生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体G；提纯部件201，将通过该生物质气化装置101生成的混合气体G纯化；贮气罐301，暂时储存经提纯的混合气体G；加压泵401，对混合气体G加压；烃合成装置501，用于将加压后的混合气体G转变成烃。
如图2～图4所示，生物质气化装置101具备：用于阻断内外的热的出入的绝热室110；该绝热室110内配置的气化反应室120；用于将被粗粉碎至直径约2cm以下的原料生物质MB导入到该气化反应室120内的原料生物质导入部件130；用于将过热水蒸汽S导入气化反应室120内的过热水蒸汽导入部件140；向绝热室110与气化反应室120之间的空间供给燃烧高温气体B的燃烧高温气体发生装置150。
在气化反应室120内的适当高度位置配置具有上下连通的多个贯通孔并将气化反应室120内形成为上下的多孔体121。此外气化反应室120中具备用于将该气化反应室120内产生的灰分排出到外部的灰分排出部件122、和用于将气化反应室120内生成的以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体G排出到外部的混合气体排出部件123。
绝热室110是用于阻断其内外的热的出入的部件，为如下构成：尤其能够使绝热室110的内侧为高温并保持在所需的温度、优选为800℃以上。绝热室110可以利用现有公知的绝热材料构成，只要能够围绕被配置在绝热室110内的气化反应室120，则形状、大小等可以适当设定，使绝热室110的内表面和气化反应室120的外表面之间具有间隙，能够向该间隙导入由燃烧高温气体发生装置150产生的燃烧高温气体B并从该壁外对气化反应室120进行加热。
绝热室110为如下形成：用于将原料生物质导入部件130、过热水蒸汽导入部件140、混合气体排出部件123或灰分排出部件122与绝热室110的外部连接的内外连通的连通口分别与原料生物质导入部件130、过热水蒸汽导入部件140、混合气体排出部件123、灰分排出部件122等紧密连接，以防止热漏出。
而且，绝热室110为如下构成，绝热室110中形成了与其内外连通的燃烧高温气体导入口111和燃烧高温气体排出口112，能够由燃烧高温气体发生装置150向该绝热室110内供给燃烧高温气体B，或者排出。
气化反应室120由导热性的壁材形成而成，其内部具有规定的容积及表面积的气化空间124，构成气化反应室120的壁材的外面被绝热室110的壁面围绕。该气化反应室120如下构成：其形成有用于从外部向气化反应室120内导入原料生物质MB的原料生物质导入口125、和用于从外部向气化反应室120内导入过热水蒸汽S的过热水蒸汽导入口126，分别与原料生物质导入部件130、过热水蒸汽导入部件140连接，能够将原料生物质MB和过热水蒸汽S导入气化反应室120内。
原料生物质导入口125形成于气化反应室120的上部，通过原料生物质导入口125从外部导入到气化反应室120内的原料生物质MB在气化反应室120内落下，其落下过程中能够发生气化。
过热水蒸汽导入口126形成于气化反应室120的下部，通过该过热水蒸汽导入口126从外部导入到气化反应室120内的过热水蒸汽S能够在气化反应室120内作为上升流而导入。
此外，气化反应室120为如下构成：其具有用于将其内部生成的混合气体G从该气化反应室120排出的混合气体排出口127、和用于将气化反应室120内伴随原料生物质MB和过热水蒸汽S的气化而产生的微量灰分排出的灰分排出口128，并与混合气体排出部件123、灰分排出部件122连接，能够将气化反应室120内生成的混合气体G、灰分排出到外部。
混合气体排出口127形成于气化反应室120的侧面的适当高度位置、优选形成于比多孔体121的配置高度位置靠上的上部位置。与此相对，灰分排出口128形成于气化反应室120的底部，为多孔体121的下侧且灰分堆积时因自身重力落下而能够将其取出至外部。
形成气化反应室120的壁材为如下构成：其由导热性、耐热性、热冲击性优异的材料构成，容易从气化反应室120的外部向内部传导热，并能耐受所需要的温度、温度变化。气化反应室120内的气化空间124的容积及形状可以根据所需的气化处理量来适当设定，但该气化空间124设定为能够存在适当量的作为气化对象的原料生物质MB的大小和形状的空间。气化反应室120内的表面积可以根据所需的气化处理量而适当设定。
气化反应室120内通过被配置于上下方向的适当高度位置的适当厚度的多孔体121形成成上下。该多孔体121由能耐受所需高温的金属或陶瓷制作且整体形成近似板状，并具有贯通其上下的多个贯通孔而成。该贯通孔的大小优选设定为水蒸汽不难通过、而未气化状态的原料生物质MB难以通过的程度的直径。此外，多孔体121也可以与水平稍微倾斜地配置。
原料生物质导入部件130具备管，该管与气化反应室120中形成的原料生物质导入口125连通，并通过绝热室110上形成的连通口而几乎垂直地延伸至该绝热室110的外部的规定的内径及长度的、由耐热材料形成；其上端与出口连接，且内装有几乎水平延伸的螺杆而成的螺旋送料器131；和用于向该螺旋送料器131中供给原料生物质MB的料斗132。
该螺旋送料器131具有：在几乎水平方向上延伸规定长度的圆筒体；在该圆筒体的内部自由旋转地内装的具有与该圆筒体几乎同等长度的螺杆；配置于该螺杆一端且驱动该螺杆的驱动器。在配置有驱动器的相反侧的前端部附近，出口形成为圆筒体，该出口用于将通过螺杆的转动而送给的原料生物质MB从螺旋送料器131排出，该圆筒体中的驱动器附近的上部形成有入口，该入口用于将原料生物质MB从料斗132取入螺旋送料器131中。当然，料斗132与该入口相连设置。
过热水蒸汽导入部件140具备管，该管与气化反应室120上形成的过热水蒸汽导入口126连通，并由通过绝热室110上形成的连通口延伸至该绝热室110的外部的规定的内径及长度的、具有耐热性及耐水蒸汽性的材料形成。该管的下游优选与用于获得以从绝热室110排出的燃烧高温气体B作为热源将水加热而生成的过热水蒸汽S的锅炉141连接，在将过热水蒸汽S导入气化反应室120之前进行预热以生成过热水蒸汽S。经由锅炉141的燃烧高温气体B通过风扇电机142从烟囱143排出到外部。
混合气体排出部件123具备管，该管与气化反应室120上形成的混合气体排出口127连通，并由通过绝热室110上形成的连通口延伸至绝热室110的外部的规定的内径及长度的、具有耐热性、耐腐蚀性的材料形成。该管的下游与纯化所生成的混合气体的提纯部件201连接。
灰分排出部件122具有管，该管与气化反应室120上形成的灰分排出口128连通，并由通过绝热室上形成的连通口延伸至该绝热室110的外部的规定的内径及长度的、具有耐热性的材料形成的。该管的下游优选配置能够自由地开闭该管、用于使该管中的气化反应室120内外的连通状态为开通状态或不通状态的阀。
如图4所示，燃烧高温气体发生装置150具备：在内部高度方向的几乎中央部配置有炉栅151而成的形成为纵型的燃烧炉152、和用于预热导入该燃烧炉152内的空气A的空气预热器153。
燃烧炉152具有位于炉栅151上部的上部燃烧室154、和位于炉栅151下部的底部燃烧室155。燃烧炉152具有：燃料生物质导入口156，用于将其上部经粗粉碎的燃料生物质FB导入其内部；和第一空气导入口157，用于吹入地导入用于使导入到上部燃烧室154的燃料生物质FB燃烧的空气A1。燃烧炉152的高度方向的几乎中央部形成有将空气A2导入到其内部配置的炉栅151内并从该炉栅151喷出该空气A2的第二空气导入口158，能够更有效地使燃烧并落下来的燃料生物质FB燃烧而构成。燃烧炉152的底部附近形成有第三空气导入口159，该第三空气导入口159用于使通过炉栅151而落下并流下到底部燃烧室155内的燃烧高温气体B进一步完全燃烧的空气A3导入到底部燃烧室155内，导入的空气A3在燃烧炉152内以近似水平方向喷出。底部燃烧室155的侧壁，在与第三空气导入口159相对的位置形成有用于将几乎完全燃烧的燃烧高温气体B送出的燃烧高温气体送出口160。燃烧炉152的底部形成有用于蓄积燃料生物质FB的炉渣即灰分的积灰坑161。
炉栅151形成具有流路的金属制的格子状，所述流路能够使从第二空气导入口158导入其内部的空气A2流通，该格子状的炉栅151的上下两表面形成有多个空气喷出口，从第二空气导入口158导入的空气A2从上下方向喷出。
空气预热器153通过利用一部分由燃烧高温气体发生装置150而产生的燃烧高温气体B，能够将从第一空气导入口157、第二空气导入口158、第三空气导入口159导入到燃烧炉152内的空气A预热至450℃。
如图2所示，提纯部件201具备热交换器202、旋风分离器203和水喷雾器204，通过将它们串联连接，并使混合气体G通过这些热交换器202、旋风分离器203、水喷雾器204内，能够将热交换器202内剩余的热通过热交换而回收并除热，利用旋风分离器203和水喷雾器204将通过其的混合气体G中混合存在的微量的灰分、煤、焦油或水分除去而纯化。这些热交换器202、旋风分离器203、水喷雾器204等一系列的混合气体纯化部件的最下游部与暂时贮存经纯化的混合气体G的贮气罐301连接。
如图2所示，贮气罐301能够暂时贮存通过提纯部件201而纯化的以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体G而构成，其具备：用于将纯化的混合气体G导入其内部的纯化混合气体导入口302；用于将混合气体G送出至与贮气罐301的下游连接的加压泵401的混合气体送出口303；将烃合成装置501中最后未反应且残留的未反应部分的混合气体G再次导入贮气罐301内的混合气体再导入口304。
如图2所示，加压泵401为如下构成：与连接于其临近上游的贮气罐301的混合气体送出口303连接，能够使暂时贮存的混合气体G从贮气罐301流下，并将该混合气体G加压至所需的压力，将加压至所需压力的混合气体G送给到与加压泵401的临近下游连接的烃合成装置501。
如图5所示，烃合成装置501具备：将通过加压泵401导入加压至所需压力的混合气体G的加压混合气体导入口510；用于将导入的混合气体G调整至适当温度的温度调整部件520；反应室530，配置用于使通过加压泵401加压并通过温度调整部件520保持在适当的温度的混合气体G作为反应物发生如上述说明的规定的催化反应而获得作为产物的烃的催化剂531而成，用于使适当的压力和温度的混合气体G与该催化剂531接触而发生规定的催化反应；用于将通过规定的催化反应而生成的烃液化的液化部件540；用于回收通过该液化部件540液化的液化烃的回收部件550。
温度调整部件520具备恒温室521和用于调整该恒温室521内的温度的恒温室温度调整装置522。恒温室521具有被绝热材料形成的规定的容积，具有：用于将被加压泵401加压的混合气体G导入其内部的加压混合气体导入口510；将通过恒温室温度调整装置522控制在所需温度的温度控制空气TA导入的温度控制空气导入口523；用于将导入恒温室521内并从该恒温室521内流下的温度控制空气TA排出至该恒温室521的外部的温度控制排气口524。恒温室521内配置有多个反应室530。即，本例中，配置有互相同等的第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e，能够将这些第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e一并保持在所需的温度。
恒温室温度调整装置522具备导入高温气体的高温气体导入管路525、空气导入管路526和温度控制空气送给管路527。温度控制空气送给管路527使从空气导入管路526导入的空气与从高温气体导入管路525导入的高温气体间接或直接接触而控制在所需温度以生成温度控制空气TA，并将所生成的温度控制空气TA送给到恒温室521内。恒温室521内的温度，将通过该恒温室温度调整装置522所生成的适当量的适当温度的温度控制空气TA送给到该恒温室521内，并且将温度控制空气TA从恒温室521内排出而流程化，从而保持在所需的温度。由此，能够将导入恒温室521内的混合气体G、恒温室521内配置的第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e的温度保持在所需的温度。另外，高温气体可以使用从生物质气化装置等排出的燃烧高温气体B。
第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e分别具有：将加压至规定压力的混合气体G保持在规定的温度并导入该第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e内部的与第一～第五混合气体导入管路532a、532b、532c、532d、532e连接的第一～第五混合气体导入口533a、533b、533c、533d、533e；用于使被导入该第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e内部的混合气体G发生规定的催化反应而配置在该第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e内的催化剂531；将从第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e内流下的未反应部分的混合气体G、由催化反应而生成的烃排出至外部的排出管路534a、534b、534c、534d、534e。另外，作为催化剂531，可以使用FT催化剂、上述说明的复合催化剂。
第一～第五混合气体导入管路532a、532b、532c、532d、532e具有第一～第五温度调整部535a、535b、535c、535d、535e，这些温度调整部用于在使混合气体G与导入恒温室521内的温度控制空气TA间接接触并导入反应室530之前将该混合气体G调整至所需的温度，能够在分别导入第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e内前将混合气体G调整至所需的温度。
第一～第五反应室530串联连接，使从更上游侧流下至下游侧的未反应部分的混合气体G阶段性发生催化反应而转变成烃，并且使未反应部分的混合气体G量减少。
本实施方式的烃合成装置501中，加压混合气体导入口510通过第一混合气体导入管路532a与第一反应室530a连接，该第一反应室530a通过其下游连接的第一液化室541a和其更下游连接的第二混合气体导入管路532b与第二反应室530b连接。并且，第二反应室530b通过其下游连接的第二液化室541b和其更下游连接的第三混合气体导入管路532c与第三反应室530c连接。同样地，第三反应室530c通过其下游连接的第三液化室541c和其更下游连接的第四混合气体导入管路532d与第四反应室530d连接，第四反应室530d通过其下游连接的第四液化室541d和其更下游连接的第五混合气体导入管路532e与第五反应室530e连接，为设定有如上五阶段的第一～第五反应室530a、530b、530c、530d、530e。这里，反应室的设定阶段数被设定为五阶段，当然，不限于五阶段，可以设定为适当的阶段数。
将第五反应室530e内生成的烃和未反应部分的混合气体G排出的该第五反应室530e的排出管路534e的下游与第五液化室541e连接。
液化部件540具有用于导入冷却水W的冷却水导入管路542、和用于排出该冷却水W的冷却水排出管路543，并且，具备能够容纳导入内部的冷却水W的冷却槽544。冷却槽544的内部配置有第一液化室541a、第二液化室541b、第三液化室541c、第四液化室541d、第五液化室541e，能够通过该流下冷却槽544内的冷却水W将这些第一～第五液化室541a、541b、541c、541d、541e一并冷却。
第一～第四液化室541a、541b、541c、541d是互相同等地构成的部件，具有：将从分别连接于临近上游的第一～第四反应室530a、530b、530c、530d流下来的未反应部分的混合气体G和所生成的烃导入的导入管路545a、545b、545c、545d；将第一～第四液化室541a、541b、541c、541d内冷却而液化的烃排出的液化烃排出口546a、546b、546c、546d；对连接于临近下游的混合气体导入管路532b、532c、532d、532e排放冷却并气体状的混合气体G的冷却混合气体排出口547a、547b、547c、547d。
第五液化室541e具有：用于将从连接于其临近上游的第五反应室530e流下来的未反应部分的混合气体G和所生成的烃导入第五液化室541e的内部的导入管路545e；将第五液化室541e内冷却而液化的烃排出的液化烃排出口546e；将冷却并最终作为未反应部分而残留的气体状的混合气体G排出的最终未反应部分混合气体排出口547e。该最终未反应部分混合气体排出口547e通过循环管路548与贮气罐301的混合气体再导入口304连接，将最终未反应部分的混合气体G再次收纳于贮气罐301内并使其循环。
通过液化部件540而液化的液化烃构成为集合管状的回收部件550回收。该回收部件550具备分别与第一～第五各液化室530a、530b、530c、530d、530e的液化烃排出口546a、546b、546c、546d、546e连接的第一回收管551a、第二回收管551b、第三回收管551c、第四回收管551d、第五回收管551e；与这些第一～第五回收管551a、551b、551c、551d、551e连接的液化烃提取管552；该液化烃提取管552的最下游部配置的阀553，作为整体构成为集合管状，能够通过该阀553的开闭操作而将液化烃适当取出。
如上所述，本发明的由生物质制造烃的装置，将多个反应室串联连接并阶段性使未反应部分的混合气体发生催化反应而构成，由此不仅以比较低压、且以高收率获得烃。
此外，本发明通过在能够以简便的方法进行温度控制的恒温室的内部配置该反应室来进行反应室的温度维持，从而为简单的构成且能够简便地维持温度，不会导致装置的复杂化，维修也容易且实用性高，能够提高由生物质制造烃的装置整体的运转上的可靠性。
此外，本发明中，通过采用从外部隔着间壁进行热供给并使原料生物质与过热水蒸汽反应的方式的生物质气化装置，能够高效地将生物质气化，由此能够获得稳定的生成量的以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体。
进而，将通过利用可再生型的能量电解水而获得的氢气填补到从生物质气化装置获得的以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体中，能够显著增加来源于原料生物质的烃的收量。
本发明的由生物质制造烃的方法及装置1如以上所说明的那样构成，在不脱离其主旨的范围内，能够以各种方式实施。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的方法，将以草木等生物质为原料而生成的氢气和一氧化碳作为反应物，能够小型且低压、并以高收率合成作为产物的液体或气体的烃燃料，还提供由生物质制造烃的方法及装置。

Claims (14)

1.一种由生物质制造烃的方法，其特征在于，通过将粉或片屑状的原料生物质加热至800℃以上，并与800℃以上的水蒸汽接触，从而生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体，使该混合气体在150℃～300℃、不到3MPa的条件下与催化剂接触，从而转变成烃，
所述催化剂以选自铁、铜的一种或两种物质的单质或化合物作为基本催化剂，并附加选自镁、钙、钴、镍、钾、钠中的一种以上物质的单质或化合物作为助催化剂，并且，负载选自沸石、矾土、硅石的一种以上物质而成。
2.根据权利要求1所述的由生物质制造烃的方法，其特征在于，所述催化反应为下面的化学反应式所表示的化学反应，
CO+2H2→n-1(CH2)n+H2O。
3.根据权利要求1或2所述的由生物质制造烃的方法，其特征在于，通过将如下路径设定为预先设定的规定数量的阶段，从而对上述混合气体重复实施规定的催化反应，阶段性地将未反应部分的混合气体转变成烃，并使该混合气体的量减少，其中所述路径经由使所述混合气体与所述催化剂接触、并通过规定的催化反应转变成烃的阶段，并经由使前阶段中残留的未反应部分的混合气体再次和与所述催化剂同等的催化剂接触并通过上述催化反应转变成烃的阶段。
4.根据权利要求1或2所述的由生物质制造烃的方法，其特征在于，向通过将原料生物质加热至800℃以上并与800℃以上的水蒸汽接触而生成的以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体中，填补通过生物质以外的可再生型能量的动力将水电解而获得的氢气，由此来提高单位原料生物质的烃的收量。
5.一种使用权利要求1所述的方法的由生物质制造烃的装置，其特征在于，该装置具备：生物质气化装置，以生物质为原料及燃料而生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体；加压部件，对通过该生物质气化装置而生成的上述混合气体进行加压；温度调整部件，用于将该混合气体调整至适当温度；催化剂，用于使通过上述加压部件加压且通过上述温度调整部件保持在适当的温度的混合气体作为反应物发生规定的催化反应，从而获得产物烃；反应室，用于配置有该催化剂并使适当的压力和温度的混合气体与该催化剂接触而发生规定的催化反应；液化部件，用于将通过上述催化反应而生成的烃液化；回收部件，用于回收通过该液化部件而液化的液化烃。
6.根据权利要求5所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述反应室具备导入所述混合气体的导入口、和将在该反应室内通过催化反应而生成的烃和未反应部分的混合气体排出的排出口，从上述导入口至上述排出口的路径中配置有所述催化剂。
7.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述反应室的上部具有导入所述混合气体的导入口，下部具有将在反应室内混合气体通过催化反应而生成的烃和未反应部分的混合气体排出的排出口，并且，从上述导入口到上述排出口的路径中配置有所述催化剂，配置有多个该反应室，位于最上游的反应室的导入口与该生物质气化装置连通，使得能够导入通过所述生物质气化装置而生成的混合气体，位于最上游的反应室的排出口与位于该反应室的临近下游的反应室的导入口连通，之后，位于临近上游的反应室的排出口与位于其临近下游的反应室的导入口连通。
8.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述液化部件具有液化室和用于将该液化室冷却的冷却部件，所述液化室上游侧具有导入口，下游侧具有用于将未反应部分的所述混合气体排出的排出口、和提取液化的烃的提取口，上述导入口与位于该液化室的上游侧的反应室的排出口连通，上述排出口与位于该液化室的下游侧的反应室的导入口连通。
9.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，回收液化的烃的回收部件包括与多个所述液化室的各提取口连通的管道，该管道通过在其路径中配置的阀而自由开闭。
10.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，在用于将所述混合气体导入所述反应室内的所述导入口的上游侧夹设温度调整部件，所述温度调整部件用于在将该混合气体导入该反应室内之前将该混合气体调整至规定的温度。
11.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述反应室配置在由绝热材料形成的恒温室的内部，所述恒温室具有用于将通过恒温室内温度调节部件调整至规定温度的空气引入的进气口和用于排出空气的排气口而成。
12.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述催化剂以选自铁、铜的一种或两种物质的单质或化合物作为基本催化剂，并附加选自镁、钙、钴、镍、钾、钠的一种以上物质的单质或化合物作为助催化剂，并且，负载选自沸石、矾土、硅石的一种以上物质而成。
13.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述生物质气化装置如下构成，其具备：绝热室，由具有绝热性的壁材形成；气化反应室，其在该绝热室内由具有导热性的壁材形成，且具有将粗粉碎至直径约2cm以下的原料生物质导入内部的原料生物质导入部件和将过热水蒸汽导入内部的过热水蒸汽导入部件；燃烧高温气体发生装置，其向所述绝热室与所述气化反应室之间的空间供给燃烧高温气体，
隔着形成该气化反应室的具有导热性的壁材，通过从该燃烧高温气体发生装置供给到该绝热室与该气化反应室之间的空间的所述燃烧高温气体，对导入到该气化反应室内的原料生物质和过热水蒸汽进行加热，使该原料生物质和该过热水蒸汽发生吸热反应，由此生成以氢气和一氧化碳为主要成分的混合气体。
14.根据权利要求5或6所述的由生物质制造烃的装置，其特征在于，所述燃烧高温气体发生装置中，通过使燃料生物质完全燃烧以产生800℃以上温度的所述燃烧高温气体，并将所产生的该燃烧高温气体供给到所述绝热室和所述气化反应室之间的空间。
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