CN115003822A - 有机物质的制造方法和有机物质制造装置 - Google Patents

Abstract

提供一种有机物质的制造方法和有机物质制造装置，其能够将合成气体有效地冷却，并利用微生物催化剂将合成气体以高的转换效率转换为有机物质。有机物质的制造方法包括：使从气化装置(2)排出的合成气体(G1)通过热交换器(20)而将其冷却的工序；使由热交换器(20)冷却了的合成气体(G1)通过气体冷却塔(21)，利用在气体冷却塔(21)内部喷雾的水将其冷却的工序；以及使至少通过了热交换器(20)和气体冷却塔(21)的合成气体(G1)与微生物催化剂接触而生成有机物质的工序。

Description

有机物质的制造方法和有机物质制造装置

技术领域

本发明涉及以合成气体作为原料制造有机物质的有机物质的制造方法以及以合成气体作为原料制造有机物质的有机物质制造装置。

背景技术

已知工业废弃物、一般废弃物等各种废弃物在气化炉中通过热分解而生成气体后，在改性炉中对所生成的气体进行改性而得到合成气体的技术。所得到的合成气体直接燃烧而用于发电等，或者根据需要通过锅炉等进行热回收后再用于发电等。

另外，近年来也尝试将合成气体用于化学合成原料，例如尝试通过微生物催化剂而转换为乙醇等有机物质(例如参照专利文献1)。

在气化炉和改性炉中得到的合成气体包含较多焦油成分等杂质，难以直接用于发电、化学合成，因此通常会进行气体精制(纯化)。已知合成气体在气体精制中被适当冷却。作为将合成气体冷却的手段，通常采用向气流喷雾水，利用水的蒸发热将合成气体冷却的手段。但是，在气化炉和改性炉中得到的合成气体的温度为高温，通过水的喷雾将合成气体冷却需要大量的水，会产生大量的排水。因此，作为将合成气体冷却的方法，提出了包含除了水的喷雾以外的手段的方法(例如参照专利文献2～4)。

专利文献2中公开了在高温且常压下将生物质进行气化，并将气化了的合成气体从煤气炉通过水冷却管导入急冷塔，在急冷塔中通过喷雾水将粗合成气体冷却。

专利文献3中公开了一种方法，其包括对气化而生成的合成气体利用间接热交换器进行的冷却工序、焦油除去工序、利用焦油除去装置进行的冷却工序、利用喷雾塔内的水喷雾进行的冷却工序。

专利文献4中公开了一种方法，其包括利用第1热交换器将合成气体冷却，并且在喷雾塔中对由第1热交换器冷却了的合成气体喷雾冷却水的冷却工序。

在先技术文献

专利文献1：国际公开第2015/037710号

专利文献2：日本特表2015-510522号公报

专利文献3：日本特开2009-298825号公报

专利文献4：日本特开2014-227450号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，将合成气体例如作为有机合成原料利用的情况下，有时需要严格地控制温度。例如，在通过微生物催化剂转换为乙醇等有机物质的情况下，为了防止微生物催化剂灭活，合成气体需要冷却至40℃以下的温度。

但是，在将合成气体用于发电等的情况下，不需要严格的温度控制。因此，即使将专利文献2～4记载的以往的合成气体的精制方法直接应用于利用微生物催化剂的情况，也很难以高的转换效率合成有机物质。

另外，以往的合成气体的冷却中，通常大多会进行氮气或空气的吹入，但在利用微生物催化剂的情况下，如果合成气体中混入了氮气或空气，则有机物质的转换效率会降低。

因此，本发明的课题是提供一种能够有有效地将合成气体冷却，利用微生物催化剂将合成气体以高的转换效率转换为有机物质的有机物质的制造方法和有机物质制造装置。

用于解决课题的手段

本发明人认真研究的结果，发现利用热交换器将合成气体冷却，并将由热交换器冷却了的合成气体利用在气体冷却塔内部喷雾的水进行冷却，使该冷却了的合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质，由此能够解决上述课题，从而完成了以下的本发明。

即、本发明提供以下的[1]～[18]。

[1]一种有机物质的制造方法，包括：使从气化装置排出的合成气体通过热交换器而将其冷却的工序；使由所述热交换器冷却了的合成气体通过气体冷却塔，利用在气体冷却塔内部喷雾的水将其冷却的工序；以及使至少通过了所述热交换器和所述气体冷却塔的合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质的工序。

[2]根据[1]记载的有机物质的制造方法，从所述气化装置排出的所述合成气体的温度为900℃以上。

[3]根据[1]或[2]记载的有机物质的制造方法，利用所述热交换器将所述合成气体冷却至200℃以上且300℃以下的温度。

[4]根据[1]～[3]中任一项记载的有机物质的制造方法，还包括使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过过滤式集尘器的工序，使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述过滤式集尘器的所述合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质。

[5]根据[1]～[4]中任一项记载的有机物质的制造方法，还包括使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过水洗涤器的工序，使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述水洗涤器的所述合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质。

[6]根据[5]记载的有机物质的制造方法，使依次通过了所述热交换器、所述气体冷却塔、所述过滤式集尘器和所述水洗涤器的所述合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质。

[7]根据[5]或[6]记载的有机物质的制造方法，在所述水洗涤器中将所述合成气体冷却至40℃以下。

[8]根据[1]～[7]中任一项记载的有机物质的制造方法，还包括将所述有机物质蒸馏的工序，将利用所述热交换器从所述合成气体中得到的热能用于蒸馏。

[9]根据[1]～[8]中任一项所述的有机物质的制造方法，所述有机物质包含乙醇。

[10]一种有机物质制造装置，具备：生成合成气体的气化装置；使从所述气化装置排出的合成气体通过而将其冷却的热交换器；使由所述热交换器冷却了的合成气体通过而利用水喷雾将其冷却的气体冷却塔；以及使至少通过了所述热交换器和所述气体冷却塔的合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质的有机物质生成部。

[11]根据[10]记载的有机物质制造装置，从所述气化装置排出的所述合成气体的温度为900℃以上。

[12]根据[10]或[11]记载的有机物质制造装置，利用所述热交换器将所述合成气体冷却至200℃以上且300℃以下的温度。

[13]根据[10]～[12]中任一项记载的有机物质制造装置，还具备配置在所述气体冷却塔的后段、并且使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过的过滤式集尘器，所述有机物质生成部使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述过滤式集尘器的合成气体与所述微生物催化剂接触而生成有机物质。

[14]根据[10]～[13]中任一项记载的有机物质制造装置，还具备配置在所述气体冷却塔的后段、并且使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过的水洗涤器，所述有机物质生成部使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述水洗涤器的合成气体与所述微生物催化剂接触而生成有机物质。

[15]根据[14]记载的有机物质制造装置，所述有机物质生成部使依次通过了所述热交换器、所述气体冷却塔、过滤式集尘器和所述水洗涤器的合成气体与所述微生物催化剂接触而生成有机物质。

[16]根据[14]或[15]记载的有机物质制造装置，在所述水洗涤器中将所述合成气体冷却至40℃以下。

[17]根据[10]～[16]中任一项记载的有机物质制造装置，还具备将所述有机物质蒸馏的蒸馏装置，所述蒸馏装置将利用所述热交换器从所述合成气体中得到的热能用于蒸馏。

[18]根据[10]～[17]中任一项记载的有机物质制造装置，所述有机物质包含乙醇。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种能有效地将合成气体冷却，利用微生物催化剂将合成气体以高的转换效率转换为有机物质的有机物质的制造方法和有机物质制造装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的有机物质制造装置的整体结构的示意图。

具体实施方式

参照附图并利用实施方式对本发明进行说明。

图1示出本发明的实施方式涉及的有机物质制造装置。以下，参照实施方式对本发明的实施方式涉及的有机物质制造装置以及有机物质的制造方法进行详细说明。

有机物质制造装置1具备：使废弃物气化而生成合成气体G1的气化装置2；对于从气化装置2排出的合成气体G1进行至少包含精制处理的处理的处理单元3；以及使由处理单元3处理而得到的合成气体(以下也称为“精制合成气体G2”)与微生物催化剂接触而生成有机物质的有机物质生成部30。

(气化装置)

作为在气化装置2中被气化的废弃物，可以是工业固体废弃物等工业废弃物，也可以是城市固体废弃物(MSW)等一般废弃物，可举出塑料废弃物、厨余垃圾、废弃轮胎、生物质废弃物、食物废弃物、建筑材料、木材、木屑、纤维、纸类等可燃性物质。其中，优选城市固体废弃物(MSW)。

气化装置2具备气化炉10和改性炉11。作为气化炉10，没有特别限定，可举出窑炉气化炉、固定床气化炉、流化床气化炉等。气化炉10中除了废弃物以外，可以投入氧气或空气，并且根据需要还可以投入水蒸气。气化炉10通过以例如500～700℃加热废弃物而将其热分解，适当部分氧化气化。热分解气体不仅包含一氧化碳、氢气，还包含气态焦油、粉体焦炭等。热分解气体向改性炉11供给。再者，在气化炉10中作为不可燃物而产生的固体物质等被适当回收。

在改性炉11中，将由气化装置2得到的热分解气体改性而得到合成气体G1。在改性炉11中，热分解气体中的氢气和一氧化碳中的至少一者的含有率增加，作为合成气体G1排出。在改性炉11中，例如热分解气体中所含的焦油、焦炭等被改性为氢气和一氧化碳等。

对于改性炉11内的合成气体G1的温度没有特别限定，例如为900℃以上，优选为900℃以上且1,300℃以下，更优选为1,000℃以上且1,200℃以下。通过将改性炉11中的温度设为上述范围内，容易得到一氧化碳和氢气的含有率高的合成气体G1。

从改性炉11(即、气化装置2)排出的合成气体G1的温度与上述合成气体G1的温度同样，例如为900℃以上，优选为900℃以上且1,300℃以下，更优选为1,000℃以上且1,200℃以下。

从改性炉11(即、气化装置2)排出的合成气体G1包含一氧化碳和氢气。另外，合成气体G1例如包含0.1体积％以上且80体积％以下的一氧化碳，0.1体积％以上且80体积％以下的氢气。

合成气体G1中的一氧化碳浓度优选为10体积％以上且70体积％以下，更优选为20体积％以上且55体积％以下。另外，合成气体G1中的氢气浓度优选为10体积％以上且70体积％以下，更优选为20体积％以上且55体积％以下。

合成气体G1中除了氢气、一氧化碳以外，还可以包含二氧化碳、氮气、氧气等。对于合成气体G1中的二氧化碳浓度没有特别限定，优选为0.1体积％以上且40体积％以下，更优选为0.3体积％以上且30体积％以下。在通过微生物催化剂生成乙醇的情况下，二氧化碳浓度特别优选为较低，从这样的观点出发，更优选为0.5体积％以上且25体积％以下。

合成气体G1中的氮气浓度通常为40体积％以下，优选为1体积％以上且20体积％以下。

另外，合成气体G1中的氧气浓度通常为5体积％以下，优选为1体积％以下。另外，氧气浓度越低越好，可以为0体积％以上。但通常会不可避免地含有氧气，氧气浓度在实用上为0.01体积％以上。

合成气体G1中的一氧化碳、二氧化碳、氢气、氮气和氧气的浓度，可以通过适当变更废弃物的种类、气化炉10、改性炉11的温度、向气化炉11供给的供给气体的氧气浓度等燃烧条件而成为预定的范围。例如，在想要变更一氧化碳、氢气浓度的情况下，有变更为废塑料等碳氢化合物(碳和氢)的比率高的废弃物的方法等，在想要降低氮气浓度的情况下，有在气化炉10中供给氧气浓度高的气体的方法等。

另外，合成气体G1可以适当进行一氧化碳、二氧化碳、氢气和氮气各成分的浓度调整。浓度调整可以通过将这些成分中的至少一种向合成气体G1中添加而进行。

再者，上述合成气体G1中的各物质的体积％是指从气化装置2排出的合成气体G1中的各物质的体积％。

再者，在以上的说明中，对气化装置2具备气化炉10和改性炉11的形态进行了说明，但气化装置2的结构不限定于此，可以是气化炉与改性炉成为一体的装置，只要能够生成合成气体G1则可以是任意方式的气化装置。

(处理单元)

如图1所示，本实施方式中的处理单元3至少具备热交换器20和气体冷却塔21。处理单元3在气体冷却塔21的后段还具备过滤式集尘器22。处理单元3在气体冷却塔21的后段还具备水洗涤器23。

再者，本说明书中“后段”是指沿着合成气体G1的气体供给流的后段。另外，“前段”是指沿着合成气体G1的供给流的前段。合成气体G1的供给流是指合成气体G1从气化装置2排出而导入有机物质生成部30为止的合成气体G1的流动。

＜热交换器＞

从气化装置2排出的合成气体G1在热交换器20中通过。热交换器20是使用热介质将合成气体G1冷却的装置。热交换器20通过使合成气体G1的热能移动到热介质而将合成气体G1冷却。作为热交换器20优选使用锅炉。锅炉是在内部流通作为热介质的水，利用合成气体G1的热能对流通的水进行加热而形成蒸气的装置。如果使用锅炉作为热交换器20，则能够通过由锅炉产生的蒸气容易地加热其他装置，能够将合成气体G1的热能容易地再利用。

热交换器20也可以使用锅炉以外的装置，只要能够使热能从合成气体G1移动到热介质就可以是任意结构，优选合成气体G1与热介质不直接接触的隔壁方式。作为热介质，可以是气体、液体中的任一种，也可以伴随气体与液体的相变。另外，热介质也可以以在管状、板状等任意形状的流路中流通的状态使来自合成气体G1的热能移动。

如上所述，从气化装置2排出的合成气体G1例如为900℃以上的高温。因此，合成气体G1通过由热交换器20冷却，以较低的温度向气体冷却塔21供给，能够防止在气体冷却塔21中过剩地冷却。因此，能够减少在气体冷却塔21中对合成气体G1喷雾的水量，进而不需要将含水率高的合成气体G1向过滤式集尘器22、水洗涤器23供给。所以，能够抑制从气体冷却塔21向水洗涤器23的水的移动量，并且也能够防止在过滤式集尘器22中水过度凝集等。

如上所述，热交换器20将例如以900℃以上的高温供给的合成气体冷却，冷却至例如200℃以上且300℃以下、优选为240℃以上且280℃以下的温度，向气体冷却塔21供给。通过冷却为200℃以上，能够防止合成气体G1析出杂质，并且，通过设为240℃以上，能够有效防止焦油成分的析出。在将废弃物气化时，合成气体G1中包含大量焦油成分，但通过防止焦油成分的析出，能够防止在热交换器20中由焦油成分导致的堵塞。另外，通过设为300℃以下，不需要在气体冷却塔21将合成气体G1过剩地冷却。

＜气体冷却塔＞

气体冷却塔21是利用水喷雾对通过其内部的气体(合成气体G1)进行冷却的设备。气体冷却塔21在其内周面具备一个以上用于对合成气体G1喷雾水的水喷雾口24。水喷雾口24优选设置2个以上，2个以上水喷雾口24更优选在冷却塔21中设置于不同的高度位置。通过水喷雾口24设置多个并且其高度位置不同，能够利用水喷雾充分且有效地将合成气体G1冷却。

在气体冷却塔21中，优选从其上部侧导入合成气体G1，合成气体G1以成为下降气流的方式通过气体冷却塔21的内部，在通过气体冷却塔21内部的期间，利用由水喷雾口24喷雾的水进行冷却。该情况下，合成气体G1可以从气体冷却塔21的下部侧排出。

导入气体冷却塔21的合成气体G1的温度远高于100℃，而从水喷雾口24喷雾的水低于100℃。因此，合成气体G1由于该温度差而被冷却，并且，也会由于从水喷雾口24喷雾的水发生气化时的气化热而被冷却。气化了的一部分水可以以水蒸气的形式混入合成气体G1中。再者，从水喷雾口24喷雾的水在喷雾时，可以一部分或全部已经被气化。

在气体冷却塔21中，合成气体G1优选被冷却至100℃以上且200℃以下的温度，可以以上述温度范围排出到气体冷却塔21的外部。通过将合成气体G1冷却至200℃以下，能够不对后述的过滤式集尘器22造成损伤、不使集尘性能降低地利用过滤式集尘器22精制合成气体G1。另外，通过设为100℃以上，喷雾的水大部分发生气化而混入合成气体G1中。因此，在气体冷却塔21中，喷雾的水没有被大量地排水，所以不需要向气体冷却塔21导入大型的排水设备。

气体冷却塔21中喷雾的水的一部分作为液体落到气体冷却塔21的下方，可以将其回收。另外，合成气体G1中的焦炭、焦油等杂质也会通过与喷雾的水撞击而落到下方，可以将其回收。

在气体冷却塔21中，合成气体G1更优选被冷却至120℃以上且180℃以下、进一步优选被冷却至130℃以上且170℃以下的温度，可以冷却至这些温度而排出到外部。通过将合成气体G1冷却为120℃以上，能够防止在气体冷却塔21以及后述的过滤式集尘器22中，混入合成气体G1中的水大量液化。另外，通过设为180℃以下，容易进一步避免过滤式集尘器22的损伤和机能降低。

＜过滤式集尘器＞

由气体冷却塔21冷却了的合成气体G1在过滤式集尘器22中通过。过滤式集尘器22可以使用所谓的袋式过滤器，具备壳体和收纳在壳体内部的过滤材料。作为过滤材料没有特别限定，例如可使用玻璃纤维、PTFE纤维等纺布或毡等。

合成气体G1包含较多焦油、焦炭等固体杂质，但经由在过滤式集尘器22中通过可除去固体杂质。通过除去固体杂质，能够防止在过滤式集尘器22的后段的各装置中发生固体杂质堵塞。例如，在有机物质生成部30中，通常会经由分布器对反应器吹入气体，能够防止分布器中的固体杂质的堵塞。另外，通过除去固体杂质，在有机物质生成部30中容易提高微生物催化剂的活性，并且能够防止微生物催化剂由于杂质的影响而灭活，能够以高的转换效率合成有机物质。

再者，本说明书中“除去”是指通过从合成气体中将除去对象物质的一部分除去从而降低气体中的对象物质的浓度，不限定于将除去对象物质完全除去。

合成气体G1如上所述在气体冷却塔21中被冷却，由此在过滤式集尘器22中通过时的合成气体G1的温度也优选成为100℃以上且200℃以下、更优选为120℃以上且180℃以下、进一步优选为130℃以上且170℃以下的温度。因此，能够防止过滤式集尘器22被高温的合成气体G1损伤或过滤性能降低。另外，也能够防止合成气体G1中所含的合成气体G1在过滤式集尘器22中大量液化。

＜水洗涤器＞

由气体冷却塔21冷却了的合成气体G1在水洗涤器23中通过。本实施方式中，由气体冷却塔21冷却并从过滤式集尘器22排出的合成气体G1，在配置于过滤式集尘器22的后段的水洗涤器23中通过。合成气体G1中除了上述固体杂质以外还包含各种杂质，例如包含水溶性杂质。作为水溶性杂质，例如可举出硫化氢、氯化氢、氰酸等酸性气体、氨等碱性气体、NOx、SOx等氧化物。这些水溶性杂质在水洗涤器23中通过而被除去。

另外，合成气体G1中也包含BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、萘、1-萘酚、2-萘酚等油性杂质，这些也可以在水洗涤器23中被适当除去，没能由过滤式集尘器22回收的固体杂质等也可以被适当除去。

水洗涤器23只要具有使合成气体G1与水接触的结构就没有特别限定，例如图1所示，优选具有使从设置在上部的喷嘴25喷雾的水(方便起见也称为“清洗水”)与合成气体G1接触的结构。该情况下，水洗涤器23可以设置导入通路27、供给通路28、排出通路29等。另外，在水洗涤器23的下部设置用于贮存清洗水的贮存部26。贮存在贮存部26的清洗水可以由未图示的搅拌装置适当搅拌。

导入通路27是用于向水洗涤器23导入合成气体G1的路径，导入通路27的导入口27A例如设置在比洗涤器12内部的贮存部26中贮存的清洗水的液面靠上方。

供给通路28在水洗涤器23中使水循环，供给清洗水以使其与合成气体G1接触。具体而言，供给通路28在水洗涤器23的内部将贮存在贮存部26的清洗水从喷嘴25向下方喷雾，使其与合成气体G1接触。在此，供给通路28例如设有泵(未图示)，通过泵将清洗水向喷嘴25泵送。然后，清洗水在洗涤器12的内部从喷嘴25向下方喷雾。排出通路29设置在洗涤器12的上部，将与从喷嘴25喷雾的清洗水接触后的合成气体G1向外部排出。

再者，洗涤器23中使用的清洗水可以是单独的水，也可以投入适当药剂(化学品)。

另外，在水洗涤器23可以设置除去装置19。除去装置19是用于将例如清洗水中所含的杂质(油性杂质、固体杂质、水溶性杂质等)除去的装置。例如可以设置使贮存部26的水循环的循环路径，在该路径的中途设置除去装置19。作为除去装置19，例如可以将清洗水中所含的油性杂质、不溶解于清洗水中的固体杂质、溶解于清洗水中的水溶性杂质等除去。因此，除去装置19可以是油水分离装置等，可以是用于除去固体杂质的过滤器等，也可以将这些的两个以上组合，只要能够除去清洗水中所含的杂质就可以是任意结构。水洗涤器23通过设置除去装置19，防止杂质蓄积于清洗水中。

合成气体G1可以通过在水洗涤器23中与水接触而被冷却。如上所述，合成气体G1在气体冷却塔21中被冷却，以冷却至预定温度(优选为100℃以上且200℃以下，更优选为120℃以上且180℃以下，进一步优选为130℃以上且170℃以下的温度)的状态被导入水洗涤器23。

另一方面，在水洗涤器23中与合成气体G1接触的水的温度低于100℃，优选为0℃以上且40℃以下，更优选为5℃以上且30℃以下。

再者，本说明书中“与合成气体G1接触的水的温度”，在如上所述使清洗水循环而与合成气体G1接触的情况下，测定水即将与合成气体G1接触前、即、测定从喷嘴15喷雾的水(清洗水)的温度即可。另外，在如后所述对贮存的水(清洗水)导入合成气体G1的情况下，测定贮存部26中贮存的清洗水的温度即可。

合成气体G1通过在洗涤器23中与上述温度的水接触，从而在水洗涤器23中被冷却至例如低于100℃、优选为40℃以下、更优选为38℃以下的温度。这样，如果合成气体G1在水洗涤器23中被冷却至低于水的沸点的预定温度，则在气体冷却塔22中混入合成气体G1的水(水蒸气)的至少一部分被冷凝而除去。因此，即使不另外设置用于除去由于气体冷却塔22而混入的水的大型装置，也能够适当地除去水。另外，通过冷却至40℃以下，即使不另外设置冷却装置，也能够将适当的温度的合成气体G1供给到有机物质生成部。另外，在设置于水洗涤器23的后段的处理装置包含冷却装置的情况下，也能够减少该冷却装置的负荷。

再者，通过与水接触，合成气体G1例如可以被冷却至0℃以上的温度，优选被冷却至5℃以上的温度。

水洗涤器23优选设置未图示的温度控制装置，通过温度控制装置控制清洗水的温度。温度控制装置例如可以安装于供给通路28，调整在供给通路28内部流通的清洗水的温度，也可以设置在水洗涤器的外周，调整水洗涤器的贮存部26中贮存的清洗液的温度。温度控制装置可以对在供给通路28中流通的清洗水或贮存部26中贮存的清洗水等进行冷却等，成为上述范围内的温度。另外，可以适当更换贮存部26中贮存的水，使与合成气体G1接触的水的温度维持一定的温度范围。

再者，以上的说明中，对于在水洗涤器23中从喷嘴25喷雾的清洗水与合成气体G1接触的方式进行了说明，但也可以对贮存部26中贮存的清洗水导入合成气体G1。

该情况下，省略供给通路28和喷嘴25，不从喷嘴喷雾清洗水。另外，导入通路27的导入口27A配置在比贮存部26中贮存的清洗水的液面靠下方。合成气体G1可以通过与贮存部26中贮存的清洗水接触，从而将合成气体G1清洗或冷却。

在对贮存部26中贮存的清洗水导入合成气体G1的情况下，与合成气体G1接触的水的温度、合成气体G1的温度(即、导入水洗涤器23的合成气体G1的温度、冷却后的合成气体G1的温度)也如上所述。

(其他处理装置)

处理单元3可以具有除了上述的热交换器20、气体冷却塔21、过滤式集尘器22和水洗涤器23以外的处理装置。作为这样的处理装置，可以在水洗涤器23的后段设置处理装置(也称为“后段处理装置”)，在水洗涤器23中通过的精制合成气体G2可以在后段处理装置中进行适当处理后，供给到有机物质生成部30。

作为后段处理装置，例如可举出由气体冷却器等构成的水分分离装置、低温分离方式(深冷方式)的分离装置、由各种过滤器构成的微粒分离装置、脱硫装置(硫化物分离装置)、膜分离方式的分离装置、脱氧装置、变压吸附方式的分离装置(PSA)、变温吸附方式的分离装置(TSA)、变压变温吸附方式的分离装置(PTSA)、使用活性炭的分离装置、使用脱氧催化剂、具体而言是铜催化剂或钯催化剂的分离装置等。这些可以单独使用1种，也可以并用2种以上。

从水洗涤器23排出的精制合成气体G2可以通过这些后段处理装置而进一步精制。

(有机物质生成部)

如上所述，至少通过了热交换器20和气体冷却塔21的合成气体G1作为精制合成气体G2被供给到有机物质生成部30。被供给到有机物质生成部30的精制合成气体G2，优选为依次通过了热交换器20、气体冷却塔21、过滤式集尘器22和水洗涤器23的精制合成气体G2。有机物质生成部30使精制合成气体G2与微生物催化剂接触而生成有机物质。微生物催化剂优选使用气化性微生物。

有机物质生成部30具备填充有包含水和微生物催化剂的培养液的发酵槽(反应器)。向发酵槽的内部供给精制合成气体G2，精制合成气体G2在发酵槽内部转换为有机物质。有机物质优选包含乙醇。

发酵槽优选设为连续发酵装置，可以是搅拌型、气升型、气泡塔型、循环型、开放型、光电生物型中的任一种。

可以向发酵槽中连续地供给精制合成气体G2和培养液，但不需要同时供给精制合成气体G2和培养液，可以向预先供给了培养液的发酵槽中供给精制合成气体G2。合成气体G2通常经由分布器等被吹入发酵槽。

在培养微生物催化剂时使用的培养基，只要是与菌类相应的适当的组成就没有特别限定，是含有作为主成分的水和溶解或分散于该水中的营养成分(例如维生素、磷酸等)的液体。

在有机物质生成部30中，通过微生物催化剂的微生物发酵而生成有机物质，得到含有有机物质的液体。

发酵槽的温度优选控制为40℃以下。通过控制为40℃以下，不会使发酵槽中的微生物催化剂灭活，通过精制合成气体G2与微生物催化剂接触可有效地生成乙醇等有机物质。

发酵槽的温度更优选为38℃以下，另外，为了提高催化剂活性，优选为10℃以上，更优选为20℃以上，进一步优选为30℃以上。

(分离装置)

有机物质制造装置1具备用于从含有有机物质的液体中至少分离出水的分离装置31。

作为分离装置31，优选具备蒸馏装置33，更优选在蒸馏装置33的前段具备固液分离装置32。分离装置31优选将固液分离装置32与蒸馏装置33组合使用。以下，对将固液分离装置32与蒸馏装置33组合而进行的分离工序进行具体说明。

＜固液分离装置＞

在有机物质生成部30中得到的含有有机物质的液体，可以在固液分离装置32中分离成以微生物为主的固体成分和包含有机物质的液体成分。在有机物质生成部30中得到的含有有机物质的液体，除了作为目标物的有机物质以外，还包含发酵槽中所含的微生物或其遗骸等作为固体成分，因此为了将它们除去而进行固液分离。作为固液分离装置32，有过滤器、离心分离机、利用溶液沉淀法的装置等。另外，固液分离装置32可以是从含有有机物质的液体中使包含有机物质的液体成分蒸发，使其与固体成分分离的装置(例如加热干燥装置)。此时，可以使包含作为目标物的有机物质的液体成分全部蒸发，也可以以使作为目标的有机物质优先蒸发的方式使液体成分部分蒸发。

＜蒸馏装置＞

蒸馏装置33进行用于分离作为目标物的有机物质的蒸馏。蒸馏装置33利用蒸馏进行分离，由此能够以简单的操作大量且高纯度地精制有机物质。在蒸馏装置33与固液分离装置32组合而进行的分离工序中，在蒸馏装置33中进行用于从由固液分离装置32分离的液体成分中进一步分离出作为目标物的有机物质的蒸馏，由此能够大量且更高纯度地精制有机物质。

作为蒸馏装置33，可以使用公知的蒸馏塔等。另外，在蒸馏中例如可以以下述方式进行操作：即、使馏出液以高纯度包含作为目标物的有机物质(例如乙醇)，而灌装液(即、蒸馏残渣)包含水作为主成分(例如70质量％以上，优选为90质量％以上)。通过这样操作，能够将作为目标物的有机物质与水大致分离。

对于有机物质(例如乙醇)的蒸馏时的蒸馏装置33内的温度没有特别限定，优选为100℃以下，更优选为70～95℃左右。通过将蒸馏装置33内的温度设定为上述范围，能够切实地进行所需的有机物质与水等其他成分的分离。

有机物质的蒸馏时的蒸馏装置33内的压力可以为常压，优选低于大气压，更优选为60～150kPa(表压)左右。通过将蒸馏装置33内的压力设定为上述范围，能够提高有机物质的分离效率，提高有机物质的产率。

蒸馏装置33优选将通过上述热交换器20从合成气体G1中得到的热能利用于蒸馏。蒸馏装置33通过将在热交换器20中从合成气体G1得到的热能再利用，能够使有机物质的蒸馏时的蒸馏装置33内的温度上升。这样，通过蒸馏装置33将在热交换器20中从合成气体G1得到的热能再利用，能够谋求有机物质的制造工艺整体的能量使用量的降低。在热交换器20中从合成气体G1得到的热能，能够经由与热交换器20和蒸馏装置33连接的热能路径33a传递。对于热能路径33a没有特别限定，可以具有通过热介质使合成气体G1的热能从热交换器20移动到蒸馏装置33的任意结构。作为热介质，可以是气体、液体中的任一种，或者也可以伴随气体与液体的相变。另外，如上所述，热交换器20优选为锅炉，因此作为热介质优选为水蒸气。通过使用水蒸气作为热介质，容易实现合成气体G1的热能的再利用。再者，在使用水蒸气作为热介质的情况下，水蒸气的一部分可以液化。

在分离装置31中分离的水优选进行再利用，更优选被供给到气体冷却塔21，在气体冷却塔21中用于水喷雾。这样，如果将水再利用，不用将有机物质生成部30中不需要的水进行排水，从环境保护的观点和经济性的观点出发优选。另外，有机物质制造装置1可以具有与分离装置31和气体冷却塔21连接、将分离装置31中得到的水供给到气体冷却塔21的供给路径31a。对于供给路径31a没有特别限定，可以由配管等构成。另外，在分离装置31中分离的水可以进一步精制而提高纯度，再向气体冷却塔21供给。

如以上说明的那样，根据本实施方式，通过利用热交换器20将合成气体G1冷却，并利用气体冷却塔21的水喷雾将合成气体G1冷却，能够无需进行氮气、空气的吹入而将合成气体G1冷却。因此，不需要改变合成气体G1的组成就能够使合成气体G1的温度降低，能够不使微生物催化剂灭活地合成有机物质。

另外，根据本实施方式，在利用热交换器20将合成气体G1冷却后，利用气体冷却塔21的水喷雾将合成气体G1冷却，因此热交换器20部分地承担合成气体G1的冷却的职能，使气体冷却塔21的冷却的职能减少。由此，能够减少在气体冷却塔21中用于将合成气体冷却的水喷雾量，并且也能够减少从气体冷却塔21的排水量。

另外，根据本实施方式，能够将由热交换器20从合成气体G1中得到的热能用于使有机物质的蒸馏时的蒸馏装置33内的温度上升。因此，能够减少蒸馏装置33的蒸馏时从外部调配的能量，能够谋求有机物质的制造工艺整体的能量使用量的减低。

再者，在以上的实施方式中，示出了设置水洗涤器23的结构，但也可以省略水洗涤器23。在省略水洗涤器23的情况下，至少通过了气体冷却塔21和过滤式集尘器22的合成气体G1在有机物质生成部30中与微生物催化剂接触而转换为有机物质。在本实施方式中从过滤式集尘器22排出的合成气体G1典型地温度较高(例如100℃以上)，在省略水洗涤器23的情况下，可以在过滤式集尘器22的后段设置除了水洗涤器23以外的冷却装置，使从过滤式集尘器22排出的合成气体G1由除了水洗涤器23以外的冷却装置冷却。

另外，在省略水洗涤器23的情况下，在过滤式集尘器22的后段，除了冷却装置以外，可以设置选自上述后段处理装置中的一种以上处理装置，使从过滤式集尘器22排出的合成气体G1适当地由后段处理装置处理。

另外，在不需要对通过有机物质生成部30制造出的有机物质进行精制的情况、或不需要从含有有机物质的液体中分离水的情况等，可以省略分离装置31。

另外，在以上的实施方式中，示出了设置过滤式集尘器22的结构，但也可以省略过滤式集尘器22。如果省略过滤式集尘器22，则在气体冷却塔21中被冷却了的合成气体G1会在不经过过滤式集尘器22的状态下向水洗涤器23供给。例如，在废弃物中固体杂质少的情况、或如后所述以废弃物以外的物质作为原料生成合成气体的情况下，可以省略过滤式集尘器22。当然，可以省略水洗涤器23和过滤式集尘器22这两者。

如上所述，精制合成气体制造装置中的处理单元3至少具备热交换器20和气体冷却塔21，优选还具备过滤式集尘器22和水洗涤器23。另外，处理单元3中除了这些以外还可以适当具有后段处理装置等。关于它们的详细情况如上所述，因此省略其说明。

另外，在上述实施方式中，对于在气化装置2中由废弃物得到合成气体G1的方式进行了说明，但也可以在气化装置2中由废弃物以外的物质生成合成气体G1。例如，可以由天然气、煤炭、重质油、石油废气、油页岩等化石资源或废弃物以外的生物质等生成合成气体G1。另外，合成气体可以是钢铁制造工艺等各种制造工艺中的副产品气体，例如气化装置2也可以构成钢铁制造设备等。

附图标记说明

1 有机物质制造装置

2 气化装置

3 处理单元

10 气化炉

11 改性炉

20 热交换器

21 气体冷却塔

22 过滤式集尘器

23 水洗涤器

24 水喷雾口

25 喷嘴

26 贮存部

27 导入通路

28 供给通路

29 排出通路

30 有机物质生成部

31 分离装置

31a 供给路径

32 固液分离装置

33 蒸馏装置

33a 热能路径

G1 合成气体

G2 精制合成气体

Claims (18)

1.一种有机物质的制造方法，包括：

使从气化装置排出的合成气体通过热交换器而将其冷却的工序；

使由所述热交换器冷却了的合成气体通过气体冷却塔，利用在气体冷却塔内部喷雾的水将其冷却的工序；以及

使至少通过了所述热交换器和所述气体冷却塔的合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质的工序。

2.根据权利要求1所述的有机物质的制造方法，

从所述气化装置排出的所述合成气体的温度为900℃以上。

3.根据权利要求1或2所述的有机物质的制造方法，

利用所述热交换器将所述合成气体冷却至200℃以上且300℃以下的温度。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的有机物质的制造方法，

还包括使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过过滤式集尘器的工序，

使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述过滤式集尘器的所述合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的有机物质的制造方法，

还包括使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过水洗涤器的工序，

使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述水洗涤器的所述合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质。

6.根据权利要求5所述的有机物质的制造方法，

使依次通过了所述热交换器、所述气体冷却塔、所述过滤式集尘器和所述水洗涤器的所述合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质。

7.根据权利要求5或6所述的有机物质的制造方法，

在所述水洗涤器中将所述合成气体冷却至40℃以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的有机物质的制造方法，

还包括将所述有机物质蒸馏的工序，将利用所述热交换器从所述合成气体中得到的热能用于蒸馏。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的有机物质的制造方法，

所述有机物质包含乙醇。

10.一种有机物质制造装置，具备：

生成合成气体的气化装置；

使从所述气化装置排出的合成气体通过而将其冷却的热交换器；

使由所述热交换器冷却了的合成气体通过而利用水喷雾将其冷却的气体冷却塔；以及

使至少通过了所述热交换器和所述气体冷却塔的合成气体与微生物催化剂接触而生成有机物质的有机物质生成部。

11.根据权利要求10所述的有机物质制造装置，

从所述气化装置排出的所述合成气体的温度为900℃以上。

12.根据权利要求10或11所述的有机物质制造装置，

利用所述热交换器将所述合成气体冷却至200℃以上且300℃以下的温度。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的有机物质制造装置，

还具备配置在所述气体冷却塔的后段、并且使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过的过滤式集尘器，

所述有机物质生成部使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述过滤式集尘器的合成气体与所述微生物催化剂接触而生成有机物质。

14.根据权利要求10～13中任一项所述的有机物质制造装置，

还具备配置在所述气体冷却塔的后段、并且使由所述气体冷却塔冷却了的所述合成气体通过的水洗涤器，

所述有机物质生成部使至少通过了所述热交换器、所述气体冷却塔和所述水洗涤器的合成气体与所述微生物催化剂接触而生成有机物质。

15.根据权利要求14所述的有机物质制造装置，

所述有机物质生成部使依次通过了所述热交换器、所述气体冷却塔、过滤式集尘器和所述水洗涤器的合成气体与所述微生物催化剂接触而生成有机物质。

16.根据权利要求14或15所述的有机物质制造装置，

在所述水洗涤器中将所述合成气体冷却至40℃以下。

17.根据权利要求10～16中任一项所述的有机物质制造装置，

还具备将所述有机物质蒸馏的蒸馏装置，所述蒸馏装置将利用所述热交换器从所述合成气体中得到的热能用于蒸馏。

18.根据权利要求10～17中任一项所述的有机物质制造装置，

所述有机物质包含乙醇。

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