JP2005023043A - Apparatus for and method of producing dimethyl ether from organic wastes - Google Patents

Apparatus for and method of producing dimethyl ether from organic wastes Download PDF

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浩之 園部
Yoshio Seiki
義夫 清木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for and a method of efficiently producing dimethyl ether using the fermented methane gas from organic wastes. <P>SOLUTION: This apparatus is provided with a methane fermentation device 13 for obtaining the fermented methane gas (CH<SB>4</SB>) 12 by fermenting the organic wastes 11, a removal means 15 for removing impurities in the fermented methane gas 12, a reforming unit 16 for reforming the impurities-removed methane gas 14, a methanol synthesizing device 19 for synthesizing methanol (CH<SB>3</SB>OH) 18 using the reformed synthesis gas 17, and a dimethyl ether synthesis device 21 for synthesizing dimethyl ether (DME) 20 from the synthesized methanol 19. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機系廃棄物からジメチルエーテルを一貫して効率よく製造することができる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、生ごみ等の有機系廃棄物は、例えば焼却処理、埋立て処理、コンポスト(堆肥化)処理等の種々の処理方法が行われている。しかし、焼却処理は例えばダイオキシン等の汚染物質の発生があり、埋立て処理は地盤沈下や浸出水等の被害が発生し、コンポスト処理は安定した供給先が必要となるなど各々問題を含んでいる。
【0003】
このため、有機系廃棄物の有効利用として、嫌気性微生物を利用したメタン発酵処理が種々提案されている。この技術は、有機系廃棄物を例えば粉砕機等で粉砕したのち水を加えてスラリー状とし、メタン発酵菌等の嫌気性微生物によりメタンガスを発酵させるものである(特許文献1)。
【0004】
一方、天然ガスなどのメタンを主成分とした炭化水素ガスを水蒸気改質し、CO、Hを主成分とする合成ガスに転換してから,メタノール合成触媒上で、メタノールに転換する技術が種々提案されている(特許文献2)。
【0005】
また、液体メタノールを用い、触媒上でジメチルエーテルに転換する技術が種々提案されている(特許文献3)。
【0006】
【特許文献1】
特開2000−167523号公報
【特許文献2】
特開2001−97905号公報
【特許文献3】
特開2003−73320号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した技術は各々単独での事業化が推進されているが、これらを一貫して行う処理システムについての提案は現在ない。
これは、メタン発酵により得られた発酵メタンガスは気体であるため貯蔵,搬送が困難であり、装置周囲での利用に制限される、という問題がある。
【0008】
また、天然ガスからのメタノールを合成する技術は、化石燃料である天然ガスを原料とするため、設備の建設は天然ガスの産出地域に限定される、という問題がある。
【0009】
また、ジメチルエーテルを合成する技術は、液体メタノールを原料とするため、メタノールを多量に産出する地域、工場付近に限定される、あるいは工業用メタノールを運搬して使用するため運搬コストがかかるという問題がある。
【0010】
また、メタン発酵により得られた発酵メタンガスには、水蒸気改質触媒やメタノール合成触媒を被毒させる不純物が含有されているので、不純物を除去することが必要である。
【0011】
さらに、メタン発酵はその供給される有機性廃棄物の内容により、発酵メタンガスの製造量が安定しないため、この発酵メタンガスを用いて一貫してジメチルエーテルを製造するには、問題がある。すなわち、メタンを改質する場合に、発酵メタンガスを所定の圧力に圧縮する場合に、ガス量が一定でない場合には、ガスタンク等の一次貯留手段を設ける必要があり、常圧発酵ガスの場合には、大容量のタンクが必要となるという、問題がある。
【0012】
本発明は、前記問題に鑑み、有機性廃棄物からの発酵メタンガスを用いて、ジメチルエーテルを効率的に製造することができる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置及び方法を提供することを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第1の発明は、有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスを製造するメタン発酵装置と、発酵メタンガス中の不純物を除去する除去手段と、不純物を除去したメタンガスを改質する改質器と、改質されたガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、合成したメタノールからジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置とを具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置にある。
この発明によれば、発酵メタンガス中の不純物を除去装置で除去することで、メタンを改質する改質器及びメタノールやジメチルエーテルを合成する合成装置の触媒被毒を防止することができ、長期間に亙って安定して一貫合成することができる。
【0014】
第2の発明は、有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスを製造するメタン発酵装置と、発酵メタンガス中の不純物を除去する除去手段と、不純物を除去した発酵メタンガスに天然ガスを混合する混合手段と、発酵メタンガスと天然ガスとの混合メタンガスを改質する改質器と、改質されたガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、合成したメタノールからジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置とを具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置にある。
この発明によれば、不純物を除去した発酵メタンガスに天然ガスを供給するので、発酵メタンガスの発酵量に変動等があっても、常に一定のガス量を改質器に供給することができる。
【0015】
第3の発明は、有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスを製造するメタン発酵装置と、発酵メタンガスに天然ガスを混合する混合手段と、混合メタンガス中の不純物を除去する除去手段と、不純物を除去したメタンガスを改質する改質器と、改質されたガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、合成したメタノールからジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置とを具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置にある。
この発明によれば、発酵メタンガス及び天然ガス中の触媒被毒成分である不純物を除去するので、長期間に亙って安定して一貫合成することができる。
【0016】
第4の発明は、第2の発明において、天然ガスが都市ガスであり、都市ガスの付香物を除去する付香物除去装置を具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置にある。
この発明によれば、天然ガスが都市ガスの場合に、付香物を除去するので、付香物である例えば硫化水素を除去し、触媒被毒を防止することができる。
【0017】
第5の発明は、第2乃至4のいずれか一つの発明において、天然ガスのガス供給量を制御する制御手段を具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置にある。
この発明によれば、発酵メタンガスの発酵量に応じて天然ガスの供給量を制御することができる。
【0018】
第6の発明は、第5の発明において、制御手段が、発酵メタンガスの流量を計測する計測手段を有し、発酵メタンガスの発酵量の変動に応じて天然ガスの供給を制御することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置にある。
この発明によれば、発酵メタンガスの発酵量の変動に応じて天然ガスの供給を制御するので、発酵メタンガスの変動量に応じて天然ガスの供給量を制御することができる。
【0019】
第7の発明は、有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスとし、発酵メタンガス中の不純物を除去した後メタンガスを改質してメタノールを合成し、その後得られたメタノールからジメチルエーテルを合成することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法にある。
【0020】
第8の発明は、第7の発明において、発酵メタンガスのガス量に応じて天然ガスを供給することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法にある。
この発明によれば、発酵メタンガスの発酵量に応じてメタンが豊富な天然ガスを供給するので、安定したメタンの供給量を制御することができる。
【0021】
第9の発明は、第8の発明において、天然ガスが都市ガスであり、硫化水素を除去した後、発酵メタンガスに供給することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法にある。
この発明によれば、天然ガスが都市ガスの場合に、付香物を除去するので、付香物である例えば硫化水素を除去し、触媒被毒を防止することができる。
【0022】
第10の発明は、第8又は9の発明において、発酵メタンガスの流量を計測し、発酵メタンガスの発酵量の変動に応じて天然ガスの供給することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法にある。
この発明によれば、発酵メタンガスの発酵量の変動に応じて天然ガスの供給を制御するので、発酵メタンガスの変動量に応じて天然ガスの供給量を制御することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0024】
[第1の実施の形態]
図1を参照して本実施の形態にかかる装置について説明する。
図1に示すように、本実施の形態にかかる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置は、有機系廃棄物11を発酵させて発酵メタンガス(CH)12を製造するメタン発酵装置13と、発酵メタンガス12中の不純物を除去する除去手段15と、不純物を除去した不純物除去メタンガス14を改質する改質器16と、改質された合成ガス17を用いてメタノール(CHOH)18を合成するメタノール合成装置19と、合成したメタノール18からジメチルエーテル(DME)20を合成するジメチルエーテル合成装置21とを具備するものである。
【0025】
また、本実施の形態では、改質器16に供給する不純物除去メタンガス14を所定の圧力に圧縮する圧縮器22を改質器16の上流側に設けると共に、メタノール合成装置19供給する合成ガス17を所定の圧力(例えば50〜150気圧)に圧縮する圧縮器23をメタノール合成装置19の上流側に設けている。
【0026】
また、改質器16には、加熱手段を有する改質用反応管16aが設けられており、該反応管16a内には例えばニッケル系触媒等の改質触媒が充填されている。また、圧縮器22により圧縮されたガス中には、水蒸気改質反応のために、外部より所定の水蒸気24を供給している。
【0027】
また、改質器16により改質された合成ガス17中の熱を有効利用するために、熱交換器25が改質器16と合成ガス圧縮器23との間に介装されている。
【0028】
ここで、有機系廃棄物11としては、例えば下水の生汚泥、活性汚泥処理の余剰汚泥、汲み取りし尿、畜産廃棄物、パルプ工場廃水、各種食品工業(パン酵母製造、果実加工、製糖、デンプン製造、ワイン、ビール等のアルコール類製造等)の排水、発酵工業水など、あらゆるものが含まれる。
【0029】
上記メタン発酵装置13では、嫌気性発酵により、メタンを発生させるものであり、公知の嫌気性微生物の代謝活性を利用して、有機廃棄物を処理するようにしている。
【0030】
上記メタン発酵装置13により得られた発酵メタンガス12中の触媒被毒物質である例えばS成分等の不純物を除去する除去手段15としては、乾式法による除去手段及び湿式法による除去手段を挙げることができる。乾式法による除去手段としては、例えば活性炭等の吸着材を用いた除去手段を挙げることができる。一方、湿式法による除去手段としては、例えばアミン吸着液等の吸着液を用いた除去手段を挙げることができる。また、両者の手段を組み合わせるようにしてもよい。
【0031】
不純物を除去された不純物除去メタンガス14は圧縮器22により所定圧に圧縮され、その後水蒸気24が供給された後、改質器16に導入される。不純物除去メタンガス14は、改質器16の反応管16a内で十分に高い温度(例えば850〜900℃)に加熱される。ここで不純物除去メタンガス14を加熱するのは、前記改質器16での改質反応が吸熱反応であるためである。
【0032】
改質器16の反応管16aに供給された不純物除去メタンガス14は、その反応管16a内の触媒の存在下でメタンが主に水蒸気改質され、下記「化1」に示す式(1)、(2)に従って水素、一酸化炭素および二酸化炭素を含む合成ガスが生成される。
【0033】
[化1]
CH+HO→CO+3H ・・・(1)
CO+HO→CO+H ・・・(2)
【0034】
前記改質反応の式(1),(2)において、メタン1モルと水蒸気2モルの反応で水素4モル、二酸化炭素1モルが生成される。ただし、実際の反応系では反応管の出口の温度、圧力から決まる化学反応平衡組成に近い組成が得られる。
【0035】
前記改質器16で生成された高温合成ガス17は、流路に介装された熱交換器25において例えばボイラ水を加熱し、高圧の水蒸気を発生させるようにしている。
【0036】
前記熱交換器25で熱交換された合成ガス17は、合成ガス圧縮器23により所定圧(例えば50〜150気圧)に圧縮され、その後メタノール合成用装置19に至る。
【0037】
前記メタノール合成装置19では、銅,亜鉛等のメタノール合成触媒の存在下で下記「化2」に示す式(3),(4)に示す反応により合成されたメタノール18を含む生成物が得られる。
【0038】
[化2]
CO+2H→CHOH ・・・(3)
CO+3H→CHOH+HO ・・・(4)
【0039】
合成されたメタノールはジメチルエーテル合成装置21において、アルミナ等の脱水触媒の存在下で、下記「化3」に示す式(5)に示す反応によりジメチルエーテル20を含む生成物となる。
【0040】
[化3]
2CHOH→CHOCH+HO ・・・(5)
【0041】
上述したような構成により、メタン発酵装置13において発生した発酵メタンガス12中の不純物(例えばS成分等)を除去手段15により、除去することにより、触媒被毒が解消され、長期間安定して有機系廃棄物11からメタノール(CHOH)18を経由してジメチルエーテル(DME)20を合成することができる。
【0042】
[第2の実施の形態]
本実施の形態では、第1の実施の形態において、天然ガスを供給するようにしたものである。図2に本実施の形態にかかる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置の概略を示す。なお、図1に示した第1の実施の形態にかかる装置と重複する部材については、同一番号を付してその説明は省略する。
先ず、本実施の形態では、メタン発酵装置13により発生した発酵メタンガス12のガス量は投入するゴミ等の種類は発酵条件により変動するような場合があるので、この変動に応じて、メタンガスが多量に含まれる天然ガスを供給するようにしたものである。
この天然ガスとしては、例えば組成が一定の都市ガスを例示することができ、特に都市部において廃棄物処理によるメタン発酵設備があるような場所では、簡便に天然ガスを得ることができる。
【0043】
図2は、第1の実施の形態の装置において、都市ガス31を供給する場合を示し、都市ガス31に付香されている付香物を除去する付香物除去手段32が設けられている。そして、付香物を除去した都市ガスを、発酵メタンガス中の不純物を除去したメタンガス14のガス流路34に供給し、その混合部35において両者を混合している。
【0044】
これにより、メタン発酵装置13において、発酵メタンガス量に変動があった場合でも、都市ガス等の天然ガスを供給することで、常に所定量のガスを圧縮器22に供給することができる。
【0045】
また、従来のように、発酵ガスを一時的に貯留するための大型の発酵ガスタンク等を設けることがないので、装置全体のコンパクト化を図ることができる。
なお、天然ガスのガス供給量の供給は、発酵ガスの不足分に応じて天然ガスの供給量を制御する図示しない制御手段により行うようにすればよい。
【0046】
[第3の実施の形態]
本実施の形態では、第2実施の形態において、都市ガス31を発酵メタンガス12に予め混合し、その後発酵メタンガス中の不純物と都市ガス中の付香物とを除去手段により、除去するようにしたものである。図3に本実施の形態にかかる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置の概略を示す。なお、図1に示した第1の実施の形態にかかる装置と重複する部材については、同一番号を付してその説明は省略する。
【0047】
図3は、第2の実施の形態の装置において、都市ガス31を発酵メタンガスに予め混合する場合を示し、組成が一定の都市ガス31を発酵メタンガス12のガス流路42に供給し、混合部43において両者を混合して混合ガス40を得ている。
【0048】
また、本実施の形態では、発酵メタンガス12のガス量と都市ガス31の供給ガス量とを計測する計測手段である流量計F、Fをガス流路42、44に設置し、発酵ガス量の変化に応じて都市ガスのガス供給量を調整する。
【0049】
これにより、発酵メタンガスの発酵量を流量計Fで確認しつつ、常に最適なメタン量となるように、流量計Fでメタンガス供給量を調整するので、圧縮器22に常に所定量を供給することになり、圧縮器の能力を最適化することができ、安定した圧縮ガス量を改質器16に供給することができる。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、有機系廃棄物から得られた発酵メタンガス中の触媒被毒成分を除去し、安定した合成ガスを生成することができ、さらにはメタノールからジメチルエーテルの合成においても触媒被毒がなく安定して合成することができ、有機系廃棄物からジメチルエーテルまでを一貫して製造することができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置を示す図である。
【図2】第2の実施の形態にかかる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置を示す図である。
【図3】第3の実施の形態にかかる有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置を示す図である。
【符号の説明】
11 有機系廃棄物
12 発酵メタンガス
13 メタン発酵装置
14 不純物除去メタンガス
15 不純物除去手段
16 改質器
17 合成ガス
18 メタノール
19 メタノール合成装置
20 ジメチルエーテル
21 ジメチルエーテル合成装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and a method for producing dimethyl ether from organic waste, which can consistently and efficiently produce dimethyl ether from organic waste.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various treatment methods such as incineration treatment, landfill treatment, and compost (composting) treatment have been performed on organic waste such as garbage. However, the incineration process generates pollutants such as dioxins, the landfill process has problems such as land subsidence and leachate, and the compost process requires a stable supply destination. .
[0003]
For this reason, various methane fermentation processes using anaerobic microorganisms have been proposed as effective utilization of organic waste. In this technique, organic waste is pulverized by, for example, a pulverizer and then added to form a slurry, and methane gas is fermented by anaerobic microorganisms such as methane fermentation bacteria (Patent Document 1).
[0004]
Meanwhile, a hydrocarbon gas composed mainly of methane, such as natural gas steam reforming, CO, from the conversion of H 2 in the synthesis gas mainly composed, on the methanol synthesis catalyst, a technology for converting methanol Various proposals have been made (Patent Document 2).
[0005]
Various techniques for converting liquid dimethyl ether on a catalyst using liquid methanol have been proposed (Patent Document 3).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-167523 A [Patent Document 2]
JP 2001-97905 A [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-73320
[Problems to be solved by the invention]
However, although the above-mentioned technologies are being commercialized independently, there is currently no proposal for a processing system that consistently performs them.
This is because the fermented methane gas obtained by methane fermentation is a gas, so that it is difficult to store and transport, and is limited to use around the apparatus.
[0008]
In addition, since the technology for synthesizing methanol from natural gas uses natural gas, which is a fossil fuel, as a raw material, there is a problem that the construction of facilities is limited to the region where natural gas is produced.
[0009]
In addition, since the technology for synthesizing dimethyl ether uses liquid methanol as a raw material, it is limited to areas that produce a large amount of methanol, in the vicinity of factories, or to transport and use industrial methanol. is there.
[0010]
Moreover, since the fermentation methane gas obtained by methane fermentation contains impurities that poison the steam reforming catalyst and the methanol synthesis catalyst, it is necessary to remove the impurities.
[0011]
Furthermore, methane fermentation has a problem in consistently producing dimethyl ether using this fermented methane gas because the amount of fermented methane gas produced is not stable due to the content of the organic waste supplied. That is, when reforming methane, when compressing fermented methane gas to a predetermined pressure, if the amount of gas is not constant, it is necessary to provide a primary storage means such as a gas tank. However, there is a problem that a large capacity tank is required.
[0012]
This invention makes it a subject to provide the dimethyl ether manufacturing apparatus and method from organic waste which can manufacture dimethyl ether efficiently using the fermentation methane gas from organic waste in view of the said problem. .
[0013]
[Means for Solving the Problems]
1st invention which solves the subject mentioned above is a methane fermentation apparatus which ferments organic waste and manufactures fermentation methane gas, a removal means which removes impurities in fermentation methane gas, and reforms methane gas from which impurities were removed Dimethyl ether from organic waste, comprising: a reformer that synthesizes methanol using the reformed gas; and a dimethyl ether synthesizer that synthesizes dimethyl ether from the synthesized methanol. In production equipment.
According to this invention, by removing impurities in the fermented methane gas with a removal device, it is possible to prevent catalyst poisoning of a reformer that reforms methane and a synthesis device that synthesizes methanol or dimethyl ether. Therefore, it is possible to synthesize consistently and stably.
[0014]
The second invention is a methane fermentation apparatus for producing fermented methane gas by fermenting organic waste, a removing means for removing impurities in the fermented methane gas, and a mixing means for mixing natural gas into the fermented methane gas from which impurities have been removed. A reformer that reforms mixed methane gas of fermented methane gas and natural gas, a methanol synthesizer that synthesizes methanol using the reformed gas, and a dimethyl ether synthesizer that synthesizes dimethyl ether from the synthesized methanol It is in the dimethyl ether manufacturing apparatus from the organic waste characterized by comprising.
According to this invention, since natural gas is supplied to the fermentation methane gas from which impurities have been removed, a constant gas amount can always be supplied to the reformer even if the fermentation amount of the fermentation methane gas varies.
[0015]
The third invention is a methane fermentation apparatus for fermenting organic waste to produce fermented methane gas, a mixing means for mixing natural gas into the fermented methane gas, a removing means for removing impurities in the mixed methane gas, and impurities. An organic apparatus comprising: a reformer that reforms the removed methane gas; a methanol synthesizer that synthesizes methanol using the reformed gas; and a dimethyl ether synthesizer that synthesizes dimethyl ether from the synthesized methanol. It is in the dimethyl ether production equipment from the system waste.
According to the present invention, since impurities that are catalyst poisoning components in the fermented methane gas and natural gas are removed, stable and consistent synthesis can be achieved over a long period of time.
[0016]
According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the natural gas is city gas, and a fragrance removal device for removing the fragrance of the city gas is provided. In the device.
According to the present invention, when the natural gas is city gas, the scented product is removed, so that the scented product such as hydrogen sulfide can be removed and catalyst poisoning can be prevented.
[0017]
According to a fifth invention, in any one of the second to fourth inventions, there is provided an apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, comprising control means for controlling a gas supply amount of natural gas.
According to this invention, the supply amount of natural gas can be controlled according to the fermentation amount of fermented methane gas.
[0018]
A sixth invention is characterized in that, in the fifth invention, the control means has a measuring means for measuring the flow rate of the fermentation methane gas, and controls the supply of natural gas according to the fluctuation of the fermentation amount of the fermentation methane gas. It is in dimethyl ether production equipment from organic waste.
According to this invention, since supply of natural gas is controlled according to the fluctuation | variation of the fermentation amount of fermentation methane gas, the supply amount of natural gas can be controlled according to the fluctuation | variation amount of fermentation methane gas.
[0019]
The seventh invention is to ferment organic waste into fermented methane gas, remove impurities in the fermented methane gas, modify the methane gas to synthesize methanol, and then synthesize dimethyl ether from the obtained methanol. The feature is a method for producing dimethyl ether from organic waste.
[0020]
According to an eighth invention, in the seventh invention, there is provided a method for producing dimethyl ether from organic waste, characterized in that natural gas is supplied according to the amount of fermented methane gas.
According to the present invention, since natural gas rich in methane is supplied according to the fermentation amount of fermented methane gas, the stable supply amount of methane can be controlled.
[0021]
A ninth invention is the method for producing dimethyl ether from organic waste, characterized in that, in the eighth invention, the natural gas is a city gas and hydrogen sulfide is removed and then supplied to the fermented methane gas.
According to the present invention, when the natural gas is city gas, the scented product is removed, so that the scented product such as hydrogen sulfide can be removed and catalyst poisoning can be prevented.
[0022]
A tenth aspect of the invention is the production of dimethyl ether from organic waste according to the eighth or ninth aspect, wherein the flow rate of the fermentation methane gas is measured, and natural gas is supplied according to the change in the fermentation amount of the fermentation methane gas. Is in the way.
According to this invention, since supply of natural gas is controlled according to the fluctuation | variation of the fermentation amount of fermentation methane gas, the supply amount of natural gas can be controlled according to the fluctuation | variation amount of fermentation methane gas.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Although the form of this invention is demonstrated below, this invention is not limited to these embodiment.
[0024]
[First Embodiment]
The apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the dimethyl ether production apparatus from the organic waste according to the present embodiment includes a methane fermentation apparatus 13 that ferments an organic waste 11 to produce fermented methane gas (CH 4 ) 12, and a fermentation. Methanol (CH 3 OH) 18 is synthesized using removal means 15 for removing impurities in methane gas 12, reformer 16 for reforming impurity-removed methane gas 14 from which impurities have been removed, and reformed synthesis gas 17. And a dimethyl ether synthesizer 21 that synthesizes dimethyl ether (DME) 20 from the synthesized methanol 18.
[0025]
In the present embodiment, a compressor 22 that compresses the impurity-removed methane gas 14 supplied to the reformer 16 to a predetermined pressure is provided on the upstream side of the reformer 16, and the synthesis gas 17 supplied to the methanol synthesizer 19. Is provided upstream of the methanol synthesizer 19. The compressor 23 is compressed to a predetermined pressure (for example, 50 to 150 atmospheres).
[0026]
The reformer 16 is provided with a reforming reaction tube 16a having a heating means, and the reaction tube 16a is filled with a reforming catalyst such as a nickel-based catalyst. In addition, a predetermined water vapor 24 is supplied from the outside to the gas compressed by the compressor 22 for the steam reforming reaction.
[0027]
In addition, a heat exchanger 25 is interposed between the reformer 16 and the synthesis gas compressor 23 in order to effectively use the heat in the synthesis gas 17 reformed by the reformer 16.
[0028]
Here, as the organic waste 11, for example, raw sewage sludge, surplus sludge from activated sludge treatment, pumped urine, livestock waste, pulp mill waste water, various food industries (bakery yeast production, fruit processing, sugar production, starch production) , Wastewater from the production of alcohol such as wine and beer) and fermented industrial water.
[0029]
The methane fermentation apparatus 13 generates methane by anaerobic fermentation, and treats organic waste by utilizing the metabolic activity of known anaerobic microorganisms.
[0030]
Examples of the removing means 15 for removing impurities such as S component which are catalyst poisoning substances in the fermented methane gas 12 obtained by the methane fermentation apparatus 13 include a removing means by a dry method and a removing means by a wet method. it can. Examples of the removing means by the dry method include a removing means using an adsorbent such as activated carbon. On the other hand, examples of the removing means by a wet method include a removing means using an adsorbing liquid such as an amine adsorbing liquid. Moreover, you may make it combine both means.
[0031]
The impurity-removed methane gas 14 from which impurities have been removed is compressed to a predetermined pressure by the compressor 22, and then steam 24 is supplied and then introduced into the reformer 16. The impurity-removed methane gas 14 is heated to a sufficiently high temperature (for example, 850 to 900 ° C.) in the reaction tube 16a of the reformer 16. The reason why the impurity-removed methane gas 14 is heated is that the reforming reaction in the reformer 16 is an endothermic reaction.
[0032]
The impurity-removed methane gas 14 supplied to the reaction tube 16a of the reformer 16 is mainly steam-reformed in the presence of the catalyst in the reaction tube 16a, and the formula (1) shown in the following “chemical formula 1”, According to (2), a synthesis gas containing hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide is generated.
[0033]
[Chemical 1]
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)
[0034]
In the reforming formulas (1) and (2), 4 moles of hydrogen and 1 mole of carbon dioxide are generated by the reaction of 1 mole of methane and 2 moles of steam. However, in an actual reaction system, a composition close to the chemical reaction equilibrium composition determined from the temperature and pressure at the outlet of the reaction tube can be obtained.
[0035]
The high-temperature synthesis gas 17 generated by the reformer 16 heats boiler water, for example, in a heat exchanger 25 interposed in the flow path, and generates high-pressure steam.
[0036]
The synthesis gas 17 heat-exchanged by the heat exchanger 25 is compressed to a predetermined pressure (for example, 50 to 150 atmospheres) by the synthesis gas compressor 23 and then reaches the methanol synthesis apparatus 19.
[0037]
In the methanol synthesizer 19, a product containing methanol 18 synthesized by the reaction shown in the following formulas (3) and (4) shown in the following “chemical formula 2” in the presence of a methanol synthesis catalyst such as copper and zinc is obtained. .
[0038]
[Chemical formula 2]
CO + 2H 2 → CH 3 OH (3)
CO 2 + 3H 2 → CH 3 OH + H 2 O (4)
[0039]
The synthesized methanol becomes a product containing dimethyl ether 20 in the dimethyl ether synthesizer 21 in the presence of a dehydration catalyst such as alumina, by the reaction shown in the following formula (5).
[0040]
[Chemical formula 3]
2CH 3 OH → CH 3 OCH 3 + H 2 O (5)
[0041]
With the configuration as described above, catalyst poisoning is eliminated by removing impurities (for example, S component) in the fermentation methane gas 12 generated in the methane fermentation apparatus 13 by the removing means 15, and organically stable for a long period of time. Dimethyl ether (DME) 20 can be synthesized from the system waste 11 via methanol (CH 3 OH) 18.
[0042]
[Second Embodiment]
In the present embodiment, natural gas is supplied in the first embodiment. FIG. 2 shows an outline of an apparatus for producing dimethyl ether from organic waste according to the present embodiment. In addition, about the member which overlaps with the apparatus concerning 1st Embodiment shown in FIG. 1, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
First, in the present embodiment, the amount of fermented methane gas 12 generated by the methane fermentation apparatus 13 may vary depending on the fermentation conditions, such as the type of garbage to be charged. The natural gas contained in is supplied.
As this natural gas, for example, city gas having a constant composition can be exemplified, and natural gas can be easily obtained particularly in a place where there is a methane fermentation facility by waste treatment in an urban area.
[0043]
FIG. 2 shows a case in which the city gas 31 is supplied in the apparatus of the first embodiment, and a fragrance removal means 32 for removing the fragrance attached to the city gas 31 is provided. . And the city gas which removed the fragrance | flavor is supplied to the gas flow path 34 of the methane gas 14 which removed the impurity in fermentation methane gas, and both are mixed in the mixing part 35. FIG.
[0044]
Thereby, even if there is a change in the amount of fermented methane gas in the methane fermentation apparatus 13, a predetermined amount of gas can always be supplied to the compressor 22 by supplying natural gas such as city gas.
[0045]
Moreover, since the large-sized fermentation gas tank etc. for temporarily storing fermentation gas are not provided unlike the past, the whole apparatus can be made compact.
The supply of the natural gas may be performed by a control means (not shown) that controls the natural gas supply according to the shortage of fermentation gas.
[0046]
[Third Embodiment]
In the present embodiment, in the second embodiment, the city gas 31 is mixed with the fermentation methane gas 12 in advance, and then impurities in the fermentation methane gas and perfumes in the city gas are removed by the removing means. Is. FIG. 3 shows an outline of an apparatus for producing dimethyl ether from organic waste according to the present embodiment. In addition, about the member which overlaps with the apparatus concerning 1st Embodiment shown in FIG. 1, the same number is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
[0047]
FIG. 3 shows a case where the city gas 31 is premixed with the fermented methane gas in the apparatus of the second embodiment, and the city gas 31 having a constant composition is supplied to the gas flow path 42 of the fermented methane gas 12, and the mixing unit In 43, both are mixed and the mixed gas 40 is obtained.
[0048]
In the present embodiment, flow meters F 1 and F 2 , which are measuring means for measuring the amount of fermentation methane gas 12 and the amount of city gas 31 supplied, are installed in the gas flow paths 42 and 44, and the fermentation gas The gas supply amount of city gas is adjusted according to the amount change.
[0049]
As a result, the methane gas supply amount is adjusted by the flow meter F 2 so that the optimum amount of methane is always obtained while confirming the fermentation amount of the fermented methane gas with the flow meter F 1 , so that a predetermined amount is always supplied to the compressor 22. As a result, the capacity of the compressor can be optimized, and a stable amount of compressed gas can be supplied to the reformer 16.
[0050]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to remove the catalyst poisoning component in the fermented methane gas obtained from the organic waste, and to generate a stable synthesis gas. Further, in the synthesis of dimethyl ether from methanol, there is no catalyst poisoning. Therefore, it is possible to synthesize it stably and consistently produce from organic waste to dimethyl ether.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus for producing dimethyl ether from organic waste according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing an apparatus for producing dimethyl ether from organic waste according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an apparatus for producing dimethyl ether from organic waste according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Organic waste 12 Fermentation methane gas 13 Methane fermentation apparatus 14 Impurity removal methane gas 15 Impurity removal means 16 Reformer 17 Synthesis gas 18 Methanol 19 Methanol synthesis apparatus 20 Dimethyl ether 21 Dimethyl ether synthesis apparatus

Claims (10)

有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスを製造するメタン発酵装置と、
発酵メタンガス中の不純物を除去する除去手段と、
不純物を除去したメタンガスを改質する改質器と、
改質されたガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、
合成したメタノールからジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置とを具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置。
A methane fermentation device that ferments organic waste to produce fermented methane gas;
Removing means for removing impurities in the fermentation methane gas;
A reformer for reforming methane gas from which impurities have been removed;
A methanol synthesizer that synthesizes methanol using the modified gas; and
An apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, comprising: a dimethyl ether synthesis apparatus for synthesizing dimethyl ether from synthesized methanol.
有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスを製造するメタン発酵装置と、
発酵メタンガス中の不純物を除去する除去手段と、
不純物を除去した発酵メタンガスに天然ガスを混合する混合手段と、
発酵メタンガスと天然ガスとの混合メタンガスを改質する改質器と、
改質されたガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、
合成したメタノールからジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置とを具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置。
A methane fermentation device that ferments organic waste to produce fermented methane gas;
Removing means for removing impurities in the fermentation methane gas;
Mixing means for mixing natural gas with fermented methane gas from which impurities have been removed;
A reformer for reforming mixed methane gas of fermented methane gas and natural gas;
A methanol synthesizer that synthesizes methanol using the modified gas; and
An apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, comprising: a dimethyl ether synthesis apparatus for synthesizing dimethyl ether from synthesized methanol.
有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスを製造するメタン発酵装置と、
発酵メタンガスに天然ガスを混合する混合手段と、
混合メタンガス中の不純物を除去する除去手段と、
不純物を除去したメタンガスを改質する改質器と、
改質されたガスを用いてメタノールを合成するメタノール合成装置と、
合成したメタノールからジメチルエーテルを合成するジメチルエーテル合成装置とを具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置。
A methane fermentation device that ferments organic waste to produce fermented methane gas;
Mixing means for mixing natural gas with fermented methane gas;
Removing means for removing impurities in the mixed methane gas;
A reformer for reforming methane gas from which impurities have been removed;
A methanol synthesizer that synthesizes methanol using the modified gas; and
An apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, comprising: a dimethyl ether synthesis apparatus for synthesizing dimethyl ether from synthesized methanol.
請求項2又は3において、
天然ガスが都市ガスであり、都市ガスの付香物を除去する付香物除去装置を具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置。
In claim 2 or 3,
An apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, characterized in that natural gas is city gas, and a scented material removing device for removing a scented material from city gas is provided.
請求項2乃至4のいずれか一つにおいて、
天然ガスのガス供給量を制御する制御手段を具備することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置。
In any one of Claims 2 thru | or 4,
An apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, comprising a control means for controlling a gas supply amount of natural gas.
請求項5において、
制御手段が、発酵メタンガスの流量を計測する計測手段を有し、発酵メタンガスの発酵量の変動に応じて天然ガスの供給を制御することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造装置。
In claim 5,
An apparatus for producing dimethyl ether from organic waste, wherein the control means has measuring means for measuring the flow rate of the fermented methane gas and controls the supply of natural gas according to the fluctuation of the fermentation amount of the fermented methane gas.
有機系廃棄物を発酵させて発酵メタンガスとし、発酵メタンガス中の不純物を除去した後メタンガスを改質してメタノールを合成し、その後得られたメタノールからジメチルエーテルを合成することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法。Organic waste is characterized by fermenting organic waste into fermented methane gas, removing impurities in the fermented methane gas, modifying the methane gas to synthesize methanol, and then synthesizing dimethyl ether from the resulting methanol Method for producing dimethyl ether from product. 請求項7において、
発酵メタンガスのガス量に応じて天然ガスを供給することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法。
In claim 7,
A method for producing dimethyl ether from organic waste, characterized by supplying natural gas according to the amount of fermented methane gas.
請求項8において、
天然ガスが都市ガスであり、硫化水素を除去した後、発酵メタンガスに供給することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法。
In claim 8,
A method for producing dimethyl ether from organic waste, characterized in that natural gas is city gas and hydrogen sulfide is removed and then fed to fermented methane gas.
請求項8又は9において、
発酵メタンガスの流量を計測し、発酵メタンガスの発酵量の変動に応じて天然ガスの供給することを特徴とする有機系廃棄物からのジメチルエーテル製造方法。
In claim 8 or 9,
A method for producing dimethyl ether from organic waste, characterized in that the flow rate of fermented methane gas is measured, and natural gas is supplied according to fluctuations in the fermentation amount of fermented methane gas.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006205135A (en) * 2005-01-31 2006-08-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Complex waste disposal system

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