JP2007131465A - 流体有機化合物の処理方法及び処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】出発原料である流体有機化合物を、反応層に吸着させて、反応気体の存在下で行う分解改質処理を行って改質ガスを得る流体有機化合物の処理方法。(1)反応層をマイクロ波発熱物質で形成するとともに、反応層に常温にて流体有機化合物を吸着させる流体吸着工程と、(2)流体有機化合物の供給を停止した状態で、反応層をマイクロ波加熱手段によって加熱しながら反応気体を供給して、流体有機化合物の分解改質を行う分解改質工程と、(3)反応層を、マイクロ波加熱手段によって加熱してマイクロ波発熱物質の再生処理を行う反応層再生処理工程との、三工程を順次繰り返して行う。
【選択図】図2
Description
反応層の少なくとも一部にマイクロ波を吸収して発熱する物質(以下「マイクロ波発熱物質」という。)で形成するとともに、反応層に常温にて有機化合物を吸着させる流体吸着工程と、
流体有機化合物の供給を停止した状態で、反応層をマイクロ波加熱手段によって前記流体有機化合物の分解改質が可能な第一設定温度に加熱又は維持しながら前記反応気体を供給し、有機化合物の分解改質を行なう分解改質工程と、
さらに、前記反応層を、マイクロ波加熱手段によって前記第一設定温度より高温の第二設定温度に加熱又は維持しながら、マイクロ波発熱物質の再生処理を行う反応層再生工程との、
三工程を順次繰り返して行なうことを特徴とする。
2CnH2n+2+(3n+1)O2→2nCO2+2(n+1)H2O+Q1
2)脂肪族炭化水素の水蒸気による改質・・・
CnH2n+2+nH2O→nCO+(2n+1)H2−Q2
3)脂肪族炭化水素の二酸化炭素による改質・・・
CnH2n+2+nCO2→2nCO+2(n+1)H2−Q3
4)脂肪族炭化水素の一酸化炭素による改質・・・
CH4+CO→C2H2+H2O−Q4
C2H6+CO+H2O→2CH3COOH−Q4´
5)脂肪族アルコールの水蒸気による改質・・・
CnH2n+1(OH)+nH2O→nCO2+(2n+1)H2−Q5
これらの反応は、1)を除いていずれも吸熱反応であり、加熱により右側への反応が促進される。
7)CO選択酸化反応・・・CO+1/2O2→CO2+Q7
上記構成において、第一設定温度は100〜600℃とし、第二設定温度は200〜900℃の範囲から、流体有機化合物及び反応気体の種類、及び、改質ガスの種類に応じて適宜選定する。
前記反応層を備えた処理容器と流体供給手段とマイクロ波加熱手段とを備え、
前記処理容器は、少なくとも一部に前記流体有機化合物の吸着機能を有するマイクロ波発熱物質を含む反応層を内部に備えるとともに、前記流体有機化合物又は前記反応気体を供給する流体入口部と前記改質ガスを排出するガス出口部とを備え、
前記流体供給手段は、前記流体有機化合物及び反応気体を独立的に送り込み可能に前記流体入口部に接続し、
前記マイクロ波加熱手段は、前記反応層を前記分解改質処理及び前記反応層の再生処理の各設定温度に加熱・維持可能に設けている、ことを特徴とする。
前記複数の処理容器は、配列順に原料の流体入口部を備えた原料吸着容器、前記反応気体の流体入口部及び前記マイクロ波加熱手段を備えた分解改質容器、及び前記マイクロ波加熱手段を備えた再生処理容器とし、
前記分解改質容器及び/又は再生処理容器は改質ガス排出口を備え、さらに、前記再生処理容器の前記充填粒体の流出口は、前記原料吸着容器の前記充填粒体の導入口と、再生後の前記充填粒体を戻し可能に接続されている構成である。
図1に本発明で使用する流体有機化合物の処理装置における処理容器一個(反応層単一)タイプの概念図を示す。
図3に同じく処理容器複数個タイプで反応層非移動型(固定型)の概念図を示す。なお、図例中、図1と同一部分については、同一図符号を、対応部分については、接尾記号(大文字アルファベット)を付して、それらの説明の全部又は一部を省略する。
原料用第一切替え弁15Aにより、原料供給配管23を第一処理容器13Aのみと導通させる。このとき、反応気体用の第一切替え弁16Aは全閉位置にあるとともに、マイクロ波加熱手段17Aは起動していない(オフである)。
原料用の第一・第二切替え弁15A、15Bにより、原料供給配管23を第二処理容器13Bのみと導通させるとともに、反応気体用の第一・第二切替え弁16A、16Bにより、反応気体供給配管25を第一処理容器13Aのみと導通させ、さらに、第一処理容器13Aのマイクロ波加熱手段17Aをオン(通電状態)とする。
原料用の第一・第二切替え弁15A、15Bにより、原料供給配管23を第三処理容器13Cのみと導通させるとともに、反応気体用の第一・第二切替え弁16A、16Bにより、反応気体供給配管25を第一・第二処理容器13A、13Bのみと導通させ、さらに、第一処理容器13Aのマイクロ波加熱手段17Aとともに、第二処理容器13Bのマイクロ波加熱手段17Bもオンとする。
再び、第一工程と同様にして、原料供給配管23を第一処理容器13Aのみと導通させる。このとき、反応気体供給配管25は、第二・第三処理容器13B、13Cのみの導通に切り替えて、第一マイクロ波加熱手段17Aをオフとする(第二・第三マイクロ波加熱手段17B、17Cはオンのまま)。このときまでに、第一反応層11Aは、反応層再生工程が終了するような設定となっている。
図5に、充填粒体で形成され該充填粒体を導入・排出可能な移動型とした前記反応層を直列に複数個設けた例を示す。
本発明で使用する金属酸化物やそれらの複合体が良好なマイクロ波特性を示すことを裏付けるために行った試験について説明する。
その結果を示す図7から、α−アルミナを除き、β−アルミナ、カルシウムフェライト等の各原料粉末は良好なマイクロ波特性を示すことが確認できた。
11A・・・第一反応層
11B・・・第二反応層
11C・・・第三反応層
13・・・処理容器
13A・・・第一処理容器
13B・・・第二処理容器
13C・・・第三処理容器
17・・・マイクロ波加熱手段
17A、117A・・・第一マイクロ波加熱手段
17B、117B・・・第二マイクロ波加熱手段
17C・・・第三マイクロ波加熱手段
19、119A・・・流体入口部
21、21A、21B、21C、121A、121B・・・改質ガス出口部
113A・・・原料吸着容器(処理容器)
113B・・・分解改質容器(処理容器)
113C・・・再生処理容器(処理容器)
Claims (19)
- 原料である流体有機化合物を反応層に吸着させて、H2O、CO2、CO及びO2の群から選択される少なくとも1種以上の反応気体の存在下で分解反応及び/又は改質反応による処理(以下「分解改質処理」という。)を行って改質ガスを得る流体有機化合物の処理方法において、
前記反応層の少なくとも一部にマイクロ波を吸収し発熱する物質(以下「マイクロ波発熱物質」という。)で形成するとともに、前記反応層に前記流体有機化合物を供給して、常温にて前記流体有機化合物を吸着させる流体吸着工程と、
前記流体有機化合物の供給を停止した状態で、前記反応層をマイクロ波加熱手段によって前記流体有機化合物の分解改質が可能な第一設定温度に加熱又は維持しながら前記反応気体を供給し、前記流体有機化合物の分解改質処理を行う分解改質工程と、
さらに、前記反応層を、マイクロ波加熱手段によって前記第一設定温度より高温の第二設定温度に加熱又は維持しながら前記反応層の再生処理を行う反応層再生工程との、
三工程を順次繰り返して行うことを特徴とする流体有機化合物の処理方法。 - 前記第一設定温度が100〜600℃であり、前記第二設定温度が200〜900℃であることを特徴とする請求項1記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記反応層が単一であることを特徴とする請求項1又は2記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記反応層を並列に複数個設け、前記吸着工程を順次、別の反応層で順送りし、時間差を設けて行うことを特徴とする請求項1又は2記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記反応層を直列に複数個設け、該各反応層を充填粒体で形成し、該充填粒体を前記反応層の配列順に、連続的又は間欠的に移動させて、前記各反応層で前記吸着工程、前記分解改質工程及び反応層再生工程の全工程、又は、前記吸着工程と該吸着工程以外の前記二工程とを、それぞれ固定的かつ実体的に担わせて連続処理し、さらに、前記排出された充填粒体を最前段の前記反応層へ再導入することを特徴とする請求項1又は2記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記反応層の少なくとも一部を、前記流体有機化合物の分解触媒成分とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記マイクロ波発熱物質が、金属酸化物、金属炭化物若しくは炭素又はそれらの複合体から選択される1種又は2種以上からなるもの又はそれらを主体とするものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記マイクロ波発熱物質としての金属酸化物が、遷移金属酸化物の群並びにアルミニウム、鉛、インジウム及び錫からなる典型金属酸化物の群から1種又は2種以上選択されるものであることを特徴とする請求項7記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記金属酸化物が、β−アルミナ、γ−アルミナ、酸化チタン、酸化鉄、酸化ジルコニウム又は酸化セリウムであることを特徴とする請求項8記載の流体有機化合物の処理方法。
- 前記マイクロ波発熱物質としての複合体が、赤泥、無機汚泥、クリンカ(石炭ボトムアッシュ)、カルシウムフェライト、酸化鉄含有汚泥、煙道・ボイラースケール処理後ブラスト材、アルミドロス、焼却灰、ゼオライト、アルミン酸ナトリウム及び石炭フライアッシュの群から1種又は2種以上選択されることを特徴とする請求項7記載の流体有機化合物の処理方法。
- 原料である流体有機化合物を、反応層に吸着させた状態で、反応気体の存在下で分解改質処理して改質ガスを得、さらに、前記反応層の再生処理をする機能を備えた処理装置において、
前記反応層を備えた処理容器と流体供給手段とマイクロ波加熱手段とを備え、
前記処理容器は、少なくとも一部に前記流体有機化合物の吸着機能を有するマイクロ波発熱物質を含む反応層を内部に備えるとともに、前記流体有機化合物又は前記反応気体を供給する流体入口部と前記改質ガスを排出するガス出口部とを備え、
前記流体供給手段は、前記流体有機化合物及び反応気体を独立的に送り込み可能に前記流体入口部に接続し、
前記マイクロ波加熱手段は、前記反応層を前記分解改質処理及び前記反応層の再生処理の各設定処理温度に加熱・維持可能に設けた、
ことを特徴とする流体有機化合物の処理装置。 - 前記反応層が単一であることを特徴とする請求項11記載の流体有機化合物の処理装置。
- 前記反応層を備えた前記処理容器を複数個並列に配し、
前記流体供給手段が、前記各処理容器内の反応層に、前記流体有機化合物及び前記反応気体を別々に又は同時に供給可能な制御機構を有することを特徴とする請求項11記載の流体有機化合物の処理装置。 - 前記充填粒体により形成された反応層を備えた前記処理容器を複数個、直列に配するとともに、それらの処理容器相互間を配列順に前記充填粒体を連続的又は間欠的に移動させる移動手段によって接続し、
前記複数個の処理容器が、配列順に原料の流体入口部を備えた原料吸着容器、前記反応気体の流体入口部及び前記マイクロ波加熱手段を備えた分解改質容器、及び前記マイクロ波加熱手段を備えた再生処理容器からなり、
前記分解改質容器及び/又は再生処理容器は改質ガス排出口を備え、さらに、前記再生処理容器の前記充填粒体の流出口は、前記原料吸着容器の前記充填粒体の導入口と、再生後の前記充填粒体を戻し可能となるように接続することを特徴とする請求項11記載の流体有機化合物の処理装置。 - 前記分解改質容器と前記再生処理容器とが同一容器であることを特徴とする請求項14記載の流体有機化合物の処理装置。
- 前記マイクロ波発熱物質が、金属酸化物、金属炭化物もしくは炭素又はそれらの複合体から選択される1種または2種以上からなる、又はそれらを主体とするものであることを特徴とする請求項11〜15のいずれかに記載の流体有機化合物の処理装置。
- 前記マイクロ波発熱物質としての金属酸化物が、遷移金属酸化物及びアルミニウム、鉛、インジウム、錫の典型金属酸化物の群から選択されるものであることを特徴とする請求項16記載の流体有機化合物の処理装置。
- 前記金属酸化物が、β−アルミナ、γ−アルミナ、酸化チタン、酸化鉄、酸化ジルコニウム又は酸化セリウムであることを特徴とする請求項17記載の流体有機化合物の処理装置。
- 前記マイクロ波発熱物質としての複合体が、赤泥、無機汚泥、クリンカ(石炭ボトムアッシュ)、カルシウムフェライト、酸化鉄含有汚泥、煙道・ボイラースケール処理後ブラスト材、アルミドロス、焼却灰、ゼオライト、アルミン酸ナトリウム及び石炭フライアッシュの群から1種又は2種以上選択されることを特徴とする請求項16記載の流体有機化合物の処理装置。
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