JP2008192423A - Treatment method of glycerin, and treatment device of glycerin - Google Patents

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信介 森光
Kimihiko Sugiura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a treatment method of glycerin and its treatment device wherein this has an energetic advantage and this is effective in environmental aspect. <P>SOLUTION: This is the treatment device of glycerin which is equipped with a blending part 8 in which glycerin 1a is blended with a discharge gas which contains carbon dioxide and steam formed in a molten carbonate type fuel cell 5, a reaction container 2 to which molten carbonate 2a is supplied, in which glycerin mixture from this blending part 8 is housed, and in which a fuel gas is generated that contains hydrogen and carbon monoxide, and the molten carbonate type fuel cell 5 which generates electric power while supplying the fuel gas generated in this reaction container 2 to the negative electrode side 5a. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、グリセリンをガス化して再利用するグリセリンの処理方法及びグリセリンの処理装置に関し、詳しくは、溶融炭酸塩を用いてグリセリンをガス化して燃料電池の燃料ガスとすることで、発電に利用できるグリセリンの処理方法、及びグリセリンの処理装置に関する。   The present invention relates to a glycerin treatment method and a glycerin treatment apparatus for gasifying and reusing glycerin, and more specifically, for use in power generation by gasifying glycerin using molten carbonate to form a fuel gas for a fuel cell. The present invention relates to a glycerin treatment method and a glycerin treatment apparatus.

菜種、ひまわり等の植物油もしくは廃食用油と、メタノール、エタノールなどの短鎖アルコールとのエステル交換反応により生成する脂肪酸エステルが、軽油代替燃料として実用化されている。この反応では、エステル交換により脂肪酸エステルが生成されると共に、グリセリンが副生する。   Fatty acid esters produced by a transesterification reaction between vegetable oils such as rapeseed and sunflower or waste edible oils and short-chain alcohols such as methanol and ethanol have been put into practical use as light oil alternative fuels. In this reaction, fatty acid ester is generated by transesterification and glycerin is by-produced.

エステル交換反応には、一般的に触媒として水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのアルカリ触媒が用いられ、副生グリセリン中に残存する。このアルカリ触媒を含んだ副生グリセリンの処理に関しては、アルコール除去、中和処理、塩除去をおこない、さらに精製をおこないグリセリンとして回収する方法や、非特許文献1に記載されているように、リン酸添加による中和処理によりリン酸二水素カリウムなどに変換し、アルカリ分を肥料とするプロセスがある。   In the transesterification reaction, an alkali catalyst such as sodium hydroxide or potassium hydroxide is generally used as a catalyst and remains in the byproduct glycerin. Regarding the treatment of by-product glycerin containing this alkali catalyst, alcohol removal, neutralization treatment, salt removal, and further purification and recovery as glycerin, as described in Non-Patent Document 1, There is a process of converting to potassium dihydrogen phosphate or the like by neutralization treatment with acid addition and using alkali as a fertilizer.

しかし、これらの方法は処理コストが高く、また大量の廃水が発生するなどの理由から、あまり環境及び経済性の面で有用な方法ではない。   However, these methods are not very useful in terms of environment and economy because of high processing costs and generation of a large amount of waste water.

そのため、副生グリセリンのほとんどが産業廃棄物として焼却処理されている。また、特許文献1においては、副生グリセリンを水蒸気にてガス化し、発生したH、COの合成ガスを元にメタノール合成反応をおこない、メタノールとして回収する方法が提案されている。 For this reason, most of the by-product glycerin is incinerated as industrial waste. Patent Document 1 proposes a method of gasifying by-product glycerin with water vapor, performing a methanol synthesis reaction based on the generated synthesis gas of H 2 and CO, and recovering it as methanol.

しかし、前記の焼却処理、及び前記のガス化の方法においては、混入しているアルカリ触媒が微粉灰となり大量のダスト除去が必要になる。以上のように、脂肪酸エステルの製造における副生グリセリンの処理に関しては、エネルギー、環境の面から効果的な方法が無いという問題があった。   However, in the incineration process and the gasification method, the mixed alkali catalyst becomes fine ash and a large amount of dust needs to be removed. As described above, regarding the treatment of by-product glycerin in the production of fatty acid ester, there is a problem that there is no effective method from the viewpoint of energy and environment.

北川尚美ら「バイオディーゼル燃料製造技術−現状と展望−」化学工学第70巻第8号(2006年8月5日発行)Naomi Kitagawa et al. “Biodiesel Fuel Production Technology-Current Status and Prospects”, Chemical Engineering Vol. 70, No. 8 (issued on August 5, 2006) 特開2005−154647号公報JP 2005-154647 A

そこで、本発明の目的は、エネルギー的に有利で環境の面からも効果的なグリセリンの処理方法、及びグリセリンの処理装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for treating glycerin and an apparatus for treating glycerin that are advantageous in terms of energy and effective from the viewpoint of the environment.

上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。
即ち、本発明のグリセリンの処理方法は、溶融炭酸塩形燃料電池で生成した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスを、グリセリンと混合してグリセリン混合物を得る工程と、このグリセリン混合物を溶融炭酸塩に供給して、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを発生させる工程と、この燃料ガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池の陰極側に供給しつつ陽極側に酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給して発電を行うことで、前記陰極側で前記排出ガスを生成させる工程とを有することを特徴とする。
The above object can be achieved by the present invention as described below.
That is, the method for treating glycerin according to the present invention comprises a step of mixing an exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor generated in a molten carbonate fuel cell with glycerin to obtain a glycerin mixture, and converting the glycerin mixture into molten carbonate. Supplying a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide, and supplying a gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side while supplying the fuel gas to the cathode side of the molten carbonate fuel cell. And generating the exhaust gas on the cathode side by performing power generation.

本発明のグリセリンの処理方法によると、グリセリン混合物が水蒸気を含むため、溶融炭酸塩に供給することで水素及び一酸化炭素を効率良く発生させることができ、これを溶融炭酸塩形燃料電池の燃料ガスとすることで発電(電気エネルギー生成)に利用できる。また、溶融炭酸塩形燃料電池で生成した高温の二酸化炭素及び水蒸気は、グリセリンに混合して利用することができるため、排出ガスを少なくでき、しかも排熱利用が可能なためエネルギー的に有利になる。更に、グリセリンにアルカリ金属が含まれる場合でも、溶融炭酸塩で効率良く除去できるため、アルカリ金属の処理も特に必要としない。その結果、エネルギー的に有利で環境の面からも効果的なグリセリンの処理方法を提供できる。   According to the glycerin treatment method of the present invention, since the glycerin mixture contains water vapor, hydrogen and carbon monoxide can be efficiently generated by supplying the molten carbonate to the molten carbonate fuel cell. It can be used for power generation (electric energy generation) by using gas. In addition, the high-temperature carbon dioxide and water vapor generated in the molten carbonate fuel cell can be mixed with glycerin and used, so the exhaust gas can be reduced and the exhaust heat can be used, which is advantageous in terms of energy. Become. Furthermore, even when an alkali metal is contained in glycerin, it can be efficiently removed with molten carbonate, so that no special treatment of alkali metal is required. As a result, it is possible to provide a method for treating glycerin that is energetically advantageous and effective from the environmental viewpoint.

本発明は、溶融炭酸塩でアルカリ金属を効率良く除去できるため、混合されるグリセリンがアルカリ金属を含有するものである場合に特に有効となる。   Since the alkali metal can be efficiently removed with molten carbonate, the present invention is particularly effective when the glycerin to be mixed contains an alkali metal.

また、前記溶融炭酸塩が、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、又は炭酸カリウムの2種以上を含む溶融炭酸塩であることが好ましい。このような混合溶融炭酸塩を用いることで、溶融炭酸塩形燃料電池の電解質組成(一般に共晶混合物が用いられる)に近づけることができ、溶融炭酸塩が飛散する場合でもその影響を小さくすることができる。また、用いる溶融炭酸塩の融点を下げることも可能になる。その観点から、用いる溶融炭酸塩は共晶炭酸塩であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said molten carbonate is a molten carbonate containing 2 or more types of lithium carbonate, sodium carbonate, or potassium carbonate. By using such mixed molten carbonate, it is possible to approach the electrolyte composition of a molten carbonate fuel cell (generally eutectic mixture is used), and even when molten carbonate is scattered, its effect should be reduced. Can do. It is also possible to lower the melting point of the molten carbonate used. From this viewpoint, the molten carbonate used is preferably a eutectic carbonate.

一方、本発明のグリセリンの処理装置は、溶融炭酸塩形燃料電池で生成した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスをグリセリンと混合する混合部と、この混合部からのグリセリン混合物が収容した溶融炭酸塩に供給されて、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを発生させる反応容器と、この反応容器で発生した燃料ガスを陰極側に供給しつつ陽極側に酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給して発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池とを備えることを特徴とする。   On the other hand, the processing apparatus for glycerin according to the present invention includes a mixing unit for mixing exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor generated in a molten carbonate fuel cell with glycerin, and a molten carbonate containing a glycerin mixture from the mixing unit. A reaction vessel for generating a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide, and supplying a gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side while supplying the fuel gas generated in the reaction vessel to the cathode side. And a molten carbonate fuel cell for generating electric power.

本発明のグリセリンの処理装置によると、混合部からのグリセリン混合物が水蒸気を含むため、反応容器に収容した溶融炭酸塩に供給することで、水素及び一酸化炭素を効率良く発生させることができる。これを溶融炭酸塩形燃料電池の燃料ガスとすることで発電(電気エネルギー生成)に利用できる。また、炭酸塩形燃料電池で生成した高温の二酸化炭素及び水蒸気は、グリセリンに混合して利用することができるため、排出ガスを少なくでき、しかも排熱利用が可能なためエネルギー的に有利になる。更に、グリセリンにアルカリ金属が含まれる場合でも、溶融炭酸塩で効率良く除去できるため、アルカリ金属の処理も特に必要としない。その結果、エネルギー的に有利で環境の面からも効果的なグリセリンの処理装置を提供できる。   According to the glycerin processing apparatus of the present invention, since the glycerin mixture from the mixing section contains water vapor, hydrogen and carbon monoxide can be efficiently generated by supplying the molten carbonate contained in the reaction vessel. By using this as the fuel gas of the molten carbonate fuel cell, it can be used for power generation (electric energy generation). In addition, the high-temperature carbon dioxide and water vapor generated in the carbonate fuel cell can be mixed with glycerin, so that the exhaust gas can be reduced and the exhaust heat can be used, which is advantageous in terms of energy. . Furthermore, even when an alkali metal is contained in glycerin, it can be efficiently removed with molten carbonate, so that no special treatment of alkali metal is required. As a result, it is possible to provide an apparatus for treating glycerin that is advantageous in terms of energy and effective from the viewpoint of the environment.

本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明のグリセリンの処理装置の一例の概略構成図を示す。まず、本発明のグリセリンの処理装置の概略について説明する。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1: shows the schematic block diagram of an example of the processing apparatus of the glycerol of this invention. First, the outline | summary of the processing apparatus of the glycerol of this invention is demonstrated.

本発明のグリセリンの処理装置は、図1に示すように、溶融炭酸塩形燃料電池5と、その排出ガスをグリセリン1aと混合する混合部8と、溶融炭酸塩2aを収容する反応容器2とを備える。   As shown in FIG. 1, the glycerin treatment apparatus of the present invention includes a molten carbonate fuel cell 5, a mixing unit 8 for mixing the exhaust gas with glycerin 1a, and a reaction vessel 2 containing molten carbonate 2a. Is provided.

混合部8は、溶融炭酸塩形燃料電池5で生成した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスをグリセリン1aと混合する部分である。本実施形態では、グリセリンタンク1からグリセリン供給ポンプ3を用いてグリセリン1aを供給するグリセリン供給手段を備える例を示す。   The mixing unit 8 is a part that mixes exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor generated in the molten carbonate fuel cell 5 with glycerin 1a. In this embodiment, an example provided with the glycerol supply means which supplies glycerol 1a using the glycerol supply pump 3 from the glycerol tank 1 is shown.

排出ガスの供給管には、流量調節弁7が設けられ、供給する排出ガスの流量調節を行うことができる。また、排出ガスの供給管は、混合部8においてグリセリン供給手段からの供給管と合流している。   The exhaust gas supply pipe is provided with a flow rate adjusting valve 7 to adjust the flow rate of the exhaust gas to be supplied. Further, the exhaust gas supply pipe merges with the supply pipe from the glycerin supply means in the mixing section 8.

反応容器2には、溶融炭酸塩2aを収容しており、混合部8からのグリセリン混合物が供給管を経て溶融炭酸塩2aに供給され、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを発生させる。反応容器2には、溶融炭酸塩2aの導出が可能なように、開閉弁2bを有する導出管2c が設けられている。   The reaction vessel 2 contains the molten carbonate 2a, and the glycerin mixture from the mixing unit 8 is supplied to the molten carbonate 2a through the supply pipe to generate fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide. The reaction vessel 2 is provided with a lead-out pipe 2c having an on-off valve 2b so that the molten carbonate 2a can be led out.

反応容器2には、溶融炭酸塩形燃料電池5の陰極側5aに接続した燃料ガスの供給管2dを備えており、これを介して発生した燃料ガスが陰極側5aに供給される。   The reaction vessel 2 is provided with a fuel gas supply pipe 2d connected to the cathode side 5a of the molten carbonate fuel cell 5, through which fuel gas generated is supplied to the cathode side 5a.

溶融炭酸塩形燃料電池5は、燃料ガスを陰極側5aに供給しつつ、陽極側5cに酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給して発電を行うものである。溶融炭酸塩形燃料電池5は、公知のものが何れも使用でき、例えば、溶融炭酸塩5mを備え、陽極側5cには前記ガスの供給管と排出管とが接続されると共に、陰極側5aには燃料ガスの供給管2dと排出管とが接続されているものが例示される。溶融炭酸塩5mとしては、反応容器2の溶融炭酸塩2aとして例示したものが挙げられる。   The molten carbonate fuel cell 5 performs power generation by supplying a gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side 5c while supplying fuel gas to the cathode side 5a. As the molten carbonate fuel cell 5, any known one can be used. For example, the molten carbonate fuel cell 5 includes a molten carbonate 5m, the anode side 5c is connected to the gas supply pipe and the discharge pipe, and the cathode side 5a. The fuel gas supply pipe 2d and the discharge pipe are connected to each other. Examples of the molten carbonate 5 m include those exemplified as the molten carbonate 2 a of the reaction vessel 2.

本実施形態では、陽極側5cに酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給する手段として、空気供給手段である空気ブロア6からの空気と陰極側5aから排出される排出ガスの一部とを混合して燃焼させる燃焼器5bを備える例を示す。このように、陰極側5aからの排出ガスを燃焼させることにより、溶融炭酸塩形燃料電池5の陽極側5cの反応に必要な二酸化炭素を生成させることができる。   In the present embodiment, as means for supplying gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side 5c, air from the air blower 6 as air supply means and a part of the exhaust gas discharged from the cathode side 5a are mixed. An example provided with the combustor 5b to be burned is shown. Thus, by burning the exhaust gas from the cathode side 5a, carbon dioxide required for the reaction on the anode side 5c of the molten carbonate fuel cell 5 can be generated.

排出ガスの一部を燃焼器5bに供給するための供給管には、逆止弁9が設けられている。これにより、燃焼器5bからのガスの逆流を防止している。   A check valve 9 is provided in a supply pipe for supplying a part of the exhaust gas to the combustor 5b. Thereby, the backflow of the gas from the combustor 5b is prevented.

次に、本発明のグリセリンの処理方法ついて説明するが、本発明のグリセリンの処理方法は、本発明のグリセリンの処理装置によって好適に実施することができる。   Next, although the processing method of glycerol of this invention is demonstrated, the processing method of glycerol of this invention can be implemented suitably with the processing apparatus of glycerol of this invention.

本発明のグリセリンの処理方法は、溶融炭酸塩形燃料電池5で生成した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスを、グリセリン1aと混合してグリセリン混合物を得る工程を有する。   The method for treating glycerin according to the present invention includes a step of mixing the exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor generated in the molten carbonate fuel cell 5 with glycerin 1a to obtain a glycerin mixture.

処理されるグリセリンは、アルカリ金属を含有しないものでもよいが、本発明では溶融炭酸塩でアルカリ金属を効率良く除去できるため、混合されるグリセリンがアルカリ金属を含有するものである場合に、本発明が特に有効となる。   The glycerin to be treated may not contain an alkali metal, but in the present invention, since the alkali metal can be efficiently removed with a molten carbonate, the present invention is used when the glycerin to be mixed contains an alkali metal. Is particularly effective.

アルカリ金属を含有するグリセリンとしては、菜種、ひまわり等の植物油もしくは廃食用油と、メタノール、エタノールなどの短鎖アルコールとのエステル交換反応により副生するグリセリンが挙げられる。   Examples of the glycerin containing an alkali metal include glycerin produced as a by-product by a transesterification reaction between a vegetable oil such as rapeseed or sunflower or waste edible oil and a short-chain alcohol such as methanol or ethanol.

溶融炭酸塩形燃料電池5の陰極側反応で生成した排出ガスは、二酸化炭素及び水蒸気の混合ガス(一部水素、一酸化炭素含有)である。その排出ガスの一部の供給量を流量調節弁7により、グリセリン1aの供給量と連動して調節しながら、混合部8に供給する。   The exhaust gas generated by the cathode side reaction of the molten carbonate fuel cell 5 is a mixed gas of carbon dioxide and water vapor (partially containing hydrogen and carbon monoxide). A part of the supply amount of the exhaust gas is supplied to the mixing unit 8 while being adjusted by the flow rate control valve 7 in conjunction with the supply amount of glycerin 1a.

溶融炭酸塩形燃料電池5の陰極側5aを出る際の排出ガス温度は、例えば600〜700℃であり、ガス化反応の加熱源として利用でき、排熱の有効利用につながるため、エネルギー効率が向上する。このような高温の排出ガスにより、混合したグリセリン1aの分解や気化が生じ得る。   The exhaust gas temperature when exiting the cathode side 5a of the molten carbonate fuel cell 5 is, for example, 600 to 700 ° C., and can be used as a heat source for gasification reaction, leading to effective use of exhaust heat. improves. Such high-temperature exhaust gas can cause decomposition and vaporization of the mixed glycerin 1a.

グリセリン1aと排出ガスとを混合する際の混合比は、グリセリン1aのガス化をガス化装置内での炭素析出抑制と、後段の燃料電池において、反応式(2)を促進する観点から、グリセリン100重量部に対して、水蒸気が50〜500重量部となるのが好ましく、100〜200重量部となるのがより好ましい。   The mixing ratio when mixing the glycerin 1a and the exhaust gas is glycerin from the viewpoint of promoting the reaction formula (2) in the gasification of the glycerin 1a and suppressing the carbon deposition in the gasifier. The water vapor is preferably 50 to 500 parts by weight, more preferably 100 to 200 parts by weight with respect to 100 parts by weight.

本発明のグリセリンの処理方法は、このグリセリン混合物を溶融炭酸塩2aに供給して、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを発生させる工程を有する。溶融炭酸塩2aが、グリセリン混合物のガス化触媒として活性を有していることを実験で確認された。   The processing method of glycerol of this invention has the process of supplying this glycerol mixture to molten carbonate 2a, and generating the fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide. It was confirmed by experiments that the molten carbonate 2a has activity as a gasification catalyst for a glycerin mixture.

本発明は、グリセリンを溶融床にてガス化するものであるが、例えば、溶融床によるガス化に関しては、水酸化ナトリウムを反応媒体としてガス化する方法が考えられる。しかし、アルカリ水酸化物は活性が高すぎるためハンドリングが悪く、また使用中に炭酸塩と変化するため融点の上昇が懸念される。これに対し、本発明では、溶融塩に炭酸塩を使用し、随時二酸化炭素が供給されるため炭酸塩として安定であり、このような問題が生じない。   In the present invention, glycerin is gasified in a molten bed. For example, regarding gasification by a molten bed, a method of gasifying sodium hydroxide as a reaction medium is conceivable. However, alkali hydroxides are too high in activity and therefore poor in handling, and change to carbonates during use, so there is a concern that the melting point will rise. On the other hand, in the present invention, carbonate is used as the molten salt, and carbon dioxide is supplied as needed, so that it is stable as carbonate, and such a problem does not occur.

溶融炭酸塩2aとしては、リチウム、ナトリウム、又はカリウム等のアルカリ金属を含有する炭酸塩が好ましく、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、又は炭酸カリウムの2種以上を含む溶融炭酸塩がより好ましい。   The molten carbonate 2a is preferably a carbonate containing an alkali metal such as lithium, sodium, or potassium, and more preferably a molten carbonate containing two or more of lithium carbonate, sodium carbonate, or potassium carbonate.

炭酸塩は単独で使用すると、融点が高く(炭酸リチウムで724℃、炭酸ナトリウムで855℃、炭酸カリウムで900℃)、材料の制約を受けやすい。そのため、これらの塩を2種以上混合することにより、共晶炭酸塩とすると融点は下がるため好ましい。   When carbonate is used alone, it has a high melting point (724 ° C. for lithium carbonate, 855 ° C. for sodium carbonate, 900 ° C. for potassium carbonate), and is susceptible to material limitations. Therefore, it is preferable to mix eutectic carbonates by mixing two or more of these salts because the melting point is lowered.

溶融炭酸塩2aを用いることで、グリセリンに混入するアルカリ触媒を溶融塩中にトラップすることができる。また、共晶炭酸塩は溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC)の電解質(例えば62%LiCO−38%KCO)でもあるため、万が一溶融塩が飛散した時も、MCFC においては全く影響を受けないため、溶融塩ガス化により発生した燃料ガス(H、CO)を用いて高効率で発電が可能となる。 By using the molten carbonate 2a, the alkali catalyst mixed in glycerin can be trapped in the molten salt. Eutectic carbonate is also an electrolyte for molten carbonate fuel cells (MCFC) (for example, 62% Li 2 CO 3 -38% K 2 CO 3 ), so in the unlikely event that molten salt scatters, Since it is not affected at all, it is possible to generate power with high efficiency using fuel gas (H 2 , CO) generated by molten salt gasification.

溶融炭酸塩2aの温度は、600〜900℃が好ましく、700〜800℃がより好ましい。従って、反応容器2には、このように温度調節可能な加熱手段を備えることが好ましい。900℃を超えると、溶融炭酸塩2aの飛散が顕著になり、また放熱が大きくエネルギーロスが大きくなる傾向がある。   The temperature of the molten carbonate 2a is preferably 600 to 900 ° C, more preferably 700 to 800 ° C. Therefore, the reaction vessel 2 is preferably provided with a heating means capable of adjusting the temperature in this way. When the temperature exceeds 900 ° C., the molten carbonate 2a is significantly scattered, and heat dissipation tends to be large, resulting in a large energy loss.

例えばグリセリン1aに、エステル交換反応触媒であるKOHが含まれる場合、Kが蓄積されると溶融炭酸塩2aのLiとKの比率が変化して融点が変化するため、適宜LiCOを補給してLi/K比を調節しても良い。また余剰の溶融炭酸塩2aは導出管2cより抜き出しても良い。 For example, when KOH that is a transesterification reaction catalyst is contained in glycerin 1a, if K is accumulated, the ratio of Li and K in molten carbonate 2a changes and the melting point changes, so that Li 2 CO 3 is appropriately replenished. Then, the Li / K ratio may be adjusted. Excess molten carbonate 2a may be extracted from the outlet tube 2c.

本発明のグリセリンの処理方法は、この燃料ガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池5の陰極側5aに供給しつつ陽極側5cに酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給して発電を行うことで、前記陰極側5aで前記排出ガスを生成させる工程を有する。   The glycerin treatment method of the present invention performs power generation by supplying a gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side 5c while supplying this fuel gas to the cathode side 5a of the molten carbonate fuel cell 5. Generating the exhaust gas on the cathode side 5a.

反応容器2で発生した水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスは、溶融炭酸塩形燃料電池5の陰極側5aに供給され、水素に関しては、反応式(1)にて反応が進行する。また、一酸化炭素に関しては、燃料ガス中に含まれる水蒸気、及び反応式(1)にて発生する水蒸気を用いて、反応式(2)のシフト反応により水素を生成し、反応式(1)にて反応が進行する。一部の一酸化炭素は、反応式(3)にて反応が進行する。反応式(1)、(2)及び(3)後のガスは、前述した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスになるため、このガスの一部をガス化剤として利用する。   The fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide generated in the reaction vessel 2 is supplied to the cathode side 5a of the molten carbonate fuel cell 5, and the reaction of hydrogen proceeds according to the reaction formula (1). Further, with respect to carbon monoxide, hydrogen is generated by the shift reaction of reaction formula (2) using water vapor contained in the fuel gas and water vapor generated in reaction formula (1), and reaction formula (1) The reaction proceeds at. Some carbon monoxide proceeds in the reaction formula (3). Since the gas after the reaction formulas (1), (2) and (3) becomes an exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor as described above, a part of this gas is used as a gasifying agent.

反応式(1): H+CO 2− → HO+CO+2e
反応式(2): CO+HO → H+CO
反応式(3): CO+CO 2− → 2CO+2e
一方、陽極側5bでは、反応式(4)にて反応が進行する。反応式(1)、(3)により生成した電子は、外部に接続された負荷又は抵抗を通り、反応式(4)にて電子は消費され、外部に電力を供給する。
Reaction formula (1): H 2 + CO 3 2− → H 2 O + CO 2 + 2e
Reaction formula (2): CO + H 2 O → H 2 + CO 2
Reaction formula (3): CO + CO 3 2− → 2CO 2 + 2e
On the other hand, on the anode side 5b, the reaction proceeds according to the reaction formula (4). The electrons generated by the reaction formulas (1) and (3) pass through a load or resistance connected to the outside, and the electrons are consumed in the reaction formula (4) to supply power to the outside.

反応式(4): CO+1/2O+2e → CO 2−
このため、溶融炭酸塩形燃料電池5の陽極側5bには、酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給される。このガスは、陰極側5aからの排出ガスの一部を、空気ブロア6によって供給された空気と混合し、未反応分の水素及び一酸化炭素を燃焼させて、酸素及び二酸化炭素を含むガスとしたものである。
Reaction formula (4): CO 2 + 1 / 2O 2 + 2e → CO 3 2−
For this reason, a gas containing oxygen and carbon dioxide is supplied to the anode side 5 b of the molten carbonate fuel cell 5. This gas is obtained by mixing a part of the exhaust gas from the cathode side 5a with the air supplied by the air blower 6, burning unreacted hydrogen and carbon monoxide, and containing oxygen and carbon dioxide. It is a thing.

以上のように、本発明により、植物油のメチルエステル化反応においてアルカリ触媒を含有する副生グリセリンを、中和や精製といった余計な工程を必要とせず、かつアルカリ灰を出さずに高効率発電の燃料として処分することができ、エネルギー有効利用ができる。また、ガス化により発生したガスは溶融炭酸塩形燃料電池と組み合わせることで、ガス化時における溶融塩の飛散を吸収し、精製にかかる機器点数の削減やランニングコストの削減に寄与できる。また、溶融炭酸塩形燃料電池の溶融塩飛散防止策(フィルターやスクラバーなど)を講じれば、副生グリセリン溶融炭酸塩ガス化ガスは、ガスエンジン燃料やメタノール合成原料として利用することも可能である。   As described above, according to the present invention, the by-product glycerin containing an alkali catalyst in the methyl esterification reaction of vegetable oil does not require an extra step such as neutralization or purification, and does not generate alkaline ash, thereby achieving high efficiency power generation. It can be disposed of as fuel and energy can be used effectively. Further, by combining the gas generated by gasification with a molten carbonate fuel cell, it is possible to absorb the scattering of the molten salt during gasification and contribute to the reduction in the number of equipment required for purification and the reduction in running costs. In addition, by taking measures to prevent molten salt scattering (filters, scrubbers, etc.) in molten carbonate fuel cells, by-product glycerin molten carbonate gasification gas can be used as gas engine fuel and methanol synthesis raw material. .

〔別実施の形態〕
(1)前述の実施形態では、ポンプを用いたグリセリン供給手段の例を示したが、液面の高低差を利用してグリセリンを供給する供給手段や、エジェクターを用いる供給手段など、グリセリンを供給できるものであれば何れでもよい。
[Another embodiment]
(1) In the above-described embodiment, an example of a glycerin supply unit using a pump has been described. However, glycerin is supplied, such as a supply unit that supplies glycerin using a liquid level difference or a supply unit that uses an ejector. Any can be used.

(2)前述の実施形態では、混合部を経たグリセリン混合物を、溶融炭酸塩中にバブリングする例を示したが、グリセリン混合物と溶融炭酸塩とが接触可能であれば、何れの供給方法でもよい。   (2) In the above-described embodiment, an example in which the glycerin mixture that has passed through the mixing unit is bubbled into the molten carbonate has been shown, but any supply method may be used as long as the glycerin mixture and the molten carbonate can be contacted. .

(3)前述の実施形態では、図1に示すように、陽極側5cにガスを供給する手段として、空気供給手段である空気ブロア6からの空気と陰極側5aから排出される排出ガスの一部とを混合して燃焼させる燃焼器5bを備える例を示したが、陽極側5cに供給する酸素及び二酸化炭素を含むガスは、陰極側5aからの排出ガスを利用せずに供給してもよい。その場合、二酸化炭素をガスボンベから供給したり、別の燃料を用いて燃焼により発生させた二酸化炭素を供給する方法が挙げられる。   (3) In the above-described embodiment, as shown in FIG. 1, as the means for supplying gas to the anode side 5c, air from the air blower 6 as air supply means and exhaust gas discharged from the cathode side 5a are used. Although the example provided with the combustor 5b which mixes and burns with the part was shown, the gas containing the oxygen and carbon dioxide supplied to the anode side 5c may be supplied without using the exhaust gas from the cathode side 5a Good. In that case, there is a method of supplying carbon dioxide from a gas cylinder or supplying carbon dioxide generated by combustion using another fuel.

以下、本発明の効果を確認するための実験例について説明する
実験例
実験例として、溶融炭酸塩をガス化触媒としたガス化反応の例を示す。実施例における実験装置の概略構成図を図2に示す。
Hereinafter, an experimental example for confirming the effect of the present invention will be described. Experimental Example As an experimental example, an example of a gasification reaction using a molten carbonate as a gasification catalyst is shown. FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the experimental apparatus in the example.

この実験装置を用いて、溶融炭酸塩として、LiCOとKCOをmol比で62:38で混合したものを300g準備し、アルミナ製の坩堝内に入れた。所定の温度まで加熱し、混合炭酸塩を溶融させた。実験に使用したアルカリ含有廃グリセリンは、菜種白絞油(昭和産業株式会社製)とメタノール(純度99%以上、キシダ化学株式会社製)を水酸化カリウム(純度85%以上、キシダ化学株式会社製)を触媒としてエステル交換反応を60℃、1時間おこなわせた後、静置分離にて回収したグリセリン層を用いた。この廃グリセリンの性状分析結果を、その分析方法とともに表1に示す。 Using this experimental apparatus, 300 g of a molten carbonate obtained by mixing Li 2 CO 3 and K 2 CO 3 at a molar ratio of 62:38 was prepared and placed in an alumina crucible. The mixed carbonate was melted by heating to a predetermined temperature. The alkali-containing waste glycerin used in the experiment is rapeseed white oil (made by Showa Sangyo Co., Ltd.) and methanol (purity 99% or more, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) potassium hydroxide (purity 85% or more, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) ) Was used as a catalyst for the transesterification reaction at 60 ° C. for 1 hour, and then the glycerin layer recovered by stationary separation was used. The property analysis results of the waste glycerin are shown in Table 1 together with the analysis method.

Figure 2008192423
Figure 2008192423

この廃グリセリンを1mL/min.、COを1L/min.で溶融炭酸塩に混合して供給し、出口ガス濃度を各種分析計にて測定した。実験温度は600℃、750℃、800℃でおこなった。全ての実験温度にて、廃グリセリン供給直後から迅速に反応した。定常状態になった時点で測定した主要ガス成分濃度を表2に示す。これらのガス成分の含有量は、ガクスロマトグラフGC−8A(株式会社島津製作所製)、及び自動車排ガス測定器MEXA−554J(株式会社堀場製作所製)によって測定した結果である。 This waste glycerin was added at 1 mL / min. , CO 2 at 1 L / min. The molten carbonate was mixed and supplied, and the outlet gas concentration was measured with various analyzers. Experiment temperature was 600 degreeC, 750 degreeC, and 800 degreeC. The reaction was carried out rapidly immediately after the waste glycerin was fed at all experimental temperatures. Table 2 shows the main gas component concentrations measured when the steady state was reached. The content of these gas components is a result of measurement with a Gachsromatograph GC-8A (manufactured by Shimadzu Corporation) and an automobile exhaust gas measuring device MEXA-554J (manufactured by Horiba, Ltd.).

Figure 2008192423
Figure 2008192423

600℃ではガス化率が低かったが、750℃以上ではほぼ同じ結果となり、発生ガス成分を用いて溶融炭酸塩形燃料電池の燃料として十分な性状のガスが発生した。また、発生ガス中にアルカリ分は確認されず、グリセリン中に含まれるKOHは溶融炭酸塩の中にトラップされたと考えられる。よって、溶融炭酸塩はガス化触媒として高活性を有し、廃グリセリン中に含まれるアルカリ分を吸収し、アルカリ灰による悪影響を無くすことができる。   Although the gasification rate was low at 600 ° C., almost the same result was obtained at 750 ° C. or higher, and gas having sufficient properties as a fuel for the molten carbonate fuel cell was generated using the generated gas component. Moreover, alkali content is not confirmed in generated gas, but it is thought that KOH contained in glycerol was trapped in the molten carbonate. Therefore, molten carbonate has high activity as a gasification catalyst, absorbs alkali contained in waste glycerin, and can eliminate the adverse effects of alkali ash.

本発明のグリセリンの処理装置の一例の概略構成図The schematic block diagram of an example of the processing apparatus of the glycerol of this invention 実施例における実験装置の概略構成図Schematic configuration diagram of experimental apparatus in Examples

符号の説明Explanation of symbols

1a グリセリン
2 反応容器
2a 溶融炭酸塩
5 溶融炭酸塩形燃料電池
5a 溶融炭酸塩形燃料電池の陰極側
8 混合部
1a Glycerin 2 Reaction vessel 2a Molten carbonate 5 Molten carbonate fuel cell 5a Cathode side 8 of molten carbonate fuel cell Mixing section

Claims (4)

溶融炭酸塩形燃料電池で生成した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスを、グリセリンと混合してグリセリン混合物を得る工程と、
このグリセリン混合物を溶融炭酸塩に供給して、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを発生させる工程と、
この燃料ガスを前記溶融炭酸塩形燃料電池の陰極側に供給しつつ陽極側に酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給して発電を行うことで、前記陰極側で前記排出ガスを生成させる工程と、
を有するグリセリンの処理方法。
Mixing an exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor generated in a molten carbonate fuel cell with glycerin to obtain a glycerin mixture;
Supplying the glycerin mixture to molten carbonate to generate a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide;
Supplying the gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side while supplying the fuel gas to the cathode side of the molten carbonate fuel cell, and generating the exhaust gas on the cathode side; ,
Of treating glycerin.
混合されるグリセリンがアルカリ金属を含有するものである請求項1記載のグリセリンの処理方法。   The method for treating glycerin according to claim 1, wherein the glycerin to be mixed contains an alkali metal. 前記溶融炭酸塩が、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、又は炭酸カリウムの2種以上を含む溶融炭酸塩である請求項1又は2記載のグリセリンの処理方法。   The method for treating glycerin according to claim 1 or 2, wherein the molten carbonate is a molten carbonate containing two or more of lithium carbonate, sodium carbonate, or potassium carbonate. 溶融炭酸塩形燃料電池で生成した二酸化炭素及び水蒸気を含む排出ガスをグリセリンと混合する混合部と、
この混合部からのグリセリン混合物が収容した溶融炭酸塩に供給されて、水素及び一酸化炭素を含む燃料ガスを発生させる反応容器と、
この反応容器で発生した燃料ガスを陰極側に供給しつつ陽極側に酸素及び二酸化炭素を含むガスを供給して発電を行う溶融炭酸塩形燃料電池と、
を備えるグリセリンの処理装置。
A mixing unit for mixing exhaust gas containing carbon dioxide and water vapor generated in a molten carbonate fuel cell with glycerin;
A reaction vessel that is supplied to molten carbonate containing the glycerin mixture from the mixing section and generates a fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide;
A molten carbonate fuel cell for generating electricity by supplying a gas containing oxygen and carbon dioxide to the anode side while supplying the fuel gas generated in the reaction vessel to the cathode side;
An apparatus for treating glycerin.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013119587A (en) * 2011-12-07 2013-06-17 Jfe Steel Corp Method of recovering sensible heat from scorching coke

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