JP2008246343A - Biomass gasification power generation system - Google Patents

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JP2008246343A JP2007089409A JP2007089409A JP2008246343A JP 2008246343 A JP2008246343 A JP 2008246343A JP 2007089409 A JP2007089409 A JP 2007089409A JP 2007089409 A JP2007089409 A JP 2007089409A JP 2008246343 A JP2008246343 A JP 2008246343A
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幸政 山村
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昭史 中村
Hidetsugu Kiyonaga
英嗣 清永
Tomoaki Minowa
智朗 美濃輪
Yoji Noda
洋二 野田
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Hiroshima Univ
国立大学法人広島大学
Chugoku Electric Power Co Inc:The
中国電力株式会社
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独立行政法人産業技術総合研究所
Toyo Koatsu Co Ltd
株式会社東洋高圧
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a biomass gasification power generation system capable of efficiently utilizing energy, efficiently generating a fuel gas such as methane or hydrogen by gasifying biomass by supercritical water, generating power by the obtained fuel gas, and supplying the power. <P>SOLUTION: The biomass gasification power generation system comprises: a pretreatment device for slurrying the biomass; a reactor for gasifying the slurry of the biomass; and a power generator for generating the power by using a gas produced in the reactor as fuel; and furture a means for heating the slurry by utilizing the heat of an exhaust gas discharged from the power generator. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エネルギーを有効に利用して、超臨界水によりバイオマスをガス化し、得られた生成ガスにより発電することができるバイオマスガス化発電システムに関する。   The present invention relates to a biomass gasification power generation system capable of gasifying biomass with supercritical water by using energy effectively and generating electric power with the produced gas obtained.
近年、植物又はその廃材、家畜糞尿、生ゴミ、食品廃棄物、下水汚泥などのバイオマスを原料としたエネルギー変換技術の開発がなされている。バイオマスを原料としたエネルギー変換技術としては、例えば、微生物によりバイオマスを発酵させて燃料ガスを生成する方法、バイオマスに含まれる水を利用して加圧熱水処理を行い、燃料ガスを生成する方法などが知られており、後者の改良方法としては、触媒を用いてウエット・バイオマスを超臨界水でガス化し、燃料ガスを生成する方法が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。   In recent years, energy conversion technologies using biomass such as plants or waste materials thereof, livestock manure, garbage, food waste, and sewage sludge have been developed. As an energy conversion technology using biomass as a raw material, for example, a method of fermenting biomass with microorganisms to generate fuel gas, a method of generating pressurized fuel water using water contained in biomass, and generating fuel gas As the latter improved method, a method of gasifying wet biomass with supercritical water using a catalyst to generate fuel gas is known (for example, see Patent Documents 1 to 3). .
しかしながら、これまでに知られている超臨界水ガス化技術は、燃料ガスの生成効率の面で必ずしも満足できるものではなく、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することができる技術の開発が求められており、従来、バイオマスからメタンや水素などの燃料ガスを効率的に生成することが可能な超臨界水ガス化技術が開発されている(特許文献4参照)。
特表平11−502891号公報 特開2002−105466号公報 特開2002−105467号公報 特開2006−274013号公報
However, the supercritical water gasification technology known so far is not always satisfactory in terms of the generation efficiency of fuel gas, and the development of a technology that can generate fuel gas more efficiently from biomass has been developed. A supercritical water gasification technology that can efficiently generate fuel gas such as methane and hydrogen from biomass has been developed (see Patent Document 4).
Japanese National Patent Publication No. 11-502891 JP 2002-105466 A JP 2002-105467 A JP 2006-274013 A
本発明は、エネルギーを効率よく利用して、超臨界水によりバイオマスをガス化してメタンや水素などの燃料ガスを効率的に生成し、得られた燃料ガスで発電して電力を供給することが可能なバイオマスガス化発電システムを提供することを目的とする。   The present invention efficiently utilizes energy, gasifies biomass with supercritical water to efficiently generate fuel gas such as methane and hydrogen, and generates electric power with the obtained fuel gas to supply electric power. An object is to provide a biomass gasification power generation system that can be used.
上記課題を解決するために、本発明に係るバイオマスガス化発電システムは、非金属系触媒の存在下において、バイオマスを100〜250℃の範囲内の温度、及び0.1〜4MPaの範囲内の圧力の条件下で熱水処理する前処理装置と、前記前処理装置において熱水処理することにより得られた、前記非金属系触媒を含む前記バイオマスのスラリー体を、374℃以上の温度、及び22.1MPa以上の圧力の条件下で水熱処理する反応器と、前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスを利用して発電する発電装置と、前記発電装置の排熱を利用して前記スラリー体を加熱する手段と、を備える。前記手段は、例えば、前記反応器が備えてもよい。   In order to solve the above problems, a biomass gasification power generation system according to the present invention is a biomass in the presence of a nonmetallic catalyst at a temperature in the range of 100 to 250 ° C. and in the range of 0.1 to 4 MPa. A pretreatment device for hydrothermal treatment under pressure conditions, and a biomass slurry obtained by hydrothermal treatment in the pretreatment device, the biomass slurry containing the non-metallic catalyst at a temperature of 374 ° C. or higher, and A reactor that is hydrothermally treated under a pressure condition of 22.1 MPa or more, a power generator that generates power using the product gas generated by hydrothermal treatment in the reactor, and exhaust heat of the power generator. And means for heating the slurry body. The means may be provided in the reactor, for example.
前記前処理装置は、前記スラリー体を加熱するのに利用した前記発電装置の排熱をさらに利用して前記バイオマスを加熱する手段をさらに備えてもよい。   The pretreatment device may further include means for heating the biomass by further utilizing exhaust heat of the power generation device used to heat the slurry body.
本発明に係るバイオマスガス化発電システムは、前記反応器から排出された前記生成ガスの熱を利用して、前記反応器で水熱処理される前記スラリー体を予熱する熱交換器、前記前処理装置で熱水処理される前記バイオマスを予熱する熱交換器などをさらに備えてもよいし、前記反応器で水熱処理される前記スラリー体の熱を利用して、前記前処理装置で熱水処理される前記バイオマスを予熱する熱交換器をさらに備えてもよい。   The biomass gasification power generation system according to the present invention uses a heat of the product gas discharged from the reactor to preheat the slurry body hydrothermally treated in the reactor, and the pretreatment device It may further comprise a heat exchanger for preheating the biomass to be hydrothermally treated with, or hydrothermally treated with the pretreatment device using the heat of the slurry body hydrothermally treated with the reactor. A heat exchanger for preheating the biomass may be further provided.
本発明に係るバイオマスガス化発電システムは、前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れ、前記スラリー体を前記反応器に供給するスラリー供給装置と、前記前処理装置と前記スラリー供給装置との間に配置され、前記スラリー供給装置に受け入れられる前記スラリー体を蓄圧する第1の蓄圧器と、前記スラリー供給装置と前記反応器との間に配置され、前記スラリー供給装置から供給される前記スラリー体を蓄圧する第2の蓄圧器と、をさらに備え、前記スラリー供給装置は、水を注入する注入口と、注入した前記水を排出する排出口と、前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れる受入口と、受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給する供給口と、を備える2つのシリンダーと、各シリンダー内の前記水と前記スラリー体とを仕切るように配置されたピストンと、各ピストンを両端に備える軸と、各シリンダー内の前記スラリー体を攪拌する攪拌機と、第1の前記シリンダーに前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れるとともに、前記前処理装置から第2の前記シリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するように、前記第2のシリンダーに前記水を注入する第1の工程と、前記第1のシリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するとともに、前記第2のシリンダーに前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れるように、前記第1のシリンダーに前記水を注入する第2の工程とを、交互に切り替えて行う水注入装置と、を備えてもよい。   The biomass gasification power generation system according to the present invention receives a slurry body from the pretreatment device and supplies the slurry body to the reactor, and between the pretreatment device and the slurry supply device. A first pressure accumulator for accumulating the slurry body that is disposed and received by the slurry supply apparatus; and the slurry body that is disposed between the slurry supply apparatus and the reactor and is supplied from the slurry supply apparatus. A second pressure accumulator for accumulating, the slurry supply device including an inlet for injecting water, an outlet for discharging the injected water, and an inlet for receiving the slurry body from the pretreatment device And two supply ports for supplying the received slurry body to the reactor, the water in each cylinder and the slurry A piston arranged at both ends, a stirrer that stirs the slurry body in each cylinder, and the first cylinder receives the slurry body from the pretreatment device. A first step of injecting the water into the second cylinder to supply the slurry body received in the second cylinder from the pretreatment device to the reactor; and Supplying the received slurry body to the reactor, and injecting the water into the first cylinder so as to receive the slurry body from the pretreatment device into the second cylinder; And a water injection device that performs switching alternately.
なお、前記軸は、前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えてもよい。また、前記水注入装置は、各シリンダーに対して一定流量で水を注入してもよい。   The shaft may further include contact preventing means for preventing contact between the piston and the stirrer. Further, the water injection device may inject water at a constant flow rate for each cylinder.
本発明に係るバイオマスガス化発電システムにおいて、前記反応器は、前記反応器内に前記スラリー体を下方から導入する導入口と、前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガス及び灰分、並びに、前記非金属系触媒及び水を上方から前記反応器外に排出する排出口と、前記スラリー体の導入により前記反応器内に流動層を形成する流動媒体と、前記導入口から導入した前記スラリー体を、前記流動層の下方で分散させる分散部と、を備え、前記流動媒体は、前記スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されていてもよい。前記流動媒体は、例えば、アルミナボールである。前記分散部は、例えば、アルミナボールを積み重ねることにより形成してもよい。このバイオマスガス化発電システムは、前記反応器から排出された、前記生成ガス、前記灰分、前記非金属系触媒、及び前記水を、前記生成ガスと、前記灰分、前記非金属系触媒、及び水を含む混合液とに分離する気液分離器をさらに備えてもよい。また、前記混合液中の前記非金属系触媒を回収する手段をさらに備えてもよい。   In the biomass gasification power generation system according to the present invention, the reactor includes an inlet for introducing the slurry body into the reactor from below, and a product gas and ash generated by hydrothermal treatment in the reactor, In addition, a discharge port for discharging the nonmetallic catalyst and water from above to the outside of the reactor, a fluidized medium that forms a fluidized bed in the reactor by introducing the slurry body, and the above-mentioned introduced from the introduction port A dispersion unit that disperses the slurry body below the fluidized bed, and the fluidized medium may be configured in a shape that is not discharged at the introduction speed of the slurry body. The fluid medium is, for example, an alumina ball. The dispersion part may be formed by stacking alumina balls, for example. The biomass gasification power generation system includes the product gas, the ash, the non-metallic catalyst, and the water, the product gas, the ash, the non-metallic catalyst, and water discharged from the reactor. You may further provide the gas-liquid separator which isolate | separates into the liquid mixture containing. Moreover, you may further provide the means to collect | recover the said nonmetallic catalyst in the said liquid mixture.
本発明に係るバイオマスガス化発電システムは、前記前処理装置で熱水処理する前記バイオマスをあらかじめ破砕する破砕機をさらに備えてもよい。   The biomass gasification power generation system according to the present invention may further include a crusher that crushes the biomass to be hydrothermally treated by the pretreatment device in advance.
本発明によれば、エネルギーを効率よく利用して、超臨界水によりバイオマスをガス化してメタンや水素などの燃料ガスを効率的に生成し、得られた燃料ガスで発電して電力を供給することが可能なバイオマスガス化発電システムを提供することができる。   According to the present invention, energy is efficiently used, biomass is gasified with supercritical water to efficiently generate fuel gas such as methane and hydrogen, and electric power is generated by using the obtained fuel gas to supply electric power. It is possible to provide a biomass gasification power generation system that can be used.
以下、好ましい実施の形態につき、添付図面を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
==本発明に係るバイオマスガス化発電システムの構成==
図1は、本発明の一実施形態として説明するバイオマスガス化発電システムの全体構成を示す図である。図1に示すように、本発明に係るバイオマスガス化発電システム(以下、単に「システム」と称する。)200は、調整タンク100、破砕機110、供給ポンプ120、第一熱交換器130、第二熱交換器131、前処理装置140、スラリー供給装置150、反応器160、加熱器161、予熱器162、加熱器163、クーラー170、減圧器171、気液分離器180、ガスタンク181、触媒回収器182、発電装置190などを備える。
== Configuration of biomass gasification power generation system according to the present invention ==
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a biomass gasification power generation system described as an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a biomass gasification power generation system (hereinafter simply referred to as “system”) 200 according to the present invention includes a regulating tank 100, a crusher 110, a supply pump 120, a first heat exchanger 130, Two heat exchanger 131, pretreatment device 140, slurry supply device 150, reactor 160, heater 161, preheater 162, heater 163, cooler 170, decompressor 171, gas-liquid separator 180, gas tank 181, catalyst recovery And a power generator 190.
前処理装置140は、バイオマスのスラリー体を形成させる装置である。バイオマスのスラリー体の形成は、非金属系触媒の存在下において、バイオマスを100〜250℃の範囲内の温度、及び0.1〜4MPaの範囲内の圧力の条件下で熱水処理することにより行われる。   The pretreatment device 140 is a device that forms a biomass slurry. Formation of a biomass slurry is performed by hydrothermal treatment of biomass in the presence of a non-metallic catalyst at a temperature in the range of 100 to 250 ° C. and a pressure in the range of 0.1 to 4 MPa. Done.
調整タンク100は、バイオマスの種類、量、含水率などに応じて水や非金属系触媒の混合量を調整しながら、バイオマス、水、非金属系触媒などを混合するタンクである。   The adjustment tank 100 is a tank that mixes biomass, water, a nonmetallic catalyst, and the like while adjusting the mixing amount of water and a nonmetallic catalyst according to the type, amount, moisture content, and the like of the biomass.
破砕機110は、調整タンク100で混合した混合物を破砕して、混合物中のバイオマスをあらかじめ均一な大きさ(好ましくは平均粒径が500μm以下、より好ましくは平均粒径が300μm以下)にするための装置である。   The crusher 110 crushes the mixture mixed in the adjustment tank 100 so that the biomass in the mixture has a uniform size in advance (preferably an average particle size of 500 μm or less, more preferably an average particle size of 300 μm or less). It is a device.
供給ポンプ120は、破砕機110で破砕した混合物を前処理装置140に移送する装置である。   The supply pump 120 is a device that transfers the mixture crushed by the crusher 110 to the pretreatment device 140.
反応器160は、超臨界水によりバイオマスをガス化する装置である。超臨界水によるバイオマスのガス化は、前処理装置140において熱水処理された、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を、前記非金属系触媒を利用して、374℃以上の温度、及び22.1MPa以上の圧力の条件下で水熱処理することにより行われる。このようにスラリー体を超臨界水で処理することにより、バイオマスを分解し、水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスを生成することができる。   The reactor 160 is a device that gasifies biomass with supercritical water. Biomass gasification with supercritical water is carried out by using a biomass slurry containing a nonmetallic catalyst that has been hydrothermally treated in the pretreatment device 140 at a temperature of 374 ° C. or higher, using the nonmetallic catalyst. It is performed by hydrothermal treatment under conditions of a pressure of 22.1 MPa or more. By treating the slurry body with supercritical water in this way, biomass can be decomposed and fuel gas such as hydrogen gas, methane, ethane, or ethylene can be generated.
上述の反応器160としては、非金属系触媒の存在下で、上述の条件下でバイオマスのスラリー体を水熱処理することができる装置であれば特に制限されるものではなく、例えば、長い配管で構成された反応器、流動層反応器などを用いることができる。なお、本実施の形態においては、反応器160が連続運転が可能な流動層反応器である場合について説明する。   The reactor 160 is not particularly limited as long as it is a device capable of hydrothermally treating a biomass slurry in the presence of a nonmetallic catalyst under the above-described conditions. A configured reactor, fluidized bed reactor, or the like can be used. In the present embodiment, the case where the reactor 160 is a fluidized bed reactor capable of continuous operation will be described.
図2に、本発明の一実施形態において、連続運転が可能な流動層反応器160の概略構成を示す。図2に示すような反応器160は、反応器160内に非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を下方から導入する導入口210と、反応器160内で前記スラリー体を、374℃以上の温度、及び22.1MPa以上の圧力の条件下で水熱処理することにより生成された燃料ガスを含む生成ガス及び灰分、並びに、非金属系触媒及び水(超臨界水)を上方から反応器160外に排出する排出口220と、スラリー体の導入により反応器160内に流動層を形成する流動媒体230と、導入口210から導入したスラリー体を流動層の下方で分散させる分散部240と、を備えている。   FIG. 2 shows a schematic configuration of a fluidized bed reactor 160 capable of continuous operation in an embodiment of the present invention. A reactor 160 as shown in FIG. 2 includes an inlet 210 for introducing a biomass slurry containing a nonmetallic catalyst into the reactor 160 from below, and the slurry in the reactor 160 at a temperature of 374 ° C. or higher. Reactor gas and ash containing fuel gas produced by hydrothermal treatment under temperature and pressure conditions of 22.1 MPa or higher, and non-metallic catalyst and water (supercritical water) from outside of reactor 160 from above A discharge port 220 for discharging the fluid, a fluid medium 230 for forming a fluidized bed in the reactor 160 by introduction of the slurry body, and a dispersion unit 240 for dispersing the slurry material introduced from the inlet 210 under the fluidized bed. I have.
前記流動媒体230は、スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されている。すなわち、導入口210からスラリー体を導入する速度では流動層を形成するが、排出口220から排出できない重さで構成されている。なお、排出口220にメッシュ状のプレートが設置されている場合には、流動媒体230は当該プレートの網目より大きいサイズで構成されていてもよい。前記流動媒体230としては、超臨界状態でも粒径に変化を及ぼさない、すなわち、流動媒体が壊れにくいものであれば特に制限されるものではないが、例えば、アルミナボール、ジルコニアボール、シリカボールなどの媒体を挙げることができる。   The fluid medium 230 has a shape that is not discharged at the introduction speed of the slurry body. That is, the fluidized bed is formed at a speed at which the slurry body is introduced from the introduction port 210, but has a weight that cannot be discharged from the discharge port 220. In addition, when the mesh-shaped plate is installed in the discharge port 220, the fluid medium 230 may be configured with a size larger than the mesh of the plate. The fluid medium 230 is not particularly limited as long as it does not change the particle size even in a supercritical state, that is, the fluid medium is not easily broken. For example, alumina balls, zirconia balls, silica balls, etc. Can be mentioned.
分散部240は、例えば、流動層反応器などで用いられる既知の分散板(例えば、メッシュ状のプレートなど)であってもよいが、スラリー体の目詰まりによって圧力が増加するのを防ぐために、スラリー体を導入する速度では流動しない形状(例えば、スラリー体を導入する速度では流動できない重さ)で構成された球状媒体(例えば、アルミナボールなどの球状媒体)を積み重ねて形成した層であることが好ましい。   The dispersion unit 240 may be, for example, a known dispersion plate (for example, a mesh-like plate) used in a fluidized bed reactor or the like, but in order to prevent an increase in pressure due to clogging of the slurry body, It is a layer formed by stacking spherical media (for example, spherical media such as alumina balls) configured in a shape that does not flow at the speed at which the slurry body is introduced (for example, a weight that cannot flow at the speed at which the slurry body is introduced). Is preferred.
以上のような反応器160を用いることにより、導入口210から導入したスラリー体に対して非金属系触媒の存在下で超臨界水によるガス化反応を行うことができ、これにより生成された生成ガス(燃料ガスを含む)及び灰分、並びに、非金属系触媒及び水(超臨界水)などの流動媒体230より軽く、径が小さな物質を排出口220から排出することができるようになる。また、このような反応器160は、上述のような構成により、反応器内160に灰分や非金属系触媒などが堆積するのを抑制することができるので、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を連続的に導入し、超臨界水によるガス化反応を継続して行うことが可能となる。   By using the reactor 160 as described above, it is possible to perform a gasification reaction with supercritical water in the presence of a non-metallic catalyst on the slurry introduced from the inlet 210, and the production generated thereby. Gases (including fuel gas) and ash, as well as non-metallic catalysts and water (supercritical water), such as fluid media 230, can be discharged from the discharge port 220. In addition, such a reactor 160 can suppress accumulation of ash, nonmetallic catalyst, and the like in the reactor 160 with the above-described configuration, and thus a biomass slurry containing a nonmetallic catalyst. It is possible to continuously introduce the body and continuously perform the gasification reaction with supercritical water.
スラリー供給装置150は、前処理装置140において熱水処理を行うことにより得られた、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を反応器160に供給する装置である。スラリー供給装置150は、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を供給できる装置であれば特に制限されるものではなく、例えば、高圧ポンプやモーノポンプなどを用いることができるが、図3に示すような固体成分と液体成分とに分離しやすい上述のスラリー体を一定濃度で反応器160に連続供給することができる装置を用いることが好ましい。   The slurry supply device 150 is a device that supplies a biomass slurry containing a nonmetallic catalyst obtained by performing the hydrothermal treatment in the pretreatment device 140 to the reactor 160. The slurry supply device 150 is not particularly limited as long as it is a device that can supply a slurry body of biomass containing a nonmetallic catalyst. For example, a high-pressure pump or a Mono pump can be used as shown in FIG. It is preferable to use an apparatus that can continuously supply the above slurry body, which is easily separated into a solid component and a liquid component, to the reactor 160 at a constant concentration.
図3は本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置150の概略構成を示す図である。図3に示すようなスラリー供給装置150は、前処理装置140において熱水処理を行うことにより得られた、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を前処理装置140から受け入れ、反応器160に供給する装置である。このスラリー供給装置150は、2つのシリンダー310,320、軸330、2つのピストン331,332、2つの攪拌機340,350、水注入装置360、バルブ361,362,363,364,373,374,375,376、三方弁371,372などを備える。   FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a slurry supply apparatus 150 described as an embodiment of the present invention. A slurry supply apparatus 150 as shown in FIG. 3 receives a biomass slurry body containing a nonmetallic catalyst obtained by performing hydrothermal treatment in the pretreatment apparatus 140 from the pretreatment apparatus 140, and enters the reactor 160. It is a device to supply. The slurry supply device 150 includes two cylinders 310 and 320, a shaft 330, two pistons 331 and 332, two agitators 340 and 350, a water injection device 360, valves 361, 362, 363, 364, 373, 374, and 375. , 376, three-way valves 371, 372 and the like.
水注入装置360は、水を注入するシリンダー310,320を交互に切り替えて各シリンダー310,320に水を注入する装置である。水注入装置360は、例えば、ポンプ、高圧ポンプ、背圧ポンプなどである。   The water injection device 360 is a device for injecting water into the cylinders 310 and 320 by alternately switching the cylinders 310 and 320 for injecting water. The water injection device 360 is, for example, a pump, a high pressure pump, a back pressure pump, or the like.
シリンダー310,320には、水注入装置360から水を注入し、注入した水を排出する注入/排出口が設けられている。また、シリンダー310,320には、前処理装置140からスラリー体を受け入れ、受け入れたスラリー体を反応器160に供給する受入/供給口が設けられている。   The cylinders 310 and 320 are provided with injection / discharge ports for injecting water from the water injection device 360 and discharging the injected water. Further, the cylinders 310 and 320 are provided with receiving / supplying ports that receive the slurry body from the pretreatment device 140 and supply the received slurry body to the reactor 160.
シリンダー310,320内には、水注入装置360から注入された水と、前処理装置140から受け入れたスラリー体とを仕切るようにピストン331,332が配置されている。   Pistons 331 and 332 are disposed in the cylinders 310 and 320 so as to partition water injected from the water injection device 360 and a slurry body received from the pretreatment device 140.
軸330の両端にはピストン331,332が備えられている。ピストン331,332は、水注入装置360からシリンダー310,320内に水が注入されることによりシリンダー310,320内を移動し、シリンダー310,320内のスラリー体を押圧して反応器160にスラリー体を供給する。また、一方のピストン331,332の移動に伴い、他方のピストン332,331が一方のピストン331,332と同軸方向に移動し、前処理装置140からスラリー体を受け入れるとともに、シリンダー320,310内の水を排出する。   Pistons 331 and 332 are provided at both ends of the shaft 330. The pistons 331 and 332 move in the cylinders 310 and 320 when water is injected into the cylinders 310 and 320 from the water injection device 360, and the slurry bodies in the cylinders 310 and 320 are pressed to make the slurry into the reactor 160. Supply the body. As the one piston 331, 332 moves, the other piston 332, 331 moves in the same direction as the one piston 331, 332, receives the slurry body from the pretreatment device 140, and in the cylinders 320, 310 Drain the water.
なお、シリンダー310,320内の水とスラリー体が混ざらないようにするために、ピストン331,332にピストンリングを設け、ピストン331,332とシリンダー310,320との気密性を高めてもよい。   In order to prevent the water in the cylinders 310 and 320 and the slurry from being mixed, a piston ring may be provided on the pistons 331 and 332 to improve the airtightness between the pistons 331 and 332 and the cylinders 310 and 320.
本実施の形態においては、軸330の中央部にストッパー333が設けられている。ストッパー333は、ピストン331,332と攪拌機340,350との接触を防止する装置である。このストッパー333がシリンダー310,320に接触すると、ピストン331,332が攪拌機340,350の方へ移動できなくなるような仕組みとなっている。   In the present embodiment, a stopper 333 is provided at the center of the shaft 330. The stopper 333 is a device that prevents contact between the pistons 331 and 332 and the stirrers 340 and 350. When the stopper 333 comes into contact with the cylinders 310 and 320, the pistons 331 and 332 cannot move toward the stirrers 340 and 350.
バルブ361,362,363,364は、水を水注入装置360からシリンダー310,320に流れるように切り替えたり、シリンダー310,320内の水を排出するように切り替えたりする装置である。バルブ361,362,363,364は、例えば、電磁バルブなどである。   The valves 361, 362, 363, and 364 are devices that switch the water to flow from the water injection device 360 to the cylinders 310 and 320 and switch the water in the cylinders 310 and 320 to discharge. The valves 361, 362, 363, 364 are, for example, electromagnetic valves.
本実施の形態においては、バルブ361,362,363,364は、水注入装置360の注水により、水がシリンダー310,320に流れるように切り替える。また、バルブ361,362,363,364は、シリンダー310,320からの排水により、水が排出されるように切り替える。このような切り替えは、例えば、水注入装置360からの注水やシリンダー310,320からの排水に伴い、電気的に行うことができる。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、水注入装置360は水の注入先を当該シリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替え、バルブ363,361は水が水注入装置360からシリンダー320,310に流れるように開放し、バルブ364,362は水注入装置360からシリンダー320,310に注入される水が排出されないように閉鎖し、バルブ362,364はシリンダー310,320から水が排出されるように開放し、バルブ361,363はシリンダー310,320から排出される水が水注入装置360に流れないように閉鎖する制御をそれぞれ行えばよい。   In the present embodiment, the valves 361, 362, 363, and 364 are switched so that water flows into the cylinders 310 and 320 by the water injection of the water injection device 360. Further, the valves 361, 362, 363, and 364 are switched so that water is discharged by drainage from the cylinders 310 and 320. Such switching can be performed electrically with water injection from the water injection device 360 or drainage from the cylinders 310 and 320, for example. Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 has come into contact with one of the cylinders 310 and 320, the water injection device 360 changes the water injection destination from the cylinders 310 and 320 to the other cylinders 320 and 310. The valves 363 and 361 are opened so that water flows from the water injection device 360 to the cylinders 320 and 310, and the valves 364 and 362 are not discharged so that water injected from the water injection device 360 to the cylinders 320 and 310 is not discharged. The valves 362 and 364 are opened so that water is discharged from the cylinders 310 and 320, and the valves 361 and 363 are closed so that water discharged from the cylinders 310 and 320 does not flow to the water injection device 360. May be performed respectively.
なお、本実施の形態においては、スラリー供給装置150にバルブ361,362,363,364を設けているが、これらのバルブ361,362,363,364の代わりに2つの三方弁を設けて、水注入装置360の注水により水がシリンダー310,320に流れるように切り替えたり、シリンダー320,310からの排水により水が排出されるように切り替えたりしてもよい。このような切り替えは、例えば、逆流を防止する弁などによって機械的に行うこともできるが、水注入装置360からの注水やシリンダー310,320からの排水に伴い、電気的に行うこともできる。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、水注入装置360は水の注入先を当該シリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替え、一方の三方弁は水が水注入装置360からシリンダー320,310に流れるように切り替え、他方の三方弁はシリンダー310,320から水が排出されるように切り替える制御をそれぞれ行えばよい。   In the present embodiment, the slurry supply device 150 is provided with valves 361, 362, 363, 364, but instead of these valves 361, 362, 363, 364, two three-way valves are provided, It may be switched so that water flows into the cylinders 310 and 320 by water injection from the injection device 360, or may be switched so that water is discharged by drainage from the cylinders 320 and 310. Such switching can be mechanically performed by, for example, a valve that prevents backflow, but can also be electrically performed in accordance with water injection from the water injection device 360 or drainage from the cylinders 310 and 320. Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 has come into contact with one of the cylinders 310 and 320, the water injection device 360 changes the water injection destination from the cylinders 310 and 320 to the other cylinders 320 and 310. One of the three-way valves may be switched so that water flows from the water injection device 360 to the cylinders 320 and 310, and the other three-way valve may be switched so that water is discharged from the cylinders 310 and 320.
三方弁371,372は、ピストン331,332の往復運動により、スラリー体を前処理装置140からシリンダー310,320に流れるように切り替えたり、シリンダー310,320内に受け入れたスラリー体をシリンダー310,320から反応器160に流れるように切り替えたりする装置である。   The three-way valves 371 and 372 are switched so that the slurry body flows from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320 by the reciprocating motion of the pistons 331 and 332, and the slurry bodies received in the cylinders 310 and 320 are cylinders 310 and 320. To switch to flow into the reactor 160.
本実施の形態においては、三方弁371,372は、前処理装置140からスラリー体を受け入れる際に、スラリー体が前処理装置140からシリンダー310,320に流れるように切り替える。また、三方弁371,372は、シリンダー310,320からのスラリー体供給により、スラリー体がシリンダー310,320から反応器160に流れるように切り替える。このような切り替えは、例えば、逆流を防止する弁などによって機械的に行うこともできるが、シリンダー310,320からのスラリー体供給や前処理装置140からのスラリー体供給に伴い、電気的に行うこともできる。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、三方弁371,372は、スラリー体が前処理装置140から当該シリンダー310,320に流れるように切り替え、他方の三方弁372,371は、スラリー体が他方のシリンダー320,310から反応器160に流れるように切り替える制御をそれぞれ行えばよい。   In the present embodiment, when receiving the slurry body from the pretreatment device 140, the three-way valves 371 and 372 are switched so that the slurry body flows from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320. The three-way valves 371 and 372 are switched so that the slurry body flows from the cylinders 310 and 320 to the reactor 160 when the slurry body is supplied from the cylinders 310 and 320. Such switching can be mechanically performed by, for example, a valve for preventing backflow, but is electrically performed in accordance with the slurry body supply from the cylinders 310 and 320 and the slurry body supply from the pretreatment device 140. You can also Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 contacts one of the cylinders 310 and 320, the three-way valves 371 and 372 cause the slurry body to flow from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320. The other three-way valves 372 and 371 may be controlled so that the slurry body flows from the other cylinders 320 and 310 to the reactor 160, respectively.
なお、上述のストッパー333とシリンダー310,320との接触の検知は、例えば、ストッパー333とシリンダー310,320とが接触する領域の一部にスイッチを設け、当該スイッチが押圧されたことにより行ってもよい。   Note that the detection of the contact between the stopper 333 and the cylinders 310 and 320 is performed, for example, by providing a switch in a part of the region where the stopper 333 and the cylinder 310 and 320 are in contact and pressing the switch. Also good.
バルブ373,374は、スラリー体を反応器160に供給するシリンダーを、一方のシリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替える際、すなわち、水注入装置360が水を注入するシリンダー310,320を、一方のシリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替える際に、シリンダー310,320から反応器160にスラリー体が流れる(供給される)のを一時的に遮断する装置である。バルブ375,376は、水注入装置360が水を注入するシリンダー310,320を、一方のシリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替える際に、前処理装置140からシリンダー310,320にスラリー体が流れる(うけいれられる)のを一時的に遮断する装置である。バルブ373,374,375,376は、例えば、電磁バルブなどである。   The valves 373 and 374 are used when the cylinder that supplies the slurry body to the reactor 160 is switched from one cylinder 310 or 320 to the other cylinder 320 or 310, that is, the cylinder 310 or 320 into which the water injection device 360 injects water. Is a device that temporarily shuts off the flow (supply) of the slurry body from the cylinders 310, 320 to the reactor 160 when switching from one cylinder 310, 320 to the other cylinder 320, 310. The valves 375 and 376 are slurries from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320 when the water injection device 360 switches the cylinders 310 and 320 into which water is injected from the one cylinder 310 and 320 to the other cylinder 320 and 310. It is a device that temporarily blocks the body from flowing. The valves 373, 374, 375, and 376 are, for example, electromagnetic valves.
上述のバルブ373,374,375,376による遮断は、例えば、水注入装置360からの注水やシリンダー310,320からの排水に伴い、電気的に行ってもよい。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、バルブ373,374はシリンダー310,320から反応器160へのスラリー体の流れ(供給)を遮断するように閉鎖し、バルブ376,375は前処理装置140からシリンダー320,310へのスラリー体の流れ(受入)を遮断するように閉鎖し、水注入装置360が水の注入先を当該シリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替えた後に、バルブ373,374のうち1のバルブ374,373が三方弁372,371を介してスラリー体をシリンダー320,310から反応器160に流れるように開放し、バルブ375,376のうち1のバルブ375,376がスラリー体を前処理装置140からシリンダー310,320に流れるように開放する制御をそれぞれ行えばよい。   The above-described blocking by the valves 373, 374, 375, and 376 may be performed electrically, for example, with water injection from the water injection device 360 or drainage from the cylinders 310 and 320. Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 is in contact with one of the cylinders 310 and 320, the valves 373 and 374 flow (supply) the slurry body from the cylinders 310 and 320 to the reactor 160. The valves 376 and 375 are closed so as to block the flow (acceptance) of the slurry body from the pretreatment device 140 to the cylinders 320 and 310, and the water injection device 360 controls the water injection destination. After switching from the cylinder 310, 320 to the other cylinder 320, 310, one of the valves 373, 374, one of the valves 374, 373 flows the slurry body from the cylinder 320, 310 to the reactor 160 via the three-way valve 372, 371. Of the valves 375 and 376, one of the valves 375 and 376 Control of opening from the processing unit 140 to flow into the cylinder 310 the may be performed, respectively.
攪拌機340,350は、バルブ375,376及び三方弁371,372を介して前処理装置140からシリンダー310,320内に受け入れるスラリー体を攪拌する装置である。このように、シリンダー310,320内に攪拌機340,350を備えてスラリー体を攪拌することにより、スラリー体に含まれる非金属系触媒やバイオマスの粒子などの固形物の沈殿を防止することができ、一定濃度のスラリー体を反応器160に供給することができるようになる。   The agitators 340 and 350 are devices that agitate the slurry body received in the cylinders 310 and 320 from the pretreatment device 140 via the valves 375 and 376 and the three-way valves 371 and 372. In this manner, by stirring the slurry body with the stirrers 340 and 350 in the cylinders 310 and 320, precipitation of solid substances such as non-metallic catalyst and biomass particles contained in the slurry body can be prevented. The slurry body having a constant concentration can be supplied to the reactor 160.
本実施の形態においては、スラリー供給装置150と反応器160との間に、スラリー供給装置150から供給されるスラリー体を蓄圧する蓄圧器380と、前処理装置140とスラリー供給装置150との間に、スラリー供給装置150に受け入れられるスラリー体を蓄圧する蓄圧器381と、を備える。これらを備えることにより、スラリー供給装置150と反応器160とを接続する配管内の圧力や、前処理装置140とスラリー供給装置150とを接続する配管内の圧力を一定に保つことができ、脈動やウォーターハンマー(水撃)などの発生を防止することが可能となる。   In the present embodiment, between the slurry supply device 150 and the reactor 160, the pressure accumulator 380 that accumulates the slurry body supplied from the slurry supply device 150, and between the pretreatment device 140 and the slurry supply device 150. And a pressure accumulator 381 for accumulating a slurry body received by the slurry supply device 150. By providing these, the pressure in the piping connecting the slurry supply device 150 and the reactor 160 and the pressure in the piping connecting the pretreatment device 140 and the slurry supply device 150 can be kept constant, and pulsation And the occurrence of water hammer (water hammer) can be prevented.
なお、上述の水注入装置360が行う水の注入先の切り替えは、軸330に設けたストッパー333がシリンダー310,320に接触したタイミングで電気的に行ってもよいし、各シリンダー310,320内の圧力が上昇したのを検知して行ってもよい。また、水注入装置360がシリンダー310,320に注入する水は、シリンダー310,320に受け入れられるスラリー体の温度と同じ温度の水であることが好ましい。これにより、シリンダー310,320に注入された水によってシリンダー310,320が冷やされ、シリンダー310,320に受け入れられたスラリー体の温度が低下するのを抑制することができるようになる。なお、水注入装置360によるシリンダー310,320への注水は、反応器160にスラリー体が一定流量で供給されるように、一定流量で行うことが好ましい。   It should be noted that the switching of the water injection destination performed by the water injection device 360 described above may be performed electrically at the timing when the stopper 333 provided on the shaft 330 contacts the cylinders 310 and 320, or in each cylinder 310 or 320. It may be performed by detecting that the pressure has increased. The water injected by the water injection device 360 into the cylinders 310 and 320 is preferably water having the same temperature as the temperature of the slurry body received in the cylinders 310 and 320. Thereby, the cylinders 310 and 320 are cooled by the water injected into the cylinders 310 and 320, and the temperature of the slurry body received in the cylinders 310 and 320 can be suppressed from decreasing. The water injection into the cylinders 310 and 320 by the water injection device 360 is preferably performed at a constant flow rate so that the slurry body is supplied to the reactor 160 at a constant flow rate.
また、上述においては、スラリー供給装置150の軸330にストッパー333を設けてピストン331,332と攪拌機340,350との接触を防止しているが、シリンダー310,320の長手方向の長さと軸330の長さとを調節して、ピストン331,332が攪拌機340,350と接触するのを防止してもよいし、ピストン331,332と攪拌機340,350とが接触しない量の水を、水注入装置360が各シリンダー310,320に交互に注入するようにして、ピストン331,332が攪拌機340,350と接触するのを防止してもよい。また、ピストン331,332と攪拌機340,350とが接触しないように、シリンダー310,320内にピストン331,332の移動を制御するストッパー(例えば、凹凸など)を設けてもよい。   In the above description, the stopper 333 is provided on the shaft 330 of the slurry supply device 150 to prevent contact between the pistons 331 and 332 and the stirrers 340 and 350. It is possible to prevent the pistons 331 and 332 from coming into contact with the stirrers 340 and 350 by adjusting the length of the water, or to add water in an amount that does not contact the pistons 331 and 332 and the stirrers 340 and 350. 360 may be alternately injected into each of the cylinders 310 and 320 to prevent the pistons 331 and 332 from coming into contact with the stirrers 340 and 350. Moreover, you may provide the stopper (for example, unevenness | corrugation etc.) which controls the movement of piston 331,332 in cylinder 310,320 so that piston 331,332 and stirrer 340,350 may not contact.
さらに、上述においては、水注入装置360から水を注入し、注入した水を排出する口(注入/排出口)をシリンダー310,320に1つ設けているが、水注入装置360から水を注入する注入口と、注入した水を排出する排出口との2つの口をシリンダー310,320に設けてもよい。   Further, in the above description, one port (injection / discharge port) for injecting water from the water injection device 360 and discharging the injected water is provided in the cylinders 310 and 320, but water is injected from the water injection device 360. The cylinders 310 and 320 may be provided with two ports, an injection port for discharging and a discharge port for discharging the injected water.
また、上述においては、前処理装置140からスラリー体を受け入れ、受け入れたスラリー体を反応器160に供給する口(受入/供給口)をシリンダー310,320に1つ設けているが、前処理装置140からスラリー体を受け入れる受入口と、受け入れたスラリー体を反応器160に供給する供給口との2つの口をシリンダー310,320に設けてもよい。   In the above description, the cylinders 310 and 320 are provided with one port (acceptance / supply port) for receiving the slurry body from the pretreatment device 140 and supplying the received slurry body to the reactor 160. The cylinders 310 and 320 may be provided with two ports, an inlet for receiving the slurry body from 140 and a supply port for supplying the received slurry body to the reactor 160.
予熱器162は、スラリー供給装置150から反応器160に供給される、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を予め加熱する装置である。システム200に予熱器162を備えることにより、反応器160に所定の温度のスラリー体を供給することが可能となる。   The preheater 162 is an apparatus that preheats a biomass slurry body containing a nonmetallic catalyst, which is supplied from the slurry supply apparatus 150 to the reactor 160. By providing the system 200 with the preheater 162, it becomes possible to supply a slurry body having a predetermined temperature to the reactor 160.
クーラー170は、反応器160から排出される排出物を冷却する装置である。反応器160から排出される排出物には、爆発性の高い燃料ガス(例えば、水素、メタン、エタン、エチレンなど)や水蒸気(超臨界水)等の生成ガスが含まれているので、危険性を低減させたり、水蒸気を水に変換させたりする目的でクーラー170を本発明のシステム200に設けている。なお、本実施の形態においては、反応器160から排出された排出物を冷却する装置としてクーラー170を例に挙げて説明したが、反応器160から排出された排出物を冷却することができる装置であればどのような装置を用いてもよい。   The cooler 170 is a device that cools the discharge discharged from the reactor 160. The exhaust discharged from the reactor 160 contains a product gas such as highly explosive fuel gas (for example, hydrogen, methane, ethane, ethylene) or water vapor (supercritical water). The cooler 170 is provided in the system 200 of the present invention for the purpose of reducing water vapor or converting water vapor into water. In the present embodiment, the cooler 170 is described as an example of a device for cooling the discharge discharged from the reactor 160, but the device that can cool the discharge discharged from the reactor 160. Any device may be used as long as it is.
減圧器171は、反応器160から排出される排出物の圧力を減圧する装置である。これにより、高圧状態の燃料ガスによる危険性を未然に防止することができるようになる。   The decompressor 171 is a device that reduces the pressure of the effluent discharged from the reactor 160. As a result, the danger caused by the high-pressure fuel gas can be prevented beforehand.
気液分離器180は、反応器160から排出された排出物を気体成分(例えば、燃料ガス等の生成ガス)と液体成分(水、あるいは、水、灰分、非金属系触媒などを含む混合液)とに分離する装置である。気液分離器180は、例えば、セパレーター等の既存の気液分離器を用いることができる。   The gas-liquid separator 180 converts the exhaust discharged from the reactor 160 into a gas mixture (for example, a product gas such as a fuel gas) and a liquid component (water, water, ash, a non-metallic catalyst, or the like). ). As the gas-liquid separator 180, for example, an existing gas-liquid separator such as a separator can be used.
ガスタンク181は、気液分離器180によって分離された気体成分(生成ガス)を貯える容器(好ましくは耐圧容器)である。   The gas tank 181 is a container (preferably a pressure resistant container) that stores the gas component (product gas) separated by the gas-liquid separator 180.
触媒回収器182は、気液分離器180によって分離された液体成分に、水以外の非金属系触媒や灰分などが含まれている場合に、液体成分から非金属系触媒を回収するため、非金属系触媒を液体成分から分離する装置である。図4に、本発明の一実施形態として説明する、液体成分中の灰分、非金属系触媒、及び水をそれぞれ分離する触媒回収器182の概略構成図を示す。なお、本実施の形態においては、非金属系触媒が、灰より沈降速度(終端速度)が遅い活性炭である場合について説明する。   The catalyst recovery unit 182 recovers the nonmetallic catalyst from the liquid component when the liquid component separated by the gas-liquid separator 180 contains a nonmetallic catalyst other than water, ash, or the like. An apparatus for separating a metal catalyst from a liquid component. In FIG. 4, the schematic block diagram of the catalyst collection | recovery device 182 which isolate | separates ash in a liquid component, a nonmetallic catalyst, and water each demonstrated as one Embodiment of this invention is shown. In the present embodiment, the case where the nonmetallic catalyst is activated carbon having a lower sedimentation rate (termination rate) than ash will be described.
図4に示すように、触媒回収器182は、混合液注入部410、水槽420、循環ポンプ430、供給管440、灰受入部450、バルブ460,461,470などを備える。   As shown in FIG. 4, the catalyst recovery unit 182 includes a mixed liquid injection unit 410, a water tank 420, a circulation pump 430, a supply pipe 440, an ash receiving unit 450, valves 460, 461, and 470.
混合液注入部410は、気液分離器180によって分離された液体成分(灰分、活性炭、水等を含む混合液)を注入する管である。水槽420は、混合液注入部410から注入した混合液中の灰分や活性炭をゆっくりと沈降させるための水を入れておく円柱形状の容器である。水槽420は、混合液注入部410から注入した混合液中の灰分を沈降させて水槽420から排出させる排出口421、混合液中の活性炭を受け入れる活性炭受部422,423、水槽420において浮遊した灰や活性炭などの浮遊物を水とともに排出する排水口424などを備える。   The liquid mixture injection unit 410 is a pipe for injecting the liquid component (mixed liquid containing ash, activated carbon, water, etc.) separated by the gas-liquid separator 180. The water tank 420 is a cylindrical container in which water for slowly sinking ash and activated carbon in the mixed liquid injected from the mixed liquid injection unit 410 is placed. The water tank 420 has a discharge port 421 for allowing ash in the liquid mixture injected from the liquid mixture injection unit 410 to settle and discharge the water from the water tank 420, an activated carbon receiving part 422 423 for receiving activated carbon in the liquid mixture, and an ash floating in the water tank 420. And a drain outlet 424 for discharging suspended matter such as activated carbon and water together with water.
灰受入部450は、排出口421から沈降した灰分を受け入れる容器である。循環ポンプ430は、水槽420中の水を循環させるポンプである。供給管440は、循環ポンプ430によって循環される水を排出口421を介して水槽420に導入する配管である。なお、循環ポンプ430によって循環される水は、活性炭の沈降速度より速く、灰の沈降速度より遅い流速で排出口421から水槽420に供給される。これにより、混合液注入部410から注入された混合液中の灰分は、排出口421を通って灰受入部450に沈降するが、混合液注入部410から注入された混合液中の活性炭は、排出口421を通過することなく活性炭受部422,423に移動する。   The ash receiving unit 450 is a container that receives the ash that has settled from the discharge port 421. The circulation pump 430 is a pump that circulates the water in the water tank 420. The supply pipe 440 is a pipe that introduces water circulated by the circulation pump 430 into the water tank 420 through the discharge port 421. The water circulated by the circulation pump 430 is supplied from the discharge port 421 to the water tank 420 at a flow rate that is faster than the sedimentation rate of the activated carbon and slower than the sedimentation rate of the ash. Thereby, the ash in the mixed liquid injected from the mixed liquid injection unit 410 settles in the ash receiving unit 450 through the discharge port 421, but the activated carbon in the mixed liquid injected from the mixed liquid injection unit 410 is It moves to the activated carbon receiving part 422,423 without passing through the discharge port 421.
なお、本実施の形態においては、活性炭受部422,423には、当該受部422,423に溜まった活性炭を回収できるように、活性炭の粒子より細かいメッシュで構成された籠425,426が設けられており、灰受入部450には、当該受入部450に溜まった灰を回収できるように、灰の粒子より細かいメッシュで構成された籠451が設けられている。   In the present embodiment, the activated carbon receivers 422 and 423 are provided with ridges 425 and 426 made of finer mesh than the activated carbon particles so that the activated carbon collected in the receivers 422 and 423 can be collected. The ash receiving unit 450 is provided with a ridge 451 made of a mesh finer than ash particles so that the ash collected in the receiving unit 450 can be collected.
バルブ460,461は、水槽420の水を排出する弁である。気液分離器180から注入された混合液中の灰分と活性炭とを分離した後に、当該バルブ460,461によって水槽420の水を排水することにより、籠425,426に溜まった活性炭を回収することができる。また、バルブ470は、灰受入部450の水を排水する弁である。気液分離器180から注入された混合液中の灰分と活性炭とを分離した後に、当該バルブ470によって灰受入部450の水を排水することにより、籠451に溜まった灰を回収することができる。   The valves 460 and 461 are valves that discharge water from the water tank 420. After separating the ash and activated carbon in the mixed solution injected from the gas-liquid separator 180, the activated carbon accumulated in the tanks 425 and 426 is recovered by draining the water in the water tank 420 through the valves 460 and 461. Can do. Further, the valve 470 is a valve for draining water from the ash receiving unit 450. After separating the ash and activated carbon in the mixed solution injected from the gas-liquid separator 180, the ash collected in the tub 451 can be recovered by draining the water of the ash receiving portion 450 by the valve 470. .
以上のような触媒回収器182を本発明のシステム200に備えることにより、混合液を非金属系触媒と灰分と水に分離することができ、非金属系触媒を回収することが可能となる。これにより、回収した非金属系触媒を再利用することが可能となる。   By providing the catalyst recovery device 182 as described above in the system 200 of the present invention, the mixed solution can be separated into the nonmetallic catalyst, the ash, and the water, and the nonmetallic catalyst can be recovered. This makes it possible to reuse the recovered nonmetallic catalyst.
なお、前記触媒回収器182は、気液分離器180によって分離された、灰分、非金属系触媒、及び水を含む混合液を固体成分と液体成分とに分離する既存の固液分離器と、分離した固体成分中の灰分と非金属系触媒とを篩いによって分離する既存の篩器との組み合わせであってもよい。   The catalyst recovery unit 182 includes an existing solid-liquid separator that separates the mixed liquid containing the ash, the nonmetallic catalyst, and water separated by the gas-liquid separator 180 into a solid component and a liquid component; It may be a combination with an existing sieve device that separates the ash in the separated solid component and the nonmetallic catalyst by sieving.
第一熱交換器130は、前処理装置140において熱水処理することにより得られ、反応器160で水熱処理される非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体の熱を利用して、前処理装置140で熱水処理されるバイオマス等を予熱する装置である。   The first heat exchanger 130 is obtained by hydrothermal treatment in the pretreatment device 140, and uses the heat of the biomass slurry containing the nonmetallic catalyst to be hydrothermally treated in the reactor 160. 140 is an apparatus for preheating biomass or the like to be subjected to hot water treatment.
第二熱交換器131は、反応器160において水熱処理することにより生成された生成ガスなどを含む、反応器160から排出される排出物の熱を利用して、反応器160で水熱処理される非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を予熱する装置である。   The second heat exchanger 131 is hydrothermally treated in the reactor 160 using the heat of the effluent discharged from the reactor 160 including the product gas generated by hydrothermal treatment in the reactor 160. An apparatus for preheating a biomass slurry containing a non-metallic catalyst.
以上のように、本発明のシステム200に熱交換器130,131を備えることにより、エネルギーを有効に利用することができるので、低エネルギー・低コストでバイオマスから燃料ガスを生成することができるようになる。また、各装置140,160での加熱時間が短縮されるのでバイオマスから燃料ガスの生成を効率的に行うことができるようになる。従って、熱交換器130,131を備えたシステム200は、経済性に優れているといえる。   As described above, by providing the heat exchangers 130 and 131 in the system 200 of the present invention, energy can be used effectively, so that fuel gas can be generated from biomass at low energy and low cost. become. Moreover, since the heating time in each apparatus 140,160 is shortened, fuel gas can be efficiently generated from biomass. Therefore, it can be said that the system 200 provided with the heat exchangers 130 and 131 is excellent in economic efficiency.
発電装置190は、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)を燃料として利用し、発電する装置である。   The power generation device 190 is a device that generates power using the generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 as fuel.
なお、本実施の形態においては、図1に示すように、発電装置190が生成ガスを燃料として発電することにより発電装置190から排出された排ガスの熱(排熱)を利用して、スラリー供給装置150から反応器160に供給されるスラリー体を所定の温度に加熱する熱交換器を反応器160や予熱器162に備えている。また、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)の一部を利用して燃焼し、反応器160及び予熱器162を加熱してスラリー体を所定の温度に加熱する加熱器161,163をさらに備えている。上述のように、本発明のシステム200に熱交換器を有する反応器160や予熱器162を備えることによりエネルギーを効率よく利用することができるので、加熱器161,163においてスラリー体を所定の温度に加熱するのに必要な加熱燃料(例えば、生成ガスなど)の使用量を削減することができる。また、低エネルギー・低コストでバイオマスからメタンや水素などの燃料ガスを生成することができ、低エネルギー・低コストで発電して電力を供給することも可能となる。さらに、排ガス発生量の低減も図ることができるようになる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, slurry is supplied using the heat (exhaust heat) of exhaust gas discharged from the power generation device 190 when the power generation device 190 generates power using the generated gas as fuel. The reactor 160 and the preheater 162 are provided with a heat exchanger for heating the slurry supplied from the apparatus 150 to the reactor 160 to a predetermined temperature. In addition, the heaters 161 and 163 that burn using part of the generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 and heat the reactor 160 and the preheater 162 to heat the slurry body to a predetermined temperature are provided. It has more. As described above, since the system 200 of the present invention includes the reactor 160 having the heat exchanger and the preheater 162, energy can be efficiently used. It is possible to reduce the amount of heating fuel (for example, product gas) required for heating to a low temperature. In addition, fuel gas such as methane and hydrogen can be generated from biomass with low energy and low cost, and power can be generated and supplied with low energy and low cost. Furthermore, the amount of exhaust gas generated can be reduced.
なお、前記加熱器161,163は、例えば、バーナーなどの、燃料ガスを燃焼して加熱する既存の装置である。前記発電装置190としては、ガスエンジン(レシプロエンジン、ロータリーエンジン)、スターリングエンジン、ガスタービン、燃料電池などの既存の装置であれば特に制限されるものではないが、反応器160での反応温度以上の温度で排ガスを排出する発電装置、例えば、MCFC、SOFCなどの燃料電池を用いることが好ましい。   The heaters 161 and 163 are existing devices that burn and heat fuel gas, such as a burner, for example. The power generation device 190 is not particularly limited as long as it is an existing device such as a gas engine (reciprocating engine, rotary engine), a Stirling engine, a gas turbine, or a fuel cell. It is preferable to use a power generator that discharges exhaust gas at a temperature of, for example, a fuel cell such as MCFC or SOFC.
また、本実施の形態においては、図1に示すように、反応器160や予熱器162で前記スラリー体を加熱するのに利用した発電装置190の排ガスの熱をさらに利用してバイオマスを加熱する熱交換器を前処理装置140に備えている。これにより、エネルギーをより有効に利用することが可能となる。なお、本実施の形態では、反応器160や予熱器162で前記スラリー体を加熱するのに利用した発電装置190の排ガスの熱をさらに利用してバイオマスを加熱する熱交換器を前処理装置140に備えているが、前記排ガスの温度に応じて前記熱交換器を設置する場所を供給ポンプ120から前処理装置140の間で適宜変更してもよい。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the biomass is heated by further utilizing the heat of the exhaust gas of the power generator 190 used to heat the slurry body in the reactor 160 or the preheater 162. A heat exchanger is provided in the pretreatment device 140. Thereby, energy can be used more effectively. In the present embodiment, the pretreatment device 140 is a heat exchanger that heats biomass by further utilizing the heat of the exhaust gas of the power generation device 190 used to heat the slurry body in the reactor 160 or the preheater 162. However, the place where the heat exchanger is installed may be appropriately changed between the supply pump 120 and the pretreatment device 140 in accordance with the temperature of the exhaust gas.
さらに、上述においては、反応器160から排出される排出物の熱を利用して上記スラリー体を予熱する第二熱交換器131を本発明のシステム200に備えているが、反応器160において水熱処理することにより生成された生成ガスなどを含む、反応器160から排出される排出物の熱を利用して、前処理装置140で熱水処理されるバイオマス等を予熱する熱交換器を本発明のシステム200に備えてもよい。   Furthermore, in the above description, the system 200 of the present invention includes the second heat exchanger 131 that preheats the slurry body using the heat of the exhaust discharged from the reactor 160. The present invention provides a heat exchanger that preheats biomass or the like to be hydrothermally treated in the pretreatment device 140 using the heat of the exhaust discharged from the reactor 160, including the product gas generated by heat treatment. The system 200 may be provided.
また、本発明に係るシステム200にあらかじめバイオマスを熱水処理する前処理装置140を備えることにより、バイオマスを高分子から低分子に分解することができるので、反応器160において処理されるバイオマスと水や非金属系触媒との接触効率を高め、チャーやタールの発生を防止するとともにバイオマスから燃料ガスを効率よく生成することが可能になる。   In addition, by providing the system 200 according to the present invention with the pretreatment device 140 that preliminarily treats the biomass with hot water, the biomass can be decomposed from a polymer to a low molecule. In addition, the efficiency of contact with non-metallic catalysts can be increased, char and tar can be prevented, and fuel gas can be efficiently generated from biomass.
さらに、前処理装置140においてバイオマスを熱水処理することにより流動性に優れたバイオマスのスラリー体を形成させることができるので、このスラリー体をスラリー供給装置150によって反応器160にスムーズに供給することができるようになり、反応器160への供給においてバイオマスによる機器や配管等の目詰まりを防止することが可能になる。   Furthermore, since the biomass slurry body having excellent fluidity can be formed by hydrothermally treating the biomass in the pretreatment device 140, the slurry body can be smoothly supplied to the reactor 160 by the slurry supply device 150. It becomes possible to prevent clogging of equipment and piping due to biomass in the supply to the reactor 160.
また、本発明に係るシステム200により、前処理装置140での熱水処理において用いた非金属系触媒を、反応器160での水熱反応においても利用することができるので、触媒の消費量を削減することが可能になる。   In addition, the non-metallic catalyst used in the hydrothermal treatment in the pretreatment device 140 can be used in the hydrothermal reaction in the reactor 160 by the system 200 according to the present invention. It becomes possible to reduce.
さらに、本発明に係るシステム200に図2に示すような反応器160を備えることにより、超臨界水でバイオマスをガス化することにより得られる灰分(残渣)が反応器160内に溜まることがなくなり、バイオマスの超臨界水によるガス化処理を連続的に行うことができ、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することが可能となる。   Further, by providing the system 200 according to the present invention with the reactor 160 as shown in FIG. 2, ash (residue) obtained by gasifying biomass with supercritical water will not accumulate in the reactor 160. In addition, gasification treatment of biomass with supercritical water can be performed continuously, and fuel gas can be generated more efficiently from biomass.
また、本発明に係るシステム200に図3に示すようなスラリー供給装置150を備えることにより、固体成分と液体成分とに分離しやすい上述のスラリー体を一定濃度で反応器160に連続供給することができるので、超臨界水のガス化効率が最も高い濃度条件で非金属系触媒やバイオマスなどを含むスラリー体を反応器160に連続供給でき、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することが可能となる。   Further, by providing the system 200 according to the present invention with a slurry supply device 150 as shown in FIG. 3, the above-mentioned slurry body that is easily separated into a solid component and a liquid component can be continuously supplied to the reactor 160 at a constant concentration. Therefore, a slurry body containing a nonmetallic catalyst or biomass can be continuously supplied to the reactor 160 under a concentration condition with the highest gasification efficiency of supercritical water, and fuel gas can be generated more efficiently from biomass. It becomes possible.
さらに、本発明に係るシステム200に、クーラー170、減圧器171、気液分離器180などを備えることにより、反応器160から排出される排出物から燃料ガスを含む生成ガスを安全に回収することができるようになる。   Furthermore, by providing the system 200 according to the present invention with the cooler 170, the pressure reducer 171, the gas-liquid separator 180, etc., the produced gas containing the fuel gas can be safely recovered from the exhaust discharged from the reactor 160. Will be able to.
また、本発明に係るシステム200にバイオマスを破砕する破砕機110を備えることによりバイオマスをあらかじめ破砕することができるので、バイオマスのスラリー化やガス化の効率を高めることができるようになる。   Moreover, since the biomass can be crushed beforehand by providing the system 200 according to the present invention with the crusher 110 that crushes the biomass, the efficiency of biomass slurrying and gasification can be increased.
なお、本実施の形態においては、調整タンク100で非金属系触媒とバイオマスと水を混合した混合物を破砕機110によって処理し、供給ポンプ120により前処理装置140に供給しているが、非金属系触媒は前処理装置140に直接供給してもよいし、バイオマスと水との混合物を破砕機110で処理した後に非金属系触媒を混合し、前処理装置140に供給してもよい。   In the present embodiment, the mixture obtained by mixing the nonmetallic catalyst, biomass and water in the adjustment tank 100 is processed by the crusher 110 and supplied to the pretreatment device 140 by the supply pump 120. The system catalyst may be supplied directly to the pretreatment device 140, or after the mixture of biomass and water is processed by the crusher 110, the nonmetallic catalyst may be mixed and supplied to the pretreatment device 140.
==本発明に係るバイオマスガス化発電方法==
次に、本実施の一形態として、超臨界水によるガス化反応によりバイオマスから燃料ガスを生成し、燃料ガスを利用して発電する方法について説明する。
== Biomass gasification power generation method according to the present invention ==
Next, as one embodiment of the present invention, a method for generating fuel gas from biomass by gasification reaction with supercritical water and generating power using the fuel gas will be described.
まず、調整タンク100でバイオマスと非金属系触媒と水を混合した混合物を調製する。非金属系触媒とバイオマス(乾燥状態のバイオマス)との質量比としては、1:5〜20:1の範囲内であることが好ましく、バイオマスのガス化効率が高い1:2〜20:1の範囲内であることが特に好ましい。また、混合する水の量は、バイオマスの含水率が70〜95wt%となるように調整することが好ましい。これにより、バイオマスの超臨界水によるガス化効率を高めることができる。   First, a mixture in which biomass, a nonmetallic catalyst, and water are mixed in the adjustment tank 100 is prepared. The mass ratio between the nonmetallic catalyst and the biomass (the dried biomass) is preferably in the range of 1: 5 to 20: 1, and the biomass gasification efficiency is high of 1: 2 to 20: 1. It is particularly preferable that it is within the range. Moreover, it is preferable to adjust the quantity of the water to mix so that the moisture content of biomass may be 70-95 wt%. Thereby, the gasification efficiency by the supercritical water of biomass can be improved.
上述のように、バイオマスに混合させる非金属系触媒と水の量を調整して、これらを混合した混合物は、破砕機110で破砕され、供給ポンプ120により第一熱交換器130を介して前処理装置140に移送される。前処理装置140に供給されたバイオマスは、バイオマスとともに供給された非金属系触媒の存在下で、所定の圧力及び所定の温度の条件下で熱水処理される。   As described above, the amount of the non-metallic catalyst mixed with the biomass and the amount of water is adjusted, and the mixture obtained by mixing these is crushed by the crusher 110 and is fed by the supply pump 120 via the first heat exchanger 130. It is transferred to the processing device 140. The biomass supplied to the pretreatment device 140 is hydrothermally treated under conditions of a predetermined pressure and a predetermined temperature in the presence of a nonmetallic catalyst supplied together with the biomass.
なお、熱水処理の条件としては、100〜250℃の範囲内の温度であって、0.1〜4MPaの範囲内の圧力下であれば特に制限されるものではないが、バイオマスを高分子から低分子へと分解する処理の効率の観点から、これらの範囲内の圧力下における水の飽和温度であることが好ましく、さらに省エネルギーの観点から、179.8℃の温度及び1.0MPaの圧力下であることが特に好ましい。ここで、熱水処理を100℃〜250℃の範囲内の温度で行うのは、100℃未満ではバイオマスの分解反応率が低く、250℃を超えるとタールやチャーの発生が懸念されるからである。また、熱水処理を0.1〜4MPaの範囲内の圧力で行うのは、0.1MPa未満ではバイオマスの分解反応率が低く、4MPaより高い圧力をかけても分解反応率に与える影響はそれ程ないのではないかと考えたためである。   The conditions for the hydrothermal treatment are not particularly limited as long as the temperature is in the range of 100 to 250 ° C. and the pressure is in the range of 0.1 to 4 MPa. From the viewpoint of the efficiency of the treatment of decomposing into low molecules, it is preferably the saturation temperature of water under a pressure within these ranges, and from the viewpoint of energy saving, a temperature of 179.8 ° C. and a pressure of 1.0 MPa It is particularly preferred that Here, the reason why the hydrothermal treatment is performed at a temperature within the range of 100 ° C. to 250 ° C. is that the decomposition reaction rate of biomass is low below 100 ° C., and if it exceeds 250 ° C., generation of tar and char is concerned. is there. In addition, the hydrothermal treatment is performed at a pressure within the range of 0.1 to 4 MPa because the biomass decomposition reaction rate is low below 0.1 MPa, and the influence on the decomposition reaction rate is much higher even when a pressure higher than 4 MPa is applied. This is because I thought that it might not be.
このようにバイオマスを非金属系触媒の存在下で熱水処理することにより、バイオマスを高分子から低分子に効率よく分解することができるようになる。   Thus, biomass can be efficiently decomposed from a polymer to a low molecule by hydrothermal treatment of the biomass in the presence of a nonmetallic catalyst.
上述のようにして得られた、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体は、第一熱交換器130で供給ポンプ120から前処理装置140に供給される混合物に熱を提供し、スラリー供給装置150により第二熱交換器131及び予熱器162を介して反応器160に移送される。なお、予熱器162を通過したスラリー体は、所定の温度まで加熱される。   The biomass slurry containing the nonmetallic catalyst obtained as described above provides heat to the mixture supplied from the supply pump 120 to the pretreatment device 140 by the first heat exchanger 130, and the slurry supply device 150 is transferred to the reactor 160 via the second heat exchanger 131 and the preheater 162. In addition, the slurry body which passed the preheater 162 is heated to predetermined temperature.
反応器160に供給されたバイオマスのスラリー体は、反応器160に導入され、バイオマスとともに供給された非金属系触媒の存在下で、所定の圧力及び所定の温度の条件下で水熱処理される。水熱処理の条件としては、374℃以上の温度で、かつ、22.1MPa以上の圧力下であれば特に制限されるものではないが、タールやチャーの発生を抑制するとともに反応効率を高めることができる温度(600℃)及び圧力(25〜35MPaの範囲内)下で行うことが好ましく、機器の負担や劣化防止、さらには省エネルギーの観点から、600℃,25MPaで行うことが特に好ましい。なお、バイオマスから変換された燃料ガス中の成分の比を制御したい場合には、これらの温度及び圧力の条件を調節するとともに、流体密度や反応時間(反応器160内でのバイオマスの滞留時間)を制御することにより可能となる。   The biomass slurry supplied to the reactor 160 is introduced into the reactor 160 and hydrothermally treated under the conditions of a predetermined pressure and a predetermined temperature in the presence of the nonmetallic catalyst supplied with the biomass. The conditions for the hydrothermal treatment are not particularly limited as long as the temperature is 374 ° C. or higher and the pressure is 22.1 MPa or higher, but the generation of tar and char is suppressed and the reaction efficiency is increased. It is preferable to carry out under the temperature (600 degreeC) and pressure (within the range of 25-35 MPa) which can be performed, and it is especially preferable to carry out at 600 degreeC and 25 MPa from a viewpoint of the burden of equipment, deterioration prevention, and energy saving. In addition, when it is desired to control the ratio of components in the fuel gas converted from biomass, the temperature and pressure conditions are adjusted, and the fluid density and reaction time (the residence time of biomass in the reactor 160) It becomes possible by controlling the above.
このようにバイオマスのスラリー体を超臨界水で反応させることにより、バイオマスのスラリー体から燃焼ガスを生成することが可能になる。また、バイオマスを予め高分子から低分子化させることにより、水や非金属系触媒との接触効率を高めることができ、さらには、バイオマスのガス化反応時間を短縮させることができるので、バイオマスのスラリー体から水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスをより効率的に生成することができるようになる。   Thus, by reacting the biomass slurry body with supercritical water, it becomes possible to generate combustion gas from the biomass slurry body. In addition, by reducing the biomass from a polymer in advance, the contact efficiency with water or a non-metallic catalyst can be increased, and furthermore, the gasification reaction time of the biomass can be shortened. Fuel gas such as hydrogen gas, methane, ethane, and ethylene can be generated more efficiently from the slurry body.
反応器160内でバイオマスのスラリー体を水熱処理することにより生成された生成ガスなどは、反応器160から排出される。この排出物は、第二熱交換器131において、スラリー供給装置150から反応器160に供給される、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体に熱を提供した後、クーラー170及び減圧器171によって冷却・減圧され、気液分離器180へと移送される。気液分離器180に供給された上記排出物は、燃料ガスを含む生成ガス(気体成分)と、水、あるいは、水、灰分、非金属系触媒等を含む混合液(液体成分)とに分離され、生成ガスはガスタンク181に貯えられる。なお、気液分離器180によって分離された混合液に、水以外の灰分や非金属系触媒などが含まれている場合には、混合液を触媒回収器182によって灰分、非金属系触媒、及び水にそれぞれ分離し、非金属系触媒を回収してもよい。これにより、非金属系触媒を再利用することができるようになる。   The product gas generated by hydrothermally treating the biomass slurry in the reactor 160 is discharged from the reactor 160. This discharged material is supplied to the reactor 160 by the second heat exchanger 131 from the slurry supply device 150, and then supplies heat to the biomass slurry including the nonmetallic catalyst, and then the cooler 170 and the decompressor 171. It is cooled and decompressed and transferred to the gas-liquid separator 180. The exhaust gas supplied to the gas-liquid separator 180 is separated into product gas (gas component) containing fuel gas and water or a mixed solution (liquid component) containing water, ash, non-metallic catalyst, etc. The generated gas is stored in the gas tank 181. When the mixed liquid separated by the gas-liquid separator 180 contains ash other than water, a nonmetallic catalyst, or the like, the mixed liquid is ashed by the catalyst recovery unit 182, the nonmetallic catalyst, and Each may be separated into water to recover the nonmetallic catalyst. Thereby, it becomes possible to reuse the nonmetallic catalyst.
ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)は、発電装置190に供給される。発電装置190は、供給された生成ガスを利用して発電を行い、電力を提供する。発電装置190が生成ガスを燃料として発電することにより発電装置190から排出された排ガスは、反応器160や予熱器162に供給され、スラリー供給装置150によって供給されるスラリー体に熱を提供し、スラリー体を所定の温度に加熱する。もし、発電装置190の排熱だけでは、反応器160や予熱器162においてスラリー体を所定の温度に加熱できない場合には、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)は、加熱器161,163に供給され、加熱器161,163は、供給された生成ガスを燃焼して反応器160や予熱器162を加熱し、スラリー体を所定の温度に加熱する。   The generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 is supplied to the power generator 190. The power generation device 190 generates power using the supplied generated gas and provides power. The exhaust gas discharged from the power generation device 190 when the power generation device 190 generates power using the generated gas as fuel is supplied to the reactor 160 and the preheater 162, and provides heat to the slurry body supplied by the slurry supply device 150, The slurry body is heated to a predetermined temperature. If the slurry body cannot be heated to a predetermined temperature in the reactor 160 or the preheater 162 only by the exhaust heat of the power generator 190, the product gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 is heated by the heater 161, The heaters 161 and 163 burn the supplied product gas to heat the reactor 160 and the preheater 162, and heat the slurry body to a predetermined temperature.
また、反応器160や予熱器162で熱を提供した排ガスは、前処理装置140に供給され、供給ポンプ120から前処理装置140に供給される混合物に熱を提供し、混合物を加熱する。   Further, the exhaust gas that has provided heat by the reactor 160 or the preheater 162 is supplied to the pretreatment device 140, and heat is supplied to the mixture supplied from the supply pump 120 to the pretreatment device 140, thereby heating the mixture.
なお、本実施の形態において用いられる非金属系触媒としては、例えば、活性炭、ゼオライト、これらの混合物などを挙げることができる。このように、アルカリ金属系触媒ではなく、非金属系触媒を用いることにより、アルカリ金属系触媒が引き起こす機器や配管等の腐食による劣化を防止することができ、システム200の長期使用が実現可能となる。また、アルカリ金属系触媒を中和する処理工程も不要となり、作業性の効率を高めることができるようになる。上記非金属系触媒としては、平均粒径200μm以下の粉末を用いることが好ましく、多孔質であることがより好ましい。このような非金属系触媒を用いることにより、表面積を増やして反応効率を高めるとともに、非金属系触媒によるシステム200内の機器、配管等の目詰まりを防止することができる。   In addition, as a nonmetallic catalyst used in this Embodiment, activated carbon, a zeolite, a mixture thereof etc. can be mentioned, for example. Thus, by using a nonmetallic catalyst instead of an alkali metal catalyst, it is possible to prevent deterioration due to corrosion of equipment or piping caused by the alkali metal catalyst, and the system 200 can be used for a long time. Become. In addition, a processing step for neutralizing the alkali metal catalyst is not required, and the efficiency of workability can be improved. As the non-metallic catalyst, it is preferable to use a powder having an average particle size of 200 μm or less, and more preferably porous. By using such a nonmetallic catalyst, it is possible to increase the surface area and increase the reaction efficiency, and to prevent clogging of equipment, piping, etc. in the system 200 due to the nonmetallic catalyst.
また、本実施の形態において処理されるバイオマスが砂等の異物を含む排水汚泥や糞尿等である場合には、前処理装置140においてバイオマスを熱水処理する前後に、公知の分離技術(例えば、ストレイナーを用いた分離法、沈殿層を用いた分離法)によってバイオマスに含まれる砂等の異物を取り除いてもよい。これにより、砂等の異物によって生じるトラブルを防止することができるようになる。   In addition, when the biomass to be treated in the present embodiment is wastewater sludge or manure containing foreign substances such as sand, before and after hydrothermal treatment of biomass in the pretreatment device 140, a known separation technique (for example, Foreign substances such as sand contained in the biomass may be removed by a separation method using a strainer or a separation method using a sediment layer. As a result, troubles caused by foreign matters such as sand can be prevented.
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. These examples are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
[実施例1]
水97.6質量部、鶏糞2質量部、及び粒径20μmの活性炭0.4質量部を撹拌混合し、180℃,1.1MPaの条件下で熱水処理したバイオマスのスラリー体を、高圧ポンプにより管型反応器に圧入し、600℃,25MPaの条件下で、超臨界水による反応を行った。また、対照実験として、活性炭を添加しないで同様に超臨界水によるガス化反応を行った。その結果、活性炭を添加しない場合には、炭素ガス化率が73%であるのに対し、活性炭を0.4質量部添加した場合には、炭素ガス化率が88%と上昇することが明らかになった。
[Example 1]
A biomass slurry obtained by stirring and mixing 97.6 parts by mass of water, 2 parts by mass of chicken dung, and 0.4 parts by mass of activated carbon having a particle size of 20 μm and hydrothermally treated at 180 ° C. and 1.1 MPa was used as a high-pressure pump. Was pressed into a tubular reactor, and a reaction with supercritical water was performed under conditions of 600 ° C. and 25 MPa. As a control experiment, a gasification reaction with supercritical water was similarly performed without adding activated carbon. As a result, it is clear that the carbon gasification rate is 73% when no activated carbon is added, whereas the carbon gasification rate increases to 88% when 0.4 parts by mass of activated carbon is added. Became.
[実施例2]
次に、水80質量部、セルロース粉末20質量部、及び平均粒径100μmの活性炭20質量部を撹拌混合してスラリーを調製した。その後、攪拌機を備えた167mlのオートクレーブにスラリー40mlを注入し、圧力25MPaで撹拌しながら400℃まで温度上昇させて1時間保持して超臨界水によるガス化反応を行った。反応後、室温まで冷却し、生成ガスを回収して炭素ガス化率を求めた。また、対照実験として、活性炭を添加せずに同様の処理を行った。その結果、活性炭を添加しない場合には炭素ガス化率が10%であるのに対し、活性炭を添加した場合には炭素ガス化率が30%と上昇することが明らかになった。
[Example 2]
Next, 80 parts by mass of water, 20 parts by mass of cellulose powder, and 20 parts by mass of activated carbon having an average particle size of 100 μm were stirred and mixed to prepare a slurry. Thereafter, 40 ml of the slurry was poured into a 167 ml autoclave equipped with a stirrer, and the temperature was raised to 400 ° C. while stirring at a pressure of 25 MPa and held for 1 hour to perform a gasification reaction with supercritical water. After the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature, and the product gas was recovered to determine the carbon gasification rate. As a control experiment, the same treatment was performed without adding activated carbon. As a result, it was found that the carbon gasification rate was 10% when no activated carbon was added, whereas the carbon gasification rate increased to 30% when activated carbon was added.
以上のことから、非金属系触媒の添加によりガス化効率を高めることができることが明らかになった。   From the above, it has become clear that the gasification efficiency can be increased by adding a nonmetallic catalyst.
[実施例3]
図2に示すように、導入口210及び排出口220を設けた流動層反応器160(φ12.3mm×2400mm)の下方に分散板(網)を備え、平均粒径が1mmのアルミナボールを流動媒体として設置した。この流動層反応器160に、バイオマス(灰)や非金属系触媒の代わりにアルミナ粒子(平均粒径が180〜250μm、あるいは、平均粒径が250〜300μm)を水に混合した混合物を、アルミナ粒子が飛び出し、流動媒体であるアルミナボールが飛び出さない流量(0.19m/s〜0.60m/s)で導入口210から導入し、排出口220から排出されたアルミナ粒子を回収した。
[Example 3]
As shown in FIG. 2, a dispersion plate (net) is provided below a fluidized bed reactor 160 (φ12.3 mm × 2400 mm) provided with an inlet 210 and an outlet 220, and alumina balls having an average particle diameter of 1 mm are flowed. Installed as a medium. In this fluidized bed reactor 160, a mixture of alumina particles (average particle size of 180 to 250 μm or average particle size of 250 to 300 μm) mixed with water instead of biomass (ash) or non-metallic catalyst is mixed with alumina. The particles were ejected and introduced from the inlet 210 at a flow rate (0.19 m / s to 0.60 m / s) at which the alumina balls as the fluid medium did not eject, and the alumina particles discharged from the outlet 220 were collected.
その結果、平均粒径が180〜250μmのアルミナ粒子を流動層反応器160に導入した場合には97.5%のアルミナ粒子を回収することができ、平均粒径が250〜300μmのアルミナ粒子を流動層反応器60に導入した場合には98.9%のアルミナ粒子を回収することができることがわかった。このことから、上述のような流動層反応器160に、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体(平均粒径が300μm以下)を所定の流量(例えば、流動媒体が排出口から飛び出さない最大流量)で導入口210から導入しながら、所定の温度及び所定の圧力下で水熱反応を行うことにより、生成された生成ガスや灰分、並びに、非金属系触媒や水(超臨界水)を排出口220から排出できることが示された。   As a result, when alumina particles having an average particle diameter of 180 to 250 μm are introduced into the fluidized bed reactor 160, 97.5% alumina particles can be recovered, and alumina particles having an average particle diameter of 250 to 300 μm are recovered. When introduced into the fluidized bed reactor 60, it was found that 98.9% alumina particles could be recovered. From this, a slurry body of biomass (average particle size is 300 μm or less) containing a nonmetallic catalyst is supplied to the fluidized bed reactor 160 as described above at a predetermined flow rate (for example, the maximum at which the fluidized medium does not jump out from the discharge port). The generated product gas and ash as well as the nonmetallic catalyst and water (supercritical water) are obtained by performing a hydrothermal reaction at a predetermined temperature and a predetermined pressure while being introduced from the inlet 210 at a flow rate). It was shown that it can be discharged from the outlet 220.
本発明の一実施形態として説明するバイオマスガス化発電システムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole biomass gasification power generation system composition explained as one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において、連続運転が可能な流動層反応器の概略構成を示す図である。In one Embodiment of this invention, it is a figure which shows schematic structure of the fluidized bed reactor which can be operated continuously. 本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the slurry supply apparatus demonstrated as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態として説明する触媒回収器の概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a catalyst recovery machine explained as one embodiment of the present invention.
符号の説明Explanation of symbols
100 調整タンク 110 破砕機
120 供給ポンプ 130 第一熱交換器
131 第二熱交換器 140 前処理装置
150 スラリー供給装置 160 反応器
161 加熱器 162 予熱器
163 加熱器 170 クーラー
171 減圧器 180 気液分離器
181 ガスタンク 182 触媒回収器
190 発電装置 200 バイオマスガス化発電システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Adjustment tank 110 Crusher 120 Supply pump 130 1st heat exchanger 131 2nd heat exchanger 140 Pretreatment apparatus 150 Slurry supply apparatus 160 Reactor 161 Heater 162 Preheater 163 Heater 170 Cooler 171 Decompressor 180 Gas-liquid separation 181 Gas tank 182 Catalyst recovery unit 190 Power generation device 200 Biomass gasification power generation system

Claims (15)

  1. 非金属系触媒の存在下において、バイオマスを100〜250℃の範囲内の温度、及び0.1〜4MPaの範囲内の圧力の条件下で熱水処理する前処理装置と、
    前記前処理装置において熱水処理することにより得られた、前記非金属系触媒を含む前記バイオマスのスラリー体を、374℃以上の温度、及び22.1MPa以上の圧力の条件下で水熱処理する反応器と、
    前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガスを利用して発電する発電装置と、
    前記発電装置の排熱を利用して前記スラリー体を加熱する手段と、
    を備えることを特徴とするバイオマスガス化発電システム。
    A pretreatment apparatus for hydrothermally treating biomass in the presence of a nonmetallic catalyst under conditions of a temperature in the range of 100 to 250 ° C and a pressure in the range of 0.1 to 4 MPa;
    Reaction of hydrothermally treating the biomass slurry containing the nonmetallic catalyst obtained by hydrothermal treatment in the pretreatment apparatus under conditions of a temperature of 374 ° C. or higher and a pressure of 22.1 MPa or higher And
    A power generation device that generates power using the generated gas generated by hydrothermal treatment in the reactor;
    Means for heating the slurry body using exhaust heat of the power generation device;
    A biomass gasification power generation system comprising:
  2. 前記反応器が、前記手段を備えることを特徴とする請求項1に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to claim 1, wherein the reactor includes the means.
  3. 前記前処理装置は、前記スラリー体を加熱するのに利用した前記発電装置の排熱をさらに利用して前記バイオマスを加熱する手段をさらに備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass according to claim 1 or 2, wherein the pretreatment device further includes means for heating the biomass by further using exhaust heat of the power generation device used to heat the slurry body. Gasification power generation system.
  4. 前記反応器から排出された前記生成ガスの熱を利用して、前記反応器で水熱処理される前記スラリー体を予熱する熱交換器を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。   The heat exchanger which preheats the said slurry body hydrothermally processed with the said reactor using the heat | fever of the said production | generation gas discharged | emitted from the said reactor is provided, The heat exchanger of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The biomass gasification power generation system described.
  5. 前記反応器で水熱処理される前記スラリー体の熱を利用して、前記前処理装置で熱水処理される前記バイオマスを予熱する熱交換器を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。   The heat exchanger which preheats the said biomass hydrothermally processed with the said pre-processing apparatus using the heat | fever of the said slurry body hydrothermally processed with the said reactor is provided, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. The biomass gasification power generation system of crab.
  6. 前記反応器から排出された前記生成ガスの熱を利用して、前記前処理装置で熱水処理される前記バイオマスを予熱する熱交換器を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。   The heat exchanger which preheats the said biomass hydrothermally processed with the said pre-processing apparatus using the heat | fever of the said production | generation gas discharged | emitted from the said reactor is provided. The biomass gasification power generation system described in 1.
  7. 前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れ、前記スラリー体を前記反応器に供給するスラリー供給装置と、
    前記前処理装置と前記スラリー供給装置との間に配置され、前記スラリー供給装置に受け入れられる前記スラリー体を蓄圧する第1の蓄圧器と、
    前記スラリー供給装置と前記反応器との間に配置され、前記スラリー供給装置から供給される前記スラリー体を蓄圧する第2の蓄圧器と、
    をさらに備え、
    前記スラリー供給装置は、
    水を注入する注入口と、注入した前記水を排出する排出口と、前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れる受入口と、受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給する供給口と、を備える2つのシリンダーと、
    各シリンダー内の前記水と前記スラリー体とを仕切るように配置されたピストンと、
    各ピストンを両端に備える軸と、
    各シリンダー内の前記スラリー体を攪拌する攪拌機と、
    第1の前記シリンダーに前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れるとともに、前記前処理装置から第2の前記シリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するように、前記第2のシリンダーに前記水を注入する第1の工程と、前記第1のシリンダーに受け入れた前記スラリー体を前記反応器に供給するとともに、前記第2のシリンダーに前記前処理装置から前記スラリー体を受け入れるように、前記第1のシリンダーに前記水を注入する第2の工程とを、交互に切り替えて行う水注入装置と、
    を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。
    A slurry supply device for receiving the slurry body from the pretreatment device and supplying the slurry body to the reactor;
    A first pressure accumulator arranged between the pretreatment device and the slurry supply device and accumulating the slurry body received in the slurry supply device;
    A second pressure accumulator that is disposed between the slurry supply device and the reactor and accumulates the slurry body supplied from the slurry supply device;
    Further comprising
    The slurry supply apparatus includes:
    An inlet for injecting water, an outlet for discharging the injected water, an inlet for receiving the slurry body from the pretreatment device, and a supply port for supplying the received slurry body to the reactor. Two cylinders with
    A piston arranged to partition the water and the slurry body in each cylinder;
    A shaft with each piston at both ends;
    A stirrer for stirring the slurry body in each cylinder;
    The second cylinder is adapted to receive the slurry body from the pretreatment device into the first cylinder and to supply the slurry body received from the pretreatment device to the second cylinder to the reactor. Supplying the slurry body received in the first cylinder to the reactor, and receiving the slurry body from the pretreatment device in the second cylinder; A water injection device for alternately switching the second step of injecting the water into the first cylinder;
    The biomass gasification power generation system according to claim 1, comprising:
  8. 前記軸は、前記ピストンと前記攪拌機との接触を防止する接触防止手段をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to claim 7, wherein the shaft further includes contact prevention means for preventing contact between the piston and the stirrer.
  9. 前記水注入装置は、各シリンダーに対して一定流量で水を注入することを特徴とする請求項7又は8に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to claim 7 or 8, wherein the water injection device injects water at a constant flow rate into each cylinder.
  10. 前記反応器は、
    前記反応器内に前記スラリー体を下方から導入する導入口と、
    前記反応器において水熱処理することにより生成された生成ガス及び灰分、並びに、前記非金属系触媒及び水を上方から前記反応器外に排出する排出口と、
    前記スラリー体の導入により前記反応器内に流動層を形成する流動媒体と、
    前記導入口から導入した前記スラリー体を、前記流動層の下方で分散させる分散部と、
    を備え、
    前記流動媒体は、前記スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。
    The reactor is
    An inlet for introducing the slurry body into the reactor from below;
    A product gas and ash produced by hydrothermal treatment in the reactor, and a discharge port for discharging the nonmetallic catalyst and water from the top to the outside of the reactor;
    A fluidized medium that forms a fluidized bed in the reactor by introducing the slurry body;
    A dispersion part for dispersing the slurry introduced from the introduction port below the fluidized bed;
    With
    The biomass gasification power generation system according to any one of claims 1 to 9, wherein the fluid medium has a shape that is not discharged at an introduction speed of the slurry body.
  11. 前記流動媒体が、アルミナボールであることを特徴とする請求項10に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to claim 10, wherein the fluid medium is an alumina ball.
  12. 前記分散部を、アルミナボールを積み重ねることにより形成することを特徴とする請求項10又は11に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to claim 10 or 11, wherein the dispersion part is formed by stacking alumina balls.
  13. 前記反応器から排出された、前記生成ガス、前記灰分、前記非金属系触媒、及び前記水を、前記生成ガスと、前記灰分、前記非金属系触媒、及び水を含む混合液とに分離する気液分離器をさらに備えることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。   The product gas, the ash, the nonmetallic catalyst, and the water discharged from the reactor are separated into the product gas and a mixed solution containing the ash, the nonmetallic catalyst, and water. The biomass gasification power generation system according to any one of claims 10 to 12, further comprising a gas-liquid separator.
  14. 前記混合液中の前記非金属系触媒を回収する手段をさらに備えることを特徴とする請求項13に記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to claim 13, further comprising means for recovering the nonmetallic catalyst in the mixed solution.
  15. 前記前処理装置で熱水処理する前記バイオマスをあらかじめ破砕する破砕機をさらに備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載のバイオマスガス化発電システム。   The biomass gasification power generation system according to any one of claims 1 to 14, further comprising a crusher that crushes in advance the biomass to be hydrothermally treated by the pretreatment device.
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