JP2009007399A - 水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高温高圧の水熱ガス化装置から、排水及び残渣を、高圧系内に圧力変動を生じさせることなく、また回収ガスの発熱量を低下させることなく外部に抜き出すことができる方法を提供する。
【解決手段】水熱ガス化装置の反応器２からの排出物を冷却し、ガス分離器６で可燃性ガスを分離回収したうえ、排水及び残渣を固液回収槽７を経由して系外に抜き出す水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法である。ガス分離器６から排水及び残渣を固液回収槽７に移行させるに先立って、ガス分離器６で分離された回収ガスを固液回収槽７に導入して固液回収槽７を昇圧させたうえ、排水及び残渣をガス分離器６から固液回収槽７に移行させ、その後に固液回収槽７の圧力を下げて排水及び残渣を外部に抜き出す。
【選択図】図２

Description

本発明は、高温高圧でバイオマスを水熱ガス化処理する水熱ガス化装置から、水熱ガス化処理に伴って発生する排水及び残渣を、安全に系外に抜き出す方法に関するものである。

下水汚泥や畜産廃棄物などのバイオマスは従来は専ら焼却処理されてきたが、近年になってこれらのバイオマス中の有機物をエネルギー源として活用する技術が種々開発されている。そのような技術のひとつに、特許文献１に記載されている水熱ガス化装置を用いたガス化処理技術がある。

特許文献１に記載のガス化処理技術は、含水系のバイオマスを圧力が５〜３０ＭＰａ、温度が１５０〜水分蒸発温度の可溶化装置で可溶化したうえ、これに直結された圧力が５〜３０ＭＰａ、温度が４００〜８００℃の反応器においてアルカリ触媒等を用いてガス化させ、可燃性ガスを回収するものである。回収ガスは炭酸ガスのほかに水素やメタンを多量に含み、ガスエンジン等で燃焼させて発電を行わせたりすることができる。

しかし水熱ガス化処理によってもガス化できない分解残渣とともに排水が発生するため、反応器の出口に冷却器とガス分離器と固液回収槽とを配置し、ガス分離器で分離した可燃性ガスを回収するとともに、ガス分離器内に滞留した排水及び残渣は固液回収槽に回収している。ところがガス分離器は反応器に接続されていてその内部も上記したような高圧であるから、排水及び残渣を固液回収槽を経由して系外に抜き出す際には、次のような複雑な操作が必要となる。

図１はその部分の説明図であり、まず簡単に装置構成を説明すると、１は圧力５〜３０ＭＰａ、温度１５０〜水分蒸発温度の可溶化装置、２は圧力５〜３０ＭＰａ、温度４００〜８００℃の反応器である。バイオマスは内部に設置された送りネジ３によって反応器２の後端に移送され、高温高圧条件下で可燃性ガスと排水及び固形残渣に水熱分解されて排出管４から排出される。この排出物は高温高圧であるからコンデンサ等の冷却器５で冷却されたうえ、ガス分離器６でガス分を分離回収され、分離された排水及び残渣はその後に固液回収槽７に落下し、さらに外部に抜き出される。ガス分離器６と固液回収槽７との間には中間弁８が設けられており、固液回収槽７の下部には排出弁９が設けられている。なお１３はガス回収管路であり、フィルタ１４と背圧弁１５とが設けられている。

運転中は中間弁８、排出弁９は閉じられているが、運転を継続することによりガス分離器６に排水、残渣が次第に溜まってきたときには、中間弁８を開いてこれらを固液回収槽７に落下させる必要がある。しかし固液回収槽７内は大気圧であるから、いきなり中間弁８を開くと、反応器２及びガス分離器６などの高圧系内の圧力が急激に変動することとなり好ましくない。

そこで中間弁８を開くに先立ち、高圧窒素ボンベ１０から窒素注入弁１１を介して固液回収槽７内に高圧窒素ガスを注入し、固液回収槽７内の圧力を高圧系内の圧力と同じ圧力まで昇圧する。ここで窒素を使用するのは、空気を使用すると可燃性ガスが爆発する危険性があるためである。次に窒素注入弁１１を閉じ、中間弁８を開くと、ガス分離器６内に溜まっていた排水、残渣は等圧の固液回収槽７内に落下する。次に中間弁８を閉じ、圧力開放弁１２を徐々に開いて固液回収槽７内の圧力を大気圧まで下げ、その後に排出弁９を開いて固液回収槽７内から外部に排水、残渣を抜き出す。

このような一連の操作により排水、残渣を抜き出すことができるが、この操作を行うと、予め固液回収槽７内に高圧窒素ガスを注入した状態で中間弁８を開いたときに、高圧窒素ガスがガス分離器６内に流入し、回収ガス中に混入することが避けられない。その結果、回収ガスが窒素により希釈されて可燃分の濃度が低下し、従って回収ガスの発熱量も低下する。このような低品位のガスは利用しにくく、ガスエンジン等の発電機も発熱量の低いガスでは運転が困難となる。

このように、従来の水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法には、回収ガスの発熱量を低下させてしまうこと、高圧窒素ガスが必要となることなどの問題が残されていた。
特開２００５−２７２６４４号公報

従って本発明の目的は、高温高圧の水熱ガス化装置から排水及び残渣を、高圧系内に圧力変動を生じさせることなく、また回収ガスの発熱量を低下させることなく外部に抜き出すことができ、しかも高価な高圧窒素ガスを必要としない水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、水熱ガス化装置の反応器からの排出物を冷却し、ガス分離器で可燃性ガスを分離回収したうえ、排水及び残渣を固液回収槽を経由して系外に抜き出す水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法であって、ガス分離器から排水及び残渣を固液回収槽に移行させるに先立って固液回収槽を昇圧するための圧力源として、ガス分離器で分離された回収ガスを用いることを特徴とするものである。

なお、水熱ガス化装置の反応器が、圧力５〜３０ＭＰａ、温度が４００〜８００℃でバイオマスを水熱ガス化処理するものであることが好ましく、ガス分離器から引き出されるガス回収管路に背圧弁と回収ガス取出し弁とを設け、それらの間から引き出した配管を回収ガス導入弁を介して固液回収槽に接続し、固液回収槽を昇圧することが好ましい。

本発明の水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法においては、ガス分離器から排水及び残渣を固液回収槽に移行させるに先立って固液回収槽を昇圧する圧力源として、ガス分離器で分離された回収ガスを用いる。このため、排水及び残渣を高圧系内に圧力変動を生じさせることなく抜き出すことができることはもちろん、従来のように回収ガスが窒素ガスで希釈されないので発熱量を低下させることがなく、しかも従来のように高価な高圧窒素ガスを必要としないので、ランニングコストも低下させることができる利点がある。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図２は本発明の実施形態を示す説明図であり、図１の従来図に示したものと同様に、１は水熱ガス化装置の可溶化装置、２はその後段に接続された圧力５〜３０ＭＰａ、温度４００〜８００℃の反応器である。下水汚泥や畜産廃棄物などのバイオマスは可溶化装置１で可溶化されたうえ、ＮａＯＨ，Ｃａ（ＯＨ）_２等のアルカリ触媒の存在下で水熱処理され、可燃性ガス、水、残渣などに分解される。この高温高圧条件下における水熱処理工程自体は特許文献１に記載の通りであり、かつ本発明の要部ではないので詳細な説明を省略する。

３は反応器２の内部に設けられた送りネジ、４は反応器２の後端に設けられた排出管、５はコンデンサ等の冷却器である。また６は排出物からガス分を分離回収するガス分離器、７は固液回収槽である。さらに８はガス分離器６と固液回収槽７との間に設けられた中間弁、９は固液回収槽７の下部に設けられた排出弁である。

以上の構成は図１と同様であるが、この実施形態ではガス分離器６から引き出されるガス回収管路１３にフィルタ１４と背圧弁１５と回収ガス取出し弁１６とを設け、背圧弁１５と回収ガス取出し弁１６との間から引き出した配管１７を回収ガス導入弁１８を介して固液回収槽７に接続してある。通常運転中は回収ガス取出し弁１６は開かれており、その他の弁（中間弁８、排出弁９、回収ガス導入弁１８）は全て閉じられている。ガス分離器６で分離された高圧の回収ガスはガス回収管路１３を通じて取り出されてガスエンジン等に送られる。回収ガスの圧力は任意の圧力に設定することができ、後段のガスの利用法にもよるが、例えば大気圧付近にまで降圧される。このような運転を継続することにより、ガス分離器６に排水及び残渣が溜まってくるので、次の通りの操作を行い排水及び残渣を抜き出す。

先ず図２に示す回収ガス取出し弁１６を閉じ、回収ガス導入弁１８を開く。これによって高圧の回収ガスは配管１７を通じて固液回収槽７に溜まり続け、最終的に固液回収槽７の圧力は高圧系内の圧力（反応器２及びガス分離器６の内圧）と等しくなるまで上昇する。この状態に達したとき、回収ガス導入弁１８を閉じ、回収ガス取出し弁１６を開く。

次に中間弁８を開き、ガス分離器６内に溜まっていた排水及び残渣を固液回収槽７に落下させる。このときガス分離器６と固液回収槽７とは同圧であるので、中間弁８を開いても高圧系内に圧力変動を引き起こすことはない。この落下と入れ替わりで固液回収槽７内の回収ガスがガス分離器６に流入する。

次に中間弁８を閉じ、回収ガス導入弁１８を徐々に開く。これによって固液回収槽７内に残っている高圧の回収ガスはそれよりも低圧のガス回収管路１３に回収され、固液回収槽７の圧力は徐々に低下する。固液回収槽7の圧力が大気圧になった後に、回収ガス導入弁１８を閉じる。その後に排出弁９を開いて固液回収槽７から排水及び残渣を外部に抜き出す。最後に排出弁９を閉じ、通常運転に復帰する。
以上に説明した各弁の開閉操作を、図３のタイムチャートに示した。

上記したように、本発明の方法によれば従来のように高圧窒素ガスを使用せず、高圧の回収ガスによって固液回収槽７を昇圧したうえで、ガス分離器６内に溜まっていた排水及び残渣を固液回収槽７に移動させ、次に固液回収槽７の圧力を下げて外部に抜き出す。このため回収ガスが窒素ガスによって希釈されることはなく、回収ガスの発熱量が低下することはない。また従来のように高価な高圧窒素ガスは不要であるから、ランニングコストを引き下げることができる。次に本発明の実施例を示す。

含水率が８０％の下水脱水汚泥を水熱処理し、可燃性ガスを回収した。反応器の温度は６００℃、圧力は１０ＭＰａとした。排水及び残渣の抜き出しを図１に示す従来方法によって行った場合と、図２に実施形態の方法により行った場合とにおいて、回収ガスの組成及び発熱量がどのように変化するかを測定し、表１にまとめた。

表１に示されるように、回収ガス中の可燃成分であるCH_４、CO、H₂の総量が従来方法では２６.３％であるのに対して、本発明方法では３５.３％であり、総発熱量も従来方法では３.９７MJ/Nｍ_３であるのに対して、本発明方法では５.３１MJ/Nｍ_３と大幅に向上することが確認できた。

従来方法の説明図である。 本発明方法の説明図である。 実施形態における各弁の開閉操作を示すグラフであり、上部が開、下部が閉を示す。

符号の説明

１ 可溶化装置
２ 反応器
３ 送りネジ
４ 排出管
５ 冷却器
６ ガス分離器
７ 固液回収槽
８ 中間弁
９ 排出弁
１０ 高圧窒素ボンベ
１１ 窒素注入弁
１２ 圧力開放弁
１３ ガス回収管路
１４ フィルタ
１５ 背圧弁
１６ 回収ガス取出し弁
１７ 配管
１８ 回収ガス導入弁

Claims (3)

1. 水熱ガス化装置の反応器からの排出物を冷却し、ガス分離器で可燃性ガスを分離回収したうえ、排水及び残渣を固液回収槽を経由して系外に抜き出す水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法であって、ガス分離器から排水及び残渣を固液回収槽に移行させるに先立って固液回収槽を昇圧するための圧力源として、ガス分離器で分離された回収ガスを用いることを特徴とする水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法。
2. 水熱ガス化装置の反応器が、圧力５〜３０ＭＰａ、温度が４００〜８００℃でバイオマスを水熱ガス化処理するものであることを特徴とする請求項１記載の水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法。
3. ガス分離器から引き出されるガス回収管路に背圧弁と回収ガス取出し弁とを設け、それらの間から引き出した配管を回収ガス導入弁を介して固液回収槽に接続し、固液回収槽を昇圧することを特徴とする請求項１記載の水熱ガス化装置からの排水及び残渣の抜き出し方法。

Images