JP2009149773A - バイオマスガス化方法、及びバイオマスガス化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】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って、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製造する前処理工程と、非金属系触媒を含むスラリー体を、スラリー供給装置を用いて反応器へと供給する供給工程と、反応器へと供給されたスラリー体を、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ってガスを生成する反応工程と、を含むバイオマスガス化方法において、供給工程は、スラリー供給装置の運転周波数を制御することによって、反応器へと供給するスラリー体の供給量を調節する調節工程をさらに含む。
【選択図】図1
Description
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、運転周波数制御装置151、反応器160、加熱器161、予熱器162、加熱器163、予熱器164、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。
次に、本実施の一形態として、バイオマスとバイオマスに含まれる水との供給量を調節しながら、バイオマスを超臨界水でガス化する方法について説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
バイオマスガス化システムを起動し、背圧ポンプの運転周波数を44.4 Hz(スラリー供給量で約0.8mL/分)に設定した。引き続き、水85質量%、鶏糞10質量%、及び粒径20〜30μmの活性炭5質量%を、調整タンクに加えた。この時を装置起動開始時刻とした。
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 151 運転周波数制御装置
160 反応器 161 加熱器
162 予熱器 163 加熱器
164 予熱器 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 バイオマスガス化システム
Claims (7)
- 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って、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製造する前処理工程と、
前記非金属系触媒を含むスラリー体を、スラリー供給装置を用いて反応器へと供給する供給工程と、
前記反応器へと供給されたスラリー体を、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ってガスを生成する反応工程と、
を含むバイオマスガス化方法において、
前記供給工程において、前記スラリー供給装置の運転周波数を制御することによって供給量を調節しながら、スラリー体を前記反応器へ供給することを特徴とする、ガス化方法。 - 前記供給工程は、前記反応器の内部もしくは外部の温度を測定する温度測定工程、または、前記反応器の内部もしくは外部の圧力を測定する圧力測定工程のいずれか1以上をさらに含み、
前記温度測定工程において測定された温度、または、前記圧力測定工程において測定された圧力のいずれか1以上が所定の値を超えた場合に、前記運転周波数を低下させることにより、前記スラリー供給装置の運転周波数を制御することを特徴とする、請求項1に記載のガス化方法。 - 前記ガスを燃料とすることによって、前記反応器へと供給されたスラリー体を加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のガス化方法。
- 前記ガスを燃料とすることによって電気と排熱とを発生する発電工程をさらに含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載のガス化方法。
- 前記排熱を利用することによって前記バイオマスを余熱する第一の余熱工程をさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載のガス化方法。
- 前記排熱を利用することによって、前記反応器へと供給するスラリー体を余熱する第二の余熱工程をさらに含むことを特徴とする、請求項4または5に記載のガス化方法。
- 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って、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製造する前処理装置と、
前記非金属系触媒を含むスラリー体を、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ってガスを生成する反応器と、
前記非金属系触媒を含むスラリー体を、前記前処理装置から前記反応器へと供給するスラリー供給装置と、
を備えるバイオマスガス化システムにおいて、
前記供給装置の運転周波数を制御することによって前記スラリーの供給量を調節する運転周波数制御装置をさらに備えることを特徴とする、ガス化システム。
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