JP2009242696A - バイオマス付着防止方法 - 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し、熱水処理することにより得られた、非金属系触媒を含む前記バイオマスのスラリー体を、加熱器に導入して加熱し、加熱したバイオマスのスラリー体を、予熱器に導入して予熱し、予熱したバイオマスのスラリー体を、反応器に導入して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を特徴とするバイオマス処理工程において、バイオマスのスラリー体が付着した加熱器、予熱器と反応器とを繋ぐ配管、又は反応器の内面のうち、少なくとも一つ以上の内面に衝撃を与えることによって、付着したバイオマスのスラリー体をその内面より剥離する。
【選択図】図9
Description
そこで、本発明は、バイオマスガス化システムに備えられた装置又は配管等におけるバイオマスの付着を防止する方法を提供することを目的とする。
図1は、本発明の一実施形態として説明するバイオマス付着防止機能付き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付着防止機能付きバイオマスガス化システム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、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等を備える。
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。
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。
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。
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。
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バイオマスガス化システムにおける、バイオマス付着防止方法について説明する。
図1に示すバイオマスガス化システムを用いて、以下の実験を行った。
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3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。
図1に示すバイオマスガス化システムを用いて、以下の実験を行った。
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、高圧ポンプにより第二熱交換器131に導入した。
図1に示すバイオマスガス化システムを用いて、以下の実験を行った。
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、高圧ポンプにより第二熱交換器131に導入し、圧力25MPaで撹拌しながら600℃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、管式反応器160の管の内面に付着したバイオマスのスラリー体に対してX線解析(XRD)を行った。図10に管式反応器160の管の内面に付着したバイオマスのスラリー体とヒドロキシアパタイトとのXRDパターンの比較を示す。
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 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 バイオマス付着防止機能付きバイオマスガス化システム
210、211 導入口 220、221 排出口
230 流動媒体 240 分散部
250 剥離装置
310、320 シリンダー 330 軸
331、332 ピストン 340 攪拌機
350 攪拌機 360 水注入装置
361〜364 バルブ 371、372 三方弁
373〜376 バルブ 380、381 蓄圧器
410 混合液注入部 420 水槽
421 排出口 422、423 活性炭受部
424 排水口 425、426 籠
430 循環ポンプ 440 供給管
450 灰受入部 451 籠
460、461、470 バルブ
Claims (5)
- 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、
前記生成ガスの一部を酸素を含むガス中で燃焼して前記反応器における前記スラリー体を加熱する加熱器と、
前記加熱器で使用する前記酸素を含むガスを前記発電装置の排熱を利用して予熱する予熱器と、
を備え、
前記反応器内、前記加熱器内、又は前記予熱器と前記反応器とを繋ぐ配管の内面に付着したバイオマスのスラリー体を剥離する剥離装置を、前記反応器、前記加熱器、又は前記配管に少なくとも一つ以上備えること、
を特徴とするバイオマス付着防止機能付きバイオマスガス化システム。 - 前記剥離装置が、振動装置又はガス噴射装置であることを特徴とする請求項1に記載のバイオマス付着防止機能付きバイオマスガス化システム。
- 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し、
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、加熱器に導入して加熱し、
加熱した前記バイオマスのスラリー体を、予熱器に導入して予熱し、
予熱した前記バイオマスのスラリー体を、反応器に導入して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、
を特徴とするバイオマス処理工程において、
バイオマスのスラリー体が付着した前記加熱器、前記予熱器と前記反応器とを繋ぐ配管、又は前記反応器の内面のうち、少なくとも一つ以上の内面に衝撃を与えることによって、前記付着したバイオマスのスラリー体を前記内面より剥離すること、
を特徴とするバイオマス付着防止方法。 - 前記内面に衝撃を与える工程は、前記内面に振動を与える工程、又は前記内面にガスを噴きつける工程を包含することを特徴とする請求項3に記載のバイオマス付着防止方法。
- 前記加熱器内の圧力が26.0MPa以上になった時に、前記内面に衝撃を与えることを特徴とする請求項3又は4に記載のバイオマス付着防止方法。
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