JP2010001357A - 合成油の製造装置及び合成油の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置の簡素化・小型化・操作の容易化を可能にするフィッシャー・トロプシュ合成を用いて合成油を製造する合成油の製造装置及び合成油の製造方法を提供する。
【解決手段】容器５１と、容器中５１に存在する合成油４１ａと、容器５１中に存在する合成油４１ａ中に設置される固形状の触媒５２と、合成ガスをマイクロバブルするマイクロバブル発生器５３とを有する合成油の製造装置を用いて、合成油４１ａ中にマイクロバブル発生器５３で発生させた合成ガスのマイクロバブルを送出し、マイクロバブルが触媒５２に達することにより、ＦＴ合成反応がなされ新たな合成油が製造される。
【選択図】図３
【解決手段】容器５１と、容器中５１に存在する合成油４１ａと、容器５１中に存在する合成油４１ａ中に設置される固形状の触媒５２と、合成ガスをマイクロバブルするマイクロバブル発生器５３とを有する合成油の製造装置を用いて、合成油４１ａ中にマイクロバブル発生器５３で発生させた合成ガスのマイクロバブルを送出し、マイクロバブルが触媒５２に達することにより、ＦＴ合成反応がなされ新たな合成油が製造される。
【選択図】図３
Description
本発明は、合成油の製造装置及び合成油の製造方法に関し、特に、フィッシャー・トロプシュ合成を用いて合成油を製造する合成油の製造装置及び合成油の製造方法に関する。
フィッシャー・トロプシュ合成は、従来例として、スラリー床式と固定床式がある。スラリー床式では、触媒を液にスラリー状にすりこみ大きな容器に詰め込み気泡を送り込んで反応させるもので、反応塔内の温度上昇を制御することが容易で反応が安定している利点を有する。一方、固定床式では、単純に触媒に気体を送り込んで反応させるものであり、小型にでき構造も簡単であるという利点を有する。スラリー床式の一例が特許文献１に記載されている。
しかし、従来のスラリー床式においては、大きな反応塔が必要である。さらに、合成ガスの気泡が反応塔の壁面を伝って上昇するため中心部では、気泡が少なくなる。加えて、気泡の上昇速度が速く反応塔を高くしなければならなかった。さらに、触媒と合成油を分離する必要があった。
一方、従来の固定床式では反応熱がすごく、反応熱の排除と温度の制御が難しく、さらに、触媒表面にワックスが付着しやすく高温になり触媒の機能の低下を来すものであった。
本発明は、上記課題に鑑みて、装置の簡素化・小型化・操作の容易化を可能にするフィッシャー・トロプシュ合成を用いて合成油を製造する合成油の製造装置及び合成油の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の合成油の製造装置は、容器と、前記容器中に存在する合成油と、前記容器中に存在する合成油中に設置される固形状の触媒と、合成ガスをマイクロバブル化するマイクロバブル発生器とを有し、前記合成油中にマイクロバブル発生器で発生させた合成ガスのマイクロバブルを送出し、前記マイクロバブルが前記触媒に達することにより、フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされ新たな合成油が作られることを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、前記触媒は、異なる高さに複数設けられ、前記マイクロバブルは、各触媒の下側ごとに送出されていることを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、前記容器と連通する循環路と、前記循環路中に設けられる冷却器を有し、前記容器中の合成油を前記冷却器により冷却することを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、昇圧器を有し、前記合成ガスは昇圧器により昇圧されてマイクロバブルにされていることを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、第一背圧弁を有し、前記第一背圧弁は、前記容器中の合成油の圧力が一定以上になった場合、前記合成油を排出することを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、第二背圧弁を有し、前記第二背圧弁は、前記容器中の上方にたまった気体の圧力が一定以上になった場合、前記気体を排出することを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、前記容器と連通する循環路と、前記循環路中に設けられる冷却器を有し、前記容器中の合成油を前記冷却器により冷却することを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、昇圧器を有し、前記合成ガスは昇圧器により昇圧されてマイクロバブルにされていることを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、第一背圧弁を有し、前記第一背圧弁は、前記容器中の合成油の圧力が一定以上になった場合、前記合成油を排出することを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造装置は、第二背圧弁を有し、前記第二背圧弁は、前記容器中の上方にたまった気体の圧力が一定以上になった場合、前記気体を排出することを特徴とする。
本発明の合成油の製造方法は、合成油中に合成ガスのマイクロバブルを送出し、前記マイクロバブルが合成油中に設置されている固形状の触媒に達することにより、フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされ新たな合成油が作られることを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造方法は、昇圧されたマイクロバブルにより前記フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされることを特徴とする。
さらに、本発明の合成油の製造方法は、昇圧されたマイクロバブルにより前記フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされることを特徴とする。
本発明は、合成油の製造装置及び合成油の製造方法は、フィッシャー・トロプシュ合成を用いて合成油を製造する装置の簡素化・小型化・操作の容易化を可能にする。
図１は本発明が適用可能なバイオマスのエネルギー変換システムの構成図である。図２本発明が適用可能なバイオマスのエネルギー変換システムのブロック図である。バイオマスのエネルギー変換システムは、木屑等のバイオマスの破砕機１を有し、バイオマスを所定の大きさに破砕して高温還元熱化学分解装置１００の供給部２００のホッパーへ送る。
ホッパーから投入されたバイオマスは、高温還元熱化学分解装置１００で水素２対一酸化炭素１の混合ガスに生成される。生成された合成ガスは排出部３００からスクラバー２へ送られ、洗浄冷却される。合成ガスは吸引ポンプ４を介してガスキャッチ容器５に貯えられる。排出部３００で分離された灰、金属等は、トレー３内に落下する。
合成ガスはＦＴ（フィッシャー・トロプシュ）合成反応塔１０へ送られ、炭化水素に変換される。変換された炭化水素（合成油）は一時貯留部１１で貯留され、冷却分離塔１２で灯油としてタンク１４に貯蔵される。灯油に変換されないオフガス１３は、ジーゼルエンジン１６の燃料として利用される。また、ＦＴ合成反応塔１０で発生したオフガスや水蒸気も冷却分離塔１２に送られる。冷却分離塔１２で液体灯油から分離されたパラフィン１５は次工程へ送られ、薬品等の原料に利用される。
ＦＴ合成反応の冷却に必要な水は、水蒸気としてＦＴ合成反応塔１０に供給される。 ＦＴ合成反応においては水を生成するとともに熱を発生する。そのために反応塔内はより高温になろうとするので、塔内を２２０〜２５０℃の温度を維持するために冷却が必要となる。そこで、２２０〜２５０℃の温度では水蒸気を供給することとなる。
図３は、実施例１のＦＴ合成反応塔の構成図である。容器５１内には合成油４１ａが一定範囲満たされ、合成油４１ａの上部にはオフガス・水蒸気４２ａが存在している。一方、触媒５２は、合成油４１ａが満たされている部分に設けられている。本発明の触媒５２は、固形状の触媒であり、従来の固定床式で使用されるものである。例えば、直径は数ｍｍ程度ものである。このため、従来のスラリー床式のような触媒と液体炭化水素生成物の分離は必要ない。また、触媒の交換も容易である。
オフガス・水蒸気４２ａが存在している容器５１の上部と連通する第二背圧路６２を介して第二背圧弁５８が設けられており、オフガス・水蒸気４２ａの圧力が一定以上になるとオフガス・水蒸気４２ａを排出し、排出したオフガス・水蒸気４２ｂは、冷却分離塔１２へ送られる構成となっている。なお、第二背圧弁５８は容器５１に直接設けられていてもよい。
容器５１の合成油４１ａが存在している範囲の上の部分には、第一背圧路６１が容器５１を介して第一背圧弁５７が設けられており、合成油４１ａの圧力が一定以上になると合成油４１ａを排出し、排出した合成油４１ｂは、冷却分離塔１２へ送られる構成となっている。なお、第一背圧弁５７は容器５１に直接設けられていてもよい。
また、容器５１の合成油４１ａが存在している範囲と連通する循環路５９には、冷却器５６が設けられており、合成油４１ａから循環路５９に入った合成油４１ｃを冷却する。この冷却は水や水蒸気で冷却することができる。そして、冷却された合成油４１ｃは、冷却器５６の先に設けられたポンプ５４を介しマイクロバブル発生器５３へ送られる。なお、図３においては、循環路５９は触媒５２の上側からポンプ５４へと連通している。
送られてくる合成ガス４０を昇圧させる昇圧器５５と、昇圧させた合成ガス４０をマイクロバブルにするマイクロバブル発生器５３を有しており、発生させたマイクロバブルは、冷却器５６を通って冷却された合成油４１ｃに混入され容器５１の下部（触媒５２の下側）に設けられた投入路６０から投入される。昇圧器５５で昇圧させることで合成ガス４０は圧縮される。このことにより、合成ガス４０はより少ない体積となるため、マイクロバブルで多くの合成ガスを送り込むことが可能となる。例えば昇圧される圧力が２５ｋｇ／ｃｍ２なら体積は２５分の１となる。なお、合成油４１ａは圧力を高くしても液体のため体積は変化しない。
マイクロバブルは、直径がマイクロメートル程度（５０μｍ以下）の気泡である。液体の中では気泡の上昇速度が極端に遅い。これは、触媒５２との反応を確実にできるので容器５１を小型化にできる。また、上昇途中で個体にふれれば付着して気泡は高温・高圧になり消滅する。また、表面張力により気泡が上昇中にも温度が上昇する。このため、反応温度にするための加熱機構の省略又は簡略化が可能となる。
次に作用について説明する。送られてくる合成ガス４０は、昇圧器５５で昇圧されて、圧縮され、マイクロバブル発生器５３でマイクロバブルとなる。そして、マイクロバブルは容器５１下部の合成油４１ａ内に投入される。すると、マイクロバブルは、図３の矢印に示されるように、上昇していき、触媒５２に達する。このとき、触媒５２による作用により、マイクロバブル内の合成ガスは、ＦＴ合成反応により炭化水素に変換され新たな合成油となる。
このＦＴ合成反応により、容器５１内の圧力が上昇するため一定量の合成油４１ｂが第一背圧弁５７を介して排出される。また、容器５１内のオフガス・水蒸気も一定圧力以上となるため、一定量のオフガス・水蒸気４２ｂが第二背圧弁５８から排出される。
図３は、実施例１のＦＴ合成反応塔の具体例である。触媒５２は、容器５１内の下から５００ｍｍのところに１００ｍｍの幅で設置されている。容器５１の高さは１２００ｍｍとなっている。また、容器５１の上部には、第二背圧路６２中に第二背圧弁５８が設置されおり、第一背圧路６１中には、第一背圧弁５７が設置されている。循環路５９には、冷却器５６が設置されており、ポンプ５４に通じている。また、マイクロバブル発生器５３は、ポンプ５４と容器５１の下部と通じる投入路６０の間に設置されており、ここに合成ガスが流入する。合成ガスの昇圧を例えば２５ｋｇ／ｃｍ２とした場合、第一背圧弁５７と第二背圧弁５８の設定圧力も２５ｋｇ／ｃｍ２と同じにすれば、容器５１内の圧力が一定に保たれる。また容器５１内の温度は冷却器５６により例えば２５０℃に保たれる。
図４は、実施例２のＦＴ合成反応塔の構成図である。容器７１内には合成油４１ａが一定範囲満たされ、合成油４１ａの上部にはオフガス・水蒸気４２ａが存在している。一方、触媒５２a、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、それぞれ異なる高さの位置に合成油４１ａが満たされている部分に設けられている。
オフガス・水蒸気４２ａが存在している容器７１の上部と連通する第二背圧路６２を介して第二背圧弁５８が設けられており、オフガス・水蒸気４２ａの圧力が一定以上になるとオフガス・水蒸気４２ａを排出し、排出したオフガス・水蒸気４２ｂは、冷却分離塔１２へ送られる構成となっている。なお、第二背圧弁５８は容器７１に直接設けられていてもよい。
容器７１の合成油４１ａが存在している範囲内の上の部分、すなわち最上部の触媒５２aより高い位置には、第一背圧路６１が容器７１を介して第一背圧弁５７が設けられており、合成油４１ａの圧力が一定以上になると合成油４１ａを排出し、排出した合成油４１ｂは、冷却分離塔１２へ送られる構成となっている。なお、第一背圧弁５７は容器７１に直接設けられていてもよい。
また、容器７１の合成油４１ａが存在している範囲と連通する循環路５９には、冷却器５６が設けられており、合成油４１ａから循環路５９に入った合成油４１ｃを冷却する。この冷却は水や水蒸気で冷却することができる。冷却器５６の先は、循環路５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄに分岐しており、冷却された合成油４１ｃは、それぞれの分岐した循環路の先に設けられたポンプ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄを介しマイクロバブル発生器５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５４ｄへそれぞれ送られる。なお、図５においては、循環路５９は最上部の触媒５２aより高い位置から各ポンプへと連通している。
送られてくる合成ガスは、合成ガス４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄに分けられて昇圧器で昇圧されて、それぞれの合成ガス４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄをマイクロバブルにするマイクロバブル発生器５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄに送られる。発生させたマイクロバブルは、冷却器５６を通って冷却された合成油４１ｃに混入され各触媒５２a、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄの下側（上の触媒と下の触媒の間）に設けられた投入路６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄから投入される。なお、合成ガスは昇圧されることにより、合成ガス４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄはより少ない体積となるため、容器７１の小型化に貢献できる。
次に作用について説明する。昇圧され、圧縮され、分岐した合成ガス４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、マイクロバブル発生器５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄでマイクロバブルとなる。そして、マイクロバブルは容器７１下部の合成油４１ａ内に投入される。すると、マイクロバブルは、図５の矢印（４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ）に示されるように、上昇していき、触媒５２a、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄにそれぞれ達する。このとき、触媒５２a、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄによる作用により、マイクロバブル４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ内の合成ガスは、ＦＴ合成反応により炭化水素に変換され新たな合成油となる。
このＦＴ合成反応により、容器７１内の圧力が上昇するため一定量の合成油４１ｂが第一背圧弁５７を介して排出される。また、容器７１内のオフガス・水蒸気も一定圧力以上となるため、一定量のオフガス・水蒸気４２ｂが第二背圧弁５８から排出される。
実施例２では、複数の触媒を複数段に構成し、各触媒の下側から合成ガスのマイクロバブルを投入するため、一つ一つの触媒の面積を小さくしても、複数段にした分、多くのＦＴ合成反応が可能になる。このため、容器５１を小さくでき、かつ、反応量を増やすことが可能となる。
５１ 容器
５２ 触媒
５３ マイクロバブル発生器
５４ ポンプ
５５ 昇圧器
５６ 冷却器
５７ 第一背圧弁
５８ 第二背圧弁
５９ 循環路
６０ 投入路
６１ 第一背圧路
６２ 第二背圧路
７１ 容器
５２ 触媒
５３ マイクロバブル発生器
５４ ポンプ
５５ 昇圧器
５６ 冷却器
５７ 第一背圧弁
５８ 第二背圧弁
５９ 循環路
６０ 投入路
６１ 第一背圧路
６２ 第二背圧路
７１ 容器
Claims (8)
- 容器と、前記容器中に存在する合成油と、前記容器中に存在する合成油中に設置される固形状の触媒と、合成ガスをマイクロバブル化するマイクロバブル発生器とを有し、
前記合成油中にマイクロバブル発生器で発生させた合成ガスのマイクロバブルを送出し、前記マイクロバブルが前記触媒に達することにより、フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされ新たな合成油が作られることを特徴とする合成油の製造装置。 - 前記触媒は、異なる高さに複数設けられ、前記マイクロバブルは、各触媒の下側ごとに送出されていることを特徴とする請求項１記載の合成油の製造装置。
- 前記容器と連通する循環路と、前記循環路中に設けられる冷却器を有し、前記容器中の合成油を前記冷却器により冷却することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の合成油の製造装置。
- 昇圧器を有し、前記合成ガスは昇圧器により昇圧されてマイクロバブルにされていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の合成油の製造装置。
- 第一背圧弁を有し、前記第一背圧弁は、前記容器中の合成油の圧力が一定以上になった場合、前記合成油を排出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の合成油の製造装置。
- 第二背圧弁を有し、前記第二背圧弁は、前記容器中の上方にたまった気体の圧力が一定以上になった場合、前記気体を排出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の合成油の製造装置。
- 合成油中に合成ガスのマイクロバブルを送出し、前記マイクロバブルが合成油中に設置されている固形状の触媒に達することにより、フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされ新たな合成油が作られることを特徴とする合成油の製造方法。
- 昇圧されたマイクロバブルにより前記フィッシャー・トロプシュ合成反応がなされることを特徴とする請求項７記載の合成油の製造方法。
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