JP2011021061A - Gasification method, refining method, and gasification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脱硫触媒を用いてタール含有ガスからタールを除去し、タール非含有ガスを生成するガス化方法、該ガス化方法で使用した脱硫触媒を用いて精錬を行う精錬方法、及び前記ガス化方法を実施するためのガス化装置に関する。 The present invention relates to a gasification method in which tar is removed from a tar-containing gas using a desulfurization catalyst to generate a tar-free gas, a refining method in which refining is performed using the desulfurization catalyst used in the gasification method, and the gas The present invention relates to a gasification apparatus for performing a gasification method.
環境負荷の小さいエネルギー源として、バイオマス(Biomass)が注目されている。バイオマスとは、化石資源を除いた生物資源、例えば木材、紙、農業残渣、屎尿、食品廃棄物等の有機物である。バイオマスから得られるエネルギーは、いわゆる再生可能エネルギーの一つであり、バイオマスマスエネルギーと呼ばれている。再生可能エネルギーとは、地球規模で見て、生物による二酸化炭素の吸収量と、その生物に由来するバイオマスを燃焼させた場合に発生する二酸化炭素の排出量とが同量で相殺するため、エネルギーを利用しても現在の大気中二酸化炭素濃度が増加しないものをいう。 Biomass is attracting attention as an energy source with a small environmental load. Biomass is a biological resource excluding fossil resources, for example, organic matter such as wood, paper, agricultural residues, manure, and food waste. The energy obtained from biomass is one of so-called renewable energy and is called biomass mass energy. Renewable energy means that the amount of carbon dioxide absorbed by a living organism and the amount of carbon dioxide emitted when biomass derived from that organism is burned are offset by the same amount on a global scale. This means that the current atmospheric carbon dioxide concentration does not increase even if is used.
バイオマスのエネルギーは例えばガス化発電装置を用いて利用されている(例えば、特許文献1)。ガス化発電装置は、ガス化装置及び発電機を備える。ガス化装置は、バイオマスを400℃以上の高温で熱分解することにより可燃性のガスを発生させ、発電機は熱分解で発生したガスを燃料として発電を行う。
ところが、バイオマスのガス化においては、木炭と、一酸化炭素、メタン、エタン等の可燃性ガスと共にタールも発生する。発生したタールは、熱分解時においては気化しているが、発電機に送出されて温度が低下した場合、該発電機を構成する配管に凝着し、該発電機の不調乃至故障を招来する。
Biomass energy is used, for example, using a gasification power generation device (for example, Patent Document 1). The gasification power generation device includes a gasification device and a generator. The gasifier generates flammable gas by pyrolyzing biomass at a high temperature of 400 ° C. or higher, and the generator generates power using the gas generated by pyrolysis as fuel.
However, in the gasification of biomass, tar is generated together with charcoal and combustible gases such as carbon monoxide, methane, and ethane. The generated tar is vaporized at the time of thermal decomposition, but when it is sent to the generator and the temperature drops, it adheres to the piping that constitutes the generator, causing malfunction or failure of the generator. .
本願発明者は、タール含有ガスからタールを除去する手法として、タール含有ガスを多孔質無機物、例えば酸化アルミニウムに接触させることにより、タールを固体の炭状物質として多孔質無機物に担持する方法を提案した。 The present inventor proposes a method of supporting tar on a porous inorganic substance as a solid carbonaceous substance by bringing the tar-containing gas into contact with a porous inorganic substance, for example, aluminum oxide, as a method for removing the tar from the tar-containing gas. did.
炭状物質が担持された多孔質無機物(以下、担持体という)は、電力に比べて、貯蔵及び輸送性に優れている。このため、木質資源が豊富な林業地域でバイオマスから木炭、担持体を生産し、木炭、担持体の余剰分をエネルギー需要のある需要地域へ輸送することが可能になった。需要地域では、木炭又は担持体を水蒸気に接触させることによってタールフリーの水素ガスとしてエネルギーを取り出すことができる。また、担持体の供給先である需要地域から酸化アルミニウムを回収して再利用することができる。
このように構成されたシステムにおいては、バイオマス資源が豊富ではあるがエネルギー需要に乏しい林業地域と、バイオマス資源は乏しいがエネルギー需要のある地域とを結びつけ、バイオマスエネルギーを有効活用することができる。
A porous inorganic material (hereinafter referred to as a support) on which a carbonaceous material is supported is superior in storage and transportability compared to electric power. For this reason, it has become possible to produce charcoal and carrier from biomass in forestry areas rich in wood resources, and to transport surplus charcoal and carrier to demand areas where there is energy demand. In demand areas, energy can be extracted as tar-free hydrogen gas by bringing the charcoal or carrier into contact with water vapor. In addition, aluminum oxide can be recovered and reused from the demand area to which the carrier is supplied.
In the system configured as described above, it is possible to effectively use biomass energy by linking a forestry area that is rich in biomass resources but poor in energy demand with an area that is scarce in biomass resources but in high energy demand.
しかしながら、一般に多孔質の酸化アルミニウムは高価であるため、従来システムにおいては、水素ガスを発生させた後の多孔質無機質を需要地域から回収することが必要不可欠であり、酸化アルミニウムの回収を必要としないシステムが望まれていた。
多孔質無機物の回収ルートを確保でき、担持体の供給量と、酸化アルミニウムの回収量とのバランスがとれていれば良いが、酸化アルミニウムの回収量が大きく減少した場合、問題になる。ガス化発電装置の操業を続けるためには、担持体から水素を取り出して酸化アルミニウムを再生するか、高価な多孔質アルミナを新たに製造することが必要になる。
なお、特許文献1は、かかる課題を解決する手段を開示していない。
However, since porous aluminum oxide is generally expensive, in the conventional system, it is indispensable to recover the porous inorganic material after generating hydrogen gas from the demand area, and it is necessary to recover the aluminum oxide. A system that does not work was desired.
The recovery route of the porous inorganic material can be secured, and the supply amount of the carrier and the recovery amount of aluminum oxide need only be balanced. However, there is a problem when the recovery amount of aluminum oxide is greatly reduced. In order to continue the operation of the gasification power generation apparatus, it is necessary to take out hydrogen from the support and regenerate aluminum oxide, or to newly manufacture expensive porous alumina.
Note that
斯かる事情の下、本願発明者による鋭意検討の結果、石油精製で使用された廃棄物としての脱硫触媒を用いて、タール含有ガスに含まれるタールを除去することができ、しかもタール除去後の脱硫触媒を製鋼用造滓材及び加炭材として利用できることが明らかになった。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、脱硫触媒を用いてタール除去を行うことによって、高価な多孔質アルミナを用いずにタール非含有ガスを生成することができ、しかも製鋼用の造滓材及び加炭材として利用可能な脱硫触媒を併産することができるガス化方法、精錬方法及びガス化装置を提供することにある。
Under such circumstances, as a result of intensive studies by the inventor of the present application, the tar contained in the tar-containing gas can be removed using a desulfurization catalyst as waste used in petroleum refining. It became clear that desulfurization catalysts can be used as steelmaking materials and carburizing materials.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to generate a tar-free gas without using expensive porous alumina by performing tar removal using a desulfurization catalyst. Another object of the present invention is to provide a gasification method, a refining method, and a gasification apparatus that can produce a desulfurization catalyst that can be used as a steelmaking material and a carburizing material for steelmaking.
本発明に係るガス化方法は、有機物を加熱することにより、該有機物をタール含有ガス及び炭状固体に熱分解するガス化方法において、熱分解によって生成した炭状固体を回収する炭状固体回収工程と、熱分解によって発生したタール含有ガスを脱硫触媒に接触させることによって、該タール含有ガスに含まれるタールを除去したタール非含有ガスを生成するタール除去工程と、生成されたタール非含有ガス、及びタール含有ガスに接触した後の前記脱硫触媒を回収する回収工程とを有することを特徴とする。 The gasification method according to the present invention is a gasification method in which an organic substance is heated to thermally decompose the organic substance into a tar-containing gas and a carbonaceous solid. A tar removal step for producing a tar-free gas from which the tar contained in the tar-containing gas is removed by bringing the tar-containing gas generated by thermal decomposition into contact with a desulfurization catalyst; and the generated tar-free gas And a recovery step of recovering the desulfurization catalyst after contact with the tar-containing gas.
本発明に係るガス化方法は、前記脱硫触媒は、石油精製で使用された脱硫触媒の残渣を乾燥し、粉砕ないし造粒してなることを特徴とする。 The gasification method according to the present invention is characterized in that the desulfurization catalyst is obtained by drying, pulverizing or granulating a residue of a desulfurization catalyst used in petroleum refining.
本発明に係る精錬方法は、上述のガス化方法で回収された前記脱硫触媒を製鋼炉に添加して溶鋼を精錬することを特徴とする。 The refining method according to the present invention is characterized by refining molten steel by adding the desulfurization catalyst recovered by the gasification method described above to a steelmaking furnace.
本発明に係るガス化装置は、有機物を加熱することにより、該有機物をタール含有ガス及び炭状固体に熱分解するガス化装置において、熱分解によって生成した炭状固体を回収する炭状固体回収手段と、熱分解によって発生したタール含有ガスを脱硫触媒に接触させることによって、該タール含有ガスに含まれるタールを除去したタール非含有ガスを生成するタール除去手段と、生成されたタール非含有ガス、及びタール含有ガスに接触した後の前記脱硫触媒を回収する回収手段とを備えることを特徴とする。 A gasification apparatus according to the present invention is a gasification apparatus for recovering a carbonaceous solid produced by thermal decomposition in a gasification apparatus that heats the organic substance to thermally decompose the organic substance into a tar-containing gas and a carbonaceous solid. A tar removal means for producing a tar-free gas from which the tar contained in the tar-containing gas has been removed by bringing the tar-containing gas generated by thermal decomposition into contact with a desulfurization catalyst, and the generated tar-free gas And a recovery means for recovering the desulfurization catalyst after contacting the tar-containing gas.
本発明によれば、まず有機物を加熱し、該有機物をタール含有ガスと、炭状固体とに熱分解する。熱分解によって発生した炭状固体は回収される。
次いで、熱分解によって発生したタール含有ガスを、脱硫触媒に接触させる。脱硫触媒としては、例えば、石油精製における脱硫触媒として使用された廃棄物を利用することができる。脱硫触媒は、タール含有ガスに含まれるタールを水素、一酸化炭素等のタール非含有ガスに分解し、また炭状物質として担持する機能を有している。このため、タール含有ガスと、脱硫触媒とを接触させることによって、タール非含有ガスを生成することができる。そして、生成したタール非含有ガスと、タール含有ガスに接触した後の脱硫触媒とが回収される。
なお、タール非含有ガスは、有用なエネルギー源であり、例えばガス化発電装置等で利用することができる。一方、タール含有ガスに接触した後の脱硫触媒は、製鋼用の造滓材及び加炭材として利用することができる。
According to the present invention, first, an organic substance is heated, and the organic substance is thermally decomposed into a tar-containing gas and a carbonaceous solid. The carbonaceous solid generated by pyrolysis is recovered.
Next, the tar-containing gas generated by pyrolysis is brought into contact with a desulfurization catalyst. As the desulfurization catalyst, for example, waste used as a desulfurization catalyst in petroleum refining can be used. The desulfurization catalyst has a function of decomposing tar contained in the tar-containing gas into a non-tar-containing gas such as hydrogen or carbon monoxide and supporting it as a carbonaceous material. For this reason, a tar non-containing gas can be produced | generated by making a tar containing gas and a desulfurization catalyst contact. And the produced | generated tar non-containing gas and the desulfurization catalyst after contacting a tar containing gas are collect | recovered.
The tar-free gas is a useful energy source and can be used in, for example, a gasification power generation apparatus. On the other hand, the desulfurization catalyst after contacting the tar-containing gas can be used as a steelmaking material and a carburizing material.
本発明によれば、石油精製で使用された脱硫触媒の残渣を乾燥し、粉砕してなる脱硫触媒を用いて、タールを除去する。脱硫触媒を乾燥及び粉砕することによって、脱硫触媒の総表面積が増大する。また、脱硫触媒は多孔質物質となり、タール分解機能が増大すると予想される。 According to the present invention, tar is removed using a desulfurization catalyst obtained by drying and pulverizing a residue of a desulfurization catalyst used in petroleum refining. By drying and grinding the desulfurization catalyst, the total surface area of the desulfurization catalyst is increased. Further, the desulfurization catalyst becomes a porous material, and the tar decomposition function is expected to increase.
本発明によれば、脱硫触媒は、製鋼用原料となるニッケルなどの各種金属酸化物と酸化アルミナ及び脱硫触媒の表面に担持した炭状物質とを含む。これらは、製鋼における製鋼用原料及び造滓材及び加炭材としての機能を有する。 According to this invention, a desulfurization catalyst contains various metal oxides, such as nickel used as a raw material for steel manufacture, an alumina oxide, and the carbonaceous material carry | supported on the surface of the desulfurization catalyst. These have functions as a steelmaking raw material, steelmaking material and carburizing material in steelmaking.
本発明にあっては、高価な多孔質アルミナを用いずにタール非含有ガスを生成することができ、しかも製鋼用の造滓材及び加炭材として利用可能な脱硫触媒を併産することができる。 In the present invention, a tar-free gas can be generated without using expensive porous alumina, and a desulfurization catalyst that can be used as a steelmaking material and a carburizing material can be produced together. it can.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
<ガス化方法・精錬方法>
図1は、本発明の実施の形態に係るガス化方法及び精錬方法を概念的に示す説明図である。本発明に係るガス化方法は、バイオマス(有機物)をタール含有ガス及び炭状固体に熱分解し、廃棄物である石油脱硫触媒残渣(脱硫触媒)を乾燥及び粉砕することによって得られた脱硫触媒粒子(脱硫触媒)を用いて、前記タール含有ガスに含まれるタールを除去すると共に、製鋼用の造滓材及び加炭材として利用可能な炭素担持脱硫触媒粒子を併産するものである。炭素担持脱硫触媒粒子は、炭状物質を担持した脱硫触媒粒子である。
以下、タール除去に必要な脱硫触媒粒子の製造方法を先に説明し、次いで、タール非含有ガスの製造方法、精錬方法を順に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
<Gasification and refining methods>
FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a gasification method and a refining method according to an embodiment of the present invention. The gasification method according to the present invention is a desulfurization catalyst obtained by pyrolyzing biomass (organic matter) into a tar-containing gas and a carbonaceous solid, and drying and pulverizing a petroleum desulfurization catalyst residue (desulfurization catalyst) as waste. The particles (desulfurization catalyst) are used to remove the tar contained in the tar-containing gas, and at the same time produce carbon-supported desulfurization catalyst particles that can be used as a steelmaking material and a carburizing material. The carbon-supported desulfurization catalyst particles are desulfurization catalyst particles supporting a carbonaceous material.
Hereinafter, a method for producing desulfurization catalyst particles necessary for tar removal will be described first, and then a method for producing a tar-free gas and a refining method will be described in order.
本実施の形態に係るガス化方法では、まず、石油精製で使用された廃棄物としての石油脱硫触媒残渣を用意する。石油脱硫触媒残渣は、水分を含んだ青白色粘土状物質である。
図2は、石油脱硫触媒残渣の組成の一例を示す図表である。図表の上欄は、石油脱硫触媒残渣のウェットベースにおける組成を示しており、下欄は、ドライベースにおける組成を示している。図表に示すように、石油脱硫触媒残渣は、酸化アルミニウムAl2 O3 を主成分とし、酸化ニッケルNiO、酸化コバルトCoO、酸化バナジウムV2 O5 、酸化鉄Fe2 O3 、酸化ナトリウムNa2 O、二酸化ケイ素SiO2 、水分を含有する。なお、上述の組成は、石油脱硫触媒残渣の一例であり、上述の組成と異なる石油脱硫触媒残渣を用いても良い。
In the gasification method according to the present embodiment, first, a petroleum desulfurization catalyst residue as a waste used in petroleum refining is prepared. The petroleum desulfurization catalyst residue is a pale white clay-like substance containing moisture.
FIG. 2 is a chart showing an example of the composition of the petroleum desulfurization catalyst residue. The upper column of the chart shows the composition of the petroleum desulfurization catalyst residue on the wet base, and the lower column shows the composition on the dry base. As shown in the chart, the petroleum desulfurization catalyst residue is mainly composed of aluminum oxide Al 2 O 3 , nickel oxide NiO, cobalt oxide CoO, vanadium oxide V 2 O 5 , iron oxide Fe 2 O 3 , sodium oxide Na 2 O. , Silicon dioxide SiO 2 , containing moisture. The above composition is an example of a petroleum desulfurization catalyst residue, and a petroleum desulfurization catalyst residue different from the above composition may be used.
次いで、図1に示すように、該石油脱硫触媒残渣を乾燥及び粉砕し、脱硫触媒粒子を生成する。脱硫触媒粒子は、タール含有ガスに含まれるタールを分解し、また炭状物質として担持することによって、タールを除去するものである。石油脱硫触媒残渣は、水分を含む粘土状物質の塊であり、該石油脱硫触媒残渣に対して後述のタール含有ガスを接触させても、タールを効果的に除去することができないため、石油脱硫触媒残渣を固形粒状の脱硫触媒粒子に加工する必要がある。具体的には、ロータリーキルンを用いて、石油脱硫触媒残渣の乾燥及び粉砕を行えば良い。石油脱硫触媒残渣の乾燥及び粉砕処理は、空気中で行えばよい。粉砕後の脱硫触媒粒子の直径は、約5mm〜1mmである。なお、約5mm〜1mmの範囲は一例であり、脱硫触媒粒子の直径を特に限定するものでは無い。 Next, as shown in FIG. 1, the petroleum desulfurization catalyst residue is dried and pulverized to produce desulfurization catalyst particles. The desulfurization catalyst particles are for removing tar by decomposing tar contained in the tar-containing gas and supporting it as a carbonaceous substance. The petroleum desulfurization catalyst residue is a lump of clay-like substance containing water, and even if the tar-containing gas described later is brought into contact with the petroleum desulfurization catalyst residue, the tar cannot be effectively removed. It is necessary to process the catalyst residue into solid granular desulfurization catalyst particles. Specifically, the petroleum desulfurization catalyst residue may be dried and pulverized using a rotary kiln. The drying and pulverization treatment of the petroleum desulfurization catalyst residue may be performed in the air. The diameter of the desulfurized catalyst particles after pulverization is about 5 mm to 1 mm. In addition, the range of about 5 mm-1 mm is an example, and the diameter of a desulfurization catalyst particle is not specifically limited.
図3は、マッフル炉を用いた石油脱硫触媒残渣の乾燥試験結果を示すグラフである。グラフの横軸は、マッフル炉を用いて石油脱硫触媒残渣を乾燥させる乾燥温度、縦軸は、乾燥後の石油脱硫触媒残渣の重量を示している。石油脱硫触媒残渣の乾燥時間は、いずれも60分である。図3のグラフから分かるように、200℃以上で加熱すれば、石油脱硫触媒残渣に含まれる水分を除去することができる。 FIG. 3 is a graph showing the results of a drying test of petroleum desulfurization catalyst residue using a muffle furnace. The horizontal axis of the graph indicates the drying temperature at which the petroleum desulfurization catalyst residue is dried using a muffle furnace, and the vertical axis indicates the weight of the petroleum desulfurization catalyst residue after drying. The drying time for the petroleum desulfurization catalyst residue is 60 minutes. As can be seen from the graph of FIG. 3, the water contained in the petroleum desulfurization catalyst residue can be removed by heating at 200 ° C. or higher.
次いで、脱硫触媒粒子を用いたタール非含有ガスの製造方法を説明する。図1に示すように、本発明に係るガス化方法では、木質のバイオマスを400〜600℃、例えば550℃で加熱することにより、バイオマスを、木炭(炭状固体)と、タール含有ガスとに熱分解し、熱分解によって生成した木炭を回収する。 Next, a method for producing a tar-free gas using desulfurization catalyst particles will be described. As shown in FIG. 1, in the gasification method according to the present invention, the biomass is converted into charcoal (charcoal solid) and tar-containing gas by heating the woody biomass at 400 to 600 ° C., for example, 550 ° C. Pyrolysis and recovering charcoal produced by pyrolysis.
タール含有ガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、及び低級炭化水素ガス等を含んだ可燃性の非凝縮性ガスと、タールガスとからなる。タールガスは、常温まで冷却すると液体又は固体になる凝縮性化合物、即ちタールが気化したものである。ここでの凝縮性とは、常温・常圧で液体又は固体になる性質という程度の意味である。タール含有ガスは、熱分解直後の冷却されていない状態では、非凝縮性ガスにタールの蒸気が含まれた状態となっている。 The tar-containing gas includes a combustible non-condensable gas containing hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, lower hydrocarbon gas, and the like, and tar gas. Tar gas is a condensable compound that becomes liquid or solid when cooled to room temperature, that is, vaporized tar. Here, the condensability means the property of becoming a liquid or a solid at normal temperature and normal pressure. The tar-containing gas is in a state in which tar vapor is contained in the non-condensable gas in an uncooled state immediately after thermal decomposition.
次に、熱分解によって発生したタール含有ガスを脱硫触媒粒子に接触させることによって、該タール含有ガスに含まれるタールを除去したタール非含有ガスを生成する。タール含有ガスに含まれるタールと、脱硫触媒粒子とが接触した場合、タールは水素、一酸化炭素、二酸化炭素等に分解され、また炭状物質が脱硫触媒粒子の表面に担持する。そして、生成されたタール非含有ガス、及びタール含有ガスに接触した後の炭素担持脱硫触媒粒子を夫々回収する。回収されたタール非含有ガスは、例えばガス化発電装置の発電エネルギーとして利用される。 Next, the tar-containing gas generated by pyrolysis is brought into contact with the desulfurization catalyst particles, thereby generating a tar-free gas from which the tar contained in the tar-containing gas is removed. When the tar contained in the tar-containing gas comes into contact with the desulfurization catalyst particles, the tar is decomposed into hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide and the like, and a carbonaceous material is supported on the surface of the desulfurization catalyst particles. And the carbon carrying | support desulfurization catalyst particles after contacting the produced | generated tar non-containing gas and tar containing gas are each collect | recovered. The recovered tar-free gas is used, for example, as power generation energy of a gasification power generation apparatus.
次いで、精錬方法について説明する。まず、溶解炉である電気炉に、金属原料を含む主原料と、造滓材及び加炭材としての炭素担持脱硫触媒粒子とを電気炉に装入する。なお、言うまでもなく、造滓材及び加炭材としての炭素担持脱硫触媒粒子が不足している場合、他の造滓材及び加炭材を添加しても良い。そして、電気炉のアーク放電によって主原料及び炭素担持脱硫触媒粒子を溶解する。該溶解によって、例えばステンレス鋼粗溶鋼と、該粗溶鋼上に浮遊するスラグとが形成される。以下、一例としてステンレス鋼の精錬について説明する。炭素担持脱硫触媒粒子に含まれる酸化ニッケルNiO、酸化鉄Fe2 O3等は、還元剤として機能する炭状物質によって還元される。還元されたニッケルNi、鉄Fe等は、ステンレス鋼の主要成分であり、溶鋼中に吸収される。一方、溶鋼に含まれる硫黄Sは、スラグ中に吸収される。以下、溶鋼及びスラグの分離、所定の炉外精錬処理、鋳造処理等を経て、ステンレス鋼が得られる。これらの処理は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。 Next, the refining method will be described. First, a main raw material containing a metal raw material and carbon-supported desulfurization catalyst particles as a carburizing material and a carburizing material are charged into an electric furnace, which is a melting furnace. Needless to say, when the carbon-supported desulfurization catalyst particles as the slagging material and the carburizing material are insufficient, other slagging material and carburizing material may be added. Then, the main raw material and the carbon-supported desulfurization catalyst particles are dissolved by arc discharge in an electric furnace. By the melting, for example, stainless steel coarse molten steel and slag floating on the coarse molten steel are formed. Hereinafter, refining of stainless steel will be described as an example. Nickel oxide NiO, iron oxide Fe 2 O 3 and the like contained in the carbon-supported desulfurization catalyst particles are reduced by a carbonaceous material functioning as a reducing agent. Reduced nickel Ni, iron Fe, and the like are main components of stainless steel and are absorbed into the molten steel. On the other hand, sulfur S contained in the molten steel is absorbed into the slag. Hereinafter, stainless steel is obtained through separation of molten steel and slag, predetermined out-of-core refining treatment, casting treatment, and the like. Since these processes are known techniques, a detailed description thereof will be omitted.
以下、本発明に係るガス化方法を実施するための装置について説明する。まず、本発明に係るガス化装置について説明し、次いで、脱硫触媒粒子製造装置3及び精錬装置について説明する。
Hereinafter, an apparatus for carrying out the gasification method according to the present invention will be described. First, the gasifier according to the present invention will be described, and then the desulfurization catalyst
<ガス化装置>
図4は、本発明に係るガス化装置の構成例を示す模式的断面図である。本発明に係るガス化装置は、バイオマスを炭状固体及びタール含有ガスに熱分解する熱分解装置1と、タール含有ガスからタールを除去すると共に、炭素担持脱硫触媒粒子を併産するタール除去装置2とを備える。
<Gasifier>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the gasifier according to the present invention. The gasifier according to the present invention includes a
熱分解装置1は、地表上に集積したバイオマスを上方から覆うことによって、バイオマスを収容し、炭化するための筐体11と、筐体11内の定位置にバイオマスを保持するための籠部材12とを備える。籠部材12は、上方が開口した箱型状であり、複数の鉄筋材を相互に溶接して形成されている。なお、地表上には、筐体11と、地表との間をシールするシール部材14が設置されている。
The
筐体11は、底部が開口した中空箱状の金属製であり、筐体11の外壁下端部には、火入れ口13が設けられている。また、該外壁に対向する他の外壁下端部には、排煙管15が設けられている。更に、筐体11の天井表面には、該筐体11をクレーン又はフォークリフトで吊り上げるためのフックが設けられている(不図示)。
The housing 11 is made of a metal having a hollow box shape with an open bottom, and a
火入れ口13は、筐体11の外壁下端部に形成された中空略直方体形状をなし、筐体11内部に連通している。火入れ口13の側面には、空気取り入れ用の開口が形成されている。また、火入れ口13の上面には、火入れ用の開口が形成されており、該開口は蓋にて開閉されるように構成されている。
なお、上述の火入れ口13の構成は一例であり、筐体11内部に火入れ、及び空気の取り込みが可能な構成であれば、他の構成でも良い。また、火入れ用の開口と、空気取り込み用の開口とを別体で構成しても良い。
The
Note that the above-described configuration of the
排煙管15は、筐体11内におけるバイオマスの熱分解によって発生したタール含有ガスを筐体11の外部へ排出するための配管であり、タール除去装置2に接続されている。
The
タール除去装置2は、縦長円筒状の反応容器21を備え、反応容器21は、該反応容器21を加熱する図示しない燃焼加熱炉の内部に配置されている。反応容器21の上部に形成された脱硫触媒粒子投入口21bには、例えば、脱硫触媒粒子を反応容器21に供給するホッパ22がロータリーバルブ23を介して設けられている。反応容器21は、下端側部にガス流入口21aを有し、上端側部にガス流出口21dが設けられている。ガス流入口21aには、熱分解装置1の筐体11に連通する排煙管15が接続されており、バイオマスの熱分解によって発生したタール含有ガスが反応容器21へ流入し、脱硫触媒粒子の集積物中を通流するように構成されている。タール含有ガスと、脱硫触媒粒子とが接触した場合、タール含有ガスに含まれるタールは、分解され、また炭状物質が脱硫触媒粒子の表面に担持する。この結果、タール非含有ガス及び炭素担持脱硫触媒粒子が併産される。
また、反応容器21は、下端部に、炭素担持脱硫触媒粒子を排出する炭素担持脱硫触媒粒子排出口21cを有する。炭素担持脱硫触媒粒子排出口21cには、ロータリーバルブ24を介して炭素担持脱硫触媒粒子を回収する炭素担持脱硫触媒粒子回収器25が設けられている。
The
The
このように構成されたガス化装置の使用方法及び動作を説明する。まず、炭化を行うための所定位置に籠部材12を配置し、籠部材12の内部にバイオマスを収納する。そして、バイオマスを収容した籠部材12を覆うようにして筐体11を被せる。次いで、火入れ口13を介して火入れを行い、筐体11の内部温度を上げ、所定の条件によってバイオマスを熱分解させる。バイオマスの熱分解によって発生したタール含有ガスは、排煙管15を通じてタール除去装置2の反応容器21へ排出される。
The usage method and operation of the gasifier configured as described above will be described. First, the
そして、ホッパ22に脱硫触媒粒子を供給し、ロータリーバルブ23,24を駆動する。ロータリーバルブ23,24の駆動によって、反応容器21に脱硫触媒粒子が供給され、脱硫触媒粒子は、反応容器21中を、タール含有ガスに接触しながら上方から下方へ移動する。タール含有ガスとの接触によって生成された炭素担持脱硫触媒粒子は、ロータリーバルブ24の駆動によって下方へ排出され、炭素担持脱硫触媒粒子回収器25に回収される。また、脱硫触媒粒子との接触によってタールが除去されたタール非含有ガスは、ガス流出口21dから配管26を通じて、外部へ送出される。
Then, desulfurization catalyst particles are supplied to the
<脱硫触媒粒子製造装置>
図5は、脱硫触媒粒子製造装置3の構成例を示す模式図である。脱硫触媒粒子製造装置3は、例えばロータリーキルンであり、中空の回転円筒体31aを備える。回転円筒体31aはその中心軸が水平面に対して傾斜するような姿勢で、図示しない支持装置によって、回転自在に支持されている。回転円筒体31aの傾斜方向上流側の端部には、回転円筒体31aの内部に石油脱硫触媒残渣が投入される投入口31bが形成され、投入口31bには石油脱硫触媒残渣供給用のホッパ31eが設けられている。回転円筒体31aの傾斜方向下流側の端部には、石油脱硫触媒残渣の乾燥及び粉砕によって生成された脱硫触媒粒子が排出される排出口31cが設けられている。また、回転円筒体31aの内周面には、石油脱硫触媒残渣を攪拌及び粉砕するための図示しない攪拌板が突設されている。
<Desulfurization catalyst particle production equipment>
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the desulfurization catalyst
回転円筒体31aの径方向外側には、回転円筒体31aの外形よりも内径が大きく、且つ中心軸方向の長さが回転円筒体31aよりも短い円筒状加熱風流路31dが回転円筒体31aと同軸的に配設されている。円筒状加熱風流路31dは、内部が中空であり、円筒状加熱風流路31dの傾斜方向下流側の端面には、所定間隔を隔てて複数の燃焼ガス供給部31fが周設されている。また、円筒状加熱風流路31dの傾斜方向上流側には排気筒31gが設けられている。
On the radially outer side of the rotating cylindrical body 31a, a cylindrical heating
また、回転円筒体31aは、図示しない駆動機構によって、中心軸を中心として所定速度で回転するように構成されている。例えば、駆動機構は、回転円筒体31aの外周面に形成された平歯車と、該平歯車に噛合する小歯車と、該小歯車を回転させるモータとから構成されている。なお、モータの回転速度は、投入口31bから投入された石油脱硫触媒残渣が熱分解されて排出口31cから排出されるまでの時間が約10分になるように設定すれば良い。 The rotating cylindrical body 31a is configured to rotate at a predetermined speed around the central axis by a drive mechanism (not shown). For example, the drive mechanism includes a spur gear formed on the outer peripheral surface of the rotating cylindrical body 31a, a small gear that meshes with the spur gear, and a motor that rotates the small gear. The rotational speed of the motor may be set so that the time from when the petroleum desulfurization catalyst residue charged through the charging port 31b is thermally decomposed and discharged from the discharging port 31c is about 10 minutes.
このように構成された脱硫触媒粒子製造装置3の使用方法及び動作を説明する。まず、ホッパ31eに石油脱硫触媒残渣を投入し、回転円筒体31aを加熱及び回転させる。石油脱硫触媒残渣は、回転円筒体31aの回転によって、回転円筒体31a内部を傾斜方向上流側から傾斜方向下流側へ移動すると共に、攪拌板によって粉砕され、乾燥する。そして、乾燥及び粉砕された脱硫触媒粒子は、回転円筒体31aの排出口31cから外部へ排出される。
The usage method and operation of the desulfurization catalyst
<精錬装置>
図6は、本発明に係る精錬方法を実施する精錬装置の構成例を示す模式図である。精錬装置は電気炉4及び電気炉4から出鋼された溶鋼及びスラグを取り出すための取鍋5を備える。電気炉4は、例えば三相交流アーク炉であり、上方が開口した有底略円筒形をなし、出鋼口41aを有する炉本体41と、炉本体41の開口部を開閉可能に閉塞する略円盤形状の炉蓋42とを備える。炉蓋42には、略垂直に貫通した3つの貫通孔が形成されており、各貫通孔には黒鉛電極43が昇降可能に貫通している。3本の黒鉛電極43には三相交流が印加される。炉本体41、炉蓋42、黒鉛電極43及び取鍋5の構成、及び精錬装置の使用方法の詳細は公知技術(例えば、特開2005−337560号公報)であるため、詳細な説明は省略する。
<Smelting equipment>
FIG. 6 is a schematic diagram showing a configuration example of a refining apparatus that performs the refining method according to the present invention. The refining apparatus includes an electric furnace 4 and a
以上のように構成された本実施の形態に係るガス化方法、ガス化装置及び精錬方法にあっては、石油精製における脱硫剤として使用された廃棄物をタール除去剤として利用することができ、高価な多孔質アルミナを用意することなく、タール非含有ガスを生成することができる。 In the gasification method, gasification apparatus, and refining method according to the present embodiment configured as described above, the waste used as a desulfurization agent in petroleum refining can be used as a tar remover, A tar-free gas can be generated without preparing expensive porous alumina.
また、ステンレス鋼製造用の電気炉4で使用されているアルミ灰等の替わりに本発明となる炭素担持脱硫触媒粒子を利用することにより、もともと廃棄物であった石油脱硫触媒残渣の酸化アルミニウムAl2O3 、酸化ニッケルNiOなどを資源として再利用できるとともに、タールガス中の炭素までも還元剤として活用することができる。 Further, by using the carbon-supported desulfurization catalyst particles according to the present invention instead of the aluminum ash used in the electric furnace 4 for producing stainless steel, aluminum oxide Al of the petroleum desulfurization catalyst residue, which was originally a waste, is used. 2 O 3 , nickel oxide NiO, etc. can be reused as resources, and even carbon in tar gas can be used as a reducing agent.
(変形例)
変形例に係るガス化装置は、熱分解装置101の構成のみが異なるため、以下では主に上記相異点について説明する。
(Modification)
Since the gasifier according to the modification differs only in the configuration of the
図7は、変形例に係るガス化装置の構成例を示す模式的断面図である。熱分解装置101は、熱分解反応器111を備える。熱分解反応器111は、中空円筒状をなし、該熱分解反応器111を400〜600℃に加熱する外部熱風加熱槽方式の燃焼加熱炉112の内部に略水平の姿勢で設置されている。熱分解反応器111の一端部に設けられたバイオマス供給口には管内にバイオマスを供給するホッパ114が結合されており、熱分解反応器111の内部には、ホッパ114及びバイオマス供給口から供給されたバイオマスを他端部側へ搬送する搬送スクリュー113が設けられている。熱分解反応器111は、他端部に木炭排出口及び排気口を有する。排気口には、バイオマスの熱分解によって発生したタール含有ガス及び水蒸気を反応容器21へ導く配管115が接続され、木炭排出口には、残渣である木炭を回収する木炭回収器116が設けられている。配管115の他端は、タール除去装置2の反応容器21に連通している。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration example of a gasifier according to a modification. The
変形例に係るガス化装置の作用及び効果は、実施の形態と同様である。 The operation and effect of the gasifier according to the modification are the same as in the embodiment.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the meanings described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 熱分解装置
2 タール除去装置
3 脱硫触媒粒子製造装置
4 電気炉
5 取鍋
11 筐体
12 籠部材
13 火入れ口
14 シール部材
15 排煙管
25 炭素担持脱硫触媒粒子回収器
41 炉本体
41a 出鋼口
42 炉蓋
43 黒鉛電極
116 木炭回収器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
熱分解によって生成した炭状固体を回収する炭状固体回収工程と、
熱分解によって発生したタール含有ガスを脱硫触媒に接触させることによって、該タール含有ガスに含まれるタールを除去したタール非含有ガスを生成するタール除去工程と、
生成されたタール非含有ガス、及びタール含有ガスに接触した後の前記脱硫触媒を回収する回収工程と
を有することを特徴とするガス化方法。 In the gasification method of thermally decomposing the organic matter into a tar-containing gas and a carbonaceous solid by heating the organic matter,
A carbonaceous solid recovery step for recovering the carbonaceous solid produced by pyrolysis;
A tar removal step of producing a tar-free gas from which the tar contained in the tar-containing gas is removed by bringing the tar-containing gas generated by pyrolysis into contact with a desulfurization catalyst;
And a recovery step of recovering the produced non-tar-containing gas and the desulfurization catalyst after contact with the tar-containing gas.
石油精製で使用された脱硫触媒の残渣を乾燥し、粉砕ないし造粒してなる
ことを特徴とする請求項1に記載のガス化方法。 The desulfurization catalyst is
The gasification method according to claim 1, wherein the residue of the desulfurization catalyst used in petroleum refining is dried, pulverized or granulated.
熱分解によって生成した炭状固体を回収する炭状固体回収手段と、
熱分解によって発生したタール含有ガスを脱硫触媒に接触させることによって、該タール含有ガスに含まれるタールを除去したタール非含有ガスを生成するタール除去手段と、
生成されたタール非含有ガス、及びタール含有ガスに接触した後の前記脱硫触媒を回収する回収手段と
を備えることを特徴とするガス化装置。 In a gasifier that thermally decomposes organic matter into a tar-containing gas and a carbonaceous solid by heating the organic matter,
A carbonaceous solid recovery means for recovering the carbonaceous solid produced by pyrolysis;
A tar removing means for generating a tar-free gas from which the tar contained in the tar-containing gas is removed by bringing the tar-containing gas generated by thermal decomposition into contact with a desulfurization catalyst;
A gasification apparatus comprising: the generated tar-free gas; and recovery means for recovering the desulfurization catalyst after contact with the tar-containing gas.
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JP2012170856A (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Central Research Institute Of Electric Power Industry | Collecting material for metal in seawater and method of collecting metal in seawater |
AT520769A1 (en) * | 2018-01-04 | 2019-07-15 | Guenter Hirr | Method for operating a plant for generating energy and plant therefor |
JP2021011408A (en) * | 2019-07-08 | 2021-02-04 | 株式会社フジタ | Carbon dioxide storage system, method for improving water quality, and method for producing fertilizer |
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2009
- 2009-07-13 JP JP2009164982A patent/JP2011021061A/en active Pending
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