JP4072076B2 - 高温高圧水による有機物ガス化方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を高温高圧水によりガス化する方法及びその装置に係り、詳しくは、高温高圧水による有機物のガス化に用いる金属触媒を洗浄、再生して利用する方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高温高圧水による有機物のガス化において、金属触媒の利用により比較的低温域（３００℃〜３７４℃程度）でも効率よく水素等のガスを得ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平８−５９２０２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来方法では、触媒を繰り返し使用すると、触媒表面に残渣が付着したり、付着した残渣が酸化したりして、触媒の活性が低下するという問題があった。
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、触媒を再生し、高温高圧水による有機物ガス化の効率低下を防ぐことが可能な高温高圧水による有機物ガス化方法およびその装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、金属触媒を添加した有機物スラリーと高温高圧水とを、反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を固液分離槽にて回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器を介して前記固液分離槽に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器を介して前記固液分離槽に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記貯留したガスにより前記固液分離槽内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程と、前記金属触媒の還元工程後に、再生された前記金属触媒を前記有機物ガス化工程に戻す前記金属触媒の返送工程とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２に係る発明は、金属触媒を添加した有機物スラリーと高温高圧水とを、反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を固液分離槽にて回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器を介して前記固液分離槽に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器を介して前記固液分離槽に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記固液分離槽内の前記金属触媒表面をガスにより還元、再生する前記金属触媒の還元工程と、前記金属触媒の還元工程後に、再生された前記金属触媒を前記有機物ガス化工程に戻す前記金属触媒の返送工程とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に係る発明は、有機物スラリーと高温高圧水とを、金属触媒を内部に備える反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記貯留したガスにより前記反応容器内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に係る発明は、有機物スラリーと高温高圧水とを、金属触媒を内部に備える反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、ガスにより前記反応容器内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に係る発明は、有機物をスラリー化するスラリー装置と、金属触媒を貯留するとともに前記スラリー装置に金属触媒を供給する触媒タンクと、水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置と、前記スラリー装置から供給される有機物スラリーと前記高温高圧水製造装置から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器と、前記反応容器から流出した処理物を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出するガスを貯留するガス貯留タンクと、前記固液分離槽にて分離された前記金属触媒を前記触媒タンクに戻す触媒返送管路とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記ガス貯留タンクと前記反応容器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記反応容器とガス貯蔵器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項８に係る発明は、請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記固液分離槽は、高温高圧に耐える外側容器と、網目状の内側容器とから成る密閉式の二重構造となっていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、有機物をスラリー化するスラリー装置と、水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置と、内部に金属触媒を備え、前記スラリー装置から供給される有機物スラリーと前記高温高圧水製造装置から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器と、前記反応容器から流出する処理物を固液分離する固液分離部と、前記固液分離部から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出するガスを貯留するガス貯留タンクとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１０に係る発明は、請求項９記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記ガス貯留タンクと前記反応容器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、請求項９記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記反応容器とガス貯蔵器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１ないし図８は、本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を示す（請求項５、請求項６、請求項８に対応）。
本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１は、有機物Ｏをスラリー化するスラリー装置１０と、金属触媒Ｃを貯留するとともにスラリー装置１０に金属触媒を供給する触媒タンク１５と、水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置２０と、スラリー装置１０から供給される有機物スラリーと高温高圧水製造装置２０から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器２５と、反応容器２５から流出した処理物を固液分離する固液分離槽３０と、固液分離槽３０から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器３５と、気液分離器３５から流出するガスを貯留するガス貯留タンク４０と、固液分離槽３０にて分離された金属触媒Ｃを触媒タンク１５に戻す触媒返送管路４５と、ガス貯留タンク４０と反応容器２５とを結ぶガス供給管路５０とを備えている。
【００１３】
スラリー装置１０は、原料となる有機物Ｏを破砕等の処理によりスラリーとする。スラリー化された有機物は、スラリーポンプ１１によって管路１２を介して高温高圧の反応容器２５に送られる。
ここで、有機物Ｏとしては、主としてセルロース系の有機物を対象とし、葉、茎、根等を含む全草、木材チップ等の植物体、紙などが含まれる。具体的には、刈り草、農業廃棄物、水質浄化に使用した後の水生植物、廃木材、生ごみ、紙ごみ 、有機汚泥等が包含される。
【００１４】
触媒タンク１５は、図２に示すように、粉末状または顆粒状の金属触媒Ｃを水Ｗとともに貯留しており、金属触媒Ｃを水Ｗとともに送液ポンプ１６により管路１７を介してスラリー装置１０に供給される。
ここで、金属触媒Ｃとしては、ニッケル、クロム、マンガン、チタン、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの組み合わせがある。
【００１５】
本実施形態に使用する触媒タンク１５を図２により説明する。
触媒タンク１５は、タンク本体１５ａと、タンク本体１５ａの側部に設けた開口１５ｂと、開口１５ｂに設けたオーバフロー管１５ｃと、開口１５ｂの内側に設けた触媒流出防止フィルタ１５ｄと、タンク本体１５ａ内に設けた攪拌機１５ｅと、タンク本体１５ａを覆う蓋体１５ｆとを備え、蓋体１５ｆには触媒返送管路４５が取り付けられ、タンク本体１５ａの底部には管路１７が取り付けられている。
【００１６】
高温高圧水製造装置２０は、水タンク２１内の水を高圧の送液ポンプ２２により管路２３を介して導入し、高温高圧の水として管路２４を介して反応容器２５に注入する。
高温高圧水製造装置２０は、有機物ガス化工程においては、例えば、３５０℃〜４５０℃の高温高圧水を反応容器２５に供給し、金属触媒Ｃの第一洗浄工程においては、例えば、６００℃の高温の高温高圧水を反応容器２５に供給し、金属触媒Ｃの第二洗浄工程においては、亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を反応容器２５に供給し、触媒返送工程においては、例えば、常温の高圧水を反応容器２５に供給するように構成されている。
【００１７】
反応容器２５は、内部が外部ヒータにより所定の温度に保たれており、有機物ガス化工程においては、例えば、３５０℃〜４５０℃、３５ＭＰａの高温高圧水と有機物スラリーとを混合し、速やかにガス化等の反応を起こす。反応温度とガス発生量との関係を確認したところ、特許文献１に開示されている反応温度３００℃〜３７４℃より高温の４００℃を超えると、ガス発生量が顕著に増加することが確認できた。
【００１８】
固液分離槽３０は、図１および図３に示すように、高温高圧に耐える外側容器３０ａと、網目状の内側容器３０ｂとから成る密閉式の二重構造となっている。外側容器３０ａと内側容器３０ｂとは、金属触媒Ｃの第一洗浄工程、第二洗浄工程および触媒還元工程において、固形物である金属触媒Ｃと残渣Ｒとを、洗浄水または還元用ガスと効率よく混合させるため、底部を曲面として対流しやすい形状としてある。網目状の内側容器３０ｂの網目は、使用する金属触媒Ｃを捕捉できる径で構成されている。
【００１９】
固液分離槽３０の開口部は、蓋体３０ｃで覆われ、この蓋体３０ｃに反応容器２５に連絡する反応生成物流入管２６が取り付けられている。
固液分離槽３０の底部には、外側容器３０ａにそれぞれ弁３０ｄ、３０ｇを介して繋がる気液混合物排出管路３１と液体排出管路３４と、内側容器３０ｂに弁３０ｅを介して繋がる触媒返送管路４５とが取り付けられている。なお、内側容器３０ｂの底部から弁３０ｅまでの距離は、詰まりを防ぐため、できるだけ短い方がよい。液体排出管路３４は、金属触媒Ｃの第二洗浄工程および触媒還元工程において、洗浄水およびガスを系外に排出するために設けてある。
【００２０】
内側容器３０ｂ内には、攪拌機３０ｆが配置されている。
気液混合物排出管路３１には、固液分離された液体を冷却する冷却器３２と、反応容器２５内を所定圧力に保つ背圧調整弁３３とが直列に繋がっている。
気液分離器３５は、気液混合物排出管路３１を介して背圧調整弁３３に連絡している。気液分離器３５では、気液混合物排出管路３１を介して送られてきた気体と液体の混合物が、気体と液体とに分離される。
【００２１】
気液分離器３５は、分離された気体を搬送する気体管路３６を介してガス貯留タンク４０に連絡し、分離された液体を搬送する液体管路３７を介して水タンク２１に連絡している。
ガス貯留タンク４０は、所望の経路を介してガス利用源へ送られる。
ガス貯留タンク４０には、触媒還元工程において、金属触媒Ｃの表面を還元再生するために貯留されたガスを固液分離槽３０に送るためのガス供給管路５０が反応容器２５との間に設けてある。ガス供給管路５０には、弁５１が設けてある。
【００２２】
次に、斯くして構成された本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１の作用を説明する（請求項１に対応）。
本実施形態においては、有機物ガス化工程、金属触媒Ｃの第一洗浄工程、金属触媒Ｃの第二洗浄工程、金属触媒Ｃの還元工程、金属触媒Ｃの返送工程を定期的に繰り返す。
【００２３】
先ず、図４に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による有機物ガス化工程を説明する。
有機物ガス化工程においては、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１は、太線で示す経路が運転される。
原料となる有機物Ｏをスラリー装置１５に投入する。
【００２４】
スラリー装置１５では、槽内において破砕等の処理により有機物Ｏをスラリー化する。
同時に、触媒タンク１５から金属触媒Ｃが送液ポンプ１６により水とともにスラリー装置１５に投入される。
従って、有機物スラリーには、金属触媒Ｃが添加される。
【００２５】
金属触媒Ｃが添加された有機物スラリーは、スラリーポンプ１１によって高温高圧の反応容器２５に供給される。
水タンク２１内の水を高圧の送液ポンプ２２により高温高圧水製造装置２０に注入し、高温高圧水として反応容器２５に注入する。
これによって、反応容器２５内において、例えば、４００℃〜４５０℃、３５ＭＰａの高温高圧水と有機物スラリーとが混合し、速やかにガス化などの反応を起こす。
【００２６】
ここで、反応容器２５内の圧力は、後段の背圧調整弁３３により、所定の圧力に保たれている。
反応容器２５から流出した処理物は、固液分離槽３０で固形残渣が除去された後、冷却器３２にて冷却され、背圧調整弁３３を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部３５に送られ、さらに気液分離部３５で気体と液体とに分離される。
【００２７】
分離された気体は、気体管路３６を介してガス貯留タンク４０に貯留され、分離された液体は液体管路３７を介して水タンク２１へ送られる。
分離された気体は、水素、メタンなどの可燃成分を多量に含んでおり、回収してエネルギー利用することができる。
次に、図５に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの第一洗浄工程を説明する。
【００２８】
先ず、反応容器２５への有機物スラリーの供給を停止する。
次に、高温高圧水製造装置２０から有機物ガス化工程における高温高圧水よりさらに高温（例えば、６００℃）の高温高圧水を反応容器２５を介して固液分離槽３０に流通して、反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する。
固液分離槽３０から排出される気体と液体との混合物は、有機物ガス化工程と同様に、冷却器３２にて冷却され、背圧調整弁３３を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部３５に送られ、さらに気液分離部３５で気体と液体とに分離される。
【００２９】
分離された気体は、気体管路３６を介してガス貯留タンク４０に貯留され、分離された液体は液体管路３７を介して水タンク２１へ送られる。
次に、図６に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの第二洗浄工程を説明する。
先ず、弁３０ｄを閉じ、固液分離槽３０の外側容器３０ａと気液混合物排出管路３１との流路を遮断する。
【００３０】
次に、弁３０ｇを開き、固液分離槽３０の外側容器３０ａと液体排出管路３４とを連通する。
次に、高温高圧水製造装置２０から亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を反応容器２５を介して固液分離槽３０に流通して、反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する。
【００３１】
反応残渣中の無機物残渣は、塩化ナトリウム、塩化カルシウムなどの無機物である。これらは、水に対する溶解度が臨界点付近で急激に低下し殆ど溶けて無くなり析出する。
従って、本工程により、反応残渣中の無機物残渣は、確実に溶解、除去する。
固液分離槽３０に送られた水は、液体排出管路３４を介して系外へ排出される。
【００３２】
次に、図７に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの還元工程を説明する。
先ず、固液分離槽３０の液体を、液体排出管路３４を介して系外へ排出する。
次に、ガス供給管路５０の弁５１を開き、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５を介して固液分離槽３０内に送り、固液分離槽３０の内側容器３０ｂに捕集されている金属触媒Ｃの表面を還元再生する。
【００３３】
固液分離槽３０に送られたガスは、液体排出管路３４を介して系外へ排出される。
次に、図８に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの返送工程を説明する。
先ず、ガス供給管路５０の弁５１を閉じ、液体排出管路３４の弁３０ｇを閉じ、触媒返送管路４５の弁３０ｅを開く。
【００３４】
次に、反応容器２５に高温高圧水製造装置２０から常温の高圧水を送り、再生された金属触媒Ｃを固液分離槽３０から押し流して触媒タンク１５へ移送する。
以上により、本実施形態においては、有機物ガス化工程によって、金属触媒Ｃの表面に残渣が付着したり、付着物が酸化したりしても、有機物ガス化工程、金属触媒Ｃの第一洗浄工程、金属触媒Ｃの第二洗浄工程、金属触媒Ｃの還元工程、金属触媒Ｃの返送工程を定期的に繰り返すので、金属触媒Ｃの再生が確実に行われ、高温高圧水による有機物ガス化の効率低下を招くことがない。
【００３５】
なお、上記実施形態では、金属触媒Ｃの還元工程において、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５を介して固液分離槽３０内に送り、固液分離槽３０の内側容器３０ｂに捕集されている金属触媒Ｃの表面を還元再生する場合について説明したが、例えば、図９に示すように、水素ガスボンベなどのガス貯蔵器５５を別途用意し、反応容器２５に直接ガスを供給してもよい（請求項２、請求項７に対応）。この場合には、ガス供給管路５０を必要としない。
【００３６】
また、触媒タンク１５が、図２に示すように、水とともに添加する場合について説明したが、例えば、図１０に示すように、スクリューフィーダーなどの注入装置により固体として添加できるようにしても良い。この場合には、タンク本体１５ａの底部に設けた管路１７に、触媒流出防止用フィルタ１５ｇを介して弁１５ｉを設けた排水管１５ｈを取り付ける。弁１５ｉを開くことにより、タンク本体１５ａ内の水は常に排水され、金属触媒Ｃのみが貯蔵されることとなる。
【００３７】
図１１は、本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置６０を示す（請求項９、請求項１０に対応）。
本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置６０は、金属触媒を備えた網状物２５ａを反応容器２５内部に設けた点で、上述する第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１とは相違する。ここで、網状物２５ａとしては、金属触媒を素材として編み込んだ網状物または金属触媒をメッキ、蒸着、固着、混入などによって担持する網状物がある。網状物２５ａは、固液分離槽３０における内側容器３０ｂと同様に反応残渣（固形物）を捕捉する程度の径の網目で構成されている。
【００３８】
従って、本実施形態においては、第一実施形態のように、金属触媒Ｃが系内を流動することがないので、第一実施形態において必要とされた触媒タンク１５、送液ポンプ１６、管路１７、固液分離槽３０、触媒返送管路４５が不要となる。
また、反応容器２５に連絡する反応生成物流入管２６は、気液混合物排出管路３１に直接連絡している。さらに、液体排出管路３４は、反応容器２５に直接取り付けられている。
【００３９】
次に、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置６０の作用を説明する（請求項３に対応）。
先ず、有機物ガス化工程においては、図１２に示すように、図４における触媒タンク１５による触媒添加を除いて同様の操作が為される。
次に、金属触媒の第一洗浄工程においては、図１３に示すように、図５における固液分離槽３０での処理が不要となる点を除いて、太線で示す経路と同様の操作が為される。
【００４０】
ここでは、反応容器２５において、内部の網状物２５ａ内に反応残渣が捕捉されている。従って、高温高圧水製造装置２０から有機物ガス化工程における高温高圧水よりさらに高温（例えば、６００℃）の高温高圧水を反応容器２５に流通して、反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する。
反応容器２５から排出される気体と液体との混合物は、有機物ガス化工程と同様に、冷却器３２にて冷却され、背圧調整弁３３を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部３５に送られ、さらに気液分離部３５で気体と液体とに分離される。
【００４１】
次に、金属触媒の第二洗浄工程においては、図１４に示すように、図６における固液分離槽３０での処理が不要となる点を除いて、太線で示す経路と同様の処理が為される。
ここでは、弁３０ｄを閉じ、反応容器２５と気液混合物排出管路３１との流路を遮断した後、弁３０ｇを開き、反応容器２５ａと液体排出管路３４とを連通し、次に、高温高圧水製造装置２０から亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を反応容器２５に流通して、反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去し、液体排出管路３４を介して系外へ排出する。
【００４２】
次に、金属触媒の還元工程においては、図１５に示すように、図７における固液分離槽３０での処理が不要となる点を除いて、太線で示す経路と同様の処理が為される。
ここでは、反応容器２５内の液体を、液体排出管路３４を介して系外へ排出した後、ガス供給管路５０の弁５１を開き、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５内に送り、反応容器２５内の網状物２５ａを構成する金属触媒の表面を還元再生し、ガスを液体排出管路３４を介して系外へ排出する。
【００４３】
以上により、本実施形態においては、有機物ガス化工程によって、反応容器２５内の網状物２５ａを構成する金属触媒の表面に残渣が付着したり、付着物が酸化したりしても、有機物ガス化工程、金属触媒の第一洗浄工程、金属触媒の第二洗浄工程、金属触媒の還元工程を定期的に繰り返すので、反応容器２５内の網状物２５ａを構成する金属触媒の再生が確実に行われ、高温高圧水による有機物ガス化の効率低下を招くことがない。
【００４４】
なお、上記実施形態では、金属触媒を備えた網状物２５ａとして、金属触媒を素材として編み込んだ網状物または金属触媒をメッキ、蒸着、固着、混入などによって担持する網状物を用いた場合について説明したが、金属触媒を備えていない通常の網状物内に、網目より大きなタブレット上の金属触媒を収納していてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、反応容器２５内に網状物２５ａを収納し、金属触媒の洗浄と還元とを反応容器２５内で行う場合について説明したが、反応容器２５の最下流部に反応残渣を回収できる程度の小型の固液分離槽またはフィルタを設けてもよい。この場合には、網状物２５ａは反応残渣を捕捉する機能が無くてもよい。
【００４６】
また、金属触媒の還元工程において、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５内に送り、反応容器２５の網状物２５ａを構成する金属触媒の表面を還元再生する場合について説明したが、例えば、図１６に示すように、水素ガスボンベなどのガス貯蔵器５５を別途用意し、反応容器２５に直接ガスを供給してもよい（請求項４、請求項１１に対応）。この場合には、ガス供給管路５０を必要としない。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、高温高圧水による有機物のガス化において金属触媒を有効に再利用し、ガス化効率を低下させることなく連続的に処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置に用いた触媒タンクを示す説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置に用いた固液分離槽を示す説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた有機物ガス化工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第一洗浄工程を示す説明図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第二洗浄工程を示す説明図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の還元工程を示す説明図である。
【図８】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の返送工程を示す説明図である。
【図９】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置に用いた別の触媒タンクを示す説明図である。
【図１０】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置の変形例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を示す説明図である。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた有機物ガス化工程を示す説明図である。
【図１３】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第一洗浄工程を示す説明図である。
【図１４】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第二洗浄工程を示す説明図である。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の還元工程を示す説明図である。
【図１６】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１、６０ 本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置
１０ スラリー装置
１１ スラリーポンプ
１２、１７、２３、２４ 管路
１５ 触媒タンク
１６ 送液ポンプ
２０ 高温高圧水製造装置
２１ 水タンク
２２ 送液ポンプ
２５ 反応容器
２５ａ 網状物
３０ 固液分離槽
３０ａ 外側容器
３０ｂ 内側容器
３１ 気液混合物排出管路
３２ 冷却器
３３ 背圧調整弁
３４ 液体排出管路
３５ 気液分離器
３６ 気体管路
３７ 液体管路
４０ ガス貯留タンク
４５ 触媒返送管路
５０ ガス供給管路
５５ ガス貯蔵器
Ｃ 金属触媒
Ｏ 有機物
Ｒ 残渣
Ｗ 水
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を高温高圧水によりガス化する方法及びその装置に係り、詳しくは、高温高圧水による有機物のガス化に用いる金属触媒を洗浄、再生して利用する方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高温高圧水による有機物のガス化において、金属触媒の利用により比較的低温域（３００℃〜３７４℃程度）でも効率よく水素等のガスを得ることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平８−５９２０２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来方法では、触媒を繰り返し使用すると、触媒表面に残渣が付着したり、付着した残渣が酸化したりして、触媒の活性が低下するという問題があった。
本発明は、斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、触媒を再生し、高温高圧水による有機物ガス化の効率低下を防ぐことが可能な高温高圧水による有機物ガス化方法およびその装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、金属触媒を添加した有機物スラリーと高温高圧水とを、反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を固液分離槽にて回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器を介して前記固液分離槽に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器を介して前記固液分離槽に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記貯留したガスにより前記固液分離槽内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程と、前記金属触媒の還元工程後に、再生された前記金属触媒を前記有機物ガス化工程に戻す前記金属触媒の返送工程とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２に係る発明は、金属触媒を添加した有機物スラリーと高温高圧水とを、反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を固液分離槽にて回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器を介して前記固液分離槽に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器を介して前記固液分離槽に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記固液分離槽内の前記金属触媒表面をガスにより還元、再生する前記金属触媒の還元工程と、前記金属触媒の還元工程後に、再生された前記金属触媒を前記有機物ガス化工程に戻す前記金属触媒の返送工程とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
請求項３に係る発明は、有機物スラリーと高温高圧水とを、金属触媒を内部に備える反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記貯留したガスにより前記反応容器内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に係る発明は、有機物スラリーと高温高圧水とを、金属触媒を内部に備える反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、前記第一洗浄工程後に、前記反応容器に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、ガスにより前記反応容器内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項５に係る発明は、有機物をスラリー化するスラリー装置と、金属触媒を貯留するとともに前記スラリー装置に金属触媒を供給する触媒タンクと、水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置と、前記スラリー装置から供給される有機物スラリーと前記高温高圧水製造装置から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器と、前記反応容器から流出した処理物を固液分離する固液分離槽と、前記固液分離槽から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出するガスを貯留するガス貯留タンクと、前記固液分離槽にて分離された前記金属触媒を前記触媒タンクに戻す触媒返送管路とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記ガス貯留タンクと前記反応容器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
請求項７に係る発明は、請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記反応容器とガス貯蔵器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項８に係る発明は、請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記固液分離槽は、高温高圧に耐える外側容器と、網目状の内側容器とから成る密閉式の二重構造となっていることを特徴とする。
請求項９に係る発明は、有機物をスラリー化するスラリー装置と、水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置と、内部に金属触媒を備え、前記スラリー装置から供給される有機物スラリーと前記高温高圧水製造装置から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器と、前記反応容器から流出する処理物を固液分離する固液分離部と、前記固液分離部から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器と、前記気液分離器から流出するガスを貯留するガス貯留タンクとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１０に係る発明は、請求項９記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記ガス貯留タンクと前記反応容器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、請求項９記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記反応容器とガス貯蔵器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１ないし図８は、本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を示す（請求項５、請求項６、請求項８に対応）。
本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１は、有機物Ｏをスラリー化するスラリー装置１０と、金属触媒Ｃを貯留するとともにスラリー装置１０に金属触媒を供給する触媒タンク１５と、水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置２０と、スラリー装置１０から供給される有機物スラリーと高温高圧水製造装置２０から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器２５と、反応容器２５から流出した処理物を固液分離する固液分離槽３０と、固液分離槽３０から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器３５と、気液分離器３５から流出するガスを貯留するガス貯留タンク４０と、固液分離槽３０にて分離された金属触媒Ｃを触媒タンク１５に戻す触媒返送管路４５と、ガス貯留タンク４０と反応容器２５とを結ぶガス供給管路５０とを備えている。
【００１３】
スラリー装置１０は、原料となる有機物Ｏを破砕等の処理によりスラリーとする。スラリー化された有機物は、スラリーポンプ１１によって管路１２を介して高温高圧の反応容器２５に送られる。
ここで、有機物Ｏとしては、主としてセルロース系の有機物を対象とし、葉、茎、根等を含む全草、木材チップ等の植物体、紙などが含まれる。具体的には、刈り草、農業廃棄物、水質浄化に使用した後の水生植物、廃木材、生ごみ、紙ごみ 、有機汚泥等が包含される。
【００１４】
触媒タンク１５は、図２に示すように、粉末状または顆粒状の金属触媒Ｃを水Ｗとともに貯留しており、金属触媒Ｃを水Ｗとともに送液ポンプ１６により管路１７を介してスラリー装置１０に供給される。
ここで、金属触媒Ｃとしては、ニッケル、クロム、マンガン、チタン、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの組み合わせがある。
【００１５】
本実施形態に使用する触媒タンク１５を図２により説明する。
触媒タンク１５は、タンク本体１５ａと、タンク本体１５ａの側部に設けた開口１５ｂと、開口１５ｂに設けたオーバフロー管１５ｃと、開口１５ｂの内側に設けた触媒流出防止フィルタ１５ｄと、タンク本体１５ａ内に設けた攪拌機１５ｅと、タンク本体１５ａを覆う蓋体１５ｆとを備え、蓋体１５ｆには触媒返送管路４５が取り付けられ、タンク本体１５ａの底部には管路１７が取り付けられている。
【００１６】
高温高圧水製造装置２０は、水タンク２１内の水を高圧の送液ポンプ２２により管路２３を介して導入し、高温高圧の水として管路２４を介して反応容器２５に注入する。
高温高圧水製造装置２０は、有機物ガス化工程においては、例えば、３５０℃〜４５０℃の高温高圧水を反応容器２５に供給し、金属触媒Ｃの第一洗浄工程においては、例えば、６００℃の高温の高温高圧水を反応容器２５に供給し、金属触媒Ｃの第二洗浄工程においては、亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を反応容器２５に供給し、触媒返送工程においては、例えば、常温の高圧水を反応容器２５に供給するように構成されている。
【００１７】
反応容器２５は、内部が外部ヒータにより所定の温度に保たれており、有機物ガス化工程においては、例えば、３５０℃〜４５０℃、３５ＭＰａの高温高圧水と有機物スラリーとを混合し、速やかにガス化等の反応を起こす。反応温度とガス発生量との関係を確認したところ、特許文献１に開示されている反応温度３００℃〜３７４℃より高温の４００℃を超えると、ガス発生量が顕著に増加することが確認できた。
【００１８】
固液分離槽３０は、図１および図３に示すように、高温高圧に耐える外側容器３０ａと、網目状の内側容器３０ｂとから成る密閉式の二重構造となっている。外側容器３０ａと内側容器３０ｂとは、金属触媒Ｃの第一洗浄工程、第二洗浄工程および触媒還元工程において、固形物である金属触媒Ｃと残渣Ｒとを、洗浄水または還元用ガスと効率よく混合させるため、底部を曲面として対流しやすい形状としてある。網目状の内側容器３０ｂの網目は、使用する金属触媒Ｃを捕捉できる径で構成されている。
【００１９】
固液分離槽３０の開口部は、蓋体３０ｃで覆われ、この蓋体３０ｃに反応容器２５に連絡する反応生成物流入管２６が取り付けられている。
固液分離槽３０の底部には、外側容器３０ａにそれぞれ弁３０ｄ、３０ｇを介して繋がる気液混合物排出管路３１と液体排出管路３４と、内側容器３０ｂに弁３０ｅを介して繋がる触媒返送管路４５とが取り付けられている。なお、内側容器３０ｂの底部から弁３０ｅまでの距離は、詰まりを防ぐため、できるだけ短い方がよい。液体排出管路３４は、金属触媒Ｃの第二洗浄工程および触媒還元工程において、洗浄水およびガスを系外に排出するために設けてある。
【００２０】
内側容器３０ｂ内には、攪拌機３０ｆが配置されている。
気液混合物排出管路３１には、固液分離された液体を冷却する冷却器３２と、反応容器２５内を所定圧力に保つ背圧調整弁３３とが直列に繋がっている。
気液分離器３５は、気液混合物排出管路３１を介して背圧調整弁３３に連絡している。気液分離器３５では、気液混合物排出管路３１を介して送られてきた気体と液体の混合物が、気体と液体とに分離される。
【００２１】
気液分離器３５は、分離された気体を搬送する気体管路３６を介してガス貯留タンク４０に連絡し、分離された液体を搬送する液体管路３７を介して水タンク２１に連絡している。
ガス貯留タンク４０は、所望の経路を介してガス利用源へ送られる。
ガス貯留タンク４０には、触媒還元工程において、金属触媒Ｃの表面を還元再生するために貯留されたガスを固液分離槽３０に送るためのガス供給管路５０が反応容器２５との間に設けてある。ガス供給管路５０には、弁５１が設けてある。
【００２２】
次に、斯くして構成された本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１の作用を説明する（請求項１に対応）。
本実施形態においては、有機物ガス化工程、金属触媒Ｃの第一洗浄工程、金属触媒Ｃの第二洗浄工程、金属触媒Ｃの還元工程、金属触媒Ｃの返送工程を定期的に繰り返す。
【００２３】
先ず、図４に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による有機物ガス化工程を説明する。
有機物ガス化工程においては、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１は、太線で示す経路が運転される。
原料となる有機物Ｏをスラリー装置１５に投入する。
【００２４】
スラリー装置１５では、槽内において破砕等の処理により有機物Ｏをスラリー化する。
同時に、触媒タンク１５から金属触媒Ｃが送液ポンプ１６により水とともにスラリー装置１５に投入される。
従って、有機物スラリーには、金属触媒Ｃが添加される。
【００２５】
金属触媒Ｃが添加された有機物スラリーは、スラリーポンプ１１によって高温高圧の反応容器２５に供給される。
水タンク２１内の水を高圧の送液ポンプ２２により高温高圧水製造装置２０に注入し、高温高圧水として反応容器２５に注入する。
これによって、反応容器２５内において、例えば、４００℃〜４５０℃、３５ＭＰａの高温高圧水と有機物スラリーとが混合し、速やかにガス化などの反応を起こす。
【００２６】
ここで、反応容器２５内の圧力は、後段の背圧調整弁３３により、所定の圧力に保たれている。
反応容器２５から流出した処理物は、固液分離槽３０で固形残渣が除去された後、冷却器３２にて冷却され、背圧調整弁３３を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部３５に送られ、さらに気液分離部３５で気体と液体とに分離される。
【００２７】
分離された気体は、気体管路３６を介してガス貯留タンク４０に貯留され、分離された液体は液体管路３７を介して水タンク２１へ送られる。
分離された気体は、水素、メタンなどの可燃成分を多量に含んでおり、回収してエネルギー利用することができる。
次に、図５に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの第一洗浄工程を説明する。
【００２８】
先ず、反応容器２５への有機物スラリーの供給を停止する。
次に、高温高圧水製造装置２０から有機物ガス化工程における高温高圧水よりさらに高温（例えば、６００℃）の高温高圧水を反応容器２５を介して固液分離槽３０に流通して、反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する。
固液分離槽３０から排出される気体と液体との混合物は、有機物ガス化工程と同様に、冷却器３２にて冷却され、背圧調整弁３３を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部３５に送られ、さらに気液分離部３５で気体と液体とに分離される。
【００２９】
分離された気体は、気体管路３６を介してガス貯留タンク４０に貯留され、分離された液体は液体管路３７を介して水タンク２１へ送られる。
次に、図６に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの第二洗浄工程を説明する。
先ず、弁３０ｄを閉じ、固液分離槽３０の外側容器３０ａと気液混合物排出管路３１との流路を遮断する。
【００３０】
次に、弁３０ｇを開き、固液分離槽３０の外側容器３０ａと液体排出管路３４とを連通する。
次に、高温高圧水製造装置２０から亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を反応容器２５を介して固液分離槽３０に流通して、反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する。
【００３１】
反応残渣中の無機物残渣は、塩化ナトリウム、塩化カルシウムなどの無機物である。これらは、水に対する溶解度が臨界点付近で急激に低下し殆ど溶けて無くなり析出する。
従って、本工程により、反応残渣中の無機物残渣は、確実に溶解、除去する。
固液分離槽３０に送られた水は、液体排出管路３４を介して系外へ排出される。
【００３２】
次に、図７に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの還元工程を説明する。
先ず、固液分離槽３０の液体を、液体排出管路３４を介して系外へ排出する。
次に、ガス供給管路５０の弁５１を開き、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５を介して固液分離槽３０内に送り、固液分離槽３０の内側容器３０ｂに捕集されている金属触媒Ｃの表面を還元再生する。
【００３３】
固液分離槽３０に送られたガスは、液体排出管路３４を介して系外へ排出される。
次に、図８に基づいて、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１による金属触媒Ｃの返送工程を説明する。
先ず、ガス供給管路５０の弁５１を閉じ、液体排出管路３４の弁３０ｇを閉じ、触媒返送管路４５の弁３０ｅを開く。
【００３４】
次に、反応容器２５に高温高圧水製造装置２０から常温の高圧水を送り、再生された金属触媒Ｃを固液分離槽３０から押し流して触媒タンク１５へ移送する。
以上により、本実施形態においては、有機物ガス化工程によって、金属触媒Ｃの表面に残渣が付着したり、付着物が酸化したりしても、有機物ガス化工程、金属触媒Ｃの第一洗浄工程、金属触媒Ｃの第二洗浄工程、金属触媒Ｃの還元工程、金属触媒Ｃの返送工程を定期的に繰り返すので、金属触媒Ｃの再生が確実に行われ、高温高圧水による有機物ガス化の効率低下を招くことがない。
【００３５】
なお、上記実施形態では、金属触媒Ｃの還元工程において、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５を介して固液分離槽３０内に送り、固液分離槽３０の内側容器３０ｂに捕集されている金属触媒Ｃの表面を還元再生する場合について説明したが、例えば、図９に示すように、水素ガスボンベなどのガス貯蔵器５５を別途用意し、反応容器２５に直接ガスを供給してもよい（請求項２、請求項７に対応）。この場合には、ガス供給管路５０を必要としない。
【００３６】
また、触媒タンク１５が、図２に示すように、水とともに添加する場合について説明したが、例えば、図１０に示すように、スクリューフィーダーなどの注入装置により固体として添加できるようにしても良い。この場合には、タンク本体１５ａの底部に設けた管路１７に、触媒流出防止用フィルタ１５ｇを介して弁１５ｉを設けた排水管１５ｈを取り付ける。弁１５ｉを開くことにより、タンク本体１５ａ内の水は常に排水され、金属触媒Ｃのみが貯蔵されることとなる。
【００３７】
図１１は、本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置６０を示す（請求項９、請求項１０に対応）。
本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置６０は、金属触媒を備えた網状物２５ａを反応容器２５内部に設けた点で、上述する第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置１とは相違する。ここで、網状物２５ａとしては、金属触媒を素材として編み込んだ網状物または金属触媒をメッキ、蒸着、固着、混入などによって担持する網状物がある。網状物２５ａは、固液分離槽３０における内側容器３０ｂと同様に反応残渣（固形物）を捕捉する程度の径の網目で構成されている。
【００３８】
従って、本実施形態においては、第一実施形態のように、金属触媒Ｃが系内を流動することがないので、第一実施形態において必要とされた触媒タンク１５、送液ポンプ１６、管路１７、固液分離槽３０、触媒返送管路４５が不要となる。
また、反応容器２５に連絡する反応生成物流入管２６は、気液混合物排出管路３１に直接連絡している。さらに、液体排出管路３４は、反応容器２５に直接取り付けられている。
【００３９】
次に、本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置６０の作用を説明する（請求項３に対応）。
先ず、有機物ガス化工程においては、図１２に示すように、図４における触媒タンク１５による触媒添加を除いて同様の操作が為される。
次に、金属触媒の第一洗浄工程においては、図１３に示すように、図５における固液分離槽３０での処理が不要となる点を除いて、太線で示す経路と同様の操作が為される。
【００４０】
ここでは、反応容器２５において、内部の網状物２５ａ内に反応残渣が捕捉されている。従って、高温高圧水製造装置２０から有機物ガス化工程における高温高圧水よりさらに高温（例えば、６００℃）の高温高圧水を反応容器２５に流通して、反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する。
反応容器２５から排出される気体と液体との混合物は、有機物ガス化工程と同様に、冷却器３２にて冷却され、背圧調整弁３３を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部３５に送られ、さらに気液分離部３５で気体と液体とに分離される。
【００４１】
次に、金属触媒の第二洗浄工程においては、図１４に示すように、図６における固液分離槽３０での処理が不要となる点を除いて、太線で示す経路と同様の処理が為される。
ここでは、弁３０ｄを閉じ、反応容器２５と気液混合物排出管路３１との流路を遮断した後、弁３０ｇを開き、反応容器２５ａと液体排出管路３４とを連通し、次に、高温高圧水製造装置２０から亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を反応容器２５に流通して、反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去し、液体排出管路３４を介して系外へ排出する。
【００４２】
次に、金属触媒の還元工程においては、図１５に示すように、図７における固液分離槽３０での処理が不要となる点を除いて、太線で示す経路と同様の処理が為される。
ここでは、反応容器２５内の液体を、液体排出管路３４を介して系外へ排出した後、ガス供給管路５０の弁５１を開き、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５内に送り、反応容器２５内の網状物２５ａを構成する金属触媒の表面を還元再生し、ガスを液体排出管路３４を介して系外へ排出する。
【００４３】
以上により、本実施形態においては、有機物ガス化工程によって、反応容器２５内の網状物２５ａを構成する金属触媒の表面に残渣が付着したり、付着物が酸化したりしても、有機物ガス化工程、金属触媒の第一洗浄工程、金属触媒の第二洗浄工程、金属触媒の還元工程を定期的に繰り返すので、反応容器２５内の網状物２５ａを構成する金属触媒の再生が確実に行われ、高温高圧水による有機物ガス化の効率低下を招くことがない。
【００４４】
なお、上記実施形態では、金属触媒を備えた網状物２５ａとして、金属触媒を素材として編み込んだ網状物または金属触媒をメッキ、蒸着、固着、混入などによって担持する網状物を用いた場合について説明したが、金属触媒を備えていない通常の網状物内に、網目より大きなタブレット上の金属触媒を収納していてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、反応容器２５内に網状物２５ａを収納し、金属触媒の洗浄と還元とを反応容器２５内で行う場合について説明したが、反応容器２５の最下流部に反応残渣を回収できる程度の小型の固液分離槽またはフィルタを設けてもよい。この場合には、網状物２５ａは反応残渣を捕捉する機能が無くてもよい。
【００４６】
また、金属触媒の還元工程において、ガス貯留タンク４０に貯留したガスを反応容器２５内に送り、反応容器２５の網状物２５ａを構成する金属触媒の表面を還元再生する場合について説明したが、例えば、図１６に示すように、水素ガスボンベなどのガス貯蔵器５５を別途用意し、反応容器２５に直接ガスを供給してもよい（請求項４、請求項１１に対応）。この場合には、ガス供給管路５０を必要としない。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、高温高圧水による有機物のガス化において金属触媒を有効に再利用し、ガス化効率を低下させることなく連続的に処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を示す説明図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置に用いた触媒タンクを示す説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置に用いた固液分離槽を示す説明図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた有機物ガス化工程を示す説明図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第一洗浄工程を示す説明図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第二洗浄工程を示す説明図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の還元工程を示す説明図である。
【図８】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の返送工程を示す説明図である。
【図９】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置に用いた別の触媒タンクを示す説明図である。
【図１０】本発明の第一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置の変形例を示す説明図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を示す説明図である。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた有機物ガス化工程を示す説明図である。
【図１３】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第一洗浄工程を示す説明図である。
【図１４】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の第二洗浄工程を示す説明図である。
【図１５】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置を用いた金属触媒の還元工程を示す説明図である。
【図１６】本発明の第二実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１、６０ 本実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化装置
１０ スラリー装置
１１ スラリーポンプ
１２、１７、２３、２４ 管路
１５ 触媒タンク
１６ 送液ポンプ
２０ 高温高圧水製造装置
２１ 水タンク
２２ 送液ポンプ
２５ 反応容器
２５ａ 網状物
３０ 固液分離槽
３０ａ 外側容器
３０ｂ 内側容器
３１ 気液混合物排出管路
３２ 冷却器
３３ 背圧調整弁
３４ 液体排出管路
３５ 気液分離器
３６ 気体管路
３７ 液体管路
４０ ガス貯留タンク
４５ 触媒返送管路
５０ ガス供給管路
５５ ガス貯蔵器
Ｃ 金属触媒
Ｏ 有機物
Ｒ 残渣
Ｗ 水
Claims (11)
- 金属触媒を添加した有機物スラリーと高温高圧水とを、反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を固液分離槽にて回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、
前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器を介して前記固液分離槽に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、
前記第一洗浄工程後に、前記反応容器を介して前記固液分離槽に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、
前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記貯留したガスにより前記固液分離槽内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程と、
前記金属触媒の還元工程後に、再生された前記金属触媒を前記有機物ガス化工程に戻す前記金属触媒の返送工程と
を備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化方法。 - 金属触媒を添加した有機物スラリーと高温高圧水とを、反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を固液分離槽にて回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、
前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器を介して前記固液分離槽に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、
前記第一洗浄工程後に、前記反応容器を介して前記固液分離槽に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、
前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記固液分離槽内の前記金属触媒表面をガスにより還元、再生する前記金属触媒の還元工程と、
前記金属触媒の還元工程後に、再生された前記金属触媒を前記有機物ガス化工程に戻す前記金属触媒の返送工程と
を備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化方法。 - 有機物スラリーと高温高圧水とを、金属触媒を内部に備える反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、
前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、
前記第一洗浄工程後に、前記反応容器に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、
前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、前記貯留したガスにより前記反応容器内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程と
を備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化方法。 - 有機物スラリーと高温高圧水とを、金属触媒を内部に備える反応容器において混合し、ガス化反応を起こし、ガス化反応後の処理物を固液分離し、前記金属触媒および反応残渣を回収し、ガスを貯留する有機物ガス化工程と、
前記有機物ガス化工程を停止し、前記反応容器に前記高温高圧水より高温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の有機物残渣を分解、除去する前記金属触媒の第一洗浄工程と、
前記第一洗浄工程後に、前記反応容器に亜臨界水またはそれより低温の高温高圧水を流通して前記反応残渣中の無機物残渣を溶解、除去する前記金属触媒の第二洗浄工程と、
前記第二洗浄工程後に、前記固液分離槽の液体を排出し、ガスにより前記反応容器内の前記金属触媒表面を還元、再生する前記金属触媒の還元工程と
を備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化方法。 - 有機物をスラリー化するスラリー装置と、
金属触媒を貯留するとともに前記スラリー装置に金属触媒を供給する触媒タンクと、
水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置と、
前記スラリー装置から供給される有機物スラリーと前記高温高圧水製造装置から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器と、
前記反応容器から流出した処理物を固液分離する固液分離槽と、
前記固液分離槽から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器から流出するガスを貯留するガス貯留タンクと、
前記固液分離槽にて分離された前記金属触媒を前記触媒タンクに戻す触媒返送管路と
を備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。 - 請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記ガス貯留タンクと前記反応容器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。
- 請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記反応容器とガス貯蔵器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。
- 請求項５記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記固液分離槽は、高温高圧に耐える外側容器と、網目状の内側容器とから成る密閉式の二重構造となっていることを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。
- 有機物をスラリー化するスラリー装置と、
水を高温高圧水にする高温高圧水製造装置と、
内部に金属触媒を備え、前記スラリー装置から供給される有機物スラリーと前記高温高圧水製造装置から供給される高温高圧水とを混合し、ガス化反応を起こす反応容器と、
前記反応容器から流出する処理物を固液分離する固液分離部と、
前記固液分離部から流出する気体と液体との混合物を気液分離する気液分離器と、
前記気液分離器から流出するガスを貯留するガス貯留タンクと
を備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。 - 請求項９記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記ガス貯留タンクと前記反応容器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。
- 請求項９記載の高温高圧水による有機物ガス化装置において、前記反応容器とガス貯蔵器とを結ぶガス供給管路をさらに備えたことを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化装置。
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