JP4296271B2 - Gypsum processing method - Google Patents

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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

本発明は、石膏の処理方法に関する。更に詳しくは、石膏と所定量のバイオマスの混合したものに水蒸気を供給しガス化することによって石膏を炭酸カルシウムと硫化水素に転化させる石膏の処理方法に関する。   The present invention relates to a method for treating gypsum. More specifically, the present invention relates to a method for treating gypsum in which gypsum is converted into calcium carbonate and hydrogen sulfide by supplying water vapor to a mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass and gasifying it.

石灰岩スラリー等により石膏が副生されるがこれらの石膏は、石膏ボードやセメントの原料として利用されている。特にバイオマスを含む石膏としてボード化され建築内装材用に使用されているものが多い。石膏及びバイオマスを含む石膏(以下、「石膏廃材」という。)は、我が国では年間約200万トン発生しているといわれる。家屋、ビル等の改装・解体工事で排出される石膏廃材の約100万トンが埋立て処分されている。石膏廃材の発生量は年々増加する傾向にあり、埋立地の不足、環境保全の観点から石膏廃材のリサイクルが求められている。   Gypsum is by-produced by limestone slurry or the like, and these gypsum are used as a raw material for gypsum board and cement. In particular, many of them are made into boards as biomass-containing plaster and used for building interior materials. About 2 million tons of gypsum containing gypsum and biomass (hereinafter referred to as “gypsum waste material”) is said to be generated annually in Japan. About 1 million tons of gypsum waste discharged from renovation and demolition work of houses and buildings are disposed of in landfills. The amount of gypsum waste generated tends to increase year by year, and recycling of gypsum waste is required from the viewpoint of lack of landfill and environmental conservation.

従来、石膏廃材の処理として、石膏をキルン中で燃焼させ、その生石灰とSOを含む排ガスから硫酸を回収処理する方法が知られている。又、以下に示すように、水素又は一酸化炭素またはそのいずれか一方と二酸化炭素と水蒸気を含む高温の還元ガス気流中に、あらかじめ粉砕し、乾燥した石膏粉末を噴霧することにより、石膏を硫化カルシウムに転化させ、次いで、このガス流を冷却することにより、硫化カルシウムを炭酸カルシウムと硫化水素に転化させ、集塵装置に導き炭酸カルシウムからなる固体と硫化水素を含むガスに分離する方式(特許文献1)などが提案されている。
CaSO+4H → CaS+4HO (水素によるCaSへの転化)
CaSO+4CO → CaS+4CO(一酸化炭素によるCaSへの転化)
CaS+CO+HO → CaCO+HS (冷却時の炭酸化)
特開昭61−63504号公報
Conventionally, as a treatment of gypsum waste material, a method is known in which gypsum is burned in a kiln and sulfuric acid is recovered from exhaust gas containing quicklime and SO 2 . In addition, as shown below, the gypsum is sulfided by spraying gypsum powder that has been pulverized and dried in advance in a high-temperature reducing gas stream containing hydrogen and / or carbon monoxide, carbon dioxide, and water vapor. By converting to calcium and then cooling this gas stream, the calcium sulfide is converted into calcium carbonate and hydrogen sulfide, which is led to a dust collector and separated into a solid containing calcium carbonate and a gas containing hydrogen sulfide (patented) Document 1) has been proposed.
CaSO 4 + 4H 2 → CaS + 4H 2 O (conversion to CaS by hydrogen)
CaSO 4 + 4CO → CaS + 4CO 2 (conversion to CaS by carbon monoxide)
CaS + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 + H 2 S (carbonation during cooling)
JP-A-61-63504

上記従来方式によれば、HやCOといった還元ガスを供給する設備が必要な上に粉塵や排ガス処理が煩雑であり、又キルンによる場合は不均一な加熱のために生成した生石灰、硫化カルシウムは焼結がすすみ、次工程に支障をきたし反応の制御が不充分であった。
本発明は、かかる実状を背景に、上記の問題点を克服するためになされたものであり次の目的を達成するものである。
本発明の目的は、石膏廃材を処理するとき還元ガスの供給設備を必要とせず、バイオマスの利用によって簡素な構成で資源の有効活用による処理を行なう石膏処理技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、反応制御が容易で効率的なガス化処理のできる石膏処理技術を提供することにある。
According to the above conventional method, equipment for supplying a reducing gas such as H 2 and CO is required, and dust and exhaust gas treatment is complicated. In the case of a kiln, quick lime and calcium sulfide generated for uneven heating are used. Sintering progressed, hindering the next process and insufficient control of the reaction.
The present invention has been made in order to overcome the above problems against the background of the actual situation, and achieves the following object.
An object of the present invention is to provide a gypsum processing technology that does not require a reducing gas supply facility when processing gypsum waste, and performs processing by effective use of resources with a simple configuration by using biomass.
Another object of the present invention is to provide a gypsum treatment technique that allows easy gasification treatment with easy reaction control.

本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、本発明は、石膏と所定量バイオマスの混合したものを低圧力で、高温度の条件下で水蒸気と反応させることにより、バイオマスと水蒸気の反応で水素、一酸化炭素と二酸化炭素を生成し、石膏が硫化カルシウムに転化され、次いで冷却すると、硫化カルシウムが炭酸カルシウムと硫化水素に転化され、分離するようにしたものである。
更に、石膏と所定量のバイオマスの混合したものを水蒸気と反応させるとき、二酸化炭素吸収物質を共存させると、バイオマスは主として水素と二酸化炭素にガス化され、且つ水素が効率的に生成されて、石膏の硫化カルシウムへの転化、硫化カルシウムの炭酸カルシウムと硫化水素への転化を効率よく行うことができる。本発明はこれらの技術に基づいてなされ、更なる技術開発の向上を図ったものである。
As a result of intensive research on the background of such problems, the present inventor made the present invention to react a mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass with water vapor under a high temperature condition at a low pressure. The reaction between biomass and steam produces hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, and gypsum is converted to calcium sulfide, and then cooled, the calcium sulfide is converted to calcium carbonate and hydrogen sulfide for separation. is there.
Furthermore, when reacting a mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass with water vapor, if the carbon dioxide absorbing material is allowed to coexist, the biomass is mainly gasified into hydrogen and carbon dioxide, and hydrogen is efficiently generated, Conversion of gypsum to calcium sulfide and conversion of calcium sulfide to calcium carbonate and hydrogen sulfide can be performed efficiently. The present invention has been made on the basis of these technologies, and is intended to further improve technological development.

尚、本発明でいうバイオマスとは、石炭や石油等の化石燃料を除いた生物由来の有機資源を意味し、森林や農作物、海藻・魚介類、又はこれらを利用した後の有機性廃棄物などをも含む再生可能な有機資源である。このバイオマスを使用することは、再生可能なエネルギー確保が可能であり、又有機物であるため、高範囲な型態のエネルギー資源になりうる可能性を有していて、環境問題にも支障がなく活用できることを意味している。本発明は前記目的を達成するために次の手段をとる。   In addition, the biomass as used in the present invention means organic resources derived from living organisms excluding fossil fuels such as coal and oil, and forests, agricultural products, seaweeds and seafood, or organic waste after using these. Renewable organic resources including By using this biomass, it is possible to secure renewable energy, and since it is an organic material, it has the potential to become a high-range energy resource and has no problem with environmental problems. It means that it can be utilized. The present invention takes the following means to achieve the above object.

本発明1の石膏の処理方法は、石膏とバイオマスを混合させたものに圧力1.5MPa未満、温度650℃〜800℃の条件下で水蒸気を供給し反応させ、この反応により前記バイオマスを水素、一酸化炭素、及び前記二酸化炭素を含むガスにガス化し、このガス化により生成した前記水素、及び前記一酸化炭素により前記石膏を硫化カルシウムに転化させ、この硫化カルシウムを水蒸気、前記二酸化炭素を含むガス成分と共に温度400℃以下に冷却させ、炭酸カルシウムと硫化水素に転化させることを特徴とする。   The gypsum treatment method of the present invention 1 is a mixture of gypsum and biomass, which is reacted by supplying water vapor under conditions of a pressure of less than 1.5 MPa and a temperature of 650 ° C. to 800 ° C. Gasifying into a gas containing carbon monoxide and carbon dioxide, the gypsum is converted into calcium sulfide by the hydrogen and carbon monoxide generated by the gasification, and the calcium sulfide contains water vapor and the carbon dioxide. It is characterized by being cooled to a temperature of 400 ° C. or lower together with a gas component and converted into calcium carbonate and hydrogen sulfide.

本発明2の石膏の処理方法は、発明1の石膏の処理方法において、
前記石膏とバイオマスを混合したものに、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、及び鉄(Fe)から選択される1以上の酸化物若しくは水酸化物からなる二酸化炭素吸収物質を加え共存させて反応させ、前記バイオマスから生成する前記二酸化炭素の一部を前記二酸化炭素吸収物質で吸収しながら、前記バイオマスをガス化させることを特徴とする。
The gypsum treatment method of the present invention 2 is the gypsum treatment method of the invention 1,
The mixture of gypsum and biomass is composed of one or more oxides or hydroxides selected from calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr), barium (Ba), and iron (Fe). A carbon dioxide absorbing material is added and coexisted, and the biomass is gasified while part of the carbon dioxide generated from the biomass is absorbed by the carbon dioxide absorbing material.

本発明3の石膏の処理方法は、本発明2の石膏の処理方法において、前記冷却時に、前記二酸化炭素を加え前記硫化カルシウムを前記炭酸カルシウムに転化させることを特徴とする。   The gypsum treatment method of the present invention 3 is characterized in that, in the gypsum treatment method of the present invention 2, the carbon dioxide is added to convert the calcium sulfide into the calcium carbonate during the cooling.

本発明4の石膏の処理方法は、本発明の1ないし3の石膏の処理方法において、前記炭酸カルシウムと前記硫化水素を含む混合物を集塵装置に導いて主として固体の前記炭酸カルシウムと気体の前記硫化水素に分離することを特徴とする。   The gypsum treatment method of the present invention 4 is the gypsum treatment method of the first to third aspects of the present invention, wherein the mixture containing the calcium carbonate and the hydrogen sulfide is led to a dust collector, and the solid calcium carbonate and the gas It is characterized by separating into hydrogen sulfide.

本発明5の石膏の処理方法は、本発明の1ないし4の石膏の処理方法において、前記反応は、圧力1.0MPa未満、温度700℃〜800℃の条件下で行なうことを特徴とする。   The gypsum treatment method of the present invention 5 is characterized in that, in the gypsum treatment method of the present invention 1 to 4, the reaction is carried out under conditions of a pressure of less than 1.0 MPa and a temperature of 700 ° C to 800 ° C.

本発明6の石膏の処理方法は、本発明の2ないし5の石膏の処理方法において、前記二酸化炭素吸収物質は、炭酸塩として取り出された後、加熱により前記二酸化炭素を除去して再使用されることを特徴とする。   The gypsum treatment method of the present invention 6 is the gypsum treatment method of the present invention 2 to 5, wherein the carbon dioxide-absorbing substance is removed as carbonate and then reused by removing the carbon dioxide by heating. It is characterized by that.

本発明7の石膏の処理方法は、本発明の1ないし3の石膏の処理方法において、前記反応は、前記石膏のモル数[CaSO]に対する前記バイオマス中の炭素のモル数[C]の比[C]/[CaSO]が4以上になるように前記バイオマスを供給しての反応であることを特徴とする。 The gypsum treatment method of the present invention 7 is the gypsum treatment method of the present invention 1 to 3, wherein the reaction is a ratio of the number of moles of carbon [C] in the biomass to the number of moles of the gypsum [CaSO 4 ]. The reaction is performed by supplying the biomass so that [C] / [CaSO 4 ] is 4 or more.

本発明8の石膏の処理方法は、本発明の1ないし3の石膏の処理法において、前記反応における前記バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する前記水蒸気のモル数[HO]の比[HO]/[C]が2以上になるように前記水蒸気を供給することを特徴とする。 Processing method of plaster of the present invention 8 is the first to process how the third plaster of the present invention, the number of moles of the steam to the number of moles of carbon [C] of the biomass in the reaction [H 2 O] in The water vapor is supplied so that the ratio [H 2 O] / [C] is 2 or more.

本発明9の石膏の処理方法は、本発明の2又はないし3の石膏の処理方法において、前記反応は、前記バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する加える前記二酸化炭素吸収物質のモル数の比が0.5より小さくし、生成する前記二酸化炭素を完全に吸収しない反応にすることを特徴とする。   The method for treating gypsum according to the present invention 9 is the method for treating gypsum according to 2 or 3 according to the present invention, wherein the reaction is carried out in the number of moles of the carbon dioxide absorbing material to be added to the number of moles of carbon [C] in the biomass. The ratio is less than 0.5, and the reaction is such that the carbon dioxide produced is not completely absorbed.

本発明は、前記した目的に沿ったものであれば、上記本発明の1〜9の中から選ばれた2つ以上を組み合わせた構成も当然採用可能である。 The present invention, as long as in line with the above objects, configuration combining two or more selected from among 1-9 of the present invention is naturally also be employed.

本発明によれば、バイオマスを石膏に共存させて温度650〜800℃、圧力1.5MPa未満という非常に緩やかな反応条件下で水蒸気ガス化し、その後冷却し処理を行なう方法にしたので、コンパクトな構成で資源を有効に活用し効率的に石膏を固体である炭酸カルシウムと硫黄源として有用な気体である硫化水素とに分離することができるようになった。また、二酸化炭素吸収物質を共存させ水蒸気ガス化させることで反応を促進させガス中の水素の割合を高めることができた。バイオマスを使用することで資源の無駄のない処理ができ、環境上も問題のない処理方法となった。   According to the present invention, the biomass is coexisted with gypsum and steam gasified under a very mild reaction condition of a temperature of 650 to 800 ° C. and a pressure of less than 1.5 MPa, and then cooled and processed, so that the compact The composition makes it possible to effectively use resources and efficiently separate gypsum into solid calcium carbonate and hydrogen sulfide, a gas useful as a sulfur source. Moreover, the reaction was promoted by coexisting a carbon dioxide-absorbing substance and gasified into steam, and the ratio of hydrogen in the gas could be increased. By using biomass, processing without waste of resources was possible, and it became a processing method with no environmental problems.

以下、本発明の石膏の処理方法の実施の形態について説明する。前述したように本発明の石膏の処理方法は、石膏とこれに所定量のバイオマスを混合したものに、又は石膏と所定量のバイオマスを混合したものに二酸化炭素吸収物質を共存させたものを、バイオマスを水蒸気ガス化することで、水素、一酸化炭素、二酸化炭素などに転換し、これらのガスを利用して石膏の主成分の硫酸カルシウムを炭酸カルシウムに炭酸化し、石膏とバイオマスの混合したものを炭酸カルシウムと硫化水素に分離する方法である。
本発明では、石膏とバイオマスの混合したものに水蒸気を供給するが、水蒸気と直接ガス化反応するのはバイオマスであり、この反応により発生したガスが石膏と反応する。石膏とバイオマスとの混合割合は石膏廃材にもバイオマスが含まれていることを考慮して所定の割合になるよう決定されオートクレーブ等の反応設備に供給される。
Hereinafter, the embodiment of the processing method of gypsum of the present invention is described. As described above, the method for treating gypsum of the present invention is a mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass, or a mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass in which a carbon dioxide absorbing substance coexists. By converting biomass into steam gas, it is converted to hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, etc., and these gases are used to carbonate calcium sulfate, the main component of gypsum, into calcium carbonate, which is a mixture of gypsum and biomass Is a method of separating calcium carbonate into hydrogen carbonate and hydrogen sulfide.
In the present invention, water vapor is supplied to a mixture of gypsum and biomass, but it is biomass that directly gasifies with water vapor, and the gas generated by this reaction reacts with gypsum. The mixing ratio of gypsum and biomass is determined to be a predetermined ratio in consideration that the gypsum waste material also contains biomass, and is supplied to a reaction facility such as an autoclave.

より具体的な反応条件を説明すると、石膏と所定量のバイオマスの混合したもの、又は石膏と所定量のバイオマスの混合したものに二酸化炭素吸収物質を共存させたものを、圧力1.5MPa未満で温度650〜800℃の条件の反応場で水蒸気ガス化させると、バイオマスは効率的に水素、一酸化炭素や二酸化炭素を生成して、この水素や一酸化炭素により石膏の主成分の硫酸カルシウムが硫化カルシウムに転化される。次いで水蒸気、二酸化炭素などを含むガス成分とともに硫化カルシウムを温度400℃以下に冷却すると、硫化カルシウムが炭酸カルシウムと硫化水素に転化され、炭酸カルシウムは固体で硫化水素はガスとして分離される。   More specific reaction conditions will be described. A mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass or a mixture of gypsum and a predetermined amount of biomass in which a carbon dioxide-absorbing substance coexists at a pressure of less than 1.5 MPa. When steam gasification is performed in a reaction field at a temperature of 650 to 800 ° C., biomass efficiently generates hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide, and the hydrogen sulfate and carbon monoxide generate calcium sulfate as the main component of gypsum. Converted to calcium sulfide. Next, when the calcium sulfide is cooled to a temperature of 400 ° C. or less together with gas components including water vapor and carbon dioxide, the calcium sulfide is converted into calcium carbonate and hydrogen sulfide, and the calcium carbonate is solid and the hydrogen sulfide is separated as a gas.

このように石膏を、石膏廃材とバイオマスの混合したものを簡素な構成で反応させることにより炭酸カルシウムと硫化水素に分離することができる。以下、これについて詳細に説明する。   Thus, gypsum can be separated into calcium carbonate and hydrogen sulfide by reacting a mixture of gypsum waste and biomass with a simple structure. This will be described in detail below.

本発明者は、バイオマスを単独で温度600〜800℃で、圧力2.5MPa未満の反応条件下で水蒸気ガス化を行うと、バイオマスは主として水素、一酸化炭素や二酸化炭素に効率よくガス化することができることを確認している。例えば、コナラ材や杉材等の木質系のバイオマスを水蒸気ガス化すると、重量基準で70%程度がガス化される。   The present inventor efficiently gasifies biomass mainly into hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide when steam gasification is performed under a reaction condition of a temperature of 600 to 800 ° C. alone and a pressure of less than 2.5 MPa. Make sure you can. For example, when woody biomass such as cornwood or cedar is steamed, about 70% is gasified on a weight basis.

これは、木質系バイオマスは石炭や重質油等と比較し、揮発分の割合が高いことに起因している。木質系バイオマスの主成分は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンであり、セルロースはリグニンに守られるような構造になっていて、それらは200〜500℃で揮発すると考えられる。このような傾向は他の種類のバイオマスでも見られるが、特に紙にはより高温で(280〜500℃) 分解するリグニンが含まれないので、バイオマスとして紙類を用いるとさらに分解し易いと考えられる。   This is because woody biomass has a higher proportion of volatile matter than coal and heavy oil. The main components of the woody biomass are cellulose, hemicellulose and lignin, and the cellulose is structured to be protected by lignin, and they are considered to volatilize at 200 to 500 ° C. Such a tendency is also observed in other types of biomass, but especially paper does not contain lignin that decomposes at higher temperatures (280 to 500 ° C.), so it is considered that it is easier to decompose when using paper as biomass. It is done.

尚、例えば、ニッケル(Ni)、ルテニウム(Ru)、プラチナ(Pt)、又はパラジウム(Pd)と言った金属種を、担体であるα−アルミナ(α−Al)や酸化ジルコニウム(ZrO)に担持した担持金属触媒を反応場に共存させると、分子量が比較的大きく、常温常圧では凝縮する化合物(タール)の水蒸気改質反応を促進しガス化率を向上させることができる。 For example, a metal species such as nickel (Ni), ruthenium (Ru), platinum (Pt), or palladium (Pd) is replaced with α-alumina (α-Al 2 O 3 ) or zirconium oxide (ZrO) as a support. When the supported metal catalyst supported on 2 ) is allowed to coexist in the reaction field, the steam reforming reaction of the compound (tar) which has a relatively large molecular weight and condenses at room temperature and normal pressure can be promoted and the gasification rate can be improved.

バイオマス一般の化学式をCxHyOzと表せば、
CxHyOz → (x−z)C+zCO+(y/2)H …(1)
の反応により、バイオマスは熱化学的に分解するのである。
If the general chemical formula of biomass is expressed as CxHyOz,
CxHyOz → (x−z) C + zCO + (y / 2) H 2 (1)
By this reaction, biomass is decomposed thermochemically.

更に、
C + HO → H + CO …(2)
C + CO → 2CO …(3)
等の反応を生じ、比較的容易に連鎖的にガス状の炭素分に分解される。これらのガス化反応により生成したガスの組成は、一酸化炭素、水蒸気、二酸化炭素及び水素を主な成分とするものとなり、各組成ガスは、次の化学平衡式により化学平衡に達する。
CO+HO ⇔ CO+H …(4)
その際、各組成ガスの割合は、圧力と温度等の条件により一定の平衡値に留まり、例えば圧力2.5MPa未満で温度600〜800℃の条件下で、水素の割合は全体の30%程度を占める。
Furthermore,
C + H 2 O → H 2 + CO (2)
C + CO 2 → 2CO (3)
Such a reaction occurs, and is relatively easily chain-decomposed into gaseous carbon. The composition of the gas produced by these gasification reactions is mainly composed of carbon monoxide, water vapor, carbon dioxide and hydrogen, and each composition gas reaches chemical equilibrium by the following chemical equilibrium equation.
CO + H 2 O⇔CO 2 + H 2 (4)
At that time, the ratio of each composition gas remains at a constant equilibrium value depending on conditions such as pressure and temperature. For example, the ratio of hydrogen is about 30% of the whole under the condition of a pressure of less than 2.5 MPa and a temperature of 600 to 800 ° C. Occupy.

予め反応場に二酸化炭素吸収物質(例えばCaO)を共存させると、生成ガス中から二酸化炭素を吸収して除去する反応が生じ、上記化学平衡式(4)は二酸化炭素と水素を生成する方向(即ち、化学平衡式(4)の右向き)に反応する。そして、この反応により新たに生成された二酸化炭素は、更に二酸化炭素吸収物質と反応して吸収される。このようにして順次反応が進み、最終的にはガス中の水素の割合を多くすることができ、例えば80%程度にまで向上させることができるのである。   When a carbon dioxide-absorbing substance (for example, CaO) coexists in the reaction field in advance, a reaction that absorbs and removes carbon dioxide from the generated gas occurs, and the chemical equilibrium equation (4) generates carbon dioxide and hydrogen ( That is, it reacts in the chemical equilibrium formula (4). And the carbon dioxide newly produced | generated by this reaction reacts with a carbon dioxide absorption substance further, and is absorbed. In this way, the reaction proceeds sequentially, and finally the proportion of hydrogen in the gas can be increased, for example, it can be improved to about 80%.

バイオマスの水蒸気ガス化において、温度600〜800℃、圧力2.5MPa未満の条件でバイオマスが効率よくガス化され、上記化学平衡式(4)の化学平衡に達し得ることについては、以上の説明のとおりである。又、実際にバイオマスとしてコナラ材の木屑を用いた実験では、反応場の圧力を0.3MPaから2.5MPaまで変化させたところ、0.6MPa近傍でガス化率、水素収率が最大になり、更に昇圧すると寧ろガス化率も水素収率も下がるという結果が得られている。即ち、圧力2.5MPaより低圧の方がガス化率がよい結果になっている。   In the steam gasification of biomass, the biomass can be efficiently gasified under conditions of a temperature of 600 to 800 ° C. and a pressure of less than 2.5 MPa, and the chemical equilibrium of the chemical equilibrium formula (4) can be reached. It is as follows. In an experiment using Quercus wood chips as biomass, when the reaction field pressure was changed from 0.3 MPa to 2.5 MPa, the gasification rate and hydrogen yield were maximized around 0.6 MPa. In addition, when the pressure is further increased, the gasification rate and the hydrogen yield are decreased. That is, the gasification rate is better when the pressure is lower than 2.5 MPa.

この結果は、出発物質として廃材のような木質系バイオマス、および紙を用いる場合には、上記のように低圧でもガス化することが可能であるということを意味し積極的に圧力2.5MPa未満の低圧状態にすることの方がよいことを示唆している。バイオマスのガス化や水素生成過程は、上記反応式(1)〜(4)等の種々の反応が複合的に進行する複雑な過程であるから確定的な説明は困難であるが、少なくとも次のようなことは言える。   This result means that when woody biomass such as waste wood and paper are used as starting materials, it can be gasified even at low pressure as described above, and the pressure is actively less than 2.5 MPa. This suggests that it is better to have a low pressure state. Biomass gasification and hydrogen generation processes are complicated processes in which various reactions such as the above reaction formulas (1) to (4) proceed in a complex manner. I can say that.

即ち、先述したバイオマスの熱化学的分解反応[反応式(1)参照]やタールの水蒸気改質反応は、共にモル数が増加する反応であるため、高圧下よりは低圧条件下の方が反応は進行し易い。即ち、上記のバイオマス水蒸気ガス化実験で、0.6MPaから昇圧するとバイマスのガス化や水素収率が低下し、圧力を上げると、バイオマス自体の揮発が阻害され、バイオマスの熱化学的分解反応やバイオマスの水蒸気改質反応が進行し難くなり、バイオマスのガス化や水素生成が阻害される。   That is, the above-described thermochemical decomposition reaction of biomass [see reaction formula (1)] and the steam reforming reaction of tar are both reactions in which the number of moles is increased. Is easy to progress. That is, in the biomass steam gasification experiment described above, when the pressure is increased from 0.6 MPa, the gasification and hydrogen yield of bimass decrease, and when the pressure is increased, the volatilization of the biomass itself is inhibited, and the thermochemical decomposition reaction of biomass and Biomass steam reforming reaction is difficult to proceed, and biomass gasification and hydrogen generation are hindered.

以上のように、バイオマスは、温度600〜800℃、圧力2.5MPa未満の水蒸気ガス化条件でも、それ自身が十分容易にガス化するが、寧ろ低圧である方が効率的に熱化学的分解や水蒸気改質反応が進行する。このため、上記化学平衡式(4)に達し易い。しかし、後述する実施例に示すように、硫酸カルシウムの水素による硫化カルシウムへの転化反応は吸熱反応であるため、転換効率等の観点からは、水蒸気ガス化条件としては、圧力は1.5MPa未満で、温度は650〜800℃が好ましく、圧力1.0MPa未満で温度700〜800℃であればより好ましい。
このような水蒸気ガス化条件下では、バイオマスのガス化率は、炭素基準で50%以上を示し、主に水素と二酸化炭素が存在し、硫酸カルシウムは硫化カルシウムに転化され、ガス化反応後の冷却時に水蒸気と二酸化炭素により硫化カルシウムの炭酸化が促進され炭酸カルシウムが生成される。
As described above, biomass itself is gasified sufficiently easily even under steam gasification conditions at a temperature of 600 to 800 ° C. and a pressure of less than 2.5 MPa. And steam reforming reaction proceeds. For this reason, it is easy to reach the chemical equilibrium formula (4). However, as shown in the examples described later, since the conversion reaction of calcium sulfate to calcium sulfide by hydrogen is an endothermic reaction, from the viewpoint of conversion efficiency and the like, as the steam gasification conditions, the pressure is less than 1.5 MPa. The temperature is preferably from 650 to 800 ° C., more preferably from 700 to 800 ° C. under a pressure of less than 1.0 MPa.
Under such steam gasification conditions, the gasification rate of biomass shows 50% or more on a carbon basis, mainly hydrogen and carbon dioxide are present, and calcium sulfate is converted to calcium sulfide. During cooling, carbonation of calcium sulfide is promoted by water vapor and carbon dioxide to produce calcium carbonate.

さて、本発明の、石膏にバイオマス、又は石膏にバイオマス及び二酸化炭素吸収物質を共存させて、バイオマスを水蒸気ガス化し、石膏を処理する反応では、以上述べてきたバイオマス中の炭素(C)1原子につき、
C+2HO → CO + 2H …(5) (バイオマスの水蒸気ガス化)
の化学反応が起こる。
正確に言えば、バイオマス中にも水素原子や酸素原子が多量に含まれるが、上記反応式(5)に示すように、反応場におけるバイオマス中の炭素のモル数[C]に対する水蒸気のモル数[HO]の比[HO]/[C]が、2以上になるように水蒸気を供給すれば、理論上はバイオマスを残さず反応させることができる。
次に、バイオマスのガス化で生成する水素により硫酸カルシウムが硫化カルシウムに転化される反応式(6)、更に共存する水蒸気と二酸化炭素により硫化カルシウムが炭酸カルシウムに転化され、硫化水素を発生する反応式(7)について説明する。
CaSO+4H → CaS+4HO …(6) (水素によるCaSへの転化)
CaS+CO+HO → CaCO+HS …(7) (冷却時の炭酸化)
Now, in the reaction of the present invention in which biomass is mixed with gypsum, or biomass and carbon dioxide-absorbing substances are allowed to coexist in gypsum, and the biomass is steam gasified to treat the gypsum, carbon (C) 1 atom in biomass described above For every,
C + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 (5) (Biomass steam gasification)
The chemical reaction occurs.
To be exact, the biomass contains a large amount of hydrogen atoms and oxygen atoms, but as shown in the above reaction formula (5), the number of moles of water vapor relative to the number of moles of carbon in the biomass [C] in the reaction field. [H 2 O] ratios of [H 2 O] / [C ] is, if the supply of steam at 2 or more, theoretically can be reacted without leaving biomass.
Next, reaction formula (6) in which calcium sulfate is converted to calcium sulfide by hydrogen generated by gasification of biomass, and further, reaction in which calcium sulfide is converted to calcium carbonate by coexisting water vapor and carbon dioxide to generate hydrogen sulfide. Formula (7) is demonstrated.
CaSO 4 + 4H 2 → CaS + 4H 2 O (6) (Conversion to CaS by hydrogen)
CaS + CO 2 + H 2 O → CaCO 3 + H 2 S (7) (Carbonation during cooling)

硫酸カルシウムの硫化カルシウムへの転化反応式(6)は、700℃以上で起こると言われているが、この反応では水素の石膏粒子表面から内部への拡散が重要になり、石膏粒子の粒子径を小さくするに従って速くなる。粒子が大きいと拡散速度が支配的であるために反応温度が800℃以上になっても硫化カルシウムの生成には効果がない。バイオマスの水蒸気ガス化反応では、石膏粒子が小さいと水素による硫酸カルシウムの硫化カルシウムへの転化反応式(6)は650℃でも起こる。このことからも、通常本発明の石膏処理温度は650から800℃の温度範囲が好ましいと言える。一方、圧力を1.5MPa以上にすると、硫酸カルシウムの硫化カルシウムへの転化反応は起こりにくくなるので、ガス化時の圧力は1.5MPa未満が好ましい。   The conversion reaction formula (6) of calcium sulfate to calcium sulfide is said to occur at 700 ° C. or higher. In this reaction, diffusion of hydrogen from the surface of the gypsum particles to the inside becomes important. It gets faster as you make smaller. When the particles are large, the diffusion rate is dominant, so that even if the reaction temperature is 800 ° C. or higher, there is no effect on the formation of calcium sulfide. In the steam gasification reaction of biomass, when gypsum particles are small, the conversion reaction formula (6) of calcium sulfate to calcium sulfide by hydrogen occurs even at 650 ° C. From this, it can be said that the gypsum treatment temperature of the present invention is usually preferably in the temperature range of 650 to 800 ° C. On the other hand, when the pressure is set to 1.5 MPa or more, the conversion reaction of calcium sulfate to calcium sulfide hardly occurs. Therefore, the pressure during gasification is preferably less than 1.5 MPa.

また、硫化カルシウムの炭酸化反応式(7)は、平衡反応であり、反応を完成させるためには温度400℃以下にしなければならない。炭酸化反応の速度は遅いので、反応温度を400℃以下で反応を促進することが好ましい。従って、本実施の形態では650から800℃の石膏処理温度でバイオマスの水蒸気ガス化を行い、その後室温まで空気冷却すると容易に炭酸化が可能になる。石膏の炭酸化を更に効果的に行うためには、上記のように石膏の粒径は小さい方が好ましく、本実施の形態では50ミクロン以下としている。   Further, the carbonation reaction formula (7) of calcium sulfide is an equilibrium reaction, and the temperature must be 400 ° C. or lower in order to complete the reaction. Since the rate of carbonation reaction is slow, it is preferable to promote the reaction at a reaction temperature of 400 ° C. or lower. Therefore, in the present embodiment, carbonization can be easily performed by performing steam gasification of biomass at a gypsum treatment temperature of 650 to 800 ° C. and then air cooling to room temperature. In order to perform carbonation of gypsum more effectively, it is preferable that the gypsum has a smaller particle size as described above. In this embodiment, the gypsum is 50 microns or less.

また、前述した式(6)及び、式(7)から明らかのように、石膏のモル数[CaSO]に対する水素[H]のモル数の比[H]/[CaSO]が4以上、石膏のモル数[CaSO]に対する二酸化炭素のモル数[CO]の比[CO]/[CaSO]が1以上である必要がある。本実施の形態の石膏処理において、石膏を完全に炭酸化するときの石膏と混合させるバイオマス量は、次の式(8)のように化学量論的には石膏のモル数[CaSO]に対するバイオマス中の炭素のモル数[C]の比[C]/[CaSO]が2以上の量である。
2C + HO + CaSO → CaCO + HS + CO … (8)
しかし、現状のバイオマスのガス化率は50%以上であるので、好ましくはモル数の比は4以上が必要である。
Further, as is clear from the above-mentioned formulas (6) and (7), the ratio [H 2 ] / [CaSO 4 ] of the mole number of hydrogen [H 2 ] to the mole number [CaSO 4 ] of gypsum is 4 above, the number of moles of gypsum [CaSO 4] moles of carbon dioxide for the ratio of [CO 2] [CO 2] / [CaSO 4] is required to be 1 or more. In the gypsum treatment of the present embodiment, the amount of biomass mixed with the gypsum when the gypsum is completely carbonated stoichiometrically with respect to the number of moles of gypsum [CaSO 4 ] as in the following formula (8). The ratio [C] / [CaSO 4 ] of the number of moles [C] of carbon in the biomass is 2 or more.
2C + H 2 O + CaSO 4 → CaCO 3 + H 2 S + CO 2 ... (8)
However, since the current gasification rate of biomass is 50% or more, the molar ratio is preferably 4 or more.

さて、反応場に予め二酸化炭素吸収物質を共存させておけば、上記化学平衡式(4)示す化学平衡にある生成ガス中の二酸化炭素は、この二酸化炭素吸収物質と反応して減少する。
今、二酸化炭素吸収物質をXで表すと、この反応式は、
X+CO → (XCO) …(9)
と表すことができる。
因みに、(XCO)は二酸化炭素吸収物質(X)が二酸化炭素を吸収して生成した化合物であり、例えば、二酸化炭素吸収物質がCaOであれば、(XCO)は、
CO+CaO → CaCO …(10)
の反応式で生じるCaCOを示すことになる。
Now, if a carbon dioxide absorbing material coexists in the reaction field in advance, the carbon dioxide in the product gas in the chemical equilibrium represented by the chemical equilibrium equation (4) reacts with the carbon dioxide absorbing material and decreases.
Now, if the carbon dioxide absorbing substance is represented by X, this reaction formula is
X + CO 2 → (XCO 2 ) (9)
It can be expressed as.
Incidentally, (XCO 2 ) is a compound generated by the carbon dioxide absorbing material (X) absorbing carbon dioxide. For example, if the carbon dioxide absorbing material is CaO, (XCO 2 ) is
CO 2 + CaO → CaCO 3 (10)
CaCO 3 produced by the reaction formula of

この反応により生成ガス中から二酸化炭素が減少すると、上記化学平衡式(4)に示す化学平衡は、右方向、即ち二酸化炭素と水素を生成する方向に反応が進む。新たに生成された二酸化炭素は、更に二酸化炭素吸収物質と反応して吸収される。このようにして順次反応が進みバイオマスのガス化率が向上し、最終的にはガス中の水素の割合が向上し、効率よく水素を製造することが可能となり硫酸カルシウムは効果的に硫化カルシウムに転化される。   When carbon dioxide is reduced from the product gas by this reaction, the chemical equilibrium shown in the chemical equilibrium formula (4) proceeds to the right, that is, in the direction of generating carbon dioxide and hydrogen. The newly generated carbon dioxide further reacts with the carbon dioxide absorbing material and is absorbed. In this way, the reaction progresses sequentially, and the gasification rate of biomass is improved. Finally, the proportion of hydrogen in the gas is improved, and hydrogen can be produced efficiently, so that calcium sulfate is effectively converted into calcium sulfide. Converted.

反応場に、生成する二酸化炭素をすべて吸収可能な量の二酸化炭素吸収物質を予め存在させておけば、生成された二酸化炭素は余さず吸収される。このような反応により本発明のガス化条件でのバイオマスのガス化率は80%程度まで向上させることが可能である。しかし、文字通り生成する二酸化炭素をすべて吸収可能な量の二酸化炭素吸収物質を予め存在させておけば、二酸化炭素が完全に吸収されてしまうので、ガス化後の冷却時に硫化カルシウムの炭酸化か起こらなくなる。   If a carbon dioxide-absorbing substance in an amount capable of absorbing all of the generated carbon dioxide is present in the reaction field in advance, the generated carbon dioxide is fully absorbed. By such a reaction, the gasification rate of biomass under the gasification conditions of the present invention can be improved to about 80%. However, if there is a carbon dioxide-absorbing substance in an amount that can absorb all of the carbon dioxide that is literally generated, the carbon dioxide will be completely absorbed, so that the carbonization of calcium sulfide may occur during cooling after gasification. Disappear.

上記反応式(9)に示すように、二酸化炭素吸収物質と二酸化炭素とは、通常、1対1で反応し、二酸化炭素はバイオマス中の炭素原子が酸化されて生成されるから、生成する二酸化炭素を完全に吸収しないようにするためにはバイオマス中の炭素のモル数[C]に対して加える二酸化炭素吸収物質のモル数は1より小さくしなければならない。その上、反応式(7)の硫化カルシウムの炭酸化のためには、例えば石膏のモル数[CaSO]に対するバイオマス中の炭素のモル数[C]の比[C]/[CaSO]が4の場合、反応場に供給する二酸化炭素吸収物質の量は、化学量論的には反応場におけるバイオマス中の炭素のモル数[C]に対して、二酸化炭素吸収物質のモル数の比は0.5より小さいことが必要である。 As shown in the above reaction formula (9), the carbon dioxide-absorbing substance and carbon dioxide usually react one-on-one, and carbon dioxide is produced by oxidation of carbon atoms in biomass. In order not to completely absorb carbon, the number of moles of carbon dioxide absorbent added to the number of moles [C] of carbon in the biomass must be smaller than 1. Moreover, due to the carbonation of calcium sulfide in the reaction formula (7), for example the number of moles of gypsum [CaSO 4] moles of carbon in biomass for [C] ratio [C] / [CaSO 4] is In the case of 4, the amount of carbon dioxide absorbing material supplied to the reaction field is stoichiometrically the ratio of the number of moles of carbon dioxide absorbing material to the number of moles of carbon in the biomass in the reaction field [C]. It must be less than 0.5.

バイオマスのガス化率が80%程度であれば、バイオマス中の炭素のモル数[C]に対して、二酸化炭素吸収物質のモル数の比は0.4以下である。しかし、二酸化炭素吸収物質の供給量が少ないと、今度は、バイオマスのガス化率及び水素、二酸化炭素の生成効率が50%程度まで低下するので、バイオマス中の炭素のモル数[C]に対して、二酸化炭素吸収物質のモル数の比は0.25〜0.4となる。勿論、石膏のモル数[CaSO]に対するバイオマス中の炭素のモル比[C]の比[C]/[CaSO]が4より大きい場合は、バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する、二酸化炭素吸収物質のモル数の比は大きくなる。 If the gasification rate of biomass is about 80%, the ratio of the number of moles of the carbon dioxide-absorbing substance to the number of moles of carbon [C] in the biomass is 0.4 or less. However, if the supply amount of carbon dioxide-absorbing substances is small, the gasification rate of biomass and the generation efficiency of hydrogen and carbon dioxide are reduced to about 50%, so the number of moles of carbon in the biomass [C] Thus, the ratio of the number of moles of the carbon dioxide absorbing material is 0.25 to 0.4. Of course, when the ratio [C] / [CaSO 4 ] of the molar ratio [C] of the carbon in the biomass to the molar number [CaSO 4 ] of gypsum is larger than 4, the molar ratio [C] of carbon in the biomass, The ratio of the number of moles of carbon dioxide absorbing material is increased.

また、反応場に、生成する二酸化炭素をすべて吸収可能な量の二酸化炭素吸収物質を予め存在させて、本実施の形態のガス化条件でバイオマスのガス化率を炭素基準で80%程度まで向上させると、水素のみを効率よく生成することにより石膏の硫化カルシウムへの転化を促進させることができる。このような条件でのバイオマスの水蒸気ガス化反応の場合は、水蒸気ガス化反応後の冷却時に外部から二酸化炭素を供給して硫化カルシウムを炭酸化することができる。   In addition, a carbon dioxide-absorbing substance in an amount capable of absorbing all of the generated carbon dioxide is pre-existing in the reaction field, and the biomass gasification rate is improved to about 80% based on carbon under the gasification conditions of the present embodiment. Then, the conversion of gypsum to calcium sulfide can be promoted by efficiently producing only hydrogen. In the case of the steam gasification reaction of biomass under such conditions, the carbon sulfide can be carbonated by supplying carbon dioxide from the outside during cooling after the steam gasification reaction.

このように外部から二酸化炭素を供給するとき、バイオマスの水蒸気ガス化で生成する二酸化炭素をすべて吸収可能な二酸化炭素吸収物質の量の割合は、バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する二酸化炭素吸収物質のモル数の比で好ましくは0.5以上がよく、更に好ましくは0.8〜1.5の範囲がよい。しかし、二酸化炭素吸収物質が炭酸化によって生成する硫化水素を吸着や吸収で一定になり硫化水素を取り出すためには、バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する二酸化炭素吸収物質のモル数の比は0.8〜1がよい。硫化水素を二酸化炭素吸収物質で一定にするなら、バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する二酸化炭素吸収物質のモル数の比は2以上がよく、より好ましくは2〜4がよい。   Thus, when supplying carbon dioxide from the outside, the ratio of the amount of carbon dioxide absorbing material that can absorb all the carbon dioxide produced by steam gasification of biomass is carbon dioxide relative to the number of moles [C] of carbon in biomass. The ratio of the number of moles of the absorbing material is preferably 0.5 or more, and more preferably in the range of 0.8 to 1.5. However, the ratio of the number of moles of carbon dioxide absorbing material to the number of moles of carbon in biomass [C] in order to take out hydrogen sulfide that becomes constant by adsorption and absorption by carbon dioxide absorbing material by carbonation. 0.8-1 is good. If hydrogen sulfide is made constant by the carbon dioxide-absorbing substance, the ratio of the number of moles of the carbon dioxide-absorbing substance to the number of moles of carbon [C] in the biomass is preferably 2 or more, more preferably 2-4.

本発明の石膏処理において、バイオマスと共存させて、バイオマスを効果的に水素と二酸化炭素にガス化させるために用いる二酸化炭素吸収物質としては、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、および鉄(Fe)の酸化物(CaO、MgO、SrO、BaO、FeO、Fe、Fe)、及び同種金属の水酸化物(Ca(OH)、Mg(OH)、Sr(OH)、Ba(OH)、Fe(OH)、Fe(OH))が好ましい。
また、本発明者等の実験では、Ca分を含み特徴的な多孔性三次元構造を有する牡蠣やホタテなどの貝殻のバイオマスを出発物としてそれを酸化物又は水酸化物にして用いても、効果的に二酸化炭素を吸収することを確認している。
In the gypsum treatment of the present invention, the carbon dioxide-absorbing substances used for coexisting with biomass and effectively gasifying biomass into hydrogen and carbon dioxide include calcium (Ca), magnesium (Mg), and strontium (Sr). , Barium (Ba), and iron (Fe) oxides (CaO, MgO, SrO, BaO, FeO, Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), and the same metal hydroxides (Ca (OH) 2 , Mg (OH) 2 , Sr (OH) 2 , Ba (OH) 2 , Fe (OH) 2 , Fe (OH) 3 ) are preferable.
Further, in the experiments by the present inventors, even when using biomass of shells such as oysters and scallops containing Ca content and having a characteristic porous three-dimensional structure as an oxide or hydroxide, It has been confirmed that it effectively absorbs carbon dioxide.

これらの二酸化炭素吸収物質は、炭酸塩として反応場から取り出した後、更にこの炭酸塩を加熱等により分解して二酸化炭素を除去すると、この炭酸塩を二酸化炭素吸収物質に変換することができ、反応場に戻して用いることができる。   These carbon dioxide-absorbing substances can be converted into carbon dioxide-absorbing substances by taking them out of the reaction field as carbonates and further decomposing the carbonates by heating to remove carbon dioxide. It can be used after returning to the reaction field.

このようにして最終的に、本実施の形態の硫酸カルシウムが炭酸カルシウムに転化して生じる硫化水素を効果的に回収する。水蒸気ガス化後、温度400℃以下で冷却し炭酸化を終了させた後にサイクロン、又はバグフィルタ(ろ布により、特定物質を除去するフィルター)からなる集塵部へ送り、固体と気体の分離を行い気体として硫化水素は硫化水素回収部に送られる。又、固体の酸化カルシウムはホッパ等に収納される。   In this way, finally, the hydrogen sulfide generated by converting the calcium sulfate of this embodiment into calcium carbonate is effectively recovered. After steam gasification, after cooling at a temperature of 400 ° C or less to complete carbonation, it is sent to a dust collector consisting of a cyclone or a bag filter (a filter that removes specific substances with a filter cloth) to separate solids and gases. As a gas, hydrogen sulfide is sent to the hydrogen sulfide recovery section. Solid calcium oxide is stored in a hopper or the like.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は前述した実施の形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形例が可能であることは言うまでもない。例えば、上記の説明は、主にコナラ材や杉材等の木質系のバイオマスを例にとったが、他の海藻や魚介類、又はこれらを利用した後の有機性廃棄物などでもまったく同様に説明することができ、これらのバイオマスも当然本発明の石膏処理に共存させての出発物質として用いることが可能である。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible without departing from the essence thereof. Needless to say. For example, the above explanation has mainly taken woody biomass such as quercus and cedar, but other seaweeds and seafood, or organic waste after using these, are exactly the same. Of course, these biomasses can also be used as starting materials coexisting in the gypsum treatment of the present invention.

前述した実施の形態の実施例を以下に説明する。尚、本発明は、これらの実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
[実施例における石膏処理装置]
図1は、オートクレーブ(インコネル製)有するバッチ式水蒸気ガス化装置をベースにした石膏処理装置のブロック図であり、この装置で石膏処理を行った。その構成は次のようになっている。オートクレーブ1は、石膏A、バイオマスB、水蒸気Cを混合して加圧の下で加熱して反応させるための耐圧釜である。又必要に応じて二酸化炭素吸収物質Dを供給する。実験前にバルブ2を介して窒素がオートクレーブ1に供給され、酸素をパージする。
Examples of the above-described embodiment will be described below. Needless to say, the present invention is not limited to these examples.
[Gypsum processing apparatus in Examples]
FIG. 1 is a block diagram of a gypsum treatment apparatus based on a batch steam gasifier having an autoclave (manufactured by Inconel). Gypsum treatment was performed using this apparatus. The configuration is as follows. The autoclave 1 is a pressure kettle for mixing gypsum A, biomass B, and water vapor C and reacting them by heating under pressure. Further, carbon dioxide absorbing material D is supplied as necessary. Before the experiment, nitrogen is supplied to the autoclave 1 through the valve 2 to purge oxygen.

オートクレーブ1の外周は、加熱のためのヒータを内蔵した加熱装置4が配置されている。オートクレーブ1内の温度、圧力は、温度計5、及び圧力計6で常時計測できる。図1のオートクレーブ1では、バイオマスの高温反応によるガス化処理と石膏を硫化カルシウムに転化させる処理を行なう構成になっているが、オートクレーブ1でガスを冷却させ硫化カルシウムを炭酸カルシウムと硫化水素に転化する処理を行なう構成が加味されたものであっても良い。又、二酸化炭素吸収物質が供給されたときは二酸化炭素吸収処理を行なう。オートクレーブ1内で発生した生成ガスは、冷却処理12を施して集塵装置14に送られ炭酸カルシウムと硫化水素に分離され、硫化水素はパイプ7、開閉弁8を介してガスバック9に送られて回収される。ガスバック9は、密閉容器10でカバーされている。硫化水素の体積は、ガスバック9が膨張した時の体積変化を生じるが、この体積はガスメーター11で測定される。一方炭酸カルシウムは固体でありホッパ13に収納される。   A heating device 4 incorporating a heater for heating is disposed on the outer periphery of the autoclave 1. The temperature and pressure in the autoclave 1 can always be measured with the thermometer 5 and the pressure gauge 6. The autoclave 1 in FIG. 1 is configured to perform a gasification process by a high-temperature reaction of biomass and a process of converting gypsum into calcium sulfide, but the autoclave 1 cools the gas and converts calcium sulfide into calcium carbonate and hydrogen sulfide. The structure which performs the process to perform may be added. Further, when the carbon dioxide absorbing material is supplied, the carbon dioxide absorbing treatment is performed. The generated gas generated in the autoclave 1 is subjected to a cooling process 12 and sent to a dust collector 14 to be separated into calcium carbonate and hydrogen sulfide. The hydrogen sulfide is sent to a gas bag 9 through a pipe 7 and an on-off valve 8. Collected. The gas bag 9 is covered with a sealed container 10. The volume of hydrogen sulfide causes a volume change when the gas bag 9 expands, and this volume is measured by the gas meter 11. On the other hand, calcium carbonate is solid and is stored in the hopper 13.

[実施条件]
実施条件は、次に示す通りである。粉砕した石膏(0.3g、平均粒径10μm)、バイオマスにはコナラ、又は杉材(それぞれ平均粒径500μm)を用い、二酸化炭素吸収物質はCa(OH)(粒径約10μm)を用いた。石膏の化学的物理的変化の確認は、X線回折法及び原子吸光分析法を用いて行った。生成した硫化水素の量は検知管により測定した。
[Conditions]
The implementation conditions are as follows. Crushed gypsum (0.3 g, average particle size 10 μm), Quercus cedar or cedar (average particle size 500 μm each) is used for biomass, and Ca (OH) 2 (particle size about 10 μm) is used as the carbon dioxide absorbing material. It was. Confirmation of the chemical-physical change of gypsum was performed using an X-ray diffraction method and an atomic absorption analysis method. The amount of hydrogen sulfide produced was measured with a detector tube.

[実施例1]
前述の図1の構成にもとづき次のように実施した。オートクレーブ1中に、石膏の主成分CaSOのモル数[CaSO]に対するコナラ材中の炭素のモル数[C]の比([C]/[CaSO])が4、コナラ材中の炭素のモル数[C]に対する水蒸気のモル比([HO]/[C])が6になるようにして、石膏、コナラ材及び水を導入した。圧力を0.6MPaに固定して、それぞれ温度を700℃及び750℃にして10分間の水蒸気ガス化(バイオマスのガス化が完全に終了する)を行い、その後室温まで空冷することにより石膏処理をして、水蒸気ガス化温度の依存性を測定した。
[Example 1]
Based on the configuration shown in FIG. In the autoclave 1, the ratio ([C] / [CaSO 4 ]) of the number of moles [C] of carbon in the quercus material to the number of moles [CaSO 4 ] of the main component CaSO 4 of gypsum is 4, The molar ratio of water vapor to the number of moles [C] ([H 2 O] / [C]) was set to 6 to introduce gypsum, quercus and water. The pressure is fixed at 0.6 MPa, the temperature is set to 700 ° C. and 750 ° C., respectively, and steam gasification is performed for 10 minutes (the biomass gasification is completely completed), and then air-cooling to room temperature is performed for gypsum treatment. Then, the dependency of the steam gasification temperature was measured.

[結果]
700℃で水蒸気ガス化して処理した石膏を分析した結果、炭酸カルシウム90.5wt%、硫化カルシウム3.5wt%、硫酸カルシウム4.4wt%、その他1.6wt%であった。750℃で水蒸気ガス化して処理した石膏を分析した結果、炭酸カルシウム93.5wt%、硫化カルシウム3.0wt%、硫酸カルシウム2.1wt%、その他1.4wt%であった。この炭酸化反応に見合った硫化水素が確認された。
[result]
As a result of analyzing the gypsum treated by steam gasification at 700 ° C., it was 90.5 wt% calcium carbonate, 3.5 wt% calcium sulfide, 4.4 wt% calcium sulfate, and 1.6 wt% in others. As a result of analyzing the gypsum treated by steam gasification at 750 ° C., it was 93.5 wt% calcium carbonate, 3.0 wt% calcium sulfide, 2.1 wt% calcium sulfate, and 1.4 wt% in others. Hydrogen sulfide commensurate with this carbonation reaction was confirmed.

[評価]
即ち、700℃でのバイオマスの水蒸気ガス化反応により、硫酸カルシウムから硫化カルシウムへの転化、硫化カルシウムの炭酸化は効果的に行われた。また、バイオマスの水蒸気ガス化温度が750℃に高くなると、更に、硫酸カルシウムから硫化カルシウムへの転化、硫酸カルシウムの炭酸化は高まることが結果から明らかになった。
[Evaluation]
That is, conversion from calcium sulfate to calcium sulfide and carbonation of calcium sulfide were effectively performed by steam gasification of biomass at 700 ° C. The results also revealed that when the steam gasification temperature of biomass was increased to 750 ° C., the conversion from calcium sulfate to calcium sulfide and the carbonation of calcium sulfate were further increased.

[実施例2]
実施例1と同様に図1の装置で実施した。オートクレーブ1中に、石膏のモル数[CaSO]に対する杉材中の炭素のモル比[C]の([C]/[CaSO])が4、杉材中の炭素のモル数[C]に対する水蒸気のモル数[HO]の比([HO]/[C])が4、そして杉材中の炭素のモル数[C]に対して加える二酸化炭素吸収物質Ca(OH)のモル数[Ca]の比が1になるようにして、石膏、杉材、Ca(OH)及び水を導入した。圧力を0.6MPa、温度を750℃に固定して10分間の水蒸気ガス化(バイオマスのガス化が完全に終了する)を行い、その後石膏のモル数[CaSO]の2倍のモル数の二酸化炭素を加えて室温まで空冷することにより石膏処理をして、水蒸気ガス化温度の依存性を測定した。
[Example 2]
The same procedure as in Example 1 was performed with the apparatus shown in FIG. In the autoclave 1, the molar ratio [C] of carbon in the cedar wood to the number of moles of gypsum [CaSO 4 ] ([C] / [CaSO 4 ]) is 4 and the number of moles of carbon in the cedar wood [C] The ratio of the number of moles of water vapor [H 2 O] to [H 2 O] / [C] is 4, and the carbon dioxide absorbing material Ca (OH) added to the number of moles of carbon [C] in cedar Gypsum, cedar, Ca (OH) 2 and water were introduced so that the molar ratio [Ca] of 2 was 1. The pressure is fixed at 0.6 MPa, the temperature is fixed at 750 ° C., and steam gasification is performed for 10 minutes (the biomass gasification is completely completed), and then the number of moles is twice the number of moles of gypsum [CaSO 4 ]. Carbon dioxide was added and air-cooled to room temperature to perform gypsum treatment, and the dependency of the steam gasification temperature was measured.

[結果]
二酸化炭素吸収物質Ca(OH)を加えて750℃で水蒸気ガス化して処理した石膏を分析した結果、炭酸カルシウム97.5wt%、硫化カルシウム1.7wt%、硫酸カルシウム0.4wt%、その他0.4wt%であった。この炭酸化反応に見合った硫化水素が確認された。
[result]
As a result of analyzing the gypsum treated by adding the carbon dioxide-absorbing substance Ca (OH) 2 and steaming at 750 ° C., calcium carbonate 97.5 wt%, calcium sulfide 1.7 wt%, calcium sulfate 0.4 wt%, and others 0 It was 4 wt%. Hydrogen sulfide commensurate with this carbonation reaction was confirmed.

[評価]
二酸化炭素吸収物質共存化では硫酸カルシウムから硫化カルシウムへの転化が促進され、また充分な二酸化炭素を供給すると硫化カルシウムの炭酸化も効果的に行われて硫酸カルシウムの炭酸化がさらに高まることが結果から明らかになった。
[Evaluation]
The coexistence of carbon dioxide-absorbing substances promotes the conversion of calcium sulfate to calcium sulfide, and if sufficient carbon dioxide is supplied, the carbonization of calcium sulfide is also effectively performed, resulting in a further increase in calcium sulfate carbonation. It became clear from.

図1は、本発明の石膏の処理方法を適用した石膏処理装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a gypsum processing apparatus to which the gypsum processing method of the present invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1…オートクレーブ
2…バルブ
3…バルブ
4…加熱装置
5…温度計
6…圧力計
7…パイプ
8…開閉弁
9…ガスバック
10…密閉容器
12…冷却処理
13…ホッパ
14…集塵装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Autoclave 2 ... Valve 3 ... Valve 4 ... Heating device 5 ... Thermometer 6 ... Pressure gauge 7 ... Pipe 8 ... On-off valve 9 ... Gas bag 10 ... Sealed container 12 ... Cooling process 13 ... Hopper 14 ... Dust collector

Claims (9)

石膏とバイオマスを混合させたものに圧力1.5MPa未満、温度650℃〜800℃の条件下で水蒸気を供給し反応させ、
この反応により前記バイオマスを水素、一酸化炭素、及び二酸化炭素を含むガスにガス化し、
このガス化により生成した前記水素、及び前記一酸化炭素により前記石膏を硫化カルシウムに転化させ、
この硫化カルシウムを水蒸気、前記二酸化炭素を含むガス成分とともに温度400℃以下に冷却させ、炭酸カルシウムと硫化水素に転化させる
ことを特徴とする石膏の処理方法。
Supply water vapor to the mixture of gypsum and biomass under the conditions of a pressure of less than 1.5 MPa and a temperature of 650 ° C. to 800 ° C.
This reaction gasifies the biomass into a gas containing hydrogen, carbon monoxide, and carbon dioxide,
The gypsum is converted into calcium sulfide by the hydrogen generated by the gasification and the carbon monoxide,
A method for treating gypsum, wherein the calcium sulfide is cooled to a temperature of 400 ° C. or less together with water vapor and the gas component containing carbon dioxide, and converted into calcium carbonate and hydrogen sulfide.
請求項1に記載の石膏の処理方法において、
前記石膏とバイオマスを混合したものに、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、及び鉄(Fe)から選択される1以上の酸化物若しくは水酸化物からなる二酸化炭素吸収物質を加え共存させて反応させ、
前記バイオマスから生成する前記二酸化炭素の一部を前記二酸化炭素吸収物質で吸収しながら、前記バイオマスをガス化させる
ことを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to claim 1,
The mixture of gypsum and biomass is composed of one or more oxides or hydroxides selected from calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr), barium (Ba), and iron (Fe). Add a carbon dioxide-absorbing substance to make it coexist and react
The biomass is gasified while absorbing a part of the carbon dioxide produced from the biomass with the carbon dioxide-absorbing substance.
請求項2に記載の石膏の処理方法において、
前記冷却時に、前記二酸化炭素を加え前記硫化カルシウムを前記炭酸カルシウムに転化させる
ことを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to claim 2,
The method for treating gypsum, wherein the carbon dioxide is added during the cooling to convert the calcium sulfide into the calcium carbonate.
請求項1ないし3から選択される1項に記載の石膏の処理方法において、
前記炭酸カルシウムと前記硫化水素を含む混合物を集塵装置に導いて主として固体の前記炭酸カルシウムと気体の前記硫化水素に分離する
ことを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to one selected from Claims 1 thru / or 3,
A method for treating gypsum, wherein the mixture containing calcium carbonate and hydrogen sulfide is guided to a dust collector and separated into mainly solid calcium carbonate and gaseous hydrogen sulfide.
請求項1ないし4から選択される1項に記載の石膏の処理方法において、
前記反応は、圧力1.0MPa未満、温度700℃〜800℃の条件下で行なう
ことを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to one selected from Claims 1 to 4,
The method for treating gypsum, wherein the reaction is performed under conditions of a pressure of less than 1.0 MPa and a temperature of 700 ° C to 800 ° C.
請求項2ないし5から選択される1項に記載の石膏の処理方法において、
前記二酸化炭素吸収物質は、炭酸塩として取り出された後、加熱により前記二酸化炭素を除去して再使用される
ことを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to one selected from Claims 2 to 5,
The method for treating gypsum, wherein the carbon dioxide-absorbing substance is taken out as a carbonate and then reused by removing the carbon dioxide by heating.
請求項1、2、3から選択される1項に記載の石膏の処理方法において、
前記反応は、前記石膏のモル数[CaSO]に対する前記バイオマス中の炭素のモル数[C]の比[C]/[CaSO]が4以上になるように前記バイオマスを供給しての反応であることを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to claim 1 selected from Claims 1, 2, and 3,
In the reaction, the biomass is supplied so that the ratio [C] / [CaSO 4 ] of the number of moles [C] of carbon in the biomass to the number of moles [CaSO 4 ] of the gypsum is 4 or more. A method for treating gypsum characterized by the above.
請求項1、2、3から選択される1項に記載の石膏の処理方法において、
前記反応における前記バイオマスの炭素のモル数[C]に対する前記水蒸気のモル数[HO]の比[HO]/[C]が2以上になるように前記水蒸気を供給することを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to claim 1 selected from Claims 1, 2, and 3,
The steam is supplied so that the ratio [H 2 O] / [C] of the number of moles [H 2 O] of the steam to the number of moles [C] of carbon of the biomass in the reaction is 2 or more. Gypsum processing method.
請求項2又は3に記載の石膏の処理方法において、
前記反応は、前記バイオマス中の炭素のモル数[C]に対する加える前記二酸化炭素吸収物質のモル数の比が0.5より小さくし、生成する前記二酸化炭素を完全に吸収しない反応にすることを特徴とする石膏の処理方法。
In the processing method of gypsum according to claim 2 or 3,
In the reaction, the ratio of the number of moles of the carbon dioxide-absorbing substance added to the number of moles of carbon [C] in the biomass is set to be less than 0.5, and the reaction does not completely absorb the generated carbon dioxide. A method for treating gypsum as a feature.
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