JP4505247B2 - 流動層炉におけるタールの除去方法 - Google Patents
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Description
このように、現在のタールの処理方法では、低コストでエネルギーを生成する要求に応えられていないというのが実情である。
本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意検討を重ねた結果、冷ガス効率の向上を図るために、ガス化温度を600−900℃に低下させ、低温ガス化時に生成するタールを、炉内で吸着性粒子を用いて吸着・分解し、及び/又は、粒子表面に付着した炭素質等を燃焼炉等の再生炉で再生するシステムにおいて、特定の吸着性粒子、即ち、
(i)タールの高い吸着・分解能と、流動化による炉内での耐粉化(粉化率が少ない)を併せ持つ特定のアルミナ系粒子、シリカ・アルミナ系粒子又はシリカ系粒子
(ii)タールの吸着能と極めて高い分解能を併せ持つ特定の粘土系鉱物系粒子
を用いることにより、吸着・分解能及び経済性が両立できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の方法で用いる原料は特に制限されず、例えば、石油、石炭、コークス等の化石原料、廃棄物、バイオマス等を用いることができる。これらの原料のうち、バイオマス、特に木質系バイオマスが好適である。
これらの流動層炉において、上記原料をガス化、熱分解又は部分酸化する際の条件は、原料の種類等に応じて適宜調節することができる。
低温でガス化するとタールのトラブルが生じるが、本発明では、吸着性粒子を用いることによりこの問題に対処できる。
ここで、吸着性粒子としては、例えば、流動接触分解触媒(FCC触媒)粒子、流動接触分解平衡触媒(FCC平衡触媒)粒子、シリカ・アルミナ系粒子、油浸造粒法で製造されたアルミナ系粒子(多孔質アルミナ、活性アルミナ、γ−アルミナ、活性ボーキサイト等)、シリカゲル等のシリカ系粒子、生コンクリートスラッジ及びそのスラッジケーキ、ライムケーキ、コンクリート、コンクリート構造物及びコンクリート構造物の廃棄物等の粒子、活性白土、ゼオライト、セピオライト等の粘土鉱物系粒子等が挙げられる。
本発明において、吸着性粒子には、使用済みの吸着性粒子も含まれ、又は吸着性粒子を含む触媒も含まれる。
また、それらの使用済み触媒は、そのまま用いることもできるし、付着している炭素質を燃焼して再生することにより、また、析出した金属分を酸等で洗浄・除去して用いることができる。
尚、油浸造粒法とは、ヒドロゲルに転化した主に水酸化アルミニウムを、加熱したオイルバスに浸して、表面張力により球状粒子に造粒する方法である。
好ましくは、粒子表面にバナジウム及び/又はニッケルが500〜15000質量ppm蓄積したFCC平衡触媒であり、バナジウム及び/又はニッケル蓄積量が800〜5000質量ppmのFCC平衡触媒が特に好ましい。
また、一般に前記オクタン価の高いガソリンを製造するための流動接触分解装置(FCC装置)においては、FCC触媒の活性を一定に保つために適時新触媒を添加しており、この新触媒は装置内にある触媒と完全混合され、触媒の活性は平均化されることになる。しかしながら、そのままでは装置内の触媒量が過剰になるので、一定量を常に抜き出している。
一方、外部循環型流動層をプロセスとする流動層炉を用いるときは、これら吸着性粒子を循環媒体として用いることができる。
本発明の方法は、燃焼熱をガス化熱源として利用することができるので、効率的である。また、原料の燃焼により生成するガス化ガスと、タールの燃焼により生成する燃焼ガスとが分離されているので、ガス化ガスは高カロリーガスとなる。
図1に示す実験室規模のバブリング型流動層ガス化炉装置1を用いた。この装置1は、ガス化炉2、分散盤4、風箱6から構成される。この装置1は、内径100mm、高さ1.5m(分散盤4上から炉出口8まで)の円筒形でステンレス製である。装置1の外部には、ガス化温度を制御するための電気炉10が設置されている。ガス化用ガスとしては、窒素ガスを使用し、6リットル/分の流量で、ガス導入部12から、ガス予熱機能を持たせたガス予熱機14、風箱6、分散盤4を通してガス化炉2に供給した。
装置1には予め、分散盤4上に高さ150mmの粒子(粒子A〜E)を流動媒体16として充填した。流動媒体16は、ガス化炉2の内部において、分散盤4を通して供給されたガス用ガスによって流動・飛散する。
原料としては、木質バイオマス(杉:炭素分48.7%、水素分5.8%、酸素分40.2%、灰分0.4%、水分4.9%)を粒径200−300μmに調整して、流量5g/分で供給した。流動媒体粒子は、全量を粒径1mm以下に調整し、流量60g/分で供給した。
粒子A :油浸造粒法によって製造されたアルミナ粒子
製造方法:20Lのステンレス製容器に硫酸アルミニウム水溶液(Al2O3:7.72%、SO3:18.20%)を16kg計りとり、アルミン酸ナトリウム水溶液(Al2O3:23.80%、Na2O:19.10%)4.28kgを5Lのステンレス製容器に計量した。
次に、硫酸アルミニウム水溶液の注加速度を約102ml/min、アルミン酸ナトリウム水溶液の注加速度を23.3ml/min、に設定し、高剪断下、定量ポンプで同時混合した。
さらに、目標の塩基性硫酸アルミニウムのヒドロゾルのモル比(SO3/Al2O3)が0.92となるように高剪断下のもとで混合液の循環系を形成し、そこに、546gのアルミン酸ナトリウム水溶液を2.0ml/minの注加速度で添加混合した。
製造方法:FCCの実装置から抜き出したバナジウム520質量ppm及びニッケル280質量ppmが蓄積されたレニウム置換超安定Y型ゼオライトを10質量%、アルミナ40質量%、シリカ30質量%及び粘土鉱物カオリン20質量%からなるものを用いた。
粒子E:粉体造粒法によって製造されたアルミナ粒子(水澤化学工業(株)製、GB)
ここで、粉体造粒法とは、ヒドロゲルを乾燥、粉末化した後、押出や流動化によって成形、造流する方法をいう。
実施例1〜3、参考例1〜6、比較例1〜6
上記の粒子A〜Eを用いたときの、ガス化温度毎のタール除去率を求めた。結果を表1に示す。
尚、タール除去率は、タール除去効果の無い砂(JIS7号)を粒子として用いたときに発生するタール量をa、各粒子を用いたときのタール量をbとして、次式から算出した。
タール除去率=[1−(b/a)]×100(%)
実施例4、参考例7、比較例7,8
粒子として、上記粒子A、粒子B、粒子D及び粒子Eを用いたときの粉化率を求めた。結果を表2に示す。
尚、粉化率は、流動層温度を800℃、初期粒子充填高さを150mm、原料のみを投入する条件で試験を行ったときのガス化時間1時間後の層内に残った粒子の重量をd、初期に充填した粒子の重量をeとして、次式から算出した。
粉化率={1−[d/e]}×100(%)
2 ガス化炉
4 分散盤
6 風箱
8 炉出口
10 電気炉
12 ガス導入部
14 ガス予熱機
16 流動媒体
18 燃料フィーダー
20 粒子フィーダー
22 タール回収装置
Claims (6)
- 原料を、流動層炉でガス化、熱分解又は部分酸化して、生成ガスを得るシステムにおいて、前記原料から生成するタールを、
油浸造粒法で製造されたアルミナ系粒子である吸着性粒子を用いて吸着・分解し、及び/又は、
前記吸着性粒子に付着させて燃焼する
ことを含む流動層炉におけるタールの除去方法。 - 前記原料を、流動層炉で900℃未満でガス化、熱分解又は部分酸化する請求項1に記載のタールの除去方法。
- 前記吸着性粒子を流動層炉に投入する請求項1又は2に記載のタールの除去方法。
- 前記吸着性粒子を、バブリング型流動層又は内部循環型流動層の流動媒体として用いる請求項1〜3のいずれか一項に記載のタールの除去方法。
- 前記吸着性粒子を、外部循環型流動層の循環媒体として用いる請求項1〜3のいずれか一項に記載のタールの除去方法。
- 前記吸着性粒子を、バブリング型流動層又は内部循環型流動層から飛散させる請求項1〜3のいずれか一項に記載のタールの除去方法。
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