JP4568573B2 - バイオマスガス化ガス処理システム - Google Patents

Description

本発明は、例えばバイオマスを用いてガス化したガスの処理を行うバイオマスガス化ガス処理システムに関し、特に排水中のタール臭を除去できる技術に関する。

例えばバイオマス等の可燃性物質を用いて水蒸気ガス化し、例えばメタノール等の液体燃料を製造するシステムが種々開発されている。図５にその一例を示す。
図５に示すように、有機系燃料の代表例であるバイオマスを用いたメタノール合成システムの一例を示している。

一般にバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。

上記バイオマスを利用することで燃料用のガスおよびメタノール等のクリーンなエネルギー源の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つとともに、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ₂の固定により生育されるので、大気のＣＯ₂を増加させないので、ＣＯ₂の抑制につながるので好ましい技術である。

図５に示すように、液体燃料製造システムは、バイオマス６０をガス化炉６１内に供給するバイオマス供給手段６２と、酸素または酸素と水蒸気の混合物からなる燃焼用の酸化剤６３をガス化炉６１内に供給する酸化剤供給手段６４とを備えてなるバイオマスガス化炉６５と、該バイオマスガス化炉６５でガス化した生成ガス６６中の粉塵を除去するサイクロン６７と、このサイクロン６７で３μｍ以上の比較的大きな粒径の粉塵を除去されたガスをさらに高精度に除塵処理する除塵装置１１と、高精度に除塵したガスを精製するガス精製装置６８と、該精製後のガスを用いてメタノールを合成し、排ガス６９とメタノール７０とに分離する蒸留装置を備えたメタノール合成装置７１とからなり、バイオマスから液体燃料であるメタノールを合成するようにしている。

ここで、供給するバイオマス６０としては、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明で言うバイオマスとは、エネルギー源または工業原料として利用することのできる生物資源（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、例えば、スイートソルガム，ネピアグラス，スピルリナ等が用いられている。

前記バイオマスを原料として生成したガスには、微粒子、タール成分、硫化水素、塩素、シアン、重金属化合物などが含まれるため、そのままでは、合成触媒を利用した液体燃料や、燃料電池へのエネルギー源を合成するためのガスには適さない。そのため、従来では、水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置１１を用いて、前記微粒子、タール成分、硫化水素、塩素などの微量成分を効率的に除去している。

前記液体燃料製造システムにおいて、生成されるガスには、微細ダスト状の煤塵成分が含まれている。これらガスを液体燃料合成用原料ガスとして使用する場合、ガス中の煤塵の除去処理を高精度に行う必要がある。

前述のようなガスの除塵装置として、従来、除去媒体として水ジェット水滴噴流を利用した装置が知られており（特許文献１）、その処理対象により一部改良したものが種々提案されている。それらの内、代表的一例を図６に示す。

図６に示すように、この水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置１１は、除塵処理を要するガス１０１を吸引して水ジェット水滴噴流１０２を鉛直軸方向に形成する駆動ノズル１０３と、前記駆動ノズル１０３に連通し、該駆動ノズル１０３から放出された水ジェット水滴噴流１０２を覆うように受けることによって前記水ジェット水滴噴流１０２とガス１０１とを気液混合し、ガス中のダスト粒子を水滴に付着させることにより、ガス１０１の除塵を行う筒状のスクラバ部１０４と、前記水ジェット水滴噴流水を循環水として貯留するとともに、前記スクラバ部１０４において微粒子成分および水溶性成分を分離されたガス１０１を次の処理工程に送り出す排出口１０５ａを有する循環水タンク１０５と、前記循環水タンク１０５内の貯留水を撹拌する撹拌手段１０６と、循環水タンク１０５の側部下端に配設され、該循環水タンク１０５内の循環水を循環ポンプ１０７により強制排出する排出管１０８と、前記排出管１０８に介装されたストレーナ１０９とを具備するものである。

前記スクラバ部１０４は、一体構造の筒状部材であり、比較的径の大きなチャンバー部１０４ａと、それに順次続く、漏斗状の吸引部１０４ｂ、縮径直管状のスロート部１０４ｃ、徐々に拡径するディフューザ部１０４ｄ、および開口１０４ｇを有する拡幅直管状の出口管部１０４ｅとから構成されている。前記チャンバー部１０４ａの中央には前記駆動ノズル１０３が配置されており、この駆動ノズル１０３の噴出口は該スクラバ部１０４の中心線に位置している。このチャンバー部１０４ａの側部には、前記ガス１０１の導入口１０４ｆが形成されており、ガス１０１を水ジェット水滴噴流１０２に巻き込むように設定されている。この水ジェット水滴噴流１０２とガス１０１とは、吸引部１０４ｂで合流し、縮径直管状のスロート部１０４ｃにて高流速で気液混合がなされ、水滴へのダスト粒子の付着合体を促進する。その後、水滴噴流は徐々に拡径するディフューザ部１０４ｄに導かれて、流速が低下し、高流速エネルギーを圧力エネルギーに変えてスクラバの圧力損失を減少させる。ガス１０１から微粒子成分および水溶性成分を吸収した水滴流は、拡幅直管状の出口管部１０４ｅから前記循環水タンク１０５内に低速で流下し、水によって洗浄されたガス１０１は、循環水タンク１０５の上部空間を経由してガス排出口１０５ａから次の処理工程に導出される。

前記水ジェット水滴噴流１０２によってガス１０１から分離され水滴に付着したダストおよびタール成分は、循環水タンク１０５内に水滴とともに落下することによって、一時的に水中に沈下させられるが、疎水性かつ軽量であるため、直ぐに水面に浮上する。常に水滴噴流水が強く流下し続ける状態にあっても、前記微粒成分を循環液に均一に分布させることができない。したがって、循環水タンク１０５の下部の配設されている排出管から循環液を吸引しても、前記浮上微粒成分はほとんど回収することができない。そこで、この装置では、循環水タンク１０５内の水を撹拌する撹拌手段１０６を設けている。この撹拌手段１０６を駆動させることにより、前述のように勢いよく流下する水によって水中に潜った微粒成分の水中滞在時間を長引かせ、それら微粒成分を循環水とともに排出管１０８を介して循環ポンプ１０７により吸引し、ストレーナ１０９により分離して回収する。微粒成分をストレーナ１０９により分離された水は循環ポンプ１０７から循環ライン１１０により前記駆動ノズル１０３に回送され、その一部は外部へ排水１００として排出される。

前記循環ライン１１０には、熱交換型冷却器１１１が介装されるとともに、開閉弁１１２および流量計１１３が設けられている。また、循環ライン１１０の前記冷却器１１１の下流側にはバイパス管１１４が連結されており、循環水の一部を直接に循環水タンク１０５内に送るように設定されている。このバイパス管１１４にも開閉弁１１５および流量計１１６が取り付けられている。

特開平１０−６３６４４号公報

前記従来の除塵装置は、水ジェット水滴噴流による接触によりガス中の水溶性物質およびタールなどの凝縮化可能な塵を除くことができるが、循環タンク１０５内に貯留されたガス洗浄後の水は供給された水蒸気の増加分だけ、ストレーナ１０９を通過した後に排出するが、その排水１００は排水規制値を具備している場合においても、タール臭があり、そのまま排出することができないという問題がある。

また、ガス洗浄後の水には、ガス１０１中から回収したシアンが含まれている場合があり、その量としては、やはり排水規制値をわずかながら上回る場合がある。

本発明は、前記従来の事情に鑑みてなされたもので、前記従来の問題点を解消して、排水中のタール臭を除去することができる有機物含有ガス処理システムを提供することを課題とするものである。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、有機物含有ガス中の粉塵を水ジェットスクラバにより除塵処理する除塵装置と、前記除塵装置の水ジェットスクラバで粉塵を除塵した排水中の微粒成分を除去するストレーナと、該ストレーナにより微粒成分を除去した排水中のタール成分を除去する放散塔とを具備することを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システムにある。

第２の発明は、第１のバイオマスガス化ガス処理システムの発明において、前記放散塔の温度が４０℃以上であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システムにある。

第３の発明は、第１のバイオマスガス化ガス処理システムの発明において、前記放散塔に供給する排水のｐＨが８以上であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システムにある。

第４の発明は、第１のバイオマスガス化ガス処理システムの発明において、前記放散塔が直列２塔式であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システムにある。

第５の発明は、第４のバイオマスガス化ガス処理システムの発明において、前記直列２塔式の前段側の放散塔に供給する排水のｐＨが９乃至１４であり、後段側の放散塔に供給する排水のｐＨが１乃至４であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システムにある。

また、バイオマスガス化ガス処理システムを適用した液体燃料製造システムとしては、例えばガス化燃料を供給し、水蒸気を含む酸化剤によりガス化するガス化炉と、前記ガス化炉で生成された生成ガス中の粉塵を水ジェットスクラバにより除塵処理する除塵装置と、除塵したガスを精製するガス精製装置と、該精製後のガスを用いて液体燃料を合成する液体燃料合成装置と、前記除塵装置の水ジェットスクラバで粉塵を除塵した排水中の微粒成分を除去するストレーナと、該ストレーナにより微粒成分を除去した排水中のタール成分を除去する放散塔とを具備することを特徴とするシステムを提示することができる。

本発明によれば、有機物を含有するガスを精製する除塵装置から排出される排水中のタール分、アンモニア分、シアン分等の有害成分を除去することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係るバイオマスガス化ガスを処理するシステムについて、図面を参照して説明する。図１は、実施例１に係る有機物含有ガス処理システムを示す概念図である。
本実施例にかかるバイオマスガス化ガス処理システムは、図１に示すように、バイオマスガス化ガスである生成ガス６６中の粉塵を水ジェットスクラバ４により除塵処理する除塵装置２０１と、前記除塵装置２０１の水ジェットスクラバ４で粉塵を除塵した排出水２０１ａ中から微粒成分を除去するストレーナ１７と、該ストレーナ１７により微粒成分を除去した循環水２０１ｂの一部から抜き出した排水中のタール成分を除去する放散塔２１１とを具備するものである。前記バイオマスガス化ガスとしては、生物資源又は化石資源をガス化した生成ガスを例示することができ、特に木材等のバイオマス資源をガス化したものを挙げることができる。

前記放散塔２１１は、その温度が４０℃以上、より好ましくは８０℃以上とすることが好ましい。これは、温度を上げることにより、気相側に揮発成分が移行するからである。
これにより、排水１００中のタールが除去され、その結果タール臭が除去されることとなる。
また、前記放散塔２１１で揮発成分が除去された排水は排水基準値以下となるので、放水２１３することができる。
なお、前記放散塔２１１は公知の放散棚を複数配設してなるものを用いることができる。

また、前記放散塔に供給する排水１００のｐＨを８以上に調整するようにするとよい。
これは、アルカリ側とすることで、アンモニア成分が除去されることになるからである。ｐＨは好適には９乃至１４とするのが好ましい。除去されたアンモニアは例えば硫安合成に用いることができる。

ここで、本発明を適用した液体燃料製造システムに適用した場合について、図２を参照して説明する。図２は、本例に係る液体燃料製造システムを示す概念図である。
図２に示すように、本実施例に係る液体燃料製造システムは、ガス化燃料であるバイオマス６０をバイオマス供給手段６２により供給し、酸化剤供給手段６４により供給される水蒸気を含む酸化剤６３により前記供給されたバイオマス６０をガス化するガス化炉６１と、前記ガス化炉６１で生成された生成ガス６６中の粉塵を水ジェットスクラバ４により除塵処理する除塵装置２０１と、除塵したガスを精製するガス精製装置６８と、該精製後のガスを用いて液体燃料である例えばメタノール７０を合成する液体燃料合成装置７３と、前記除塵装置の水ジェットスクラバで粉塵を除塵した排水１００中の微粒成分を除去するストレーナ１７と、該ストレーナ１７により微粒成分を除去した排水１００中のタール成分を除去する放散塔２１１とを具備するものである。本実施例では、前記液体燃料合成装置７３は、ガス精製装置６８で精密除塵された精製ガスを例えばメタノール改質触媒等でメタノールを合成するメタノール合成装置７１と、合成したメタノール中のガス成分を排ガス６９として分離する気液分離装置７４とから構成されているが、本発明はこれに限定されるものではない。

ここで、図１に示す水ジェット水滴噴流を利用した除塵装置２０１としては、例えば、バイオマスガス化炉で生成したガスなどの粉塵を含有する生成ガス６６を吸引して水ジェット水滴噴流２を鉛直軸方向に形成する駆動ノズル３と、前記駆動ノズル３に連通し、該駆動ノズル３から放出された水ジェット水滴噴流２を覆うように受けることによって前記水ジェット水滴噴流２と含塵ガス１とを気液混合し、前記生成ガス６６の除塵を行う筒状のスクラバ部４と、前記水ジェットスクラバ４から流下した水ジェット水滴噴流２を受けて循環水として一時的に貯留する吸引管５と、前記吸引管５に連通するとともに内部に一定レベルの水を貯留するレベルタンク６と、前記吸引管５に配設され、該吸引管５内の循環水を循環ポンプ７により強制排出する排出管８と、前記吸引管５から強制排出された水を前記駆動ノズル３に循環させる循環ライン９とを具備するものである。本実施例において放散塔２１１へ排水１００として処理するのは、循環ライン９の循環水の一部を抜き出すようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばストレーナ１７から直接放散塔２１１へ導入するようにしてもよい。

この液体燃料製造システムにバイオマスガス化ガス処理システムを適用することにより、ストレーナ１７により微粒成分を分離した循環水の一部を排出する場合において、排水中のタール成分を除去することになるので、タール臭が無くなり、製造環境が改善されることになる。
また、前記放散塔に供給する排水１００のｐＨを８以上に調整するようにすることで、アンモニア、シアン成分等が除去されることになる。

ここで、除去された揮発成分（アンモニア、シアン、タール等）２１２は例えばガス化炉６１において熱分解処理するようにすればよい。

図３は、実施例２に係るバイオマスガス化ガス処理システムを適用した液体燃料製造システムを示す概念図である。
図３に示すように、本実施例に係る液体燃料製造システムは、前記実施例１のシステムにおいて、放散塔２１１を二塔式として、排水１００に対し水酸化ナトリウムを添加してアルカリ側にして処理する第１の放散塔２１１−１と、第１の放散塔２１１−１を出た後の排水に硫酸を添加して酸性側にして処理する第２の放散塔２１１−２とを具備するものである。
これは、実施例１のように前記放散塔は一塔式でもよいが、処理条件の異なる塔を直列２塔式とすることで、より効率的な処理を行うことができるからである。

この２塔式において、前段側の第１の放散塔２１１−１に供給する排水のｐＨを９乃至１４に調整すると共に、後段側の第２の放散塔２１１−２に供給する排水のｐＨを１乃至４に調整することで、前段側においてアンモニアを除去し、後段側においてシアンを除去することができる。
この際、２段階の放散塔の処理により、タール臭も更に低減されることとなる。

本発明によれば、ガス化燃料であるバイオマスを水蒸気ガス化した際に発生するタール分が水スクラバにより除塵する際に、水側にそのタール臭が移行することになるが、ｐＨの異なる直列２塔式の放散塔を用いることにより、更にタール臭の低減を図ることができる。

図４は、実施例３に係るバイオマスガス化ガス処理システムを適用した液体燃料製造システムを示す概念図である。
図４に示すように、本実施例に係る液体燃料製造システムは、前記実施例１のシステムにおいて、放散塔２１１の前段側に凝集沈澱槽２１４を設置したものである。
排水１００中に含まれる懸濁粒子を凝集沈澱槽２１４により回収することで、ＣＯＤ値を減少させることができる。また、懸濁粒子の回収と共に、タール成分も懸濁粒子に付随して除去され、タール臭の低減を図ることができる。なお、懸濁物質は別途回収して燃料とすることができる。

［試験例］
以下、本発明の効果を示す試験例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図２に示す２塔式の放散塔を有する装置を用い、バイオマスガス化炉からのガス中の粒子回収を模擬した試験を１０回行った。
この試験の条件及び試験の結果を下記「表１」及び「表２」にまとめて示す。

「表１」に示すように、第１塔の放散塔２１１−１では、温度８０℃、ｐＨ１０、排水量／通ガス量（Ｌ／Ｇ）１３Ｌ／ｍ^３とすると共に、第２塔の放散塔２１１−２では、温度８０℃、ｐＨ３、滞留時間３０分、排水量／通ガス量（Ｌ／Ｇ）１３Ｌ／ｍ^３として試験を行った。

試験結果を示す「表２」に示すように、処理前のＣＯＤが８０〜２００ｍｇＯ／Ｌであったのに対し、処理後は１５〜４０ｍｇＯ／Ｌに低減した。また、油分も１〜２ｍｇＯ／Ｌであったのに対し、処理後は１ｍｇＯ／Ｌ以下に低減した。
また、全窒素についても、処理前が２００〜７００ｍｇＯ／Ｌであったのに対し、処理後は５５〜７０ｍｇＯ／Ｌに低減した。また、アンモニアも１８０〜６５０ｍｇＯ／Ｌであったのに対し、４０〜５５ｍｇＯ／Ｌ以下に低減した。さらに、シアンも２〜１０ｍｇＯ／Ｌであったのに対し、０．０１〜０．１５ｍｇＯ／Ｌ以下に低減した。
また、タール臭も低減した。このタール分に由来するＣＯＤ及び油分も減少して規制値を下回っており、タール臭低減の裏づけとなっている。

以上のように、本発明にかかるバイオマスガス化ガス処理システムは、例えばバイオマス等のガス化燃料を水蒸気ガス化した生成ガスを除塵する際に、水相側に移行したタール分を効率良く除去することができ、水蒸気ガス化燃料を製造するシステムに用いて適している。

実施例１にかかるバイオマスガス化ガス処理システムの概略図である。 実施例１にかかるバイオマスガス化ガス処理システムを適用した液体燃料製造システムの概略図である。 実施例２にかかるバイオマスガス化ガス処理システムを適用した液体燃料製造システムの概略図である。 実施例３にかかるバイオマスガス化ガス処理システムを適用した液体燃料製造システムの概略図である。 従来の液体燃料製造システムの概略図である。 水ジェット水滴噴流を利用した装置の概略図である。

符号の説明

１００ 排水
２１１ 放散塔
２１１−１ 第１の放散塔
２１１−２ 第２の放散塔
２１２ 揮発成分
２１３ 放水
１０４ 凝集沈澱槽
６０ バイオマス
６１ ガス化炉
４ 水ジェットスクラバ

Claims (5)

1. バイオマスガス化ガス中の粉塵を水ジェットスクラバにより除塵処理する除塵装置と、
   前記除塵装置の水ジェットスクラバで粉塵を除塵した排水中の微粒成分を除去するストレーナと、
   該ストレーナにより微粒成分を除去した排水中のタール成分を除去する放散塔とを具備することを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システム。
2. 請求項１のバイオマスガス化ガス処理システムにおいて、
   前記放散塔の温度が４０℃以上であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システム。
3. 請求項１のバイオマスガス化ガス処理システムにおいて、
   前記放散塔に供給する排水のｐＨが８以上であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システム。
4. 請求項１のバイオマスガス化ガス処理システムにおいて、
   前記放散塔が直列２塔式であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システム。
5. 請求項４のバイオマスガス化ガス処理システムにおいて、
   前記直列２塔式の前段側の放散塔に供給する排水のｐＨが９乃至１４であり、後段側の放散塔に供給する排水のｐＨが１乃至４であることを特徴とするバイオマスガス化ガス処理システム。

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