JP5540369B2 - Fuel gas production method - Google Patents

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    • Y02E50/30Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Description

本発明は、燃料ガスを製造するためのガス製造方法に関する。   The present invention relates to a gas production method for producing fuel gas.
従来、家畜排泄物は、堆肥化することにより農地に還元するといった、循環利用を行うことにより処理されていた。しかしながら、堆肥は供給過剰の状態になってきているため、上記方法とは異なる、家畜排泄物を処理するための新しい方法が望まれていた。このような現状から、近年、家畜糞尿、生ゴミ、食品廃棄物、下水汚泥等のバイオマスを原料としたエネルギー変換技術の開発がなされている。
バイオマスを原料としたエネルギー変換技術としては、例えば、微生物によりバイオマスを発酵させて燃料ガスを生成する方法、バイオマスに含まれる水を利用して加圧熱水処理を行い、燃料ガスを生成する方法等が知られており、後者の改良方法としては、触媒を用いてウエット・バイオマスを超臨界水でガス化し、燃料ガスを生成する方法が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。しかしながら、バイオマスを原料としたエネルギー変換技術から得られた副産物は、有効利用されることはなかった。
Conventionally, livestock excrement has been treated by recycling, such as composting and returning to farmland. However, since the compost is in an excessive supply state, a new method for treating livestock excreta different from the above method has been desired. Under such circumstances, in recent years, energy conversion technology using biomass such as livestock manure, garbage, food waste, sewage sludge and the like as a raw material has been developed.
As an energy conversion technology using biomass as a raw material, for example, a method of fermenting biomass with microorganisms to generate fuel gas, a method of generating pressurized fuel water using water contained in biomass, and generating fuel gas As the improved method of the latter, a method of gasifying wet biomass with supercritical water using a catalyst to generate fuel gas is known (for example, see Patent Documents 1 to 3). . However, the by-products obtained from the energy conversion technology using biomass as a raw material have not been effectively used.
特表平11−502891号公報Japanese National Patent Publication No. 11-502891 特開2002−105466号公報JP 2002-105466 A 特開2002−105467号公報JP 2002-105467 A
そこで、本発明は、リンおよび活性炭を含有する家畜の糞を含むバイオマスを高温高圧ガス処理して燃料ガスを製造する際に発生する活性炭含有リン化合物を利用して循環的に燃料ガスを製造する方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention circulates and produces fuel gas using activated carbon-containing phosphorus compounds generated when high-temperature and high-pressure gas treatment is performed on biomass containing livestock feces containing phosphorus and activated carbon to produce fuel gas. It aims to provide a method.
本発明に係る燃料ガスを製造するためのガス製造方法は、リンおよび活性炭を含有する家畜の糞を含むバイオマスを高温高圧ガスで処理し、前記高温高圧ガス処理後の反応副産物である活性炭含有リン化合物を家畜に給餌し、当該家畜の糞を、高温高圧ガスで処理することを特徴とする。   A gas production method for producing a fuel gas according to the present invention comprises treating a biomass containing feces of livestock containing phosphorus and activated carbon with a high-temperature and high-pressure gas, and activated carbon-containing phosphorus which is a reaction byproduct after the high-temperature and high-pressure gas treatment. The compound is fed to livestock, and the feces of the livestock are treated with high-temperature and high-pressure gas.
ここで、前記リン化合物はヒドロキシアパタイトであってもよい。   Here, the phosphorus compound may be hydroxyapatite.
本発明により、リン、活性炭を含有する家畜の糞を含むバイオマスを高温高圧ガス処理して燃料ガスを製造する際に発生する活性炭含有リン化合物を家畜に給餌し、リン化合物および活性炭を含有するその糞を含むバイオマスを高温高圧ガス処理することによって、循環的に燃料ガスを製造することができるようになった。   According to the present invention, the activated carbon-containing phosphorus compound generated when producing fuel gas by processing biomass containing livestock feces containing phosphorus and activated carbon at high temperature and high pressure is fed to livestock, and the phosphorus compound and activated carbon containing By treating the biomass containing feces with high-temperature and high-pressure gas, fuel gas can be produced in a circulating manner.
本発明の一実施形態として説明するバイオマスガス化発電システムの全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole biomass gasification power generation system composition explained as one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において、連続運転が可能な流動層反応器の概略構成を示す図である。In one Embodiment of this invention, it is a figure which shows schematic structure of the fluidized bed reactor which can be operated continuously. 本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the slurry supply apparatus demonstrated as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態において、発電装置の排熱温度が反応器での反応温度より高い場合のバイオマスガス化発電システムの全体構成を示す図である。In one Embodiment of this invention, it is a figure which shows the whole structure of the biomass gasification electric power generation system in case the waste heat temperature of an electric power generating apparatus is higher than the reaction temperature in a reactor. 本発明の一実施形態において、発電装置190の排熱の温度が反応器160での反応温度より低く、前処理装置140での処理温度より高い場合のバイオマスガス化発電システムの全体構成を示す図である。The figure which shows the whole structure of the biomass gasification electric power generation system in case one temperature of the waste heat of the electric power generating apparatus 190 is lower than the reaction temperature in the reactor 160, and higher than the processing temperature in the pre-processing apparatus 140 in one Embodiment of this invention. It is.
以下、上記知見に基づき完成した本発明の実施の形態を、実施例を挙げながら詳細に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されない。   Hereinafter, embodiments of the present invention completed based on the above knowledge will be described in detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
なお、本発明の目的、特徴、利点、及びそのアイデアは、本明細書の記載により、当業者には明らかであり、本明細書の記載から、当業者であれば、容易に本発明を再現できる。以下に記載された発明の実施の形態及び具体的な実施例等は、本発明の好ましい実施態様を示すものであり、例示又は説明のために示されているのであって、本発明をそれらに限定するものではない。本明細書で開示されている本発明の意図ならびに範囲内で、本明細書の記載に基づき、様々に修飾ができることは、当業者にとって明らかである。   The objects, features, advantages, and ideas of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the description of the present specification, and those skilled in the art can easily reproduce the present invention from the description of the present specification. it can. The embodiments and specific examples of the invention described below show preferred embodiments of the present invention, and are shown for illustration or explanation. It is not limited. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made based on the description of the present specification within the spirit and scope of the present invention disclosed herein.
本発明に係る燃料ガス製造システムは、バイオマスをガス化してメタンや水等の燃料ガスを効率的に製造し、得られた燃料ガスで発電して電力を供給するための(バイオマス化発電)システムである。以下にこのシステムの構造について説明する。なお、本システムでは、リンおよび活性炭を含有する糞を含むバイオマスを使用する。   The fuel gas production system according to the present invention efficiently produces fuel gas such as methane and water by gasifying biomass, and generates electric power using the obtained fuel gas to supply electric power (biomass generation power generation) system It is. The structure of this system will be described below. In this system, biomass containing feces containing phosphorus and activated carbon is used.
==システムの構成==
図1は本発明の一実施形態として説明するバイオマスガス化発電システムの全体構成を示す図である。図1に示すように、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200は、調整タンク100、破砕機110、供給ポンプ120、第一熱交換器130、第二熱交換器131、前処理装置140、スラリー供給装置150、反応器160、加熱器161、予熱器162、加熱器163、予熱器164、クーラー170、減圧器171、気液分離器180、ガスタンク181、触媒回収器182、発電装置190等を備える。
== System configuration ==
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a biomass gasification power generation system described as an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention includes a regulating tank 100, a crusher 110, a supply pump 120, a first heat exchanger 130, a second heat exchanger 131, a pretreatment device 140, Slurry supply device 150, reactor 160, heater 161, preheater 162, heater 163, preheater 164, cooler 170, decompressor 171, gas-liquid separator 180, gas tank 181, catalyst recovery device 182, power generator 190, etc. Is provided.
前処理装置140は、バイオマスのスラリー体を形成させる装置である。バイオマスのスラリー体の形成は、当該バイオマスを100〜250℃の範囲内の温度、及び0.1〜4MPaの範囲内の圧力の条件下で熱水処理することにより行われる。   The pretreatment device 140 is a device that forms a biomass slurry. Formation of the biomass slurry is performed by hydrothermal treatment of the biomass under conditions of a temperature in the range of 100 to 250 ° C. and a pressure in the range of 0.1 to 4 MPa.
調整タンク100は、バイオマスの種類、量等に応じて水を加え、バイオマス中の含水率を調製するタンクである。   The adjustment tank 100 is a tank that adds water according to the type, amount, etc. of the biomass to adjust the moisture content in the biomass.
破砕機110は、調整タンク100で混合した混合物を破砕して、混合物中のバイオマスをあらかじめ均一な大きさ(好ましくは平均粒径が500μm以下、より好ましくは平均粒径が300μm以下)にするための装置である。   The crusher 110 crushes the mixture mixed in the adjustment tank 100 so that the biomass in the mixture has a uniform size in advance (preferably an average particle size of 500 μm or less, more preferably an average particle size of 300 μm or less). It is a device.
供給ポンプ120は、破砕機110で破砕した混合物を前処理装置140に移送する装置である。   The supply pump 120 is a device that transfers the mixture crushed by the crusher 110 to the pretreatment device 140.
反応器160は、超臨界水によりバイオマスをガス化する装置である。超臨界水によるバイオマスのガス化は、前処理装置140において熱水処理された、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体を、その非金属系触媒を利用して、374℃以上の温度、及び22.1MPa以上の圧力の条件下で水熱処理することにより行われる。このようにスラリー体を超臨界水で処理することにより、バイオマスを分解し、水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスを生成することができる。   The reactor 160 is a device that gasifies biomass with supercritical water. Biomass gasification with supercritical water uses a non-metallic catalyst, a biomass slurry containing a non-metallic catalyst that has been hydrothermally treated in the pretreatment device 140, at a temperature of 374 ° C. or higher, and It is performed by hydrothermal treatment under conditions of a pressure of 22.1 MPa or more. By treating the slurry body with supercritical water in this way, biomass can be decomposed and fuel gas such as hydrogen gas, methane, ethane, or ethylene can be generated.
上述の反応器160としては、上述の条件下でバイオマスのスラリー体を水熱処理することができる装置であれば特に制限されるものではなく、例えば、長い配管で構成された反応器、流動層反応器等を用いることができる。なお、本実施の形態においては、反応器160が連続運転が可能な流動層反応器である場合について説明する。   The reactor 160 is not particularly limited as long as it is a device capable of hydrothermally treating a biomass slurry under the above-mentioned conditions. For example, a reactor constituted by a long pipe, a fluidized bed reaction, and the like. A vessel or the like can be used. In the present embodiment, the case where the reactor 160 is a fluidized bed reactor capable of continuous operation will be described.
図2に、本発明の一実施形態において、連続運転が可能な流動層反応器160の概略構成を示す。図2に示すような反応器160は、反応器160内にバイオマスのスラリー体を下方から導入する導入口210と、反応器160内でスラリー体を、374℃以上の温度、及び22.1MPa以上の圧力の条件下で水熱処理することにより生成された燃料ガスを含む生成ガス及び灰分、並びに、非金属系触媒及び水(超臨界水)を上方から反応器160外に排出する排出口220と、スラリー体の導入により反応器160内に流動層を形成する流動媒体230と、導入口210から導入したスラリー体を流動層の下方で分散させる分散部240と、を備えている。   FIG. 2 shows a schematic configuration of a fluidized bed reactor 160 capable of continuous operation in an embodiment of the present invention. A reactor 160 as shown in FIG. 2 has an inlet 210 for introducing a biomass slurry into the reactor 160 from below, and the slurry in the reactor 160 at a temperature of 374 ° C. or higher, and 22.1 MPa or higher. A discharge port 220 for discharging generated gas and ash containing fuel gas generated by hydrothermal treatment under the condition of the pressure, and non-metallic catalyst and water (supercritical water) from above to the reactor 160; And a fluidized medium 230 that forms a fluidized bed in the reactor 160 by introduction of the slurry body, and a dispersion unit 240 that disperses the slurry body introduced from the inlet 210 below the fluidized bed.
流動媒体230は、スラリー体の導入速度では排出されない形状で構成されている。すなわち、導入口210からスラリー体を導入する速度では流動層を形成するが、排出口220から排出できない重さで構成されている。なお、排出口220にメッシュ状のプレートが設置されている場合には、流動媒体230は当該プレートの網目より大きいサイズで構成されていてもよい。流動媒体230としては、超臨界状態でも粒径に変化を及ぼさない、すなわち、流動媒体が壊れにくいものであれば特に制限されるものではないが、例えば、アルミナボール、ジルコニアボール、シリカボール等の媒体を挙げることができる。   The fluid medium 230 has a shape that is not discharged at the introduction speed of the slurry body. That is, the fluidized bed is formed at a speed at which the slurry body is introduced from the introduction port 210, but has a weight that cannot be discharged from the discharge port 220. In addition, when the mesh-shaped plate is installed in the discharge port 220, the fluid medium 230 may be configured with a size larger than the mesh of the plate. The fluid medium 230 is not particularly limited as long as it does not change the particle size even in a supercritical state, that is, the fluid medium is difficult to break. For example, alumina balls, zirconia balls, silica balls, etc. A medium can be mentioned.
分散部240は、例えば、流動層反応器等で用いられる既知の分散板(例えば、メッシュ状のプレート等)であってもよいが、スラリー体の目詰まりによって圧力が増加するのを防ぐために、スラリー体を導入する速度では流動しない形状(例えば、スラリー体を導入する速度では流動できない重さ)で構成された球状媒体(例えば、アルミナボール等の球状媒体)を積み重ねて形成した層であることが好ましい。   The dispersion unit 240 may be, for example, a known dispersion plate (for example, a mesh plate) used in a fluidized bed reactor or the like, but in order to prevent an increase in pressure due to clogging of the slurry body, It is a layer formed by stacking spherical media (for example, spherical media such as alumina balls) configured in a shape that does not flow at the speed at which the slurry body is introduced (for example, weight that cannot flow at the speed at which the slurry body is introduced). Is preferred.
以上のような反応器160を用いることにより、導入口210から導入したスラリー体に対して超臨界水によるガス化反応を行うことができ、これにより生成された生成ガス(燃料ガスを含む)及び灰分、並びに、非金属系触媒及び水(超臨界水)等の流動媒体230より軽く、径が小さな物質を排出口220から排出することができるようになる。また、このような反応器160は、上述のような構成により、反応器内160に灰分や非金属系触媒等が堆積するのを抑制することができるので、バイオマスのスラリー体を連続的に導入し、超臨界水によるガス化反応を継続して行うことが可能となる。   By using the reactor 160 as described above, a gasification reaction with supercritical water can be performed on the slurry body introduced from the inlet 210, and the generated gas (including fuel gas) generated thereby and As a result, it is possible to discharge a substance having a lighter diameter and smaller diameter than the fluid medium 230 such as ash and non-metallic catalyst and water (supercritical water) from the discharge port 220. Further, such a reactor 160 can suppress accumulation of ash, non-metallic catalyst, etc. in the reactor 160 with the above-described configuration, so that a biomass slurry is continuously introduced. In addition, the gasification reaction with supercritical water can be continued.
スラリー供給装置150は、前処理装置140において熱水処理を行うことにより得られた、バイオマスのスラリー体を反応器160に供給する装置である。スラリー供給装置150は、バイオマスのスラリー体を供給できる装置であれば特に制限されるものではなく、例えば、高圧ポンプやモーノポンプ等を用いることができるが、図3に示すような固体成分と液体成分とに分離しやすい上述のスラリー体を一定濃度で反応器160に連続供給することができる装置を用いることが好ましい。   The slurry supply device 150 is a device that supplies the reactor 160 with a biomass slurry obtained by performing the hot water treatment in the pretreatment device 140. The slurry supply device 150 is not particularly limited as long as it is a device that can supply a biomass slurry body. For example, a high-pressure pump or a Mono pump can be used, but a solid component and a liquid component as shown in FIG. It is preferable to use an apparatus that can continuously supply the above-mentioned slurry body that can be easily separated into the reactor 160 at a constant concentration.
図3は本発明の一実施形態として説明するスラリー供給装置150の概略構成を示す図である。図3に示すようなスラリー供給装置150は、前処理装置140において熱水処理を行うことにより得られた、バイオマスのスラリー体を前処理装置140から受け入れ、反応器160に供給する装置である。このスラリー供給装置150は、2つのシリンダー310,320、軸330、2つのピストン331,332、2つの攪拌機340,350、水注入装置360、バルブ361,362,363,364,373,374,375,376、三方弁371,372等を備える。   FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a slurry supply apparatus 150 described as an embodiment of the present invention. A slurry supply device 150 as shown in FIG. 3 is a device that receives a biomass slurry obtained by performing hydrothermal treatment in the pretreatment device 140 from the pretreatment device 140 and supplies it to the reactor 160. The slurry supply device 150 includes two cylinders 310 and 320, a shaft 330, two pistons 331 and 332, two agitators 340 and 350, a water injection device 360, valves 361, 362, 363, 364, 373, 374, and 375. , 376, three-way valves 371, 372 and the like.
水注入装置360は、水を注入するシリンダー310,320を交互に切り替えて各シリンダー310,320に水を注入する装置である。水注入装置360は、例えば、ポンプ、高圧ポンプ、背圧ポンプ等である。   The water injection device 360 is a device for injecting water into the cylinders 310 and 320 by alternately switching the cylinders 310 and 320 for injecting water. The water injection device 360 is, for example, a pump, a high pressure pump, a back pressure pump, or the like.
シリンダー310,320には、水注入装置360から水を注入し、注入した水を排出する注入/排出口が設けられている。また、シリンダー310,320には、前処理装置140からスラリー体を受け入れ、受け入れたスラリー体を反応器160に供給する受入/供給口が設けられている。   The cylinders 310 and 320 are provided with injection / discharge ports for injecting water from the water injection device 360 and discharging the injected water. Further, the cylinders 310 and 320 are provided with receiving / supplying ports that receive the slurry body from the pretreatment device 140 and supply the received slurry body to the reactor 160.
シリンダー310,320内には、水注入装置360から注入された水と、前処理装置140から受け入れたスラリー体とを仕切るようにピストン331,332が配置されている。   Pistons 331 and 332 are disposed in the cylinders 310 and 320 so as to partition water injected from the water injection device 360 and a slurry body received from the pretreatment device 140.
軸330の両端にはピストン331,332が備えられている。ピストン331,332は、水注入装置360からシリンダー310,320内に水が注入されることによりシリンダー310,320内を移動し、シリンダー310,320内のスラリー体を押圧して反応器160にスラリー体を供給する。また、一方のピストン331,332の移動に伴い、他方のピストン332,331が一方のピストン331,332と同軸方向に移動し、前処理装置140からスラリー体を受け入れるとともに、シリンダー320,310内の水を排出する。   Pistons 331 and 332 are provided at both ends of the shaft 330. The pistons 331 and 332 move in the cylinders 310 and 320 when water is injected into the cylinders 310 and 320 from the water injection device 360, and the slurry bodies in the cylinders 310 and 320 are pressed to make the slurry into the reactor 160. Supply the body. As the one piston 331, 332 moves, the other piston 332, 331 moves in the same direction as the one piston 331, 332, receives the slurry body from the pretreatment device 140, and in the cylinders 320, 310 Drain the water.
なお、シリンダー310,320内の水とスラリー体が混ざらないようにするために、ピストン331,332にピストンリングを設け、ピストン331,332とシリンダー310,320との気密性を高めてもよい。   In order to prevent the water in the cylinders 310 and 320 and the slurry from being mixed, a piston ring may be provided on the pistons 331 and 332 to improve the airtightness between the pistons 331 and 332 and the cylinders 310 and 320.
本実施の形態においては、軸330の中央部にストッパー333が設けられている。ストッパー333は、ピストン331,332と攪拌機340,350との接触を防止する装置である。このストッパー333がシリンダー310,320に接触すると、ピストン331,332が攪拌機340,350の方へ移動できなくなるような仕組みとなっている。   In the present embodiment, a stopper 333 is provided at the center of the shaft 330. The stopper 333 is a device that prevents contact between the pistons 331 and 332 and the stirrers 340 and 350. When the stopper 333 comes into contact with the cylinders 310 and 320, the pistons 331 and 332 cannot move toward the stirrers 340 and 350.
バルブ361,362,363,364は、水を水注入装置360からシリンダー310,320に流れるように切り替えたり、シリンダー310,320内の水を排出するように切り替えたりする装置である。バルブ361,362,363,364は、例えば、電磁バルブ等である。   The valves 361, 362, 363, and 364 are devices that switch the water to flow from the water injection device 360 to the cylinders 310 and 320 and switch the water in the cylinders 310 and 320 to discharge. The valves 361, 362, 363, 364 are, for example, electromagnetic valves.
本実施の形態においては、バルブ361,362,363,364は、水注入装置360の注水により、水がシリンダー310,320に流れるように切り替える。また、バルブ361,362,363,364は、シリンダー310,320からの排水により、水が排出されるように切り替える。このような切り替えは、例えば、水注入装置360からの注水やシリンダー310,320からの排水に伴い、電気的に行うことができる。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、水注入装置360は水の注入先を当該シリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替え、バルブ363,361は水が水注入装置360からシリンダー320,310に流れるように開放し、バルブ364,362は水注入装置360からシリンダー320,310に注入される水が排出されないように閉鎖し、バルブ362,364はシリンダー310,320から水が排出されるように開放し、バルブ361,363はシリンダー310,320から排出される水が水注入装置360に流れないように閉鎖する制御をそれぞれ行えばよい。   In the present embodiment, the valves 361, 362, 363, and 364 are switched so that water flows into the cylinders 310 and 320 by the water injection of the water injection device 360. Further, the valves 361, 362, 363, and 364 are switched so that water is discharged by drainage from the cylinders 310 and 320. Such switching can be performed electrically with water injection from the water injection device 360 or drainage from the cylinders 310 and 320, for example. Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 has come into contact with one of the cylinders 310 and 320, the water injection device 360 changes the water injection destination from the cylinders 310 and 320 to the other cylinders 320 and 310. The valves 363 and 361 are opened so that water flows from the water injection device 360 to the cylinders 320 and 310, and the valves 364 and 362 are not discharged so that water injected from the water injection device 360 to the cylinders 320 and 310 is not discharged. The valves 362 and 364 are opened so that water is discharged from the cylinders 310 and 320, and the valves 361 and 363 are closed so that water discharged from the cylinders 310 and 320 does not flow to the water injection device 360. May be performed respectively.
なお、本実施の形態においては、スラリー供給装置150にバルブ361,362,363,364を設けているが、これらのバルブ361,362,363,364の代わりに2つの三方弁を設けて、水注入装置360の注水により水がシリンダー310,320に流れるように切り替えたり、シリンダー320,310からの排水により水が排出されるように切り替えたりしてもよい。このような切り替えは、例えば、逆流を防止する弁等によって機械的に行うこともできるが、水注入装置360からの注水やシリンダー310,320からの排水に伴い、電気的に行うこともできる。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、水注入装置360は水の注入先を当該シリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替え、一方の三方弁は水が水注入装置360からシリンダー320,310に流れるように切り替え、他方の三方弁はシリンダー310,320から水が排出されるように切り替える制御をそれぞれ行えばよい。   In the present embodiment, the slurry supply device 150 is provided with valves 361, 362, 363, 364, but instead of these valves 361, 362, 363, 364, two three-way valves are provided, It may be switched so that water flows into the cylinders 310 and 320 by water injection from the injection device 360, or may be switched so that water is discharged by drainage from the cylinders 320 and 310. Such switching can be mechanically performed, for example, by a valve or the like for preventing backflow, but can also be electrically performed in accordance with water injection from the water injection device 360 or drainage from the cylinders 310 and 320. Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 has come into contact with one of the cylinders 310 and 320, the water injection device 360 changes the water injection destination from the cylinders 310 and 320 to the other cylinders 320 and 310. One of the three-way valves may be switched so that water flows from the water injection device 360 to the cylinders 320 and 310, and the other three-way valve may be switched so that water is discharged from the cylinders 310 and 320.
三方弁371,372は、ピストン331,332の往復運動により、スラリー体を前処理装置140からシリンダー310,320に流れるように切り替えたり、シリンダー310,320内に受け入れたスラリー体をシリンダー310,320から反応器160に流れるように切り替えたりする装置である。   The three-way valves 371 and 372 are switched so that the slurry body flows from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320 by the reciprocating motion of the pistons 331 and 332, and the slurry bodies received in the cylinders 310 and 320 are cylinders 310 and 320. To switch to flow into the reactor 160.
本実施の形態においては、三方弁371,372は、前処理装置140からスラリー体を受け入れる際に、スラリー体が前処理装置140からシリンダー310,320に流れるように切り替える。また、三方弁371,372は、シリンダー310,320からのスラリー体供給により、スラリー体がシリンダー310,320から反応器160に流れるように切り替える。このような切り替えは、例えば、逆流を防止する弁等によって機械的に行うこともできるが、シリンダー310,320からのスラリー体供給や前処理装置140からのスラリー体供給に伴い、電気的に行うこともできる。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、三方弁371,372は、スラリー体が前処理装置140から当該シリンダー310,320に流れるように切り替え、他方の三方弁372,371は、スラリー体が他方のシリンダー320,310から反応器160に流れるように切り替える制御をそれぞれ行えばよい。   In the present embodiment, when receiving the slurry body from the pretreatment device 140, the three-way valves 371 and 372 are switched so that the slurry body flows from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320. The three-way valves 371 and 372 are switched so that the slurry body flows from the cylinders 310 and 320 to the reactor 160 when the slurry body is supplied from the cylinders 310 and 320. Such switching can be mechanically performed by, for example, a valve that prevents backflow, but is electrically performed in accordance with the slurry body supply from the cylinders 310 and 320 and the slurry body supply from the pretreatment device 140. You can also Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 contacts one of the cylinders 310 and 320, the three-way valves 371 and 372 cause the slurry body to flow from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320. The other three-way valves 372 and 371 may be controlled so that the slurry body flows from the other cylinders 320 and 310 to the reactor 160, respectively.
なお、上述のストッパー333とシリンダー310,320との接触の検知は、例えば、ストッパー333とシリンダー310,320とが接触する領域の一部にスイッチを設け、当該スイッチが押圧されたことにより行ってもよい。   Note that the detection of the contact between the stopper 333 and the cylinders 310 and 320 is performed, for example, by providing a switch in a part of the region where the stopper 333 and the cylinder 310 and 320 are in contact and pressing the switch. Also good.
バルブ373,374は、スラリー体を反応器160に供給するシリンダーを、一方のシリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替える際、すなわち、水注入装置360が水を注入するシリンダー310,320を、一方のシリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替える際に、シリンダー310,320から反応器160にスラリー体が流れる(供給される)のを一時的に遮断する装置である。バルブ375,376は、水注入装置360が水を注入するシリンダー310,320を、一方のシリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替える際に、前処理装置140からシリンダー310,320にスラリー体が流れる(受け入れられる)のを一時的に遮断する装置である。バルブ373,374,375,376は、例えば、電磁バルブ等である。   The valves 373 and 374 are used when the cylinder that supplies the slurry body to the reactor 160 is switched from one cylinder 310 or 320 to the other cylinder 320 or 310, that is, the cylinder 310 or 320 into which the water injection device 360 injects water. Is a device that temporarily shuts off the flow (supply) of the slurry body from the cylinders 310, 320 to the reactor 160 when switching from one cylinder 310, 320 to the other cylinder 320, 310. The valves 375 and 376 are slurries from the pretreatment device 140 to the cylinders 310 and 320 when the water injection device 360 switches the cylinders 310 and 320 into which water is injected from the one cylinder 310 and 320 to the other cylinder 320 and 310. A device that temporarily blocks the flow (acceptance) of the body. The valves 373, 374, 375, and 376 are, for example, electromagnetic valves.
上述のバルブ373,374,375,376による遮断は、例えば、水注入装置360からの注水やシリンダー310,320からの排水に伴い、電気的に行ってもよい。具体的には、軸330に設けられたストッパー333が一方のシリンダー310,320に接触したのを検知すると、バルブ373,374はシリンダー310,320から反応器160へのスラリー体の流れ(供給)を遮断するように閉鎖し、バルブ376,375は前処理装置140からシリンダー320,310へのスラリー体の流れ(受入)を遮断するように閉鎖し、水注入装置360が水の注入先を当該シリンダー310,320から他方のシリンダー320,310に切り替えた後に、バルブ373,374のうち1のバルブ374,373が三方弁372,371を介してスラリー体をシリンダー320,310から反応器160に流れるように開放し、バルブ375,376のうち1のバルブ375,376がスラリー体を前処理装置140からシリンダー310,320に流れるように開放する制御をそれぞれ行えばよい。   The above-described blocking by the valves 373, 374, 375, and 376 may be performed electrically, for example, with water injection from the water injection device 360 or drainage from the cylinders 310 and 320. Specifically, when it is detected that the stopper 333 provided on the shaft 330 is in contact with one of the cylinders 310 and 320, the valves 373 and 374 flow (supply) the slurry body from the cylinders 310 and 320 to the reactor 160. The valves 376 and 375 are closed so as to block the flow (acceptance) of the slurry body from the pretreatment device 140 to the cylinders 320 and 310, and the water injection device 360 controls the water injection destination. After switching from the cylinder 310, 320 to the other cylinder 320, 310, one of the valves 373, 374, one valve 374, 373 flows the slurry body from the cylinder 320, 310 to the reactor 160 via the three-way valve 372, 371. Of the valves 375 and 376, one of the valves 375 and 376 Control of opening from the processing unit 140 to flow into the cylinder 310 the may be performed, respectively.
攪拌機340,350は、バルブ375,376及び三方弁371,372を介して前処理装置140からシリンダー310,320内に受け入れるスラリー体を攪拌する装置である。このように、シリンダー310,320内に攪拌機340,350を備えてスラリー体を攪拌することにより、スラリー体に含まれるバイオマスが含有する粒子等の固形物の沈殿を防止することができ、一定濃度のスラリー体を反応器160に供給することができるようになる。   The agitators 340 and 350 are devices that agitate the slurry body received in the cylinders 310 and 320 from the pretreatment device 140 via the valves 375 and 376 and the three-way valves 371 and 372. Thus, by stirring the slurry body with the stirrers 340 and 350 in the cylinders 310 and 320, precipitation of solids such as particles contained in the biomass contained in the slurry body can be prevented, and a constant concentration The slurry body can be supplied to the reactor 160.
本実施の形態においては、スラリー供給装置150と反応器160との間に、スラリー供給装置150から供給されるスラリー体を蓄圧する蓄圧器380と、前処理装置140とスラリー供給装置150との間に、スラリー供給装置150に受け入れられるスラリー体を蓄圧する蓄圧器381と、を備える。これらを備えることにより、スラリー供給装置150と反応器160とを接続する配管内の圧力や、前処理装置140とスラリー供給装置150とを接続する配管内の圧力を一定に保つことができ、脈動やウォーターハンマー(水撃)等の発生を防止することが可能となる。   In the present embodiment, between the slurry supply device 150 and the reactor 160, the pressure accumulator 380 that accumulates the slurry body supplied from the slurry supply device 150, and between the pretreatment device 140 and the slurry supply device 150. And a pressure accumulator 381 for accumulating a slurry body received by the slurry supply device 150. By providing these, the pressure in the piping connecting the slurry supply device 150 and the reactor 160 and the pressure in the piping connecting the pretreatment device 140 and the slurry supply device 150 can be kept constant, and pulsation It is possible to prevent the occurrence of water hammer or water hammer.
なお、上述の水注入装置360が行う水の注入先の切り替えは、軸330に設けたストッパー333がシリンダー310,320に接触したタイミングで電気的に行ってもよいし、各シリンダー310,320内の圧力が上昇したのを検知して行ってもよい。また、水注入装置360がシリンダー310,320に注入する水は、シリンダー310,320に受け入れられるスラリー体の温度と同じ温度の水であることが好ましい。これにより、シリンダー310,320に注入された水によってシリンダー310,320が冷やされ、シリンダー310,320に受け入れられたスラリー体の温度が低下するのを抑制することができるようになる。なお、水注入装置360によるシリンダー310,320への注水は、反応器160にスラリー体が一定流量で供給されるように、一定流量で行うことが好ましい。   It should be noted that the switching of the water injection destination performed by the water injection device 360 described above may be performed electrically at the timing when the stopper 333 provided on the shaft 330 contacts the cylinders 310 and 320, or in each cylinder 310 or 320. It may be performed by detecting that the pressure has increased. The water injected by the water injection device 360 into the cylinders 310 and 320 is preferably water having the same temperature as the temperature of the slurry body received in the cylinders 310 and 320. Thereby, the cylinders 310 and 320 are cooled by the water injected into the cylinders 310 and 320, and the temperature of the slurry body received in the cylinders 310 and 320 can be suppressed from decreasing. The water injection into the cylinders 310 and 320 by the water injection device 360 is preferably performed at a constant flow rate so that the slurry body is supplied to the reactor 160 at a constant flow rate.
また、上述においては、スラリー供給装置150の軸330にストッパー333を設けてピストン331,332と攪拌機340,350との接触を防止しているが、シリンダー310,320の長手方向の長さと軸330の長さとを調節して、ピストン331,332が攪拌機340,350と接触するのを防止してもよいし、ピストン331,332と攪拌機340,350とが接触しない量の水を、水注入装置360が各シリンダー310,320に交互に注入するようにして、ピストン331,332が攪拌機340,350と接触するのを防止してもよい。また、ピストン331,332と攪拌機340,350とが接触しないように、シリンダー310,320内にピストン331,332の移動を制御するストッパー(例えば、凹凸等)を設けてもよい。   In the above description, the stopper 333 is provided on the shaft 330 of the slurry supply device 150 to prevent contact between the pistons 331 and 332 and the stirrers 340 and 350. It is possible to prevent the pistons 331 and 332 from coming into contact with the stirrers 340 and 350 by adjusting the length of the water, or to add water in an amount that does not contact the pistons 331 and 332 and the stirrers 340 and 350. 360 may be alternately injected into each of the cylinders 310 and 320 to prevent the pistons 331 and 332 from coming into contact with the stirrers 340 and 350. Moreover, you may provide the stopper (for example, unevenness | corrugation etc.) which controls the movement of piston 331,332 in cylinder 310,320 so that piston 331,332 and stirrer 340,350 may not contact.
さらに、上述においては、水注入装置360から水を注入し、注入した水を排出する口(注入/排出口)をシリンダー310,320に1つ設けているが、水注入装置360から水を注入する注入口と、注入した水を排出する排出口との2つの口をシリンダー310,320に設けてもよい。   Further, in the above description, one port (injection / discharge port) for injecting water from the water injection device 360 and discharging the injected water is provided in the cylinders 310 and 320, but water is injected from the water injection device 360. The cylinders 310 and 320 may be provided with two ports, an injection port for discharging and a discharge port for discharging the injected water.
また、上述においては、前処理装置140からスラリー体を受け入れ、受け入れたスラリー体を反応器160に供給する口(受入/供給口)をシリンダー310,320に1つ設けているが、前処理装置140からスラリー体を受け入れる受入口と、受け入れたスラリー体を反応器160に供給する供給口との2つの口をシリンダー310,320に設けてもよい。   In the above description, the cylinders 310 and 320 are provided with one port (acceptance / supply port) for receiving the slurry body from the pretreatment device 140 and supplying the received slurry body to the reactor 160. The cylinders 310 and 320 may be provided with two ports, an inlet for receiving the slurry body from 140 and a supply port for supplying the received slurry body to the reactor 160.
予熱器162は、スラリー供給装置150から反応器160に供給されるバイオマスのスラリー体を予め加熱する装置である。バイオマスガス化発電システム200に予熱器162を備えることにより、反応器160に所定の温度のスラリー体を供給することが可能となる。   The preheater 162 is an apparatus that preheats a biomass slurry body supplied from the slurry supply apparatus 150 to the reactor 160. By providing the biomass gasification power generation system 200 with the preheater 162, it becomes possible to supply a slurry body having a predetermined temperature to the reactor 160.
クーラー170は、反応器160から排出される排出物を冷却する装置である。反応器160から排出される排出物には、爆発性の高い燃料ガス(例えば、水素、メタン、エタン、エチレン等)や水蒸気(超臨界水)等の生成ガスが含まれているので、危険性を低減させたり、水蒸気を水に変換させたりする目的でクーラー170を本発明のバイオマスガス化発電システム200に設けている。なお、本実施の形態においては、反応器160から排出された排出物を冷却する装置としてクーラー170を例に挙げて説明したが、反応器160から排出された排出物を冷却することができる装置であればどのような装置を用いてもよい。   The cooler 170 is a device that cools the discharge discharged from the reactor 160. The exhaust discharged from the reactor 160 contains a product gas such as highly explosive fuel gas (for example, hydrogen, methane, ethane, ethylene, etc.) or water vapor (supercritical water). The cooler 170 is provided in the biomass gasification power generation system 200 of the present invention for the purpose of reducing water vapor or converting water vapor into water. In the present embodiment, the cooler 170 is described as an example of a device for cooling the discharge discharged from the reactor 160, but the device that can cool the discharge discharged from the reactor 160. Any device may be used as long as it is.
減圧器171は、反応器160から排出される排出物の圧力を減圧する装置である。これにより、高圧状態の燃料ガスによる危険性を未然に防止することができるようになる。   The decompressor 171 is a device that reduces the pressure of the effluent discharged from the reactor 160. As a result, the danger caused by the high-pressure fuel gas can be prevented beforehand.
気液分離器180は、反応器160から排出された排出物を気体成分(例えば、燃料ガス等の生成ガス)と液体成分(水、あるいは、水、灰分、非金属系触媒等を含む混合液)とに分離する装置である。気液分離器180は、例えば、セパレーター等の既存の気液分離器を用いることができる。   The gas-liquid separator 180 converts the exhaust discharged from the reactor 160 into a gas mixture (for example, a product gas such as fuel gas) and a liquid component (water, or a mixture containing water, ash, a nonmetallic catalyst, etc.). ). As the gas-liquid separator 180, for example, an existing gas-liquid separator such as a separator can be used.
ガスタンク181は、気液分離器180によって分離された気体成分(生成ガス)を貯える容器(好ましくは耐圧容器)である。   The gas tank 181 is a container (preferably a pressure resistant container) that stores the gas component (product gas) separated by the gas-liquid separator 180.
加熱器161は、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)の一部を酸素を含むガス(例えば、酸素ガス、空気等)中で燃焼して反応器160を加熱し、スラリー体を所定の温度に加熱する装置である。また、加熱器163は、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)の一部を酸素を含むガス(例えば、酸素ガス、空気等)中で燃焼して予熱器162を加熱し、スラリー体を所定の温度に加熱する装置である。加熱器161,163は、例えば、バーナー等の、燃料ガスを燃焼して加熱する既存の装置である。   The heater 161 combusts a part of the generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 in a gas containing oxygen (for example, oxygen gas, air, etc.) to heat the reactor 160, and the slurry body is predetermined. It is the apparatus which heats to the temperature of. In addition, the heater 163 burns a part of the generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 in a gas containing oxygen (for example, oxygen gas, air, etc.) to heat the preheater 162, and the slurry body Is a device that heats to a predetermined temperature. The heaters 161 and 163 are existing devices that burn and heat fuel gas, such as a burner, for example.
固液分離器182は、気液分離器180によって分離された液体成分に、水以外の成分、例えば活性炭や灰分等の固体成分が含まれている場合に、液体成分と固体成分を分離する装置である。固液分離器182は、遠心分離機、濾過装置、圧縮脱水機など、特に限定されない。   The solid-liquid separator 182 is an apparatus that separates a liquid component and a solid component when the liquid component separated by the gas-liquid separator 180 includes a component other than water, for example, a solid component such as activated carbon or ash. It is. The solid-liquid separator 182 is not particularly limited, such as a centrifuge, a filtration device, or a compression dehydrator.
固液分離器182によって分離された固体成分(非金属系触媒、および、リン化合物含有灰分)は、家畜の餌の一部として給餌することができるが、餌として好適であるように、リン化合物および非金属系触媒を含みながら、さらに精製するための精製装置を設けてもよい。   The solid components separated by the solid-liquid separator 182 (non-metallic catalyst and phosphorus compound-containing ash) can be fed as part of livestock feed, but the phosphorus compound is suitable as feed. In addition, a purification apparatus for further purification may be provided while including the nonmetallic catalyst.
ここで、用いたバイオマス中には、非金属系触媒として活性炭が含有されているが、この活性炭は動物体内で消化管から吸収されず、排泄物と共に排出される。また、リン化合物としては、家畜餌のカルシウム供給源として利用可能であれば特に限定されないが、ヒドロキシアパタイトが好ましい。   Here, the used biomass contains activated carbon as a non-metallic catalyst, but this activated carbon is not absorbed from the digestive tract in the animal body and is discharged together with excrement. The phosphorus compound is not particularly limited as long as it can be used as a calcium supply source for livestock feed, but hydroxyapatite is preferable.
第一熱交換器130は、前処理装置140において熱水処理することにより得られ、反応器160で水熱処理されるバイオマスのスラリー体の熱を利用して、前処理装置140で熱水処理されるバイオマス等を予熱する装置である。   The first heat exchanger 130 is obtained by hydrothermal treatment in the pretreatment device 140 and is hydrothermally treated in the pretreatment device 140 using the heat of the biomass slurry that is hydrothermally treated in the reactor 160. This device preheats biomass.
第二熱交換器131は、反応器160において水熱処理することにより生成された生成ガス等を含む、反応器160から排出される排出物の熱を利用して、反応器160で水熱処理されるバイオマスを含むバイオマスのスラリー体を予熱する装置である。   The second heat exchanger 131 is hydrothermally treated in the reactor 160 using the heat of the effluent discharged from the reactor 160 including the product gas generated by hydrothermal treatment in the reactor 160. An apparatus for preheating a biomass slurry including biomass.
以上のように、本発明のバイオマスガス化発電システム200に熱交換器130,131を備えることにより、エネルギーを有効に利用することができるので、低エネルギー・低コストでバイオマスから燃料ガスを生成することができるようになる。また、各装置140,160での加熱時間が短縮されるのでバイオマスから燃料ガスの生成を効率的に行うことができるようになる。従って、熱交換器130,131を備えたバイオマスガス化発電システム200は、経済性に優れているといえる。   As described above, by providing the heat exchangers 130 and 131 in the biomass gasification power generation system 200 of the present invention, energy can be used effectively, so that fuel gas is generated from biomass at low energy and low cost. Will be able to. Moreover, since the heating time in each apparatus 140,160 is shortened, fuel gas can be efficiently generated from biomass. Therefore, it can be said that the biomass gasification power generation system 200 provided with the heat exchangers 130 and 131 is excellent in economic efficiency.
発電装置190は、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)を燃料として利用し、発電する装置である。発電装置190は、例えば、ガスエンジン(レシプロエンジン、ロータリーエンジン)、ガスタービン、スターリングエンジン、燃料電池等の既存の装置である。   The power generation device 190 is a device that generates power using the generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 as fuel. The power generation device 190 is an existing device such as a gas engine (reciprocating engine, rotary engine), gas turbine, Stirling engine, fuel cell, or the like.
なお、本実施の形態においては、図1に示すように、発電装置190が生成ガスを燃料として発電することにより発電装置190から排出された排ガスの熱(排熱)を利用して、バイオマスを加熱する熱交換器を前処理装置140に備えたり、加熱器161,163で使用する酸素を含むガスを予熱する熱交換器を有する予熱器164をバイオマスガス化発電システム200に備えたりしている。このように、本発明のバイオマスガス化発電システム200に熱交換器を有する前処理装置140及び/又は予熱器164を備えることによりエネルギーを効率よく利用することができるので、低エネルギー・低コストでバイオマスからメタンや水素等の燃料ガスを生成することができるばかりではなく、低エネルギー・低コストで発電して電力を供給することも可能となる。従って、加熱燃料の使用量の削減、排ガス発生量の低減等を図ることができるようになる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, biomass is generated using heat (exhaust heat) of exhaust gas discharged from the power generation device 190 when the power generation device 190 generates power using the generated gas as fuel. The pretreatment device 140 includes a heat exchanger for heating, or the biomass gasification power generation system 200 includes a preheater 164 including a heat exchanger for preheating oxygen-containing gas used in the heaters 161 and 163. . As described above, since the biomass gasification power generation system 200 of the present invention includes the pretreatment device 140 and / or the preheater 164 having the heat exchanger, energy can be efficiently used. Not only can fuel gas such as methane and hydrogen be produced from biomass, it is also possible to generate power and supply power with low energy and low cost. Accordingly, it is possible to reduce the amount of heated fuel used, reduce the amount of exhaust gas generated, and the like.
上述のように、発電装置190の排熱の温度に関係なく、前処理装置140と予熱器164で発電装置190の排熱を利用してもよいが、発電装置190の排ガス温度に応じて排熱の利用の仕方を適宜変更してもよい。具体的には、発電装置190の排ガス温度が反応器160での反応温度より高い場合には、図4に示すように予熱器164のみで排熱を利用してもよいし、前処理装置140のみで排熱を利用してもよい。また、発電装置190の排ガス温度が反応器160での反応温度より低く、前処理装置140での処理温度より高い場合には、図5に示すように前処理装置140のみで排熱を利用してもよい。このように、発電装置190の排ガス温度に応じて排熱の利用の仕方を適宜変更することにより、発電装置190の排熱をより有効に利用することが可能となる。   As described above, the exhaust heat of the power generation device 190 may be used by the pretreatment device 140 and the preheater 164 regardless of the temperature of the exhaust heat of the power generation device 190, but the exhaust heat depends on the exhaust gas temperature of the power generation device 190. You may change how to use heat suitably. Specifically, when the exhaust gas temperature of the power generator 190 is higher than the reaction temperature in the reactor 160, the exhaust heat may be used only by the preheater 164 as shown in FIG. Only the exhaust heat may be used. Further, when the exhaust gas temperature of the power generator 190 is lower than the reaction temperature in the reactor 160 and higher than the treatment temperature in the pretreatment device 140, the exhaust heat is used only by the pretreatment device 140 as shown in FIG. May be. As described above, by appropriately changing the method of using the exhaust heat according to the exhaust gas temperature of the power generation device 190, the exhaust heat of the power generation device 190 can be used more effectively.
さらに、本実施の形態においては、図1、図4、及び図5に示すように、加熱器163により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスの熱を利用して、バイオマスのスラリー体を加熱する熱交換器を反応器160に備えている。また、反応器160で前記スラリー体を加熱するのに利用した排ガスの熱、及び/又は、加熱器161により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスの熱を利用して、バイオマスを加熱する熱交換器を前処理装置140に備えたり、加熱器161、163で使用する酸素を含むガスを予熱する熱交換器を有する予熱器164をバイオマスガス化発電システム200に備えたりしている。これらのように、反応器160、前処理装置140、予熱器164等に熱交換器を備え、加熱器163により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスの熱、反応器160で前記スラリー体を加熱するのに利用した排ガスの熱、加熱器161により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスの熱等を利用することにより、エネルギーをより有効に利用することが可能となる。   Furthermore, in this embodiment, as shown in FIGS. 1, 4, and 5, the heat of exhaust gas obtained by burning the product gas in a gas containing oxygen by the heater 163 is used. The reactor 160 is equipped with a heat exchanger for heating the biomass slurry. Further, the heat of the exhaust gas used to heat the slurry body in the reactor 160 and / or the heat of the exhaust gas obtained by burning the product gas in a gas containing oxygen by the heater 161 are used. The biomass gasification power generation system 200 includes a preheater 164 having a heat exchanger that heats the biomass in the pretreatment device 140 or a heat exchanger that preheats a gas containing oxygen used in the heaters 161 and 163. It is. As described above, the heat of the exhaust gas obtained by combusting the produced gas in a gas containing oxygen by the heater 163 provided with a heat exchanger in the reactor 160, the pretreatment device 140, the preheater 164, and the like. By utilizing the heat of the exhaust gas used to heat the slurry body in the vessel 160, the heat of the exhaust gas obtained by burning the produced gas in a gas containing oxygen by the heater 161, etc. It can be used effectively.
なお、上述においては、加熱器163により得られた排ガスの熱は、反応器160で利用してから前処理装置140あるいは予熱器164で利用しているが、前処理装置140あるいは予熱器164で直接利用してもよい。また、本実施の形態においては、図1に示すように、前処理装置140や予熱器164に導入する導入物(具体的には、バイオマスや酸素を含むガス等)を、発電装置190の排熱を利用する熱交換器で加熱した後、反応器160で前記スラリー体を加熱するのに利用した排ガスの熱、及び/又は、加熱器161により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスの熱を利用する熱交換器で加熱しているが、これらの位置はそれぞれの排ガスの温度に応じて適宜変えてもよい。   In the above description, the heat of the exhaust gas obtained by the heater 163 is used in the pretreatment device 140 or the preheater 164 after being used in the reactor 160, but in the pretreatment device 140 or the preheater 164. You may use it directly. Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the introduction material (specifically, gas containing biomass, oxygen, or the like) introduced into the pretreatment device 140 or the preheater 164 is discharged from the power generation device 190. After heating with a heat exchanger that uses heat, the heat of the exhaust gas used to heat the slurry body in the reactor 160 and / or combustion of the product gas in a gas containing oxygen by the heater 161 However, these positions may be appropriately changed according to the temperature of each exhaust gas.
さらに、上述では、反応器160から排出される排出物の熱を利用して上記スラリー体を予熱する第二熱交換器131を本発明のバイオマスガス化発電システム200に備えているが、反応器160において水熱処理することにより生成された生成ガス等を含む、反応器160から排出される排出物の熱を利用して、前処理装置140で熱水処理されるバイオマス等を予熱する熱交換器を本発明のバイオマスガス化発電システム200に備えてもよい。   Furthermore, in the above description, the biomass gasification power generation system 200 of the present invention includes the second heat exchanger 131 that preheats the slurry body using the heat of the exhaust discharged from the reactor 160. A heat exchanger that preheats biomass or the like to be hydrothermally treated in the pretreatment device 140 using the heat of the exhaust discharged from the reactor 160, including the produced gas produced by hydrothermal treatment in 160 May be provided in the biomass gasification power generation system 200 of the present invention.
また、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200にあらかじめバイオマスを熱水処理する前処理装置140を備えることにより、バイオマスを高分子から低分子に分解することができるので、反応器160において処理されるリン、非金属系触媒、糞、水等の相互の接触効率を高め、チャーやタールの発生を防止するとともにバイオマスから燃料ガスを効率よく生成することが可能になる。   In addition, by providing the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention with the pretreatment device 140 that performs the hydrothermal treatment of the biomass in advance, the biomass can be decomposed from a high molecular weight to a low molecular weight. It is possible to improve the mutual contact efficiency of phosphorous, nonmetallic catalyst, feces, water, etc., prevent the generation of char and tar, and efficiently generate fuel gas from biomass.
さらに、前処理装置140においてバイオマスを熱水処理することにより流動性に優れたバイオマスのスラリー体を形成させることができるので、このスラリー体をスラリー供給装置150によって反応器160にスムーズに供給することができるようになり、反応器160への供給においてバイオマスによる機器や配管等の目詰まりを防止することが可能になる。   Furthermore, since the biomass slurry body having excellent fluidity can be formed by hydrothermally treating the biomass in the pretreatment device 140, the slurry body can be smoothly supplied to the reactor 160 by the slurry supply device 150. It becomes possible to prevent clogging of equipment and piping due to biomass in the supply to the reactor 160.
また、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200により、前処理装置140での熱水処理において用いた非金属系触媒を、反応器160での水熱反応においても利用することができるので、非金属系触媒の消費量を削減することが可能になる。   In addition, the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention can use the nonmetallic catalyst used in the hydrothermal treatment in the pretreatment device 140 also in the hydrothermal reaction in the reactor 160. It is possible to reduce the consumption of the metal catalyst.
さらに、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200に図2に示すような反応器160を備えることにより、超臨界水でバイオマスをガス化することにより得られるリン化合物を含む灰分(残渣)が反応器160内に溜まることがなくなり、バイオマスの超臨界水によるガス化処理を連続的に行うことができ、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することが可能となる。   Furthermore, by providing the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention with a reactor 160 as shown in FIG. 2, ash (residue) containing phosphorus compounds obtained by gasifying biomass with supercritical water reacts. Therefore, the gasification process using biomass supercritical water can be continuously performed, and the fuel gas can be generated more efficiently from the biomass.
また、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200に図3に示すようなスラリー供給装置150を備えることにより、固体成分と液体成分とに分離しやすい上述のスラリー体を一定濃度で反応器160に連続供給することができるので、超臨界水のガス化効率が最も高い濃度条件でバイオマス等を含むスラリー体を反応器160に連続供給でき、バイオマスから燃料ガスをより効率的に生成することが可能となる。   Moreover, by providing the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention with the slurry supply device 150 as shown in FIG. 3, the above-described slurry body that is easily separated into a solid component and a liquid component is added to the reactor 160 at a constant concentration. Since it can be continuously supplied, a slurry body containing biomass and the like can be continuously supplied to the reactor 160 under a concentration condition with the highest gasification efficiency of supercritical water, and fuel gas can be generated more efficiently from biomass. It becomes.
さらに、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200に、クーラー170、減圧器171、気液分離器180等を備えることにより、反応器160から排出される排出物から燃料ガスを含む生成ガスを安全に回収することができるようになる。   Furthermore, by providing the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention with the cooler 170, the pressure reducer 171, the gas-liquid separator 180, and the like, the produced gas containing the fuel gas can be safely removed from the exhaust discharged from the reactor 160. Can be recovered.
また、本発明に係るバイオマスガス化発電システム200にバイオマスを破砕する破砕機110を備えることによりバイオマスをあらかじめ破砕することができるので、バイオマスのスラリー化やガス化の効率を高めることができるようになる。   In addition, since the biomass gasification power generation system 200 according to the present invention includes the crusher 110 that crushes biomass, the biomass can be crushed in advance, so that the efficiency of slurrying and gasification of biomass can be increased. Become.
==バイオマスガス化発電方法==
次に、本実施の一形態として、超臨界水によるガス化反応により、リンおよび活性炭を含有する糞を含むバイオマスから燃料ガスを生成し、燃料ガスを利用して発電する方法について説明する。
== Biomass gasification power generation method ==
Next, as one embodiment of the present invention, a method for generating fuel gas from biomass containing feces containing phosphorus and activated carbon by a gasification reaction with supercritical water and generating power using the fuel gas will be described.
まず、調整タンク100において、水と非金属系触媒を添加することにより、バイオマスを調製する。ここで、バイオマスに含有される非金属系触媒としては、例えば、活性炭、ゼオライト、これらの混合物等を挙げることができる。このように、アルカリ金属系触媒ではなく、非金属系触媒を用いることにより、アルカリ金属系触媒が引き起こす機器や配管等の腐食による劣化を防止することができ、バイオマスガス化発電システム200の長期使用が実現可能となる。また、アルカリ金属系触媒を中和する処理工程も不要となり、作業性の効率を高めることができるようになる。上記非金属系触媒としては、平均粒径200μm以下の粉末を用いることが好ましく、多孔質であることがより好ましい。このような非金属系触媒を用いることにより、表面積を増やして反応効率を高めるとともに、活性炭によるバイオマスガス化発電システム200内の機器、配管等の目詰まりを防止することができる。   First, in the adjustment tank 100, biomass is prepared by adding water and a nonmetallic catalyst. Here, examples of the nonmetallic catalyst contained in the biomass include activated carbon, zeolite, and a mixture thereof. Thus, by using a nonmetallic catalyst instead of an alkali metal catalyst, deterioration due to corrosion of equipment or piping caused by the alkali metal catalyst can be prevented, and the biomass gasification power generation system 200 can be used for a long time. Is feasible. In addition, a processing step for neutralizing the alkali metal catalyst is not required, and the efficiency of workability can be improved. As the non-metallic catalyst, it is preferable to use a powder having an average particle size of 200 μm or less, and more preferably porous. By using such a non-metallic catalyst, the surface area can be increased to increase the reaction efficiency, and clogging of equipment, piping, etc. in the biomass gasification power generation system 200 by activated carbon can be prevented.
ここで、非金属系触媒とバイオマス(乾燥状態のバイオマス)との質量比としては、1:5〜20:1の範囲内であることが好ましく、バイオマスのガス化効率が高い1:2〜20:1の範囲内であることが特に好ましい。本実施例では、バイオマスの原料として、活性炭を含有する糞を用いるので、添加する非金属系触媒を減らすことができる。なお、バイオマスを水熱処理した後の残渣を家畜の餌として利用することを考慮すると、追加する非金属系触媒も活性炭であることが好ましい。   Here, the mass ratio of the nonmetallic catalyst to the biomass (the biomass in the dry state) is preferably in the range of 1: 5 to 20: 1, and the biomass gasification efficiency is high 1: 2 to 20 Is particularly preferably within the range of: 1. In this example, since feces containing activated carbon is used as a raw material for biomass, the amount of non-metallic catalyst to be added can be reduced. In view of using the residue after hydrothermally treating the biomass as feed for livestock, the non-metallic catalyst to be added is also preferably activated carbon.
また、水を供給することにより、バイオマスの含水率が70〜95wt%となるように調整することが好ましい。これにより、バイオマスの超臨界水によるガス化効率を高めることができる。   Moreover, it is preferable to adjust so that the moisture content of biomass may be set to 70-95 wt% by supplying water. Thereby, the gasification efficiency by the supercritical water of biomass can be improved.
上述のようにして調整したバイオマスは、破砕機110で破砕され、供給ポンプ120により第一熱交換器130を介して前処理装置140に移送される。前処理装置140に供給されたバイオマスは、所定の圧力及び所定の温度の条件下で熱水処理される。   The biomass adjusted as described above is crushed by the crusher 110 and transferred to the pretreatment device 140 via the first heat exchanger 130 by the supply pump 120. The biomass supplied to the pretreatment device 140 is hydrothermally treated under conditions of a predetermined pressure and a predetermined temperature.
なお、熱水処理の条件としては、100〜250℃の範囲内の温度であって、0.1〜4MPaの範囲内の圧力下であれば特に制限されるものではないが、バイオマスを高分子から低分子へと分解する処理の効率の観点から、これらの範囲内の圧力下における水の飽和温度であることが好ましく、さらに省エネルギーの観点から、179.8℃の温度及び1.0MPaの圧力下であることが特に好ましい。ここで、熱水処理を100℃〜250℃の範囲内の温度で行うのは、100℃未満ではバイオマスの分解反応率が低く、250℃を超えるとタールやチャーの発生が懸念されるからである。また、熱水処理を0.1〜4MPaの範囲内の圧力で行うのは、0.1MPa未満ではバイオマスの分解反応率が低く、4MPaより高い圧力をかけても分解反応率に与える影響はそれ程ないのではないかと考えたためである。   The conditions for the hydrothermal treatment are not particularly limited as long as the temperature is in the range of 100 to 250 ° C. and the pressure is in the range of 0.1 to 4 MPa. From the viewpoint of the efficiency of the treatment of decomposing into low molecules, it is preferably the saturation temperature of water under a pressure within these ranges, and from the viewpoint of energy saving, a temperature of 179.8 ° C. and a pressure of 1.0 MPa It is particularly preferred that Here, the reason why the hydrothermal treatment is performed at a temperature within the range of 100 ° C. to 250 ° C. is that the decomposition reaction rate of biomass is low below 100 ° C., and if it exceeds 250 ° C., generation of tar and char is concerned. is there. In addition, the hydrothermal treatment is performed at a pressure within the range of 0.1 to 4 MPa because the biomass decomposition reaction rate is low below 0.1 MPa, and the influence on the decomposition reaction rate is much higher even when a pressure higher than 4 MPa is applied. This is because I thought that it might not be.
このようにバイオマスを熱水処理することにより、バイオマスを高分子から低分子に効率よく分解することができるようになる。   Thus, biomass can be decomposed | disassembled efficiently from a high molecular to a low molecule by hydrothermally treating biomass.
上述のようにして得られたバイオマスのスラリー体は、第一熱交換器130で供給ポンプ120から前処理装置140に供給される混合物に熱を提供し、スラリー供給装置150により第二熱交換器131及び予熱器162を介して反応器160に移送される。なお、予熱器162を通過したスラリー体は、所定の温度まで加熱される。   The biomass slurry obtained as described above supplies heat to the mixture supplied from the supply pump 120 to the pretreatment device 140 by the first heat exchanger 130, and the slurry supply device 150 supplies the second heat exchanger. It is transferred to the reactor 160 via 131 and the preheater 162. In addition, the slurry body which passed the preheater 162 is heated to predetermined temperature.
反応器160に供給されたバイオマスのスラリー体は、反応器160に導入され、所定の圧力及び所定の温度の条件下で水熱処理される。水熱処理の条件としては、374℃以上の温度で、かつ、22.1MPa以上の圧力下であれば特に制限されるものではないが、タールやチャーの発生を抑制するとともに反応効率を高めることができる温度(600℃)及び圧力(25〜35MPaの範囲内)下で行うことが好ましく、機器の負担や劣化防止、さらには省エネルギーの観点から、600℃,25MPaで行うことが特に好ましい。なお、バイオマスから変換された燃料ガス中の成分の比を制御したい場合には、これらの温度及び圧力の条件を調節するとともに、流体密度や反応時間(反応器160内でのバイオマスの滞留時間)を制御することにより可能となる。   The biomass slurry supplied to the reactor 160 is introduced into the reactor 160 and hydrothermally treated under conditions of a predetermined pressure and a predetermined temperature. The conditions for the hydrothermal treatment are not particularly limited as long as the temperature is 374 ° C. or higher and the pressure is 22.1 MPa or higher, but the generation of tar and char is suppressed and the reaction efficiency is increased. It is preferable to carry out under the temperature (600 degreeC) and pressure (within the range of 25-35 MPa) which can be performed, and it is especially preferable to carry out at 600 degreeC and 25 MPa from a viewpoint of the burden of equipment, deterioration prevention, and energy saving. In addition, when it is desired to control the ratio of components in the fuel gas converted from biomass, the temperature and pressure conditions are adjusted, and the fluid density and reaction time (the residence time of biomass in the reactor 160) It becomes possible by controlling the above.
このようにバイオマスのスラリー体を超臨界水で反応させることにより、バイオマスのスラリー体から燃焼ガスを生成することが可能になる。また、バイオマスを予め高分子から低分子化させることにより、水や活性炭等の非金属系触媒との接触効率を高めることができ、さらには、バイオマスのガス化反応時間を短縮させることができるので、バイオマスのスラリー体から水素ガス、メタン、エタン、エチレン等の燃料ガスをより効率的に生成することができるようになる。   Thus, by reacting the biomass slurry body with supercritical water, it becomes possible to generate combustion gas from the biomass slurry body. In addition, by reducing biomass from a polymer in advance, the contact efficiency with non-metallic catalysts such as water and activated carbon can be increased, and further, the gasification reaction time of biomass can be shortened. In addition, fuel gas such as hydrogen gas, methane, ethane, and ethylene can be generated more efficiently from the biomass slurry.
反応器160内でバイオマスのスラリー体を水熱処理することにより生成された生成ガス等は、反応器160から排出される。この排出物は、第二熱交換器131において、スラリー供給装置150から反応器160に供給されるバイオマスのスラリー体に熱を提供した後、クーラー170及び減圧器171によって冷却・減圧され、気液分離器180へと移送される。気液分離器180に供給された上記排出物は、燃料ガスを含む生成ガス(気体成分)と、水、あるいは、水、灰分、非金属系触媒等を含む混合液(液体成分)とに分離され、生成ガスはガスタンク181に貯えられる。なお、気液分離器180によって分離された混合液に、水以外の灰分や非金属系触媒等が含まれている場合には、混合液を固液分離器182によって固体と水に分離することによって固体を回収し、家畜の餌として再利用する。   The product gas generated by hydrothermally treating the biomass slurry in the reactor 160 is discharged from the reactor 160. In the second heat exchanger 131, the discharged matter is supplied with heat to the biomass slurry body supplied from the slurry supply device 150 to the reactor 160, and then cooled and decompressed by the cooler 170 and the decompressor 171. It is transferred to the separator 180. The exhaust gas supplied to the gas-liquid separator 180 is separated into product gas (gas component) containing fuel gas and water or a mixed solution (liquid component) containing water, ash, non-metallic catalyst, etc. The generated gas is stored in the gas tank 181. When the mixed liquid separated by the gas-liquid separator 180 contains ash other than water, a nonmetallic catalyst, or the like, the mixed liquid is separated into solid and water by the solid-liquid separator 182. The solid is recovered by using and reused as livestock feed.
従来、回収した固体には、活性炭等の非金属系触媒、および、リン化合物を含有する灰分が含まれるため、これらを分離しなければ、各成分を再利用できなかったが、活性炭等の分離処理をしないで、この固体をそのまま家畜の餌として利用することができる。また、活性炭が糞に含有されるため、家畜糞の悪臭を抑えることができる。   Conventionally, since the recovered solid contains non-metallic catalysts such as activated carbon and ash containing phosphorus compounds, each component could not be reused unless these were separated. This solid can be used as it is for livestock without any treatment. Moreover, since activated carbon is contained in feces, the malodor of livestock feces can be suppressed.
ここで、この固体成分を餌として給餌することのできる家畜動物の種類は、ウシ、ブタ、馬、ヤギ、ヒツジ、ウサギ等の哺乳動物であっても、または、鶏、アヒル、ウズラ等の鳥類であっても、特に制限はなく、性別にも制限はない。またこれらの動物の年齢についても、配合飼料を給餌することのできる範囲で特に制限はない。   Here, the types of livestock animals that can be fed with the solid component as a feed can be mammals such as cows, pigs, horses, goats, sheep, rabbits, or birds such as chickens, ducks, and quails. However, there is no particular limitation, and there is no limitation on gender. The age of these animals is not particularly limited as long as the compounded feed can be fed.
この固体成分を含む家畜用餌は、上述の方法で回収された固体成分を、当業者に周知の家畜用飼料に周知の方法を用いて混合することによって製造することができる。この際、この固体成分によって、従来の飼料に混合される炭酸カルシウムやリン酸カルシウム等のカルシウム成分の一部または全部を置き換えてもよい。   The livestock feed containing the solid component can be produced by mixing the solid component recovered by the above-described method with livestock feed known to those skilled in the art using a known method. At this time, this solid component may replace some or all of calcium components such as calcium carbonate and calcium phosphate mixed in the conventional feed.
すなわち、固体成分を混合する餌の原料としては、特に限定されず、家畜動物の種類、日齢等を考慮して、一般に使用される飼料が適宜使用される。例えば、とうもろこし、マイロ、小麦、大麦、ライ麦、エンバク、小麦粉、玄米、精白米、アワ、ヒエ、大豆、キャサバ、大豆油かす、菜種油かす、ごま粕、アマニ粕、ヤシ粕、サフラワー粕、米ぬか、ふすま、木くず、ホミニーフィード、コーンジャームミール、デンプン粕、ポテトプロテイン、糖蜜、醤油粕、ミカンジュース粕、コーングルテンミール、コーングルテンフィード、魚粉、フィッシュソリュブル吸着飼料、脱脂粉乳、乾燥ホエー、カニ殻ミール、オキアミミール、カゼイン、ゼラチン、飼料用酵母、チキンミール、血粉、フェザーミール、植物性油脂、動物性油脂、コーンスターチ、バレイショデンプン、デキストリン、砂糖、ブドウ糖、果糖、アルファルファミール、スクリーニングペレット、大豆皮、コーンコブミール、クロレラ、食品副産物、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、食塩、ビタミン、ミネラル、アミノ酸等を単独又は組み合わせたものを用いることができる。また、この飼料には、嗜好性向上、栄養強化、卵質、肉質、乳質向上等を目的として、高度不飽和脂肪酸、マリーゴールド、オレガノ、シナモン、パプリカ、バニラ、ココナッツミルク、乳酸菌等の生菌剤、ビタミンC、ビオチン、葉酸、パントテン酸等のビタミン類、鉄、亜鉛、マンガン、銅等の微量ミネラル、キノコもしくはキノコ成分、酒粕、コラーゲン、抗酸化剤、防カビ剤、食物繊維等の機能性食品素材等のその他の成分を所望により配合することもできる。さらに、害虫制御や駆除を目的として、害虫駆除製剤等を添加してもよい。   That is, the feed raw material to be mixed with the solid component is not particularly limited, and generally used feed is appropriately used in consideration of the type of livestock animals, the age, and the like. For example, corn, milo, wheat, barley, rye, oat, flour, brown rice, milled rice, millet, millet, soybean, cassava, soybean oil cake, rapeseed oil cake, sesame cake, linseed meal, palm meal, safflower meal, rice bran , Bran, wood waste, hominy feed, corn germ meal, starch cake, potato protein, molasses, soy sauce cake, mandarin juice cake, corn gluten meal, corn gluten feed, fish meal, fish soluble adsorbed feed, skim milk powder, dried whey, crab Shell meal, krill meal, casein, gelatin, feed yeast, chicken meal, blood meal, feather meal, vegetable oil, animal oil, corn starch, potato starch, dextrin, sugar, glucose, fructose, alfalfa meal, screening pellet, soybean hull , Corn cob my , It can be used chlorella, food products, calcium carbonate, calcium phosphate, sodium chloride, vitamins, minerals, those alone or in combination such as amino acids. In addition, live feed such as highly unsaturated fatty acids, marigold, oregano, cinnamon, paprika, vanilla, coconut milk, lactic acid bacteria, etc. are included in this feed for the purpose of improving palatability, enhancing nutrition, improving egg quality, meat quality, milk quality, etc. Functions such as vitamins, vitamins such as vitamin C, biotin, folic acid, pantothenic acid, trace minerals such as iron, zinc, manganese, copper, mushrooms or mushroom components, sake lees, collagen, antioxidants, fungicides, dietary fiber, etc. Other ingredients, such as a functional food material, can be blended as desired. Furthermore, a pest control preparation or the like may be added for the purpose of pest control or control.
固体成分を混合させた配合飼料は乾燥飼料であっても、あるいは、水分を加え、周知の発酵化方法を用いて発酵させた発酵飼料であってもよいが、特に限定されない。   The blended feed mixed with the solid component may be a dry feed, or a fermented feed that is fermented using a well-known fermenting method after adding water, but is not particularly limited.
このように製造された配合飼料の形態も、特に限定されるものではなく、例えば、粉末状、ペースト状、ペレット状、液状等、家畜動物の種類や日齢にあわせて選択できる。   The form of the mixed feed produced in this way is not particularly limited, and can be selected according to the type and age of livestock animals, for example, powder, paste, pellet, liquid and the like.
一方、ガスタンク181に貯えられた生成ガス(燃料ガス)は、発電装置190、加熱器161,163に供給される。発電装置190は、供給された生成ガスを利用して発電を行い、電力を提供する。また、加熱器161,163は、供給された生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼して反応器160や予熱器162を加熱し、スラリー体を所定の温度に加熱する。   On the other hand, the generated gas (fuel gas) stored in the gas tank 181 is supplied to the power generator 190 and the heaters 161 and 163. The power generation device 190 generates power using the supplied generated gas and provides power. Also, the heaters 161 and 163 burn the supplied product gas in a gas containing oxygen to heat the reactor 160 and the preheater 162, and heat the slurry body to a predetermined temperature.
発電装置190が生成ガスを燃料として発電することにより発電装置190から排出された排ガスは、前処理装置140や予熱器164に供給され、供給ポンプ120から前処理装置140に供給される混合物に熱を提供したり、予熱器164において加熱器161,163で使用する酸素を含むガスに熱を提供したりする。   The exhaust gas discharged from the power generation device 190 when the power generation device 190 generates power using the generated gas as fuel is supplied to the pretreatment device 140 and the preheater 164, and the mixture supplied from the supply pump 120 to the pretreatment device 140 is heated. In the preheater 164, heat is supplied to the gas containing oxygen used in the heaters 161 and 163.
また、加熱器163により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスは、反応器160に供給されてスラリー体に熱を提供する。反応器160で熱を提供した排ガス、及び、加熱器161により生成ガスを酸素を含むガス中で燃焼することによって得られた排ガスは、前処理装置140や予熱器164に供給され、供給ポンプ120から前処理装置140に供給される混合物に熱を提供したり、予熱器164において加熱器161,163で使用する酸素を含むガスに熱を提供したりする。   Further, the exhaust gas obtained by burning the product gas in a gas containing oxygen by the heater 163 is supplied to the reactor 160 to provide heat to the slurry body. The exhaust gas provided with heat by the reactor 160 and the exhaust gas obtained by burning the product gas in a gas containing oxygen by the heater 161 are supplied to the pretreatment device 140 and the preheater 164 and supplied to the supply pump 120. The heat is supplied to the mixture supplied to the pre-processing device 140, or the preheater 164 supplies heat to the oxygen-containing gas used in the heaters 161 and 163.
また、本実施の形態において処理されるバイオマスが砂等の異物を含む排水汚泥や糞尿等を含む場合には、前処理装置140においてバイオマスを熱水処理する前後に、公知の分離技術(例えば、ストレイナーを用いた分離法、沈殿層を用いた分離法)によってバイオマスに含まれる砂等の異物を取り除いてもよい。これにより、砂等の異物によって生じるトラブルを防止することができるようになる。   Further, in the case where the biomass to be treated in the present embodiment contains wastewater sludge or manure containing foreign matters such as sand, before and after hydrothermal treatment of the biomass in the pretreatment device 140, a known separation technique (for example, Foreign substances such as sand contained in the biomass may be removed by a separation method using a strainer or a separation method using a sediment layer. As a result, troubles caused by foreign matters such as sand can be prevented.
以下に本発明を実施例によって具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明を説明するためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. These examples are for explaining the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
[実施例1]
水97.6質量部、鶏糞2質量部、及び粒径20μmの活性炭0.4質量部を撹拌混合し、180℃,1.1MPaの条件下で熱水処理したバイオマスのスラリー体を、高圧ポンプにより管型反応器に圧入し、600℃,25MPaの条件下で、超臨界水による反応を行った。また、対照実験として、活性炭を添加しないで同様に超臨界水によるガス化反応を行った。その結果、活性炭を添加しない場合には、炭素ガス化率が73%であるのに対し、バイオマスが0.4質量部の活性炭を含有する場合には、炭素ガス化率が88%と上昇することが明らかになった。
[Example 1]
A biomass slurry obtained by stirring and mixing 97.6 parts by mass of water, 2 parts by mass of chicken dung, and 0.4 parts by mass of activated carbon having a particle size of 20 μm and hydrothermally treated at 180 ° C. and 1.1 MPa was used as a high-pressure pump. Was pressed into a tubular reactor, and a reaction with supercritical water was performed under conditions of 600 ° C. and 25 MPa. As a control experiment, a gasification reaction with supercritical water was similarly performed without adding activated carbon. As a result, when no activated carbon is added, the carbon gasification rate is 73%, whereas when the biomass contains activated carbon having 0.4 parts by mass, the carbon gasification rate is increased to 88%. It became clear.
[実施例2]
次に、水80質量部、セルロース粉末20質量部、及び平均粒径100μmの活性炭20質量部を撹拌混合してスラリーを調製した。その後、攪拌機を備えた167mlのオートクレーブにスラリー40mlを注入し、圧力25MPaで撹拌しながら400℃まで温度上昇させて1時間保持して超臨界水によるガス化反応を行った。反応後、室温まで冷却し、生成ガスを回収して炭素ガス化率を求めた。また、対照実験として、活性炭を添加せずに同様の処理を行った。その結果、活性炭を添加しない場合には炭素ガス化率が10%であるのに対し、活性炭を添加した場合には炭素ガス化率が30%と上昇することが明らかになった。
以上のことから、バイオマスが活性炭等の非金属系触媒を含有することによりガス化効率を高めることができることが明らかになった。
[Example 2]
Next, 80 parts by mass of water, 20 parts by mass of cellulose powder, and 20 parts by mass of activated carbon having an average particle size of 100 μm were stirred and mixed to prepare a slurry. Thereafter, 40 ml of the slurry was poured into a 167 ml autoclave equipped with a stirrer, and the temperature was raised to 400 ° C. while stirring at a pressure of 25 MPa and held for 1 hour to perform a gasification reaction with supercritical water. After the reaction, the reaction mixture was cooled to room temperature, and the product gas was recovered to determine the carbon gasification rate. As a control experiment, the same treatment was performed without adding activated carbon. As a result, it was found that the carbon gasification rate was 10% when no activated carbon was added, whereas the carbon gasification rate increased to 30% when activated carbon was added.
From the above, it became clear that the gasification efficiency can be increased by the biomass containing a non-metallic catalyst such as activated carbon.
[実施例3]
図2に示すように、導入口210及び排出口220を設けた流動層反応器160(φ12.3mm×2400mm)の下方に分散板(網)を備え、平均粒径が1mmのアルミナボールを流動媒体として設置した。この流動層反応器160に、バイオマス(灰)や非金属系触媒の代わりにアルミナ粒子(平均粒径が180〜250μm、あるいは、平均粒径が250〜300μm)を水に混合した混合物を、アルミナ粒子が飛び出し、流動媒体であるアルミナボールが飛び出さない流量(0.19m/s〜0.60m/s)で導入口210から導入し、排出口220から排出されたアルミナ粒子を回収した。
その結果、平均粒径が180〜250μmのアルミナ粒子を流動層反応器160に導入した場合には97.5%のアルミナ粒子を回収することができ、平均粒径が250〜300μmのアルミナ粒子を流動層反応器60に導入した場合には98.9%のアルミナ粒子を回収することができることがわかった。このことから、上述のような流動層反応器160に、非金属系触媒を含むバイオマスのスラリー体(平均粒径が300μm以下)を所定の流量(例えば、流動媒体が排出口から飛び出さない最大流量)で導入口210から導入しながら、所定の温度及び所定の圧力下で水熱反応を行うことにより、生成された生成ガスや灰分、並びに、非金属系触媒や水(超臨界水)を排出口220から排出できることが示された。
[Example 3]
As shown in FIG. 2, a dispersion plate (net) is provided below a fluidized bed reactor 160 (φ12.3 mm × 2400 mm) provided with an inlet 210 and an outlet 220, and alumina balls having an average particle diameter of 1 mm are flowed. Installed as a medium. In this fluidized bed reactor 160, a mixture of alumina particles (average particle size of 180 to 250 μm or average particle size of 250 to 300 μm) mixed with water instead of biomass (ash) or non-metallic catalyst is mixed with alumina. The particles were ejected and introduced from the inlet 210 at a flow rate (0.19 m / s to 0.60 m / s) at which the alumina balls as the fluid medium did not eject, and the alumina particles discharged from the outlet 220 were collected.
As a result, when alumina particles having an average particle diameter of 180 to 250 μm are introduced into the fluidized bed reactor 160, 97.5% alumina particles can be recovered, and alumina particles having an average particle diameter of 250 to 300 μm are recovered. When introduced into the fluidized bed reactor 60, it was found that 98.9% alumina particles could be recovered. From this, a slurry body of biomass (average particle size is 300 μm or less) containing a nonmetallic catalyst is supplied to the fluidized bed reactor 160 as described above at a predetermined flow rate (for example, the maximum at which the fluidized medium does not jump out from the discharge port). The generated product gas and ash as well as the nonmetallic catalyst and water (supercritical water) are obtained by performing a hydrothermal reaction at a predetermined temperature and a predetermined pressure while being introduced from the inlet 210 at a flow rate). It was shown that it can be discharged from the outlet 220.
100 調整タンク 110 破砕機
120 供給ポンプ 130 第一熱交換器
131 第二熱交換器 140 前処理装置
150 スラリー供給装置 160 反応器
161 加熱器 162 予熱器
163 加熱器 164 予熱器
170 クーラー 171 減圧器
180 気液分離器 181 ガスタンク
182 固液分離器 190 発電装置
200 バイオマスガス化発電システム
210 導入口 220 排出口
230 流動媒体 240 分散部
310、320 シリンダー 330 軸
331、332 ピストン 340 攪拌機
350 攪拌機 360 水注入装置
361〜364 バルブ 371、372 三方弁
373〜376 バルブ 380、381 蓄圧器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Adjustment tank 110 Crusher 120 Supply pump 130 1st heat exchanger 131 2nd heat exchanger 140 Pretreatment apparatus 150 Slurry supply apparatus 160 Reactor 161 Heater 162 Preheater 163 Heater 164 Preheater 170 Cooler 171 Depressor 180 Gas-liquid separator 181 Gas tank 182 Solid-liquid separator 190 Power generation apparatus 200 Biomass gasification power generation system 210 Inlet 220 Discharge outlet 230 Fluid medium 240 Dispersion part 310, 320 Cylinder 330 Shaft 331, 332 Piston 340 Stirrer 350 Stirrer 360 Water injection device 361-364 Valve 371, 372 Three-way valve 373-376 Valve 380, 381 Accumulator

Claims (2)

  1. 燃料ガスを製造するためのガス製造方法であって、
    活性炭含有リン化合物を家畜に給餌し、リンおよび活性炭を含有する前記家畜の糞を含むバイオマスを得る工程と、
    前記バイオマスを熱処理してスラリー体を得る工程と、
    前記スラリー体を超臨界水によって、水熱処理して燃料ガスと活性炭含有リン化合物を得る工程と、
    を含む、ガス製造方法。
    A gas production method for producing fuel gas, comprising:
    Feeding livestock with activated carbon-containing phosphorus compound to obtain biomass containing feces of said livestock containing phosphorus and activated carbon;
    Obtaining a slurry body the biomass was treated with hot water,
    A step of hydrothermally treating the slurry body with supercritical water to obtain a fuel gas and an activated carbon-containing phosphorus compound;
    A gas production method comprising:
  2. 前記リン化合物がヒドロキシアパタイトであることを特徴とする、請求項1に記載のガス製造方法。
    The gas production method according to claim 1, wherein the phosphorus compound is hydroxyapatite.
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