JP6055920B2 - 水素回収方法 - Google Patents
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Description
(1)バイオマスを熱処理することにより得た熱分解ガスから水素を回収する方法であって、上記熱分解ガスから、加圧下において二酸化炭素を吸着除去して、該熱分解ガスを精製する第1精製段階、及び、第1精製段階から得た精製ガスを、第1精製段階における圧力を維持したまま更に昇圧して、該精製ガスから、加圧下において水素以外のガスを吸着除去して更に精製することにより、該精製ガスから水素を回収する第2精製段階を含み、かつ、上記第1精製段階において吸着除去した二酸化炭素を回収することを特徴とする水素回収方法である。
(2)上記第1精製段階において二酸化炭素を吸着除去する圧力が、0.3〜0.5MPaである、上記(1)記載の方法、
(3)上記第1精製段階において二酸化炭素を吸着除去する圧力が、0.4〜0.5MPaである、上記(1)記載の方法、
(4)上記第2精製段階において水素以外のガスを吸着除去する圧力が、0.3MPaを超え1.0MPa以下である、上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の方法、
(5)上記第2精製段階において水素以外のガスを吸着除去する圧力が、0.7〜1.0MPaである、上記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の方法、
(6)上記第1精製段階において二酸化炭素を吸着除去する圧力と、上記第2生成段階において水素以外のガスを吸着除去する圧力との差圧が、0.3〜0.6MPaである、上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の方法、
(7)上記第1精製段階において二酸化炭素を吸着除去する圧力と、上記第2生成段階において水素以外のガスを吸着除去する圧力との差圧が、0.4〜0.5MPaである、上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の方法、
(8)上記第1精製段階が2塔以上の吸着塔を備えており、ここで、一の吸着塔において、二酸化炭素を吸着除去して熱分解ガスを精製し、次いで、他の一の吸着塔に切り替えて、二酸化炭素を吸着除去して熱分解ガスを精製しつつ、既に二酸化炭素を吸着除去した上記一の吸着塔において、吸着除去した二酸化炭素を、吸着塔内圧力を低下させることにより脱着回収する、上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の方法、
(9)上記第1精製段階が2〜5塔の吸着塔を備える、上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の方法、
(10)上記第1精製段階において二酸化炭素の吸着除去に使用する吸着剤が、イモゴライト、活性炭及びゼオライトより成る群から選ばれる1つ以上である、上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の方法、
(11)上記第1精製段階において二酸化炭素の吸着除去に使用する吸着剤が、イモゴライトである、上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の方法、
(12)上記第1精製段階が、圧力変動吸着(PSA)装置により構成される、上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の方法、
(13)上記第2精製段階において水素以外のガスの吸着除去に使用する吸着剤が、活性炭、ゼオライト及び活性アルミナより成る群から選ばれる1つ以上である、上記(1)〜(12)のいずれか一つに記載の方法、
(14)上記第2精製段階において吸着除去される水素以外のガスが、主としてメタン及び一酸化炭素である、上記(1)〜(13)のいずれか一つに記載の方法、
(15)上記熱分解ガスが、バイオマスを熱処理することにより得た熱分解ガスを、更に、スチーム改質して得たガスを包含する、上記(1)〜(14)のいずれか一つに記載の方法
を挙げることができる。
バイオマス原料の熱分解及びガス改質には、直径:約1.0メートル、高さ:約1.5メートルの円筒形の熱分解反応器、及び、直径:約1.0メートル、高さ:約1.5メートルの円筒形の改質反応器を使用した。上記熱分解反応器に、6.2kg/時間(乾燥重量)で上記木質チップを装入し、窒素ガスの存在下、550℃の温度で上記木質チップの熱処理を実行した。次いで、得られた熱分解ガスの全量を上記改質反応器に送り込み、同時にスチーム(175℃、0.8MPa)を10kg/時間の量で装入して、950℃の温度で熱分解ガスの改質を実行した。これにより改質ガスが6.4Nm3/時間の量で得られた。該改質ガスをガスクロマトグラフィー[島津製作所製GC−14A(商標)]を使用して分析したところ、下記の表2に示す通りであり、水素濃度は49体積%であり、一方、二酸化炭素濃度は30体積%であった。次いで、上記のようにして得られた熱分解後の改質ガスを使用して水素ガスの回収を実行した。
実施例1と同一にして、バイオマス原料を熱分解及びガス改質して、熱分解後の改質ガスを得た。該改質ガスを、第1精製段階(A)を経由せずして、そのまま第2精製段階(B)に送り込んで精製した。第2精製段階(B)へは、コンプレッサー(20)を使用して、改質ガスを0.801MPaに昇圧して送り込んだ。その他は実施例1と同一にしてガス精製を実施した。
熱分解温度を600℃としたことを除いて、実施例1と同一にして熱分解及びガス改質を実施して、水素濃度52体積%及び二酸化炭素濃度27体積%の熱分解後の改質ガスを7.0Nm3/時間の量で得た。得られた熱分解後の改質ガスの組成は、下記の表5に示す通りである。次いで、該熱分解後の改質ガスを使用して水素ガスの回収を実行した。
II 第2精製段階
III バイオマス熱処理段階
a バイオマス
b 熱分解ガス
c 第1精製ガス
d 高純度水素ガス
e 二酸化炭素含有ガス
f 水素以外のガス
A 第1精製段階
B 第2精製段階
L1 第1精製ガス
L2 二酸化炭素を主体とするガス
L3 第2精製ガス
L4 不純物ガス
10 第1精製段階のコンプレッサー
11 第1精製段階の第1吸着塔
12 第1精製段階の第2吸着塔
13 第1精製段階の第3吸着塔
14 第1精製段階の第4吸着塔
VI11 第1吸着塔入口バルブ
VI12 第2吸着塔入口バルブ
VI13 第3吸着塔入口バルブ
VI14 第4吸着塔入口バルブ
VO11 第1吸着塔出口バルブ
VO12 第2吸着塔出口バルブ
VO13 第3吸着塔出口バルブ
VO14 第4吸着塔出口バルブ
VM11 第1吸着塔二酸化炭素抜出しバルブ
VM12 第2吸着塔二酸化炭素抜出しバルブ
VM13 第3吸着塔二酸化炭素抜出しバルブ
VM14 第4吸着塔二酸化炭素抜出しバルブ
20 第2精製段階のコンプレッサー
21 第2精製段階の第1吸着塔
22 第2精製段階の第2吸着塔
23 第2精製段階の第3吸着塔
VI21 第1吸着塔入口バルブ
VI22 第2吸着塔入口バルブ
VI23 第3吸着塔入口バルブ
VO21 第1吸着塔出口バルブ
VO22 第2吸着塔出口バルブ
VO23 第3吸着塔出口バルブ
VM21 第1吸着塔不純物ガス抜出しバルブ
VM22 第2吸着塔不純物ガス抜出しバルブ
VM23 第3吸着塔不純物ガス抜出しバルブ
Claims (7)
- バイオマスを熱処理することにより得た熱分解ガスから水素を回収する方法であって、上記熱分解ガスから、加圧下において二酸化炭素を吸着除去して、該熱分解ガスを精製する第1精製段階、及び、第1精製段階から得た精製ガスを、第1精製段階における圧力を維持したまま更に昇圧して、該精製ガスから、加圧下において水素以外のガスを吸着除去して更に精製することにより、該精製ガスから水素を回収する第2精製段階を含み、かつ、上記第1精製段階において吸着除去した二酸化炭素を回収することを特徴とする水素回収方法。
- 上記第1精製段階において二酸化炭素を吸着除去する圧力が、0.3MPa以上0.5MPa以下であり、かつ、上記第2生成段階において水素以外のガスを吸着除去する圧力が、0.3MPaを超え1.0MPa以下である、請求項1記載の方法。
- 上記第1精製段階において二酸化炭素を吸着除去する圧力と、上記第2生成段階において水素以外のガスを吸着除去する圧力との差圧が、0.3〜0.6MPaである、請求項1又は2記載の方法。
- 上記第1精製段階が2塔以上の吸着塔を備えており、ここで、一の吸着塔において、二酸化炭素を吸着除去して熱分解ガスを精製し、次いで、他の一の吸着塔に切り替えて、二酸化炭素を吸着除去して熱分解ガスを精製しつつ、既に二酸化炭素を吸着除去した上記一の吸着塔において、吸着除去した二酸化炭素を、吸着塔内の圧力を低下させることにより脱着回収する、請求項1〜3のいずれか一つに記載の方法。
- 上記第1精製段階及び第2精製段階が、いずれも圧力変動吸着(PSA)装置により構成される、請求項1〜4のいずれか一つに記載の方法。
- 上記第1精製段階において二酸化炭素の吸着除去に使用する吸着剤が、イモゴライト、活性炭及びゼオライトより成る群から選ばれる1つ以上である、請求項1〜5のいずれか一つに記載の方法。
- 上記熱分解ガスが、バイオマスを熱処理することにより得た熱分解ガスを、更に、スチーム改質して得たガスを包含する、請求項1〜6のいずれか一つに記載の方法。
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