JP7199703B2 - Gas production method and pollucite production method - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 1.ウェブサイト (1)アドレス https://www.fukushima-u.ac.jp/news/2018/06/005667.html https://www.fukushima-u.ac.jp/news/Files/2018/06/for4.pdf (2)ウェブサイトの掲載日 平成30年6月4日 2.記者会見 (1)会見名 第114回 福島大学定例記者会見 国立大学法人福島大学 (2)会見日 平成30年6月6日 3-1.刊行物(予稿集) (1)刊行物名 第7回 環境放射能除染研究発表会要旨集 環境放射能除染学会 (2)発行日 平成30年6月29日 3-2.刊行物(予稿集) (1)刊行物名 第7回 環境放射能除染研究発表会要旨集 環境放射能除染学会 (2)発行日 平成30年6月29日 4-1.集会(学会・口頭発表) (1)集会名 第7回 環境放射能除染研究発表会 環境放射能除染学会 (2)公開日 平成30年7月4日 4-2.集会(学会・ポスター発表) (1)集会名 第7回 環境放射能除染研究発表会 環境放射能除染学会 (2)公開日 平成30年7月4日 5-1.ウェブサイト(予稿集) (1)掲載物名 日本分析化学会第67年会web講演要旨集 公益社団法人日本分析化学会 (2)ウェブサイトの掲載日 平成30年8月29日 (3)アドレス http://www.jsac.or.jp/nenkai/nenkai67/program/contents/pdf/G3001.pdf 5-2.集会(学会・口頭発表) (1)集会名 日本分析化学会第67年会 公益社団法人日本分析化学会 (2)公開日 平成30年9月14日 6-1.刊行物(予稿集) (1)刊行物名 福島大学新技術説明会予稿集 国立研究開発法人科学技術振興機構 (2)発行日 平成30年9月27日 6-2.集会(説明会・口頭発表) (1)集会名 福島大学新技術説明会 国立研究開発法人科学技術振興機構 国立大学法人福島大学 (2)公開日 平成30年9月27日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law 1. Website (1) Address https://www. fukushima-u. ac. jp/news/2018/06/005667. html https://www. fukushima-u. ac. jp/news/Files/2018/06/for4. pdf (2) Posting date on the website June 4, 2018 2. Press conference (1) Press conference name 114th Fukushima University regular press conference National University Corporation Fukushima University (2) Press conference date June 6, 2018 3-1. Publications (Proceedings) (1) Name of Publication Abstracts of the 7th Environmental Radioactivity Decontamination Research Conference (2) Publication date June 29, 2018 3-2. Publications (Proceedings) (1) Name of Publication Abstracts of the 7th Environmental Radioactivity Decontamination Research Presentation Conference (2) Publication date June 29, 2018 4-1. Meeting (conference/oral presentation) (1) Meeting name 7th Environmental Radioactivity Decontamination Research Presentation Meeting Environmental Radioactivity Decontamination Society (2) Release date July 4, 2018 4-2. Meeting (conference/poster presentation) (1) Meeting name 7th Environmental Radioactivity Decontamination Research Presentation Meeting Environmental Radioactivity Decontamination Society (2) Publication date July 4, 2018 5-1. Website (Proceedings) (1) Title of publication Web abstracts for the 67th Annual Meeting of the Japan Society for Analytical Chemistry (2) Date of publication on the website August 29, 2018 (3) Address http://www. j sac. or. jp/nenkai/nenkai67/program/contents/pdf/G3001. pdf 5-2. Meeting (conference/oral presentation) (1) Name of meeting The 67th Annual Meeting of the Japan Society for Analytical Chemistry Public Interest Incorporated Association The Japan Society for Analytical Chemistry (2) Release date September 14, 2018 6-1. Publications (Proceedings) (1) Name of publication: Proceedings of new technology briefing at Fukushima University Japan Science and Technology Agency (2) Publication date: September 27, 2018 6-2. Meeting (briefing session/oral presentation) (1) Name of Meeting Fukushima University New Technology Briefing Japan Science and Technology Agency National University Corporation Fukushima University (2) Release Date September 27, 2018

特許法第30条第2項適用 7-1.刊行物(予稿集) (1)刊行物名 第54回X線分析討論会講演要旨集 公益社団法人日本分析化学会 X線分析研究懇親会 (2)発行日 平成30年10月25日 7-2.集会(学会・ポスター発表) (1)集会名 第54回X線分析討論会 公益社団法人日本分析化学会 X線分析研究懇親会 (2)公開日平成30年10月25日、10月26日 8.集会(説明会・口頭発表) (1)集会名 県内大学発 技術シーズ説明会 (2)公開日 平成30年11月7日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act 7-1. Publications (Proceedings) (1) Title of Publication Abstracts of the 54th X-ray Analysis Symposium Japan Society for Analytical Chemistry X-ray Analysis Research Gathering (2) Date of Publication October 25, 2018 7- 2. Meeting (conference/poster presentation) (1) Meeting name: The 54th X-ray Analysis Symposium The Japan Society for Analytical Chemistry, Social Gathering for X-ray Analysis Research (2) Release date: October 25 and October 26, 2018 8. Meeting (briefing session/oral presentation) (1) Name of meeting: Explanatory meeting for technology seeds from universities in the prefecture (2) Release date: November 7, 2018

本発明は、ガス製造方法、及びポルサイトの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing gas and a method for producing pollucite.

福島第一原子力発電所の事故以降、居住地域では降下した放射性セシウムの面的除染が進められてきた。しかし、福島県の面積の約70%を占める森林の除染は、未だ手付かずのままである。さらに、除染後の放射性廃棄物等の処理の問題に対しても、具体的な方針も定まっていないのが現状である。 Since the accident at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant, the residential area has been decontaminated with radioactive cesium that has fallen. However, decontamination of forests, which cover about 70% of the area of Fukushima Prefecture, remains untouched. Furthermore, the current situation is that no specific policy has been established for the problem of disposal of radioactive waste after decontamination.

特開2007-126301号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-126301

残された森林除染を遂行するために、林地へウッドチップを敷設し、ウッドチップに放射性セシウムを吸着させて回収する案(チップ除染)が検討されている。また、森林の木々を切り出して、利用する案も検討されている。しかし、回収したウッドチップや木材などの放射性廃棄物の処理の問題に対し、未だ有効な解決策は実行されていない。 In order to decontaminate the remaining forests, a plan (chip decontamination) of laying wood chips in the forest and collecting radioactive cesium by adsorbing the radioactive cesium on the wood chips is being considered. A plan to cut down trees from the forest and use them is also being considered. However, effective solutions to the problem of disposal of radioactive waste such as collected wood chips and lumber have not yet been implemented.

本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、含炭素物質とセシウムとを含有する原料の、有効な利用の方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、当該方法で得られた非ガス成分からポルサイトを合成可能な、ポルサイトの製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a method of effectively utilizing a raw material containing a carbon-containing substance and cesium.
Another object of the present invention is to provide a method for producing pollucite, which is capable of synthesizing pollucite from the non-gas components obtained by the method.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、鋭意検討した結果、上記原料のエネルギー利用を検討し、これを原料としたガス製造においては、前記原料がセシウムを含有することで、ガス化の効率が高められること、すなわち、セシウムを有する含炭素物質のエネルギー利用法として、ガス化が好適であることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の態様は、下記のガス製造方法、及びポルサイトの製造方法である。
In order to solve the above problems, the present inventors have made intensive studies, and as a result, have studied the use of energy from the above raw materials. The inventors have found that gasification is suitable as an energy utilization method for carbon-containing substances containing cesium, that is, that the efficiency is enhanced, and have completed the present invention.
That is, aspects of the present invention are the following gas production method and pollucite production method.

(1)含炭素物質とセシウムとを含有する原料を加熱処理し、水素ガスを含むガスを得ることを含む、ガス製造方法。
(2)前記セシウムが放射性セシウムを含む、前記(1)に記載のガス製造方法。
(3)前記含炭素物質が木質バイオマスを含む、前記(1)又は(2)に記載のガス製造方法。
(4)前記ガスがさらに一酸化炭素ガスを含む、前記(1)~(3)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(5)前記原料における炭素元素(C)とセシウム元素(Cs)とのモル比(Cs/C)が、0.0015以上である、前記(1)~(4)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(6)前記原料における炭素元素(C)とセシウム元素(Cs)とのモル比(Cs/C)が、0.021以下である、前記(1)~(5)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(7)前記セシウムがセシウム化合物である、前記(1)~(6)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(8)前記セシウム化合物がCsCOである、前記(7)に記載のガス製造方法。
(9)前記セシウムがセシウム化合物であり、前記含炭素物質が木質バイオマスを含み、前記原料100質量%におけるセシウム化合物の割合が1質量%を超える、前記(1)~(8)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(10)前記セシウムがセシウム化合物であり、前記含炭素物質が木質バイオマスを含み、前記原料100質量%におけるセシウム化合物の割合が15質量%未満である、前記(1)~(9)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(11)ガス化温度800℃における冷ガス効率が、60%以上である、前記(1)~(10)のいずれか一つに記載のガス製造方法。
(12)前記(1)~(11)のいずれか一つに記載のガス製造方法で得られた非ガス成分から、ポルサイトを合成することを含む、ポルサイトの製造方法。
(13)前記非ガス成分からカルシウムを除去することを含む、前記(12)に記載のポルサイトの製造方法。
(1) A method for producing a gas, comprising heat-treating a raw material containing a carbon-containing substance and cesium to obtain a gas containing hydrogen gas.
(2) The gas production method according to (1) above, wherein the cesium contains radioactive cesium.
(3) The method for producing gas according to (1) or (2) above, wherein the carbon-containing substance includes woody biomass.
(4) The gas production method according to any one of (1) to (3), wherein the gas further contains carbon monoxide gas.
(5) Any one of (1) to (4) above, wherein the molar ratio (Cs/C) of carbon element (C) and cesium element (Cs) in the raw material is 0.0015 or more. gas production method.
(6) Any one of (1) to (5) above, wherein the molar ratio (Cs/C) of carbon element (C) and cesium element (Cs) in the raw material is 0.021 or less. gas production method.
(7) The gas production method according to any one of (1) to (6) above, wherein the cesium is a cesium compound.
(8) The gas production method according to (7) above, wherein the cesium compound is Cs 2 CO 3 .
(9) Any one of (1) to (8) above, wherein the cesium is a cesium compound, the carbon-containing substance contains woody biomass, and the proportion of the cesium compound in 100% by mass of the raw material exceeds 1% by mass. The gas production method according to 1.
(10) Any one of (1) to (9) above, wherein the cesium is a cesium compound, the carbon-containing substance contains woody biomass, and the ratio of the cesium compound to 100% by mass of the raw material is less than 15% by mass. 1. Gas production method according to one.
(11) The gas production method according to any one of (1) to (10) above, wherein the cold gas efficiency at a gasification temperature of 800° C. is 60% or more.
(12) A method for producing pollucite, comprising synthesizing pollucite from the non-gas component obtained by the gas production method according to any one of (1) to (11) above.
(13) The method for producing pollucite according to (12) above, which comprises removing calcium from the non-gas component.

本発明によれば、高効率なガス製造方法を提供できる。
また、本発明によれば、当該方法で得られた非ガス成分からポルサイトを合成可能な、ポルサイトの製造方法を提供できる。
According to the present invention, a highly efficient gas production method can be provided.
Moreover, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing pollucite, which is capable of synthesizing pollucite from the non-gas components obtained by the method.

実施例で用いたガス化装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a gasifier used in Examples. FIG. 本発明の一実施形態に係る、ポルサイトの製造過程を説明する工程図である。FIG. 2 is a process chart explaining the production process of pollucite according to one embodiment of the present invention. 実施例における、CsCOの添加割合に対するガス化率を表すグラフである。4 is a graph showing the gasification rate with respect to the addition ratio of Cs 2 CO 3 in Examples. 実施例における、CsCOの添加割合に対する冷ガス効率を表すグラフである。4 is a graph showing the cold gas efficiency with respect to the addition ratio of Cs 2 CO 3 in Examples. 実施例における、CsCO添加割合に対する生成ガス量の変化(ガス化温度800℃)を表すグラフである。4 is a graph showing changes in the amount of generated gas (gasification temperature 800° C.) with respect to the Cs 2 CO 3 addition ratio in Examples. 実施例における、CsCO添加割合に対する生成ガス量の変化(ガス化温度900℃)を表すグラフである。4 is a graph showing changes in the amount of generated gas (gasification temperature 900° C.) with respect to the Cs 2 CO 3 addition ratio in Examples. 実施例における、CsCO添加割合に対する生成ガス量の変化(ガス化温度1000℃)を表すグラフである。4 is a graph showing changes in the amount of generated gas (gasification temperature 1000° C.) with respect to the Cs 2 CO 3 addition ratio in Examples. CsCOの添加により、炉内上段に生じた固着物の画像である。It is an image of adherents formed on the upper stage of the furnace due to the addition of Cs 2 CO 3 . ガス化温度1000℃における各Cs化合物の、ガス化率を比較したグラフである。2 is a graph comparing the gasification rate of each Cs compound at a gasification temperature of 1000°C. ガス化温度1000℃における各Cs化合物の、冷ガス効率を比較したグラフである。It is a graph comparing the cold gas efficiency of each Cs compound at a gasification temperature of 1000°C. CsCO添加ガス化試験で得られた残渣(灰を含む非ガス成分)に対し、X線吸収微細構造(XAFS)測定装置による分析を行い、標準のCs2CO3サンプルと比較した結果を示すグラフである。The residue (non-gaseous components including ash) obtained from the Cs2CO3 addition gasification test was analyzed by an X - ray absorption fine structure ( XAFS) spectrometer and compared with a standard Cs2CO3 sample. is a graph showing 実施例で得られた沈殿物(#2サンプル)に対し、広角X線回折(XRD)による分析を行った結果を示すグラフである。2 is a graph showing the results of wide-angle X-ray diffraction (XRD) analysis of the precipitates (#2 sample) obtained in Examples.

以下、本発明のガス製造方法、及びポルサイトの製造方法の実施形態を説明する。 Embodiments of the gas production method and the pollucite production method of the present invention will be described below.

≪ガス製造方法≫
実施形態のガス製造方法は、含炭素物質とセシウムとを含有する原料を加熱処理し、水素ガスを含むガスを得ることを含む。
≪Gas production method≫
A gas production method of an embodiment includes heat-treating a raw material containing a carbon-containing substance and cesium to obtain a gas containing hydrogen gas.

含炭素物質を原料としてこれを加熱処理し、水素ガスを含むガスを得る方法自体は従来知られている。実施形態のガス製造方法においては、ガス化剤として水(HO)を用いて、含炭素物質をガス化する方法を採用できる。実施形態のガス製造方法は、含炭素物質とセシウムとを含有する原料を加熱処理し、水蒸気と反応させて、水素ガスを含むガスを得る方法が好ましい。当該方法は、「水蒸気改質」や「水蒸気ガス化」と呼ばれ、以下の反応式で表される。生成ガスは、水素ガスおよび一酸化炭素ガスを含む。
C + H2O = H2 + CO … 水蒸気ガス化反応
A method of obtaining a gas containing hydrogen gas by heat-treating a carbon-containing substance as a raw material is conventionally known. In the gas production method of the embodiment, a method of gasifying a carbon-containing substance using water (H 2 O) as a gasifying agent can be employed. The gas production method of the embodiment is preferably a method in which a raw material containing a carbon-containing substance and cesium is heat-treated and reacted with water vapor to obtain a gas containing hydrogen gas. This method is called "steam reforming" or "steam gasification" and is represented by the following reaction formula. The product gas includes hydrogen gas and carbon monoxide gas.
C + H 2 O = H 2 + CO … Steam gasification reaction

上記の水蒸気ガス化反応で生産されたCOを、さらにH2Oと反応させることで、水素をさらに製造することができる。
CO + H2O = H2 + CO2 … 水性ガスシフト反応
Hydrogen can be further produced by further reacting CO produced by the above steam gasification reaction with H 2 O.
CO + H 2 O = H 2 + CO 2 … water gas shift reaction

含炭素物質としては、炭素を含み、ガス化に使用可能なものであれば特に制限はなく、石炭、炭化水素油等でもよいが、含炭素物質は、有機物を含むことが好ましく、植物由来の有機物を含むことがより好ましい。
植物由来の有機物としては、植物体若しくはその一部又はそれらの処理物が挙げられ、一例として、ススキ、ササ、エリアンサス等の草本;稲わら、もみ殻、麦わら等の農業残渣;落ち葉等が挙げられる。
The carbon-containing substance is not particularly limited as long as it contains carbon and can be used for gasification, and may be coal, hydrocarbon oil, or the like. It is more preferable to contain an organic matter.
Examples of plant-derived organic matter include plant bodies, parts thereof, and processed products thereof. Examples include herbs such as Japanese pampas grass, bamboo grass, and Erianthus; agricultural residues such as rice straw, rice husks, and wheat straw; mentioned.

植物由来の有機物としては、さらに、木質バイオマスが挙げられる。含炭素物質は、木質バイオマスを含むことが好ましい。ここで「木質バイオマス」とは、植物の幹や枝等の木質化部分又はその処理物をいう。
木質バイオマスとしては、樹木、木材、おが粉、伐採材、間伐材、剪定枝、建築廃材、製材廃材、木屑、木質チップ、木質廃棄物等が挙げられる。
樹木種としては、特に制限はなく、針葉樹であっても広葉樹であってもよく、一例として、スギ、ヒノキ、サワラ、ヒバ、アカマツ、クロマツ、カラマツ、モミ、ヒメコマツ、クヌギ、ナラ等が挙げられる。
Plant-derived organic matter further includes woody biomass. Preferably, the carbonaceous material comprises woody biomass. Here, "woody biomass" refers to the lignified parts such as trunks and branches of plants or processed products thereof.
Woody biomass includes trees, lumber, sawdust, felled wood, thinned wood, pruned branches, construction waste, lumber waste, wood chips, wood chips, wood waste, and the like.
The tree species is not particularly limited, and may be either a coniferous tree or a broad-leaved tree, and examples thereof include cedar, cypress, cypress, cypress, Japanese red pine, Japanese black pine, larch, fir, Japanese white pine, sawtooth oak, oak, and the like. .

上記処理物に施された処理の種類としては、破砕処理、粉砕処理、断片化処理、熱処理、乾燥処理等が挙げられる。 Examples of the types of treatments applied to the treated material include crushing treatment, crushing treatment, fragmentation treatment, heat treatment, drying treatment, and the like.

含炭素物質の形状や大きさ等は、特に制限されるものではないが、球相当径での個数基準での平均値が、0.05~500mmであってもよく、0.1~50mmであってもよく、1~10mmであってもよい。 The shape, size, etc. of the carbon-containing substance are not particularly limited, but the average value based on the number of equivalent sphere diameters may be 0.05 to 500 mm, or 0.1 to 50 mm. It may be 1 to 10 mm.

含炭素物質が植物由来の有機物を含むこと、特に、含炭素物質が木質バイオマスを含むことにより、上述の森林除染廃棄物の処理や、再生可能エネルギーの利用推進に資する。 The inclusion of plant-derived organic matter in the carbon-containing material, particularly the inclusion of woody biomass in the carbon-containing material, contributes to the above-described processing of forest decontamination waste and promotion of the use of renewable energy.

含炭素物質が植物由来の有機物を含む場合、含炭素物質100質量%における植物由来の有機物の含有割合は、50質量%以上であってよく、70質量%以上であってよく、90質量%以上であってよく、95質量%以上であってよい。含炭素物質は植物由来の有機物からなるものであってもよい。 When the carbon-containing substance contains a plant-derived organic substance, the content of the plant-derived organic substance in 100% by mass of the carbon-containing substance may be 50% by mass or more, 70% by mass or more, or 90% by mass or more. and may be 95% by mass or more. The carbon-containing substance may consist of plant-derived organic matter.

含炭素物質が木質バイオマスを含む場合、含炭素物質100質量%における木質バイオマスの含有割合は、50質量%以上であってよく、70質量%以上であってよく、90質量%以上であってよく、95質量%以上であってよい。含炭素物質は木質バイオマスからなるものであってもよい。 When the carbon-containing substance contains woody biomass, the content of woody biomass in 100% by mass of the carbon-containing substance may be 50% by mass or more, 70% by mass or more, or 90% by mass or more. , 95% by mass or more. The carbonaceous material may consist of woody biomass.

木質バイオマスは、有用ガスの原料として利用可能であることが知られている。例えば、特許文献1には、木質系バイオマスの炭化物から、ガスを製造することが例示されている。特許文献1では、木質系バイオマスの炭化物に、金属を担持させることが例示されているが、セシウムは例示されておらず、セシウムを用いることで、ガス化の効率が高められることは明らかでない。
実施形態のガス製造方法によれば、含炭素物質とセシウムとを含有する原料をガス化することで、ガス化の効率を向上できる。
It is known that woody biomass can be used as a raw material for useful gas. For example, Patent Literature 1 exemplifies the production of gas from woody biomass charcoal. Patent Document 1 exemplifies supporting a metal on a woody biomass carbide, but cesium is not exemplified, and it is not clear that the use of cesium increases gasification efficiency.
According to the gas production method of the embodiment, gasification efficiency can be improved by gasifying a raw material containing a carbon-containing substance and cesium.

セシウムとしては、放射性セシウム及び非放射性セシウムのどちらでも用いることができるが、上記のセシウム除染への貢献の観点から、セシウムは放射性セシウムを含有することが好ましい。放射性セシウムとしては、セシウム137及び/又はセシウム134が挙げられる。 As cesium, both radioactive cesium and non-radioactive cesium can be used, but from the viewpoint of contribution to the above-described cesium decontamination, cesium preferably contains radioactive cesium. Radioactive cesium includes cesium-137 and/or cesium-134.

前記原料が含有するセシウムの形態は特に制限されるものではなく、金属セシウムやCs、Cs等のセシウムイオン、セシウム塩、その他複合体等の形態あってもよく、セシウム化合物であってもよい。セシウム化合物としては、無機化合物が好ましい。セシウム化合物としては、CsO、CsO等の酸化物;CsCO、CsHCO、CsCl、CsBr、CsI、CsNO、CsSO、CsOH等が挙げられる。なかでも、ガス化率及び冷ガス効率向上の効果が特に優れることから、CsCOがより好ましい。 The form of cesium contained in the raw material is not particularly limited, and may be in the form of metal cesium, cesium ions such as Cs 2 and Cs + , cesium salts, and other complexes, and even cesium compounds. good. An inorganic compound is preferable as the cesium compound. Cesium compounds include oxides such as Cs 2 O and CsO 3 ; Cs 2 CO 3 , CsHCO 3 , CsCl, CsBr, CsI, CsNO 3 , Cs 2 SO 4 and CsOH. Among them, Cs 2 CO 3 is more preferable because the effect of improving the gasification rate and cold gas efficiency is particularly excellent.

除染作業等により得られた上記の含炭素物質には、セシウムが予め含有又は付着していると想定される。すなわち、前記原料は、セシウムを含有する又はセシウムが付着した含炭素物質を含むものであってよく、放射性セシウムを含有する又は放射性セシウムが付着した含炭素物質を含むものであってよい。これをそのままガス化の原料として用いてもよいが、原料にさらにセシウムを添加することもできる。 It is assumed that cesium is preliminarily contained in or adhered to the above carbon-containing substances obtained by decontamination work or the like. That is, the raw material may contain a carbon-containing substance containing cesium or to which cesium is attached, or may contain a carbon-containing substance containing radioactive cesium or to which radioactive cesium is attached. Although this may be used as a raw material for gasification as it is, cesium can also be added to the raw material.

前記原料における炭素元素(C)とセシウム元素(Cs)とのモル比(Cs/C)は、原料の含炭素物質の種類等に応じて適宜定めればよいが、0.001以上であることが好ましく、0.0015以上であることが好ましく、0.002以上であることがより好ましく、0.0045以上であることがさらに好ましく、0.01以上であることが特に好ましい。前記原料におけるモル比(Cs/C)が、上記の値を満たすことで、ガス化率及び冷ガス効率がより向上し、より効率的にガスを製造することが可能である。 The molar ratio (Cs/C) between the carbon element (C) and the cesium element (Cs) in the raw material may be appropriately determined according to the type of the carbon-containing substance of the raw material, but it should be 0.001 or more. is preferably 0.0015 or more, more preferably 0.002 or more, still more preferably 0.0045 or more, and particularly preferably 0.01 or more. When the molar ratio (Cs/C) in the raw material satisfies the above value, the gasification rate and cold gas efficiency are further improved, and the gas can be produced more efficiently.

前記原料における炭素元素(C)とセシウム元素(Cs)とのモル比(Cs/C)が、0.021以下であることが好ましく、0.02以下であることがより好ましく、0.018以下であることがさらに好ましい。後述の実施例で示すように、原料におけるセシウム化合物含有量が多くなると、炉内に固着物が発生する場合がある。炉内に固着物が発生するメカニズムについては定かではないが、原料又はガス化残渣に含まれるセシウム又はセシウム化合物と、炉内金属壁との反応により、炉内に固着物が発生するものと推察される。前記原料におけるモル比(Cs/C)が、上記の値を満たすことで、炉内の固着物の発生が防止され、製造ラインが安定化されることで、より効率的にガスを製造することが可能である。 The molar ratio (Cs/C) between carbon element (C) and cesium element (Cs) in the raw material is preferably 0.021 or less, more preferably 0.02 or less, and 0.018 or less. is more preferable. As will be shown in the examples below, when the content of the cesium compound in the raw material increases, there are cases where deposits are generated in the furnace. The mechanism by which the deposits are generated inside the furnace is not clear, but it is speculated that the deposits are generated inside the furnace due to the reaction between the cesium or cesium compounds contained in the raw materials or the gasification residue and the metal walls inside the furnace. be done. When the molar ratio (Cs/C) in the raw material satisfies the above value, the generation of solid matter in the furnace is prevented, and the production line is stabilized, thereby more efficiently producing gas. is possible.

上記値の数値範囲の一例としては、前記原料における炭素元素(C)とセシウム元素(Cs)とのモル比(Cs/C)が、0.001以上0.021以下であってもよく、0.0015以上0.021以下であってもよく、0.002以上0.021以下であってもよく、0.0045以上0.02以下であってもよく、0.01以上0.018以下であってもよい。 As an example of the numerical range of the above values, the molar ratio (Cs/C) between the carbon element (C) and the cesium element (Cs) in the raw material may be 0.001 or more and 0.021 or less. 0.0015 or more and 0.021 or less, 0.002 or more and 0.021 or less, 0.0045 or more and 0.02 or less, or 0.01 or more and 0.018 or less There may be.

前記セシウムがセシウム化合物であり、前記含炭素物質が木質バイオマスを含む場合、前記原料100質量%におけるセシウム化合物の割合が1質量%を超えることが好ましく、1.5質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、7.5質量%以上であることがさらに好ましく、9質量%以上であることが特に好ましい。原料におけるセシウム化合物の割合が、上記の値を満たすことで、ガス化率及び冷ガス効率がより向上し、より効率的にガスを製造することが可能である。 When the cesium is a cesium compound and the carbon-containing substance contains woody biomass, the ratio of the cesium compound to 100% by mass of the raw material is preferably more than 1% by mass, preferably 1.5% by mass or more. , more preferably 3% by mass or more, more preferably 7.5% by mass or more, and particularly preferably 9% by mass or more. When the ratio of the cesium compound in the raw material satisfies the above values, the gasification rate and cold gas efficiency are further improved, and the gas can be produced more efficiently.

前記セシウムがセシウム化合物であり、前記含炭素物質が木質バイオマスを含む場合、前記原料100質量%におけるセシウム化合物の割合が15質量%未満であることが好ましく、13質量%以下であることがより好ましく、11質量%以下であることがさらに好ましい。原料におけるセシウム化合物の割合が、上記の値を満たすことで、炉内の固着物の発生が防止され、製造ラインが安定化されることで、より効率的にガスを製造することが可能である。 When the cesium is a cesium compound and the carbon-containing substance contains woody biomass, the ratio of the cesium compound to 100% by mass of the raw material is preferably less than 15% by mass, more preferably 13% by mass or less. , 11% by mass or less. When the ratio of cesium compounds in the raw material satisfies the above values, it is possible to produce gas more efficiently by preventing the occurrence of deposits in the furnace and stabilizing the production line. .

上記値の数値範囲の一例としては、前記セシウムがセシウム化合物であり、前記含炭素物質が木質バイオマスを含む場合、前記原料100質量%におけるセシウム化合物の割合が1質量%超15質量%未満であってもよく、1.5質量%以上13質量%以下であってもよく、3質量%以上11質量%以下であってもよく、7.5質量%以上11質量%以下であってもよく、9質量%以上11質量%以下であってもよい。 As an example of the numerical range of the above values, when the cesium is a cesium compound and the carbon-containing substance contains woody biomass, the ratio of the cesium compound to 100% by mass of the raw material is more than 1% by mass and less than 15% by mass. may be 1.5% by mass or more and 13% by mass or less, may be 3% by mass or more and 11% by mass or less, or may be 7.5% by mass or more and 11% by mass or less, 9 mass % or more and 11 mass % or less may be sufficient.

ガス原料の前記加熱処理の温度(ガス化温度)は、原料や炉の種類によって好適な温度を適宜選択すればよいが、一例として、400℃~1200℃であってよく、700℃~1100℃であってよく、750℃~950℃であってよい。 The temperature (gasification temperature) of the heat treatment of the gas raw material may be appropriately selected depending on the type of raw material and furnace. and may be from 750°C to 950°C.

ガス原料の前記加熱処理時の圧力(ガス化炉内圧力)は、特に制限されるものではないが、10気圧未満が好ましく、1気圧以上10気圧未満がより好ましく、1気圧以上5気圧以下がさらに好ましく、1気圧以上2気圧以下がより好ましい。実施形態のガス製造方法は、上記数値に例示される常圧付近での実施であっても、優れたガス化効率を達成できる。また、上記数値に例示される常圧付近での実施であることで、上記数値範囲以上の高圧力での処理に必要とされる機器設備が不要となり、低コストにガスを製造できる。 The pressure (pressure in the gasification furnace) during the heat treatment of the gas raw material is not particularly limited, but is preferably less than 10 atmospheres, more preferably 1 atmosphere or more and less than 10 atmospheres, and 1 atmosphere or more and 5 atmospheres or less. More preferably, the pressure is 1 atmosphere or more and 2 atmospheres or less. The gas production method of the embodiment can achieve excellent gasification efficiency even when it is carried out near normal pressure as exemplified by the above numerical values. In addition, since the process is carried out at around normal pressure as exemplified by the above numerical values, the equipment and facilities required for treatment at high pressures above the above numerical range are not required, and gas can be produced at low cost.

ガス原料の前記加熱処理時のガス化剤は、水蒸気を用いることができ、ガス原料の前記加熱処理時の雰囲気ガスとして、N2、CO2、Ar、He等の不活性ガスが含まれることが好ましい。不活性ガスを用いることにより、ガス原料に含まれるセシウムの気化等による飛散を抑制することができる。これは、すなわち、ガス原料の前記加熱処理後に得られる非ガス成分中のCs含有量の減少を抑制することができるということであるから、後述するポルサイトの合成の観点でも、ガス化炉内雰囲気が不活性ガスを含むことが好ましい。 Water vapor can be used as a gasifying agent during the heat treatment of the gas raw material, and an inert gas such as N 2 , CO 2 , Ar, He, etc., is contained as the atmospheric gas during the heat treatment of the gas raw material. is preferred. By using an inert gas, scattering of cesium contained in the gas raw material due to vaporization or the like can be suppressed. This means that it is possible to suppress the decrease in the Cs content in the non-gas components obtained after the heat treatment of the gas raw material. It is preferred that the atmosphere contains an inert gas.

ガス化の効率を示す指標の一つとして、ガス化率が知られる。ガス化率は、原料がガス化された割合を、炭素量を指標に示すものであり、実施例に記載の式(1)により求めることができる。
実施形態のガス製造方法は、ガス化温度800℃におけるガス化率が、50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましく、65%以上であることがさらに好ましい。ガス化率が高いほど、より高効率にガスを製造可能であると理解される。
A gasification rate is known as one of the indexes indicating the efficiency of gasification. The gasification rate indicates the rate at which the raw material is gasified using the carbon content as an index, and can be obtained by the formula (1) described in the Examples.
In the gas production method of the embodiment, the gasification rate at a gasification temperature of 800° C. is preferably 50% or higher, more preferably 60% or higher, and even more preferably 65% or higher. It is understood that the higher the gasification rate, the more efficiently the gas can be produced.

ガス化の効率を示す指標の一つとして、冷ガス効率が知られる。冷ガス効率は、製造されたガスのうち、可燃性ガスについての指標であり、実施例に記載の式(2)により求めることができる。
実施形態のガス製造方法は、ガス化温度800℃における冷ガス効率が、60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、75%以上であることがさらに好ましい。冷ガス効率が高いほど、より高効率に可燃性ガスを製造可能であると理解される。
Cold gas efficiency is known as one of the indicators of gasification efficiency. The cold gas efficiency is an index for combustible gas among the produced gases, and can be obtained by formula (2) described in the Examples.
In the gas production method of the embodiment, the cold gas efficiency at a gasification temperature of 800° C. is preferably 60% or higher, more preferably 70% or higher, and even more preferably 75% or higher. It is understood that the higher the cold gas efficiency, the more efficiently the combustible gas can be produced.

製造されたガスは公知の方法により回収可能であり、さらに圧縮や、気相液相分離、固相液相分離、吸着分離等の精製操作を行ってもよい。回収されたガスは、ガスタンク、ガスボンベ等の密閉容器に収容することができる。 The produced gas can be recovered by a known method, and may be further subjected to purification operations such as compression, gas-liquid phase separation, solid-liquid phase separation, adsorption separation, and the like. The recovered gas can be stored in a closed container such as a gas tank or gas cylinder.

実施形態のガス製造方法によれば、含炭素物質を含有する原料が、さらにセシウムを含有することで、高効率にガスを製造可能である。
実施形態のガス製造方法は、放射性セシウムを含む木質バイオマスの処理方法として、特に好適である。これにより、除染、廃棄物処理等を兼ねたエネルギー生産が可能であり、さらに、当該エネルギーは、再生可能エネルギーであるという利点がある。放射性セシウムが付着した木質バイオマスの利用により、むしろ放射性セシウムが付着したことによる利用価値を高めることができる。
従来のセシウムの処理方法は、セシウムの除去を目的としていた。一方、実施形態のガス製造方法では、セシウムの問題解決のために、あえてセシウムを使うという、逆転の発想に基づく非常に画期的なものである。
According to the gas production method of the embodiment, since the raw material containing the carbon-containing substance further contains cesium, the gas can be produced with high efficiency.
The gas production method of the embodiment is particularly suitable as a method for treating woody biomass containing radioactive cesium. As a result, it is possible to produce energy for decontamination, waste treatment, etc., and furthermore, there is the advantage that the energy is renewable energy. By using woody biomass with attached radioactive cesium, it is possible to increase the utility value due to the attached radioactive cesium.
Conventional cesium treatment methods aimed at removing cesium. On the other hand, in the gas production method of the embodiment, cesium is intentionally used to solve the cesium problem.

≪ポルサイトの製造方法≫
実施形態のポルサイトの製造方法は、本発明に係るガス製造方法で得られた非ガス成分から、ポルサイトを合成することを含むものである。
≪Method for producing pollucite≫
A method for producing pollucite according to an embodiment includes synthesizing pollucite from non-gas components obtained by the method for producing gas according to the present invention.

ポルサイトは、CsAlSi2O6、又は(Cs,Na)2Al2Si4O12・2H2Oで表される化合物である。上記構造式に示されるとおり、ポルサイト原料としては、Csを含むCs源、Alを含むAl源、Siを含むSi源、Oを含むO源が挙げられる。
実施形態のガス製造方法で得られた非ガス成分は、ガス化の原料に含有されたセシウムに由来するセシウムを含むものであるため、実施形態のポルサイトの製造方法では、当該非ガス成分をCs源として利用するものである。
Polucite is a compound represented by CsAlSi2O6 or ( Cs , Na ) 2Al2Si4O12.2H2O . As shown in the above structural formula, the pollucite raw material includes a Cs source containing Cs, an Al source containing Al, a Si source containing Si, and an O source containing O.
Since the non-gas component obtained by the gas production method of the embodiment contains cesium derived from the cesium contained in the raw material for gasification, in the method for producing pollucite of the embodiment, the non-gas component is used as a Cs source It is used as

実施形態のポルサイトの製造方法は、Csを含む前記非ガス成分と、Alと、Siと、Oとを含む組成物(後述の第2の組成物に対応)からポルサイトを合成することを含む。
実施形態のポルサイトの製造方法は、Csを含む前記非ガス成分と、Alと、Siと、Oとを含む組成物(後述の第2の組成物に対応)を加熱処理し、ポルサイトを合成することを含む。
The method for producing pollucite of the embodiment comprises synthesizing pollucite from a composition (corresponding to the second composition described later) containing the non-gas component containing Cs, Al, Si, and O. include.
In the method for producing pollucite according to the embodiment, a composition (corresponding to a second composition described later) containing the non-gas component containing Cs, Al, Si, and O is heat-treated to produce pollucite. Including synthesizing.

前記非ガス成分は、ガス化による処理残さである灰を含有してよい。当該灰としては、主灰、飛灰等を例示できる。灰は、通常O元素を含むため、当該灰はCs源とともにO源を兼ねることができる。 The non-gas component may contain ash, which is a processing residue from gasification. Examples of the ash include bottom ash and fly ash. Since ash usually contains the O element, the ash can serve as both a Cs source and an O source.

Al源としては、Alを含むものであればよく、アルミニウムの酸化物が好ましく、NaAlO2、Al(O-CH(CH3)2)、AlCl3、Al(OH)3、Al2O3、AlO(OH)、Al(NO3)3等を例示できる。なお、アルミニウムの酸化物はAl源とともにO源を兼ねることができる。 Any Al source may be used as long as it contains Al, and aluminum oxides are preferred, such as NaAlO 2 , Al(O—CH(CH 3 ) 2 ), AlCl 3 , Al(OH) 3 , Al 2 O 3 , AlO(OH), Al(NO 3 ) 3 and the like can be exemplified. Note that the oxide of aluminum can serve as an O source as well as an Al source.

Si源としては、Siを含むものであればよく、ケイ素の酸化物が好ましく、Na2SiO3・n水和物、Si(OC2H5)4、水ガラス、SiO2(石英)等を例示できる。なお、ケイ素の酸化物はSi源とともにO源を兼ねることができる。 Any Si source may be used as long as it contains Si , and oxides of silicon are preferable. I can give an example. In addition, the oxide of silicon can serve as an O source as well as a Si source.

また、Al源、Si源としては、Al、Siの両方を含むものでもよい。モルデナイト(mordenite;(Ca,K2,Na2)〔AlSi5O122・7H2O)、Al、Siを含有する層状鉱物であるベントナイト(bentonite)、クリノプチロライト(clinoptilolite)、その他アルミノケイ酸塩等を例示できる。なお、これらは、Al源、Si源とともに、O源を兼ねることができる。 Also, the Al source and the Si source may contain both Al and Si. mordenite ( Ca, K2, Na2 )[ AlSi5O12 ] 2.7H2O ), bentonite , which is a layered mineral containing Al and Si, clinoptilolite , etc. Aluminosilicate and the like can be exemplified. In addition, these can serve also as an O source with an Al source and a Si source.

O源としては、Oを含むものであればよく、上記に例示したように、Cs源や、Al源、又はSi源を兼ねるものであってもよく、反応容器中に含有され得るガス体の酸素も例示できる。 The O source may be one containing O, and as exemplified above, it may also serve as a Cs source, an Al source, or a Si source. Oxygen can also be exemplified.

前記非ガス成分は、ポルサイト原料として使用される前に、予め前処理を施されていてもよい。当該処理としては、炭素除去(か焼)及び/又はカルシウム除去が挙げられる。なお、本明細書では、Csを含む限りにおいて、非ガス成分に任意の処理を施して得られた非ガス成分に由来する処理物も非ガス成分として扱う。以下、図面を参照して、これらの前処理を行う場合の実施形態を説明する。 The non-gas component may be previously pretreated before being used as the porcite raw material. Such treatments include carbon removal (calcination) and/or calcium removal. In this specification, as long as Cs is included, a treated product derived from a non-gas component obtained by subjecting a non-gas component to any treatment is also treated as a non-gas component. An embodiment in which these pretreatments are performed will be described below with reference to the drawings.

図2は、実施形態のポルサイトの製造過程を説明する工程図である。 FIG. 2 is a process drawing explaining the manufacturing process of pollucite according to the embodiment.

まず、非ガス成分から炭素除去を行う。炭素除去は、か焼を採用できる。非ガス成分のか焼を行うことにより、二酸化炭素を発生させ、前記非ガス成分から炭素を除去することができる。ポルサイト原料に過度な炭素が含まれていることで、ポルサイトの合成が阻害される場合があることから、非ガス成分のか焼により、ポルサイトの合成効率を高めることができる。なお、非ガス成分に含まれる炭素の全てが除去される必要はない。
灰は、炭素の含有量が比較的高いため、非ガス成分として灰を用いたポルサイトの製造にあたっては、炭素の除去が、ポルサイトの合成効率の向上に対し、特に効果を発揮する。
か焼温度としては、非ガス成分の種類等に応じて、適宜定めればよいが、非ガス成分を構成する物質の融点よりも低い温度であることが好ましく、一例として300~700℃であってよい。
か焼時間としては、非ガス成分の種類等に応じて適宜定めればよいが、一例として1~48時間であってよい。
First, carbon removal is performed from non-gas components. Carbon removal can employ calcination. Carbon dioxide can be generated and carbon can be removed from the non-gaseous components by calcining the non-gaseous components. Excessive carbon content in the pollucite raw material may hinder the synthesis of pollucite, so calcination of the non-gas component can increase the efficiency of pollucite synthesis. Note that it is not necessary to remove all the carbon contained in the non-gas components.
Since ash has a relatively high carbon content, in the production of pollucite using ash as a non-gas component, removal of carbon is particularly effective in improving the efficiency of pollucite synthesis.
The calcination temperature may be appropriately determined depending on the type of non-gas component, but it is preferably a temperature lower than the melting point of the substance constituting the non-gas component. you can
The calcination time may be appropriately determined according to the type of non-gas component and the like, and may be 1 to 48 hours as an example.

次いで、か焼後の非ガス成分からカルシウム除去を行う。カルシウムはポルサイト合成の阻害要因となる場合があるため、カルシウム除去により、ポルサイトの合成効率を高めることができる。なお、非ガス成分に含まれるカルシウムの全てが除去される必要はない。
灰は、カルシウムの含有量が比較的高いため、非ガス成分として灰を用いたポルサイトの製造にあたっては、カルシウムの除去が、ポルサイトの合成効率の向上に対し、特に効果を発揮する。
カルシウム除去の方法としては、カルシウム化合物を合成し、得られたカルシウム化合物を除去することが挙げられる。
カルシウム化合物の合成は、特に限定されないが、水熱合成を採用できる。水熱合成では、前記非ガス成分と、水酸化物とを含む第1の組成物から水熱合成によりカルシウム化合物を合成することを含む。第1の組成物は水を含有することができる。
水酸化物としては、反応効率の観点から、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物が好ましく、NaOH、KOH、CsOH等を例示できる。
第1の組成物を加熱処理することで、例えば、残存炭素の酸化や、か焼後の非ガス成分(例えば、木質バイオマスのか焼物に含まれるK2Ca(CO3)2(Fairchildite))に含有される炭酸成分との化合が早まり、炭酸カルシウムが合成される。ここで得られた炭酸カルシウムは、固形分として非ガス成分を含む上清から容易に分離可能である。
Calcium removal is then performed from the non-gas components after calcination. Since calcium may be an inhibitory factor for pollucite synthesis, removal of calcium can increase the efficiency of pollucite synthesis. Note that it is not necessary to remove all of the calcium contained in the non-gas components.
Since ash has a relatively high content of calcium, removal of calcium is particularly effective in improving the efficiency of pollucite synthesis when producing pollucite using ash as a non-gas component.
Methods for removing calcium include synthesizing a calcium compound and removing the resulting calcium compound.
Synthesis of the calcium compound is not particularly limited, but hydrothermal synthesis can be employed. The hydrothermal synthesis includes synthesizing a calcium compound from the first composition containing the non-gas component and hydroxide by hydrothermal synthesis. The first composition can contain water.
From the viewpoint of reaction efficiency, hydroxides of alkali metals or alkaline earth metals are preferable, and examples thereof include NaOH, KOH, and CsOH.
By heat-treating the first composition, for example, oxidation of residual carbon and non-gas components after calcination (for example, K 2 Ca(CO 3 ) 2 (Fairchildite) contained in calcined woody biomass) The combination with the contained carbonate component is accelerated to synthesize calcium carbonate. The calcium carbonate obtained here can be easily separated from the supernatant containing non-gas components as a solid content.

カルシウム化合物を水熱合成する場合における加熱処理の温度(カルシウム化合物の合成温度)は、特に限定されるものではないが、比較的低温であってもよく、100~374℃であってもよく、130~300℃であってもよく、150~250℃であってもよい。 The temperature of the heat treatment (synthesis temperature of the calcium compound) when hydrothermally synthesizing the calcium compound is not particularly limited, but may be relatively low, and may be 100 to 374°C. It may be 130 to 300°C or 150 to 250°C.

カルシウム化合物の水熱合成における加熱処理時の圧力(カルシウム化合物の合成圧力)は、特に限定されるものではないが常圧を超える圧力が好ましく、1気圧超218気圧以下であってもよく、2.7~85気圧であってもよく、4.7~39気圧であってもよく、4.7~20気圧であってもよい。 The pressure during the heat treatment in the hydrothermal synthesis of the calcium compound (synthesis pressure of the calcium compound) is not particularly limited, but is preferably a pressure exceeding normal pressure, and may be more than 1 atmosphere and 218 atmospheres or less. 0.7 to 85 atmospheres, 4.7 to 39 atmospheres, or 4.7 to 20 atmospheres.

次いで、カルシウム除去後の非ガス成分からポルサイトの合成を行う。ポルサイトの合成は、水熱合成法を採用できる。ポルサイトの水熱合成は、Csを含む前記非ガス成分と、Alと、Siと、Oと、を含む第2の組成物から水熱合成してポルサイトを合成することを含む。第2の組成物は水を含有することができる。
当該組成物から水を除いた成分100質量%に対する、上記非ガス成分の割合は10質量%以上80質量%以下であってもよく、15質量%以上50質量%以下であってもよい。
Next, the synthesis of pollucite is carried out from non-gas components after calcium removal. A hydrothermal synthesis method can be employed for the synthesis of pollucite. The hydrothermal synthesis of pollucite includes synthesizing pollucite by hydrothermally synthesizing a second composition containing the non-gas component containing Cs, Al, Si, and O. The second composition can contain water.
The ratio of the non-gas component may be 10% by mass or more and 80% by mass or less, or may be 15% by mass or more and 50% by mass or less with respect to 100% by mass of the components excluding water from the composition.

ポルサイトの水熱合成における加熱処理の温度(ポルサイトの合成温度)は、特に限定されるものではないが、比較的低温であってもよく、100~374℃であってもよく、130~300℃であってもよく、150~250℃であってもよい。 The temperature of heat treatment in hydrothermal synthesis of pollucite (synthesis temperature of pollucite) is not particularly limited; It may be 300°C, or 150 to 250°C.

ポルサイトの水熱合成における加熱処理時の圧力(ポルサイトの合成圧力)は、特に限定されるものではないが常圧を超える圧力が好ましく、1気圧超218気圧以下であってもよく、2.7~85気圧であってもよく、4.7~39気圧であってもよく、4.7~20気圧であってもよい。 The pressure during the heat treatment in the hydrothermal synthesis of pollucite (synthesis pressure of pollucite) is not particularly limited, but is preferably a pressure exceeding normal pressure, and may be more than 1 atmosphere and 218 atmospheres or less. 0.7 to 85 atmospheres, 4.7 to 39 atmospheres, or 4.7 to 20 atmospheres.

実施形態のポルサイトの製造方法によれば、本発明に係るガス製造方法で得られた非ガス成分から、ポルサイトを合成できる。 According to the method for producing pollucite of the embodiment, pollucite can be synthesized from the non-gas components obtained by the method for producing gas according to the present invention.

なお、上記に例示したポルサイトの製造方法では、非ガス成分からの炭素除去及びカルシウム除去を実施したが、ポルサイトの製造方法において、これらは必須の工程ではない。また例えば、非ガス成分からの炭素除去を行わず、カルシウム除去のみを行ってもよい。炭素除去及びカルシウム除去の両方を行う場合には、これらの実施の順番に制限はなく、カルシウム除去後に炭素除去をおこなってよい。また、第1の組成物に対して、カルシウム除去をおこなってもよい。 In the method for producing pollucite exemplified above, carbon removal and calcium removal from non-gas components were carried out, but these are not essential steps in the method for producing pollucite. Alternatively, for example, only calcium removal may be performed without removing carbon from non-gas components. When both carbon removal and calcium removal are performed, there is no restriction on the order of performing these steps, and carbon removal may be performed after calcium removal. Calcium removal may also be performed on the first composition.

なお、Csを含む非ガス成分以外にも、Cs源をさらに用いてもよい。例えば、第1の組成物にCs源を添加してもよく、第2の組成物にCs源を添加してもよい。非ガス成分以外のCs源を用いることで、他の方法で収集されたセシウムをもポルサイト化できる。 In addition to the non-gas component containing Cs, a Cs source may also be used. For example, a Cs source may be added to the first composition and a Cs source may be added to the second composition. By using Cs sources other than non-gaseous components, cesium collected by other methods can also be polcite.

ポルサイトは、ゼオライト鉱物の一種である。ゼオライトは、イオン交換能を有するものが多いが、ポルサイトのCsは非イオン交換サイトであるため、セシウムは不溶であり、理論上セシウムがポルサイトから溶出することはない。したがって、ポルサイトは、放射性セシウムの最終処分形態として、非常に好適である。 Polucite is a kind of zeolite mineral. Many zeolites have ion-exchange ability, but since Cs in pollucite is a non-ion-exchange site, cesium is insoluble, and theoretically, cesium does not elute from pollucite. Therefore, pollucite is very suitable as a final disposal form of radioactive cesium.

従来のガスの製造方法では、焼却灰の量が増えてしまうことを避けるため、なるべく添加物を入れないでガス化を効率化させることが目的とされてきたが、焼却灰を用いたポルサイト合成を最終的に行うのであれば、ガス原料の時点でのセシウムの含有は、ガス生産効率を向上させるため、むしろ好都合である。
例えば、本発明に係るガス製造方法で得られた、放射性セシウムを含む非ガス成分をポルサイト化することで、実施形態のガス製造方法で生まれる放射性セシウム残渣の処分の問題も解決される。このように、放射性セシウムを含む木質バイオマスを用いたエネルギー利用、そして放射性セシウムを含む焼残渣の鉱物化による固定を一体として行うことにより、実施形態のガス製造方法の普及を、より一層推進することができる。
In conventional gas production methods, in order to avoid increasing the amount of incinerated ash, the goal has been to increase the efficiency of gasification by using as few additives as possible. Including cesium at the stage of the gas feedstock is rather advantageous if the synthesis is to be the final stage, since it improves the efficiency of gas production.
For example, by converting the non-gas components containing radioactive cesium obtained by the gas production method according to the present invention into pollucite, the problem of disposal of radioactive cesium residue produced by the gas production method of the embodiment can be solved. In this way, the utilization of energy using woody biomass containing radioactive cesium and the fixation of combustion residue containing radioactive cesium by mineralization are integrated to further promote the spread of the gas production method of the embodiment. can be done.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

1.木質バイオマスのガス化
1.1 試料
・材料
木質バイオマスとして、福島県南地域産の粒径2~4mmのスギおが粉を用意した。
セシウムを含む添加剤として、以下のセシウム化合物を用いた。
CsCO(富士フイルム和光純薬株式会社製、型番034-06542)
CsCl(富士フイルム和光純薬株式会社製、型番035-01952)
CsNO(富士フイルム和光純薬株式会社製、型番039-12462)
CsSO(富士フイルム和光純薬株式会社製、型番032-12452)
1. 1. Gasification of Woody Biomass 1.1 Specimens/Materials As a woody biomass, cedar sawdust with a particle size of 2 to 4 mm from the southern region of Fukushima Prefecture was prepared.
The following cesium compounds were used as additives containing cesium.
Cs 2 CO 3 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number 034-06542) ,
CsCl (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number 035-01952) ,
CsNO 3 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., model number 039-12462) ,
Cs 2 SO 4 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, model number 032-12452)

上記おが粉の分析結果を以下に示す。
表1に、おが粉の湿質量(Wet weight)における工業分析値を示す。
表2に、おが粉の灰分を含まない乾燥質量(dry, ash free:DAF)における元素分析値を示す。
The analysis results of the sawdust are shown below.
Table 1 shows industrial analysis values of wet weight of sawdust.
Table 2 shows the elemental analysis values in the dry mass (dry, ash free: DAF) that does not contain ash of sawdust.

Figure 0007199703000001
Figure 0007199703000001

Figure 0007199703000002
Figure 0007199703000002

・試料作製
以下の手順により、試料100質量%に対する添加剤(Cs化合物)の含有割合が、およそ1質量%、2質量%、5質量%、又は10質量%となるよう、おが粉に添加剤を噴霧した。なお、ここでいう「試料」とは、おが粉と添加剤とを含むものである。
・Sample preparation By the following procedure, the content ratio of the additive (Cs compound) to 100% by mass of the sample is added to the sawdust so that it is approximately 1% by mass, 2% by mass, 5% by mass, or 10% by mass. agent was sprayed. The term "sample" as used herein includes sawdust and additives.

(おが粉準備)
1)スギおが粉(福島県南地域産)を105℃にて24時間乾燥させた後、真空乾燥24時間を行った。
2)乾燥したおが粉を、2mm篩及び2.8mm篩で分級して、粒径2.0mm超2.8mm以下にふるい分けした。
3)おが粉12.5gを測り取った。
(Preparing sawdust)
1) After drying cedar sawdust (produced in the southern area of Fukushima Prefecture) at 105°C for 24 hours, vacuum drying was performed for 24 hours.
2) The dried sawdust was classified with a 2 mm sieve and a 2.8 mm sieve, and sieved to a particle size of more than 2.0 mm and 2.8 mm or less.
3) 12.5 g of sawdust was measured.

(溶液噴霧)
4)蒸留水5 mlを測り取り、Cs化合物(Cs2CO3、CsCl、CsNO3、Cs2SO4)の必要量(0.125、0.25、0.65、1.45g)を溶かした。水溶液中のCs化合物濃度を表3に、水溶液中のCsの濃度を表4に示す。
5)霧吹きを用いて、調製した水溶液の全量をおが粉に吹きかけた。
6)霧吹きの容器に蒸留水2 mlを入れ洗浄し、全量をおが粉に吹きかけた。
7)上記6)の操作をもう一度行った。
(solution spraying)
4 ) 5 ml of distilled water was weighed out and the required amount (0.125, 0.25, 0.65, 1.45 g) of Cs compounds ( Cs2CO3 , CsCl, CsNO3 , Cs2SO4) was dissolved therein. Table 3 shows the Cs compound concentration in the aqueous solution, and Table 4 shows the Cs concentration in the aqueous solution.
5) Using an atomizer, the entire amount of the prepared aqueous solution was sprayed onto the sawdust.
6) 2 ml of distilled water was put into a spray container and washed, and the entire amount was sprayed on the sawdust.
7) The operation of 6) above was performed again.

(乾燥)
8)Cs化合物が吹きかけられたおが粉を105℃にて24時間乾燥させた後、真空乾燥24時間を行い、試料を得た。
(dry)
8) After drying the sawdust sprayed with the Cs compound at 105°C for 24 hours, it was vacuum-dried for 24 hours to obtain a sample.

Figure 0007199703000003
Figure 0007199703000003

Figure 0007199703000004
Figure 0007199703000004

1.2 ガス化実験
図1は、実施例で用いたガス化装置1の概略構成図である。
試料は、スクリューフィーダ11を用いて定量的にガス化炉15内に供給した。ガス化炉15の前段からニードルバルブとマスフローメータで流量を管理しながら窒素(N)を供給した。また、蒸留水をプランジャーポンプ12により送液し、予熱器13で200°Cまで昇温させ水蒸気としたのちガス化炉15内に供給した。管状電気炉14を設定温度まで昇温した後、試料および水蒸気の供給を開始した。生成したガスはインピンジャー17によって気液分離し、ガスバック18により回収した。ガス体積は乾式積算流量計19により測定した。生成した灰を含む非ガス成分は、アルミナボール16上に堆積した。
実験条件は常圧条件下においてガス化炉内温度を800℃、900℃又は1000℃とした。供給ガスは窒素とし、設定流量は200 mL/分とした。水蒸気量は供給原料の炭素量に対する水蒸気量のモル比(S/C比)を1.0とした。試料は0.7 g/分で18 分間供給した。
1.2 Gasification Experiment FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gasification apparatus 1 used in Examples.
The sample was quantitatively fed into the gasification furnace 15 using the screw feeder 11 . Nitrogen (N 2 ) was supplied from the front stage of the gasification furnace 15 while controlling the flow rate with a needle valve and a mass flow meter. Distilled water was sent by a plunger pump 12, heated to 200° C. by a preheater 13, turned into steam, and then supplied into the gasification furnace 15. After the temperature of the tubular electric furnace 14 was raised to the set temperature, the supply of the sample and steam was started. The generated gas was gas-liquid separated by the impinger 17 and recovered by the gas bag 18 . The gas volume was measured by a dry integrating flowmeter 19 . Non-gas components including the generated ash were deposited on the alumina balls 16 .
The experimental conditions were the temperature inside the gasifier of 800°C, 900°C or 1000°C under normal pressure conditions. The feed gas was nitrogen and the set flow rate was 200 mL/min. Regarding the amount of steam, the molar ratio (S/C ratio) of the amount of steam to the amount of carbon in the feedstock was set to 1.0. The sample was fed at 0.7 g/min for 18 minutes.

1.3 評価方法
ガス化性能を評価するために、ガス化率と冷ガス効率を定義した。
ガス化率は、下記式(1)に示すように定義し、試料内炭素物質量に対する生成ガス中の炭素物質量の割合で求めた。また、添加したCs2CO3には炭素が含まれていることから、その物質量も供給原料に含まれる炭素量に加えて計算した。
1.3 Evaluation method In order to evaluate gasification performance, gasification rate and cold gas efficiency were defined.
The gasification rate was defined as shown in the following formula (1), and obtained by the ratio of the amount of carbon substance in the produced gas to the amount of carbon substance in the sample. In addition, since the added Cs 2 CO 3 contains carbon, the amount of this substance was also calculated by adding it to the amount of carbon contained in the feedstock.

Figure 0007199703000005
Figure 0007199703000005

冷ガス効率は、下記式(2)に示すように定義し、原料のおが粉の発熱量に対する生成ガス中の可燃性ガスH2、CO、及びCH4の低位発熱量の割合で求めた。 The cold gas efficiency is defined as shown in the following formula ( 2 ) and obtained by the ratio of the lower calorific value of the combustible gases H2, CO, and CH4 in the produced gas to the calorific value of the raw material sawdust. .

Figure 0007199703000006
Figure 0007199703000006

1.4 結果
表5に、上記ガス化実験の、ガス化炉内温度(ガス化温度)、添加剤種類、添加剤の添加量、試料100質量%に対する添加剤の含有割合(質量%)、試料中のCsとCとの元素比率(Cs/C)、ガス化炉への試料供給量、各生成ガス量、全生成ガス合計量、冷ガス効率、及びガス化率を、それぞれ示す。
1.4 Results Table 5 shows the temperature in the gasification furnace (gasification temperature), the type of additive, the amount of additive added, the content ratio of additive to 100% by mass of sample (mass%), The elemental ratio of Cs and C in the sample (Cs/C), the amount of sample supplied to the gasification furnace, the amount of each produced gas, the total amount of all produced gases, the cold gas efficiency, and the gasification rate are shown, respectively.

Figure 0007199703000007
Figure 0007199703000007

図3~9に、上記の表5のデータの一部を、グラフ化したものを示す。
図3にCs2CO3添加割合に対するガス化率のグラフを示す。図4にCs2CO3添加割合に対する冷ガス効率の変化を示す。図5~7には、Cs2CO3添加割合に対する生成ガス量の変化をガス化温度毎に示す(図5:800℃、図6:900℃、図7:1000℃)。また、今回Cs2CO3の添加量が20、30wt%のものに関しても試験を行ったが、図8に示すような固着物が炉内上段に発生し試料の連続供給ができなかった。また、Cs2CO3を添加することに代えて、K2CO3を添加して、その含有割合が、試料100質量%に対しておよそ10質量%となるよう、おが粉に添加剤を噴霧して試料を調整し、ガス化炉内温度800℃でガス化実験を行ったところ、炉内に固着物が発生し、安定的なガス化実験を行うことができなかった。図9及び10には、ガス化温度1000℃におけるCs2CO3と、Cs2CO3以外のCs化合物の、ガス化効率と冷ガス効率の比較結果をそれぞれ示す。
3 to 9 show graphs of some of the data in Table 5 above.
FIG. 3 shows a graph of the gasification rate versus the Cs 2 CO 3 addition ratio. Figure 4 shows the change in cold gas efficiency with respect to the Cs 2 CO 3 addition ratio. Figures 5 to 7 show changes in the amount of generated gas with respect to the Cs 2 CO 3 addition ratio for each gasification temperature (Figure 5: 800°C, Figure 6: 900°C, Figure 7: 1000°C). In addition, this time, tests were also conducted with the addition amount of Cs 2 CO 3 of 20 and 30 wt%. In addition, instead of adding Cs 2 CO 3 , K 2 CO 3 is added, and the additive is added to the sawdust so that the content ratio is about 10% by mass with respect to 100% by mass of the sample. After adjusting the sample by spraying, gasification experiments were conducted at a temperature of 800°C inside the gasification furnace. 9 and 10 show the results of comparing the gasification efficiency and cold gas efficiency of Cs 2 CO 3 and Cs compounds other than Cs 2 CO 3 at a gasification temperature of 1000° C., respectively.

上記の結果から、おが粉(木質バイオマス)のガス化において、おが粉(木質バイオマス)にセシウム化合物を添加することにより、ガス化率、及び冷ガス効率を向上可能であることが分かる。また、セシウム化合物の添加により、比較的低いガス化温度であっても、優れたガス化率、及び冷ガス効率を達成可能であることが分かる。特に、セシウム化合物のなかでも、Cs2CO3の添加により、非常に優れたガス化率、及び冷ガス効率を達成可能であった。 From the above results, it can be seen that in the gasification of sawdust (woody biomass), the gasification rate and cold gas efficiency can be improved by adding a cesium compound to sawdust (woody biomass). It is also found that the addition of a cesium compound can achieve an excellent gasification rate and cold gas efficiency even at a relatively low gasification temperature. In particular, among the cesium compounds, the addition of Cs 2 CO 3 made it possible to achieve a very good gasification rate and cold gas efficiency.

1.5 ガス化残渣(灰を含む非ガス成分)のXAFS分析
上記の木質バイオマスのガス化(ガス化温度:各800℃,900℃,1000℃、添加剤:Cs2CO、添加量:約5質量%)により得られた残渣(灰を含む非ガス成分)、及び標準のCs2CO3サンプルに対し、X線吸収微細構造(XAFS)測定装置(SAGA-LS、BL06(九州大学ビームライン))を用いて測定を行った。
結果を図11に示す。非ガス成分で検出されたピークと、標準のCs2COで検出されたピークとは、いずれも同じであった。このことから、Cs2COの添加及びガス化反応後、800℃~1000℃で残存しているCsの状態はCs2COであり、Cs添加によるガス化効率向上において、Cs2COが活性点になっていることが推測できる。
1.5 XAFS analysis of gasification residue (non-gas components including ash) Gasification of the above woody biomass (gasification temperature: 800°C, 900°C, 1000°C, additive: Cs2CO3 , additive amount: about 5% by mass) and the residue (non-gas components including ash) and standard Cs2CO3 samples were analyzed with an X-ray absorption fine structure (XAFS) measurement device (SAGA-LS, BL06 (Kyushu University beam line)).
The results are shown in FIG. The peaks detected with non-gas components and standard Cs 2 CO 3 were identical. From this, after the addition of Cs 2 CO 3 and the gasification reaction, the state of Cs remaining at 800 ° C to 1000 ° C is Cs 2 CO 3 , and Cs 2 CO 3 is the active point.

2.ポルサイトの合成
2.1 ポルサイト化実験
福島県南地域産のスギおが粉を乾燥し圧縮成形した木質ペレット燃料を、実証スケールの直接式ガス化炉(固定床ダウンドラフト型)へ供給し、部分燃焼が進行するような制限された空気供給量の条件下(還元雰囲気)でガス化させた(反応圧力は約1気圧、反応温度は約700℃~約1000℃)。ガス化後に残ったガス化残渣(木質バイオマス灰を含む非ガス成分)10.0gを、550℃で24時間熱処理(か焼)した。得られたか焼残渣のうち1gに、50質量%の133CsOH水溶液6mlと、HO40mlとを添加し第1の組成物を得て、これを180℃、9.9気圧で41時間処理(水熱合成)したところ、沈殿物(#1サンプル)0.57gが生じた。この沈殿物(#1サンプル)を広角X線回折(XRD)にて測定した結果、この沈殿物(#1サンプル)は、カルサイト(calcite、方解石、組成は炭酸カルシウム)を含むものであった。沈殿物(#1サンプル)を取り除いたろ液に、NaSiO1.85gと、NaAlO0.36gとを添加し第2の組成物を得て、これを180℃、9.9気圧で63時間処理(水熱合成)したところ、沈殿物(#2サンプル)を得た。
2. 2. Synthesis of pollucite 2.1 Experiment of pollucite conversion Wood pellet fuel obtained by drying and compressing cedar sawdust from the southern region of Fukushima Prefecture is supplied to a demonstration-scale direct gasification furnace (fixed-bed downdraft type). Gasification was carried out under conditions of limited air supply (reducing atmosphere) so that partial combustion proceeded (reaction pressure: about 1 atm, reaction temperature: about 700°C to about 1000°C). 10.0 g of gasification residue (non-gas components including woody biomass ash) remaining after gasification was heat-treated (calcined) at 550° C. for 24 hours. To 1 g of the calcined residue obtained, 6 ml of 50% by weight 133 CsOH aqueous solution and 40 ml of H 2 O were added to obtain a first composition, which was treated at 180° C. and 9.9 atm for 41 hours ( Hydrothermal synthesis) produced 0.57 g of a precipitate (#1 sample). As a result of measuring this precipitate (#1 sample) by wide-angle X-ray diffraction (XRD), this precipitate (#1 sample) contained calcite (calcite, composition: calcium carbonate). . To the filtrate from which the precipitate (#1 sample) was removed, 1.85 g of Na2SiO3 and 0.36 g of NaAlO2 were added to obtain a second composition, which was heated at 180°C and 9.9 atm. After 63 hours of treatment (hydrothermal synthesis), a precipitate (#2 sample) was obtained.

2.2 結果
上記で得た沈殿物(#2サンプル)を、デカンテーションにより3回洗浄した後、広角X線回折(XRD)装置(RIGAKU, RINT-ultima-III)にセットし、Cu-Kα線、40kV/40mA、スキャンスピード5度/分、走査範囲10~80度の条件で測定を行った。その結果、図12に示すポルサイトのピークが認められ、沈殿物(#2サンプル)に、ポルサイトが存在することを確認した。
以上により、木質バイオマス灰を含む非ガス成分とセシウムとを原料に、ポルサイトを合成可能であることが示された。
2.2 Results The precipitate obtained above (#2 sample) was washed three times by decantation, set in a wide-angle X-ray diffraction (XRD) device (RIGAKU, RINT-ultima-III), and Cu-Kα Measurement was performed under the conditions of line, 40 kV/40 mA, scan speed of 5 degrees/minute, and scan range of 10 to 80 degrees. As a result, the peak of pollucite shown in FIG. 12 was observed, confirming the presence of pollucite in the precipitate (#2 sample).
From the above, it was shown that pollucite can be synthesized using non-gas components including woody biomass ash and cesium as raw materials.

各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。 Each configuration and combination thereof in each embodiment is an example, and addition, omission, replacement, and other modifications of the configuration are possible without departing from the scope of the present invention. Moreover, the present invention is not limited by each embodiment, but is limited only by the scope of the claims.

1 ガス化装置
11 スクリューフィーダ
12 プランジャーポンプ
13 予熱器
14 管状電気炉
15 ガス化炉
16 アルミナボール
17 インピンジャー
18 ガスバック
19 乾式積算流量計
1 Gasifier 11 Screw Feeder 12 Plunger Pump 13 Preheater 14 Tubular Electric Furnace 15 Gasifier 16 Alumina Ball 17 Impinger 18 Gas Bag 19 Dry Integrated Flow Meter

Claims (7)

含炭素物質と放射性セシウムと水蒸気とを含有する原料を不活性ガス雰囲気内で加熱処理し、水素ガスを含むガスを得ることを含む、ガス製造方法であって、
前記原料における炭素元素(C)とセシウム元素(Cs)とのモル比(Cs/C)が、0.0075以上0.017以下であり、
加熱処理温度が900~1000℃である、ガス製造方法。
A gas production method comprising heat-treating a raw material containing a carbon-containing substance, radioactive cesium, and water vapor in an inert gas atmosphere to obtain a gas containing hydrogen gas,
The molar ratio (Cs/C) of carbon element (C) and cesium element (Cs) in the raw material is 0.0075 or more and 0.017 or less,
A gas production method , wherein the heat treatment temperature is 900 to 1000°C .
前記セシウムがセシウム化合物である、請求項1に記載のガス製造方法。 2. The gas production method according to claim 1, wherein said cesium is a cesium compound. 前記セシウム化合物がCsCOである、請求項に記載のガス製造方法。 3. The gas production method according to claim 2 , wherein the cesium compound is Cs2CO3 . 前記含炭素物質が木質バイオマスを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載のガス製造方法。 The gas production method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the carbon-containing substance includes woody biomass. 前記ガスがさらに一酸化炭素ガスを含む、請求項1~のいずれか一項に記載のガス製造方法。 The gas production method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the gas further contains carbon monoxide gas. 請求項1~のいずれか一項に記載のガス製造方法で得られた非ガス成分から、ポルサイトを合成することを含む、ポルサイトの製造方法。 A method for producing pollucite, comprising synthesizing pollucite from non-gas components obtained by the gas production method according to any one of claims 1 to 5 . 前記非ガス成分からカルシウムを除去することを含む、請求項に記載のポルサイトの製造方法。 7. A method of producing pollucite according to claim 6 , comprising removing calcium from said non-gas components.
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