JP7369053B2 - Hydrogen production method and hydrogen production device - Google Patents
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Description
本発明は、水素製造方法および水素製造装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen production method and a hydrogen production apparatus.
バイオマス原料をガス化する技術として、従来、三塔式流動床を用いる技術が知られている。 As a technique for gasifying biomass raw materials, a technique using a three-column fluidized bed is conventionally known.
例えば、特許文献1に記載の技術は、吸熱反応が生じる熱分解塔および改質塔に、熱媒と、CO2吸収材等として機能する酸化カルシウム(CaO)とを循環させることによって、部分燃焼を必要とせずに熱自立した、流動ガス化炉である。
For example, the technology described in
当該流動ガス化炉は、燃焼塔、改質塔および熱分解塔を備えている。酸化カルシウムは、燃焼塔、次いで改質塔、最後に熱分解塔の順番にて、流動ガス化炉内を移動する。熱分解塔内の酸化カルシウムは、再び燃焼塔へと送られ、流動ガス化炉内における循環を繰り返す。 The fluidized gasifier includes a combustion tower, a reforming tower, and a pyrolysis tower. Calcium oxide moves through the fluidized gasifier in the following order: a combustion tower, then a reforming tower, and finally a pyrolysis tower. Calcium oxide in the pyrolysis tower is sent to the combustion tower again and is repeatedly circulated in the fluidized gasifier.
熱分解塔および改質塔が所望の温度にてバランスを保つためには、熱分解塔および改質塔の各々において、「反応熱量(吸熱量)=供給熱量(CaO顕熱)」という熱収支が成立する必要がある。 In order for the pyrolysis tower and the reforming tower to maintain a balance at the desired temperature, the heat balance of "reaction heat amount (absorption amount) = supply heat amount (CaO sensible heat)" is required in each of the pyrolysis tower and reforming tower. needs to hold true.
従来技術では、上述した熱収支を成立させるために、熱分解塔の温度を、層内熱交換または水噴霧等によって下げる必要があった。 In the prior art, in order to establish the above-mentioned heat balance, it was necessary to lower the temperature of the pyrolysis tower by intralayer heat exchange, water spraying, or the like.
しかしながら、上述のような従来技術は、熱分解塔にて除熱されるエネルギー(蒸発潜熱)をプロセス内にて有効利用することができないという問題がある。 However, the above-mentioned conventional techniques have a problem in that the energy (latent heat of vaporization) removed in the pyrolysis tower cannot be effectively used in the process.
本発明の一態様は、熱分解塔にて除熱する必要がなく、プロセス内にてエネルギーを有効利用することができる水素製造方法および水素製造装置を実現することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to realize a hydrogen production method and a hydrogen production apparatus that do not require heat removal in a pyrolysis tower and can effectively utilize energy within the process.
本発明者らは、改質工程にて用いられた酸化カルシウムの一部を、熱分解工程にて熱分解される原料に供給するとともに、改質工程にて用いられた酸化カルシウムの一部を、燃焼工程にて燃焼される熱分解生成物にも供給すれば「反応熱量(吸熱量)=供給熱量(CaO顕熱)」という熱収支を成立させることができることに想到し、本発明を完成させた。 The present inventors supplied a part of the calcium oxide used in the modification process to the raw material to be thermally decomposed in the pyrolysis process, and also supplied a part of the calcium oxide used in the modification process. The present invention was completed based on the idea that if the thermal decomposition products burned in the combustion process were also supplied, the heat balance of "reaction heat amount (absorbed heat amount) = supplied heat amount (sensible heat of CaO)" could be established. I let it happen.
本発明の一態様に係る水素製造方法は、リン含有バイオマスから水素を製造する水素製造方法であって、前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解工程と、前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼工程と、前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質工程と、前記改質工程に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解工程にて熱分解される前記原料に供給し、かつ、前記改質工程にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼工程にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する、酸化カルシウム供給工程と、を含む。 A hydrogen production method according to one aspect of the present invention is a hydrogen production method for producing hydrogen from phosphorus-containing biomass, in which a raw material containing the phosphorus-containing biomass is pyrolyzed in the presence of steam or superheated steam to generate heat. a pyrolysis step for obtaining a decomposition product and a combustible gas; a combustion step for obtaining a combustion product by burning the pyrolysis product; and a pyrolysis step for obtaining a combustion product from the flammable gas by steam reforming using calcium oxide a reforming step for producing a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the hydrogen gas, and supplying a part of the calcium oxide used in the reforming step to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step. and a calcium oxide supplying step of supplying a part of the calcium oxide used in the reforming step to the pyrolysis product to be burned in the combustion step.
本発明の一態様に係る水素製造装置は、リン含有バイオマスから水素を製造する水素製造装置であって、前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解装置と、前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼装置と、前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質装置と、前記改質装置に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解装置にて熱分解される前記原料に供給するための供給路と、前記改質装置にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼装置にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する供給路とを有する、酸化カルシウム供給路と、を備えている。 A hydrogen production device according to one aspect of the present invention is a hydrogen production device that produces hydrogen from phosphorus-containing biomass, and the hydrogen production device pyrolyzes a raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam to generate heat. a pyrolysis device for obtaining a decomposition product and a combustible gas; a combustion device for combusting the pyrolysis product to obtain a combustion product; a reforming device that produces a fuel gas with a higher hydrogen concentration than that of the hydrogen gas, and supplying a portion of the calcium oxide used in the reforming device to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition device. and a supply path for supplying a part of the calcium oxide used in the reformer to the pyrolysis product to be burned in the combustion device. , is equipped with.
本発明の一態様によれば、熱分解装置にて除熱する必要がなく、プロセス内にてエネルギーを有効利用することができる。 According to one aspect of the present invention, it is not necessary to remove heat in a pyrolysis apparatus, and energy can be effectively used in the process.
例えば、本発明の一態様によれば、従来技術では熱分解装置にて除熱されていた熱を燃焼装置に送ることによって、燃焼装置の運転に必要な燃料の量を低減することができる。 For example, according to one aspect of the present invention, the amount of fuel required to operate the combustion device can be reduced by sending heat that was removed in the pyrolysis device in the prior art to the combustion device.
例えば、本発明の一態様によれば、製造される水素の量を増加させることができる。 For example, according to one aspect of the invention, the amount of hydrogen produced can be increased.
以下、本発明の実施の形態の一例について詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されない。以下の各項目で記載した内容は、他の項目においても適宜援用できる。本発明は下記の各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。従って、異なる実施形態にそれぞれ開示されている技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited thereto. The contents described in each item below can be used in other items as appropriate. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. Therefore, embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「A~B」は、「A以上、B以下」を意味する。本明細書中に記載された学術文献および特許文献のすべてが、本明細書中において参考文献として援用される。 Unless otherwise specified herein, the numerical range "A to B" means "A or more and B or less". All academic and patent documents mentioned herein are incorporated herein by reference.
〔水素製造装置〕
本発明の一実施の形態における水素製造装置は、リン含有バイオマスから水素を製造する水素製造装置であって、前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解装置と、前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼装置と、前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質装置と、前記改質装置に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解装置にて熱分解される前記原料に供給するための供給路と、前記改質装置にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼装置にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する供給路とを有する、酸化カルシウム供給路と、を備えている。
[Hydrogen production equipment]
A hydrogen production device according to an embodiment of the present invention is a hydrogen production device that produces hydrogen from phosphorus-containing biomass, and includes thermally decomposing a raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam. a pyrolysis device for obtaining a pyrolysis product and a combustible gas; a combustion device for combusting the pyrolysis product to obtain a combustion product; A reformer that produces a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the combustible gas, and a part of the calcium oxide used in the reformer is supplied to the raw material to be thermally decomposed in the thermal cracker. a supply path for supplying a portion of the calcium oxide used in the reformer to the pyrolysis product to be burned in the combustion device; It is equipped with.
前記リン含有バイオマスとしては、例えば、下水処理場で発生する下水汚泥、し尿処理場で発生するし尿汚泥、肉骨粉、畜糞等のリン含有バイオマスが挙げられる。リン含有バイオマスに含まれるリンの形態としては、例えば、生体由来の有機性リン、リン酸態リン等が挙げられる。但し、リン含有バイオマスは、前記例示のリン含有バイオマスに限定されない。尚、以下の説明においては、リン含有バイオマスとして、下水汚泥やし尿汚泥である汚泥スラリーを例に挙げることとする。 Examples of the phosphorus-containing biomass include phosphorus-containing biomass such as sewage sludge generated in sewage treatment plants, human waste sludge generated in human waste treatment plants, meat and bone meal, and livestock manure. Examples of the form of phosphorus contained in the phosphorus-containing biomass include organic phosphorus derived from living organisms, phosphate phosphorus, and the like. However, the phosphorus-containing biomass is not limited to the above-mentioned phosphorus-containing biomass. In the following description, sludge slurry such as sewage sludge or human waste sludge will be used as an example of the phosphorus-containing biomass.
本発明の一実施の形態における水素製造装置は、図1に示すように、脱水装置1、乾燥装置2、熱分解装置3、改質装置4、燃焼装置5、灰分分離装置6を備えている。尚、脱水装置1、乾燥装置2、灰分分離装置6は、本発明の水素製造装置にとって、任意の構成である。各装置は、リンの回収を連続的に行うことができるように、搬送機能を具備した装置(図示しない)で互いに連結されている。つまり、前記水素製造装置は、リンの回収を連続的に行うことができるように、複数の流動層装置から構成されている。但し、本発明の水素製造装置は、流動床式の回収装置に限定されない。
As shown in FIG. 1, a hydrogen production device in an embodiment of the present invention includes a
以下、本発明の一実施の形態における水素製造装置を構成する各装置に関して、図1および図2を参照しながら説明する。 Hereinafter, each device constituting a hydrogen production device in an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
<脱水装置1>
脱水装置1は、汚泥スラリー供給路21を通じて供給される汚泥スラリー(リン含有バイオマス)から水分を含む分離液を除去して脱水汚泥とした後、得られた脱水汚泥の少なくとも一部を、脱水汚泥供給路22を通じて乾燥装置2に供給する。脱水装置1は、脱水汚泥の一部を、乾燥装置バイパス(図示しない)を通じて熱分解装置3に供給することも可能である。また、脱水装置1は、水分を含む分離液を、分離液排出路(図示しない)を通じて外部に排出することも可能である。
<
The
脱水装置1は、汚泥スラリーから水分を含む分離液を除去することができる装置であればよく、例えば、ベルトプレス等の加圧式脱水機、または、遠心脱水機等の機械的脱水機が挙げられる。
The
脱水装置1は、汚泥スラリーに、無機カルシウム化合物供給路(図示しない)から供給される無機カルシウム化合物を混合する混合装置としての機能を兼ね備えているのが好ましい。従って、乾燥装置2に供給される脱水汚泥は、脱水汚泥と無機カルシウム化合物との混合物であり得る。
The
汚泥スラリーに無機カルシウム化合物を混合する時期は、汚泥スラリーから分離液を除去する前であってもよく、汚泥スラリーから分離液を除去する途中であってもよく、汚泥スラリーから分離液を除去した後であってもよく、さらに、これら時期を複数組み合わせてもよい。但し、以下に示すように、無機カルシウム化合物は脱水助剤として作用することから、分離液を除去する前に、汚泥スラリーに無機カルシウム化合物を混合することがより好ましい。 The inorganic calcium compound may be mixed into the sludge slurry before the separated liquid is removed from the sludge slurry, or during the removal of the separated liquid from the sludge slurry, or after the separated liquid is removed from the sludge slurry. It may be later, or a plurality of these periods may be combined. However, as shown below, since the inorganic calcium compound acts as a dehydration aid, it is more preferable to mix the inorganic calcium compound into the sludge slurry before removing the separated liquid.
(無機カルシウム化合物)
無機カルシウム化合物は、リン酸三カルシウム「Ca3(PO4)2」のカルシウム源になると共に、汚泥スラリーの脱水を促進する脱水助剤としても作用する。従って、汚泥スラリーに無機カルシウム化合物を添加することにより、通常の脱水方法よりも脱水性を向上させることができる。
(Inorganic calcium compound)
The inorganic calcium compound serves as a calcium source for tricalcium phosphate "Ca 3 (PO 4 ) 2 " and also acts as a dewatering aid to promote dewatering of the sludge slurry. Therefore, by adding an inorganic calcium compound to the sludge slurry, the dewatering performance can be improved more than in a normal dewatering method.
無機カルシウム化合物は、炭酸カルシウム「CaCO3」、消石灰「Ca(OH)2」、生石灰「CaO」、およびドロマイト「Ca・Mg(CO3)2」からなる群から選択される少なくとも一つであることが好ましい。無機カルシウム化合物の粒径は、200μm~500μmであることが好ましい。 The inorganic calcium compound is at least one selected from the group consisting of calcium carbonate "CaCO 3 ", slaked lime "Ca(OH) 2 ", quicklime "CaO", and dolomite "Ca.Mg(CO 3 ) 2 ". It is preferable. The particle size of the inorganic calcium compound is preferably 200 μm to 500 μm.
無機カルシウム化合物は、脱水助剤として作用する他に、流動媒体、二酸化炭素吸収媒体、ガス化プロセスの熱源(顕熱媒体および二酸化炭素吸収反応熱)およびリン溶融防止剤等の複数の役割を果たす。さらに、無機カルシウム化合物は、高濃度の水素の製造にも寄与するという二次的な機能も併せ持つ。 In addition to acting as a dehydration aid, inorganic calcium compounds play multiple roles such as a fluidizing medium, a carbon dioxide absorption medium, a heat source for the gasification process (sensible heat medium and carbon dioxide absorption reaction heat), and a phosphorus melting inhibitor. . Furthermore, inorganic calcium compounds also have the secondary function of contributing to the production of highly concentrated hydrogen.
前記無機カルシウム化合物は、水素製造装置に供給される全量が脱水装置1に供給されてもよく、その一部が、後述するように、熱分解装置3、改質装置4、燃焼装置5の何れに供給されてもよい。
The entire amount of the inorganic calcium compound supplied to the hydrogen production device may be supplied to the
汚泥スラリーに混合する無機カルシウム化合物の添加量W(モル/kg-乾燥重量(DS))は、量論的には下記式(1)の通りである。つまり、当該添加量Wは、汚泥スラリー中のリンおよび硫黄分を、リン酸三カルシウム「Ca3(PO4)2」および石膏「CaSO4」として回収することができる量以上であればよい。 The amount W (mol/kg-dry weight (DS)) of the inorganic calcium compound to be added to the sludge slurry is stoichiometrically as shown in the following formula (1). That is, the addition amount W may be at least the amount that allows the phosphorus and sulfur content in the sludge slurry to be recovered as tricalcium phosphate "Ca 3 (PO 4 ) 2 " and gypsum "CaSO 4 ".
W(モル/kg-DS) ≧ (3/2)×P(モル/kg-DS) + S(モル/kg-DS) …(1)
従って、汚泥スラリーに混合する無機カルシウム化合物の添加量は、式(1)を満足する量であればよく、特に限定されない。具体的には、汚泥スラリー(リン含有バイオマス)乾燥重量1kg当たり、0.06kg~0.8kg、より好ましくは0.1kg~0.5kgの無機カルシウム化合物を混合すればよい。特に、汚泥スラリーに対して無機カルシウム化合物を過剰に混合することによって、リン化合物の溶融による焼却炉への付着およびそれに伴う焼却炉の閉塞をより効果的に防止することができる。
W (mol/kg-DS) ≧ (3/2) x P (mol/kg-DS) + S (mol/kg-DS)...(1)
Therefore, the amount of the inorganic calcium compound added to the sludge slurry is not particularly limited as long as it satisfies formula (1). Specifically, 0.06 kg to 0.8 kg, more preferably 0.1 kg to 0.5 kg of the inorganic calcium compound may be mixed per 1 kg of dry weight of the sludge slurry (phosphorus-containing biomass). In particular, by mixing an excessive amount of an inorganic calcium compound with the sludge slurry, it is possible to more effectively prevent the melting of phosphorus compounds from adhering to the incinerator and the resulting clogging of the incinerator.
<乾燥装置2>
乾燥装置2は、脱水装置1から供給された脱水汚泥を加熱し、水分を蒸発させて乾燥汚泥とする。乾燥装置2は、蒸発させた水分を、乾燥水蒸気として、水蒸気供給路23を通じて熱交換器10に供給し得る。熱交換器10では、乾燥水蒸気の温度が所望の温度に調節され、過熱蒸気が生じる。尚、当該過熱蒸気の具体的な温度は、150℃~300℃となる。
<Drying device 2>
The drying device 2 heats the dehydrated sludge supplied from the dehydrating
熱交換器10にて生じた過熱蒸気の一部は、過熱蒸気供給路24および過熱蒸気供給路25を経て、熱分解装置3へ供給され得る。また、熱交換器10にて生じた過熱蒸気の一部は、過熱蒸気供給路24および過熱蒸気供給路26を経て、乾燥装置2へ供給され得る。これにより、熱を有効活用することができる。尚、過熱蒸気供給路24、過熱蒸気供給路25、および、過熱蒸気供給路26からなる群から選択される少なくとも1つには、蒸気循環ファン7が設けられ得る。蒸気循環ファン7によって、過熱蒸気を目的とする構成へ供給することができる。
A part of the superheated steam generated in the
熱交換器10にて生じた過熱蒸気の一部は、過熱蒸気供給路27を経て、コンデンサ8へ供給され得る。コンデンサ8に供給された過熱蒸気は、コンデンサ8によって冷却されて凝縮し、除去水として、除去水排出路28を通じて排出され得る。
A part of the superheated steam generated in the
乾燥装置2は、水分が除去された乾燥汚泥を、乾燥汚泥供給路29を通じて熱分解装置3に供給する。また、乾燥装置2は、必要に応じて、乾燥汚泥の一部を、熱源用乾燥汚泥供給路30を通じて燃焼装置5に供給する。燃焼装置5に供給された乾燥汚泥は、熱源として燃焼され得る。
The drying device 2 supplies the dried sludge from which water has been removed to the
乾燥装置2は、乾燥汚泥を乾燥させることができる装置であればよく、方式は特に限定されない。なお、図1では、乾燥水蒸気を熱交換器10によって過熱蒸気として循環利用する直接加熱型乾燥機を採用した構成を例示している。しかしながら、本発明の一実施の形態における水素製造装置は、当該構成に限定されず、乾燥水蒸気を系外へ排出し、乾燥装置2として、熱媒としての水蒸気を循環利用する蒸気間接加熱型乾燥機を用いることも可能である。
The drying device 2 may be any device that can dry dried sludge, and its method is not particularly limited. Note that FIG. 1 exemplifies a configuration that employs a direct heating type dryer in which dry steam is recycled as superheated steam by a
<熱分解装置3>
熱分解装置3は、乾燥装置2から供給された乾燥汚泥を、水蒸気または過熱蒸気の存在下、400℃~900℃、より好ましくは600℃~800℃、より好ましくは700℃程度で加熱しながら、0.1時間~2時間、より好ましくは0.5時間~1時間滞留させることにより、熱分解する。当該熱分解によって、熱分解生成物および可燃性ガスが得られる。尚、熱分解装置3における加熱温度が750℃を超える場合、熱分解温度が高くなるに従って、酸化カルシウムによる二酸化炭素の吸収反応が生じ難くなる傾向を示すと共に、可燃性ガスの水素濃度が低下する傾向を示す。それ故に、可燃性ガスに含まれる水素の濃度を上げるという観点からは、熱分解装置3における熱分解温度は、上述した温度であることが好ましい。
<
The
熱分解装置3は、熱分解して得た熱分解生成物のうち、熱分解固体生成物を、熱分解固体生成物供給路31を通じて燃焼装置5に供給する。一方、熱分解装置3は、熱分解して得た熱分解生成物のうち、熱分解ガスである可燃性ガスを、可燃性ガス供給路32を通じて改質装置4に供給する。また、熱分解装置3には、改質装置4から、供給路33を通じて酸化カルシウム「CaO」が供給(循環)されると共に、必要に応じて、新たな無機カルシウム化合物の一部が供給される。供給路33を介した酸化カルシウムの循環の詳細については、後述する。
The
熱分解装置3は、乾燥汚泥を熱分解することができる装置であればよく、その構成は特に限定されない。
The
熱分解装置3においては、下記反応により熱分解が行われ、可燃性ガスが生成する。即ち、乾燥汚泥は、下記式(2)に示す反応によって、水蒸気または過熱蒸気の存在下で熱分解され、熱分解ガスと、熱分解固体生成物とに転換される。熱分解ガスは、水素「H2」、一酸化炭素「CO」、二酸化炭素「CO2」、硫化水素「H2S」およびアンモニア「NH3」、並びに、メタン「CH4」、炭化水素系ガスおよびタール成分を含有する炭化水素系ガス「CmHn」を主成分として含む。熱分解固体生成物は、炭(charcoal)および灰分を含む。
In the
乾燥汚泥(C,H,O,N,S) + H2O → 熱分解ガス(H2,CO,CO2,CmHn,H2S,NH3) + C(charcoal) + 灰分 …(2)
ここで、灰分は、P,Si,Al,Fe,Mg,Ca,NaおよびK等を含有する化合物である。
Dry sludge (C, H, O, N, S) + H 2 O → Pyrolysis gas (H 2 , CO, CO 2 , C m H n , H 2 S, NH 3 ) + C (charcoal) + ash... (2)
Here, ash is a compound containing P, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, K, etc.
また、炭(charcoal)の一部は、水蒸気または過熱蒸気と反応し、下記式(3)に示すように、二酸化炭素および水素に転換される。 Further, a part of the charcoal reacts with water vapor or superheated steam and is converted into carbon dioxide and hydrogen as shown in the following formula (3).
C(charcoal) + 2H2O → CO2 + 2H2 …(3)
さらに、熱分解ガスに含まれる一酸化炭素は、水蒸気または過熱蒸気と反応し、下記式(4)に示すように、二酸化炭素に転換される。
C (charcoal) + 2H 2 O → CO 2 + 2H 2 ... (3)
Further, carbon monoxide contained in the pyrolysis gas reacts with water vapor or superheated steam and is converted to carbon dioxide as shown in the following formula (4).
CO + H2O → CO2+ H2 …(4)
前記熱分解ガスに含まれる硫化水素の大部分は、乾燥汚泥中の無機カルシウム化合物や、主に加熱によって生じた酸化カルシウムと反応し、下記式(5)に示すように、硫化カルシウムとなり、固定化される。このように熱分解ガスに含まれる硫化水素の大部分が硫化カルシウムとなって固定化されることにより、結果的に熱分解ガス中の水素濃度が高まる。
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 …(4)
Most of the hydrogen sulfide contained in the pyrolysis gas reacts with inorganic calcium compounds in the dried sludge and calcium oxide mainly generated by heating, and becomes calcium sulfide, as shown in formula (5) below, and is fixed. be converted into In this way, most of the hydrogen sulfide contained in the pyrolysis gas becomes calcium sulfide and is fixed, resulting in an increase in the hydrogen concentration in the pyrolysis gas.
CaO + H2S → CaS + H2O …(5)
そして、前記式(2)~(4)に示す反応によって発生した二酸化炭素は、酸化カルシウムと反応し、下記式(6)に示すように、炭酸カルシウム「CaCO3」となり、固定化される。式(6)に示す反応によって熱分解ガスから、二酸化炭素のみが酸化カルシウムに吸収されて引き抜かれるため、式(2)~(4)に示す反応において右向きの平衡移動が起こり、結果的に高濃度の水素を含む可燃性ガスが生成される。
CaO + H 2 S → CaS + H 2 O…(5)
Then, the carbon dioxide generated by the reactions shown in formulas (2) to (4) above reacts with calcium oxide to become calcium carbonate "CaCO 3 " and is fixed as shown in formula (6) below. Because only carbon dioxide is absorbed by calcium oxide and extracted from the pyrolysis gas by the reaction shown in equation (6), a rightward equilibrium shift occurs in the reactions shown in equations (2) to (4), resulting in a high A flammable gas containing a concentration of hydrogen is produced.
CaO + CO2→ CaCO3 …(6)
一方、熱分解固体生成物の灰分に含まれるリンは、熱分解装置3内で、無機カルシウム化合物と反応してリン酸三カルシウム「Ca3(PO4)2」となる。本実施の形態においては、汚泥スラリーに混合する無機カルシウム化合物の添加量が極めて多く、熱分解装置3内(反応場)により多くのカルシウムが存在する。それゆえ、リンを、融点が1390℃の高融点リン化合物であるリン酸三カルシウムまで転換することができる。
CaO + CO2 → CaCO3 ...(6)
On the other hand, phosphorus contained in the ash of the pyrolysis solid product reacts with an inorganic calcium compound in the
従って、熱分解装置3における熱分解によって、前記乾燥汚泥から、リン酸三カルシウム、硫化カルシウム、炭(charcoal)、炭酸カルシウム、未反応の無機カルシウム化合物、および灰分等を含む固体成分である熱分解固体生成物が得られる。
Therefore, by thermal decomposition in the
前記リン酸三カルシウムは、リン鉱石資源の主成分であるため、鉱石資源として再利用することができる。また、リン酸三カルシウムの融点は1390℃と高いため、熱分解装置3および燃焼装置5における、リン化合物の溶融による焼却炉への付着およびそれに伴う焼却炉の閉塞を防止することができる。それゆえ、水素製造装置をより安定して連続運転することが可能となる。
Since the tricalcium phosphate is a main component of phosphate rock resources, it can be reused as an ore resource. Further, since the melting point of tricalcium phosphate is as high as 1390° C., it is possible to prevent the phosphorus compound from melting and adhering to the incinerator in the
<改質装置4>
改質装置4は、熱分解装置3から供給された可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質を行うことによって、当該可燃性ガスよりも水素濃度を高めた第二の可燃性ガスを製造し、当該第二の可燃性ガスを、可燃性ガス排出路35を通じて排出する。排出された第二の可燃性ガスは、熱交換器9によって冷却され、高濃度の水素を含むガスとして回収される。熱交換器9によって回収された熱は、燃焼用空気供給路39を介して燃焼装置5に供給され得る。これにより、熱を有効活用することができる。
<
The
改質装置4は、熱分解装置3から供給された可燃性ガスを、800℃~1100℃、より好ましくは850℃~1000℃、さらに好ましくは950℃程度で加熱しながら、0.5秒~3.0秒、より好ましくは1.0秒~2.5秒、滞留させることにより、水蒸気改質を行う。
The
また、改質装置4には、灰分分離装置6から、循環酸化カルシウム供給路37を通じて酸化カルシウム「CaO」が供給(循環)されると共に、必要に応じて、新たな無機カルシウム化合物が供給される。さらに、改質装置4は、供給路33を通じて熱分解装置3に、酸化カルシウムを供給(循環)すると共に、バイパス供給路34を通じて後述する燃焼装置5に、酸化カルシウムを供給(循環)する。供給路33、および、バイパス供給路34を介した酸化カルシウムの循環の詳細については、後述する。
In addition, calcium oxide "CaO" is supplied (circulated) from the
改質装置4は、前記可燃性ガスを水蒸気改質することができる装置であればよく、その構成は特に限定されない。
The
前記改質装置4においては、下記反応により可燃性ガスの水蒸気改質が行われ、高濃度の水素が生成する。即ち、可燃性ガスは、水素および一酸化炭素、並びに、メタン「CH4」、炭化水素系ガスおよびタール成分を含有する炭化水素系ガス「CmHn」を含んでいる。可燃性ガスに含まれる炭化水素系ガスは、前記式(4)および下記式(7)に示すように、酸化カルシウムを触媒として、水蒸気改質によって水素および二酸化炭素に改質される。
In the
CmHn+ H2O → H2 + CO2 …(7)
生成した二酸化炭素は、前記式(6)に示すように、酸化カルシウムに吸収される。これにより、可燃性ガスから、水素の濃度がさらに高められた第二の可燃性ガス、即ち、高濃度の水素を含むガスが得られる。第二の可燃性ガスは、高濃度の水素、CO2、および前記式(7)において未反応のまま残留したCmHnで構成される。尚、第二の可燃性ガスは、その一部をそのまま燃焼用ガスとして用いてもよいし、PSA等のガス分離装置を用いて高濃度水素のみを分離した後のCO2およびCmHnを主成分とするオフガスを燃焼用ガスとして用いてもよい。これにより、外部から供給する燃焼用ガスの量を削減することができる。
C m H n + H 2 O → H 2 + CO 2 …(7)
The generated carbon dioxide is absorbed by calcium oxide, as shown in the above formula (6). As a result, a second combustible gas in which the concentration of hydrogen is further increased, that is, a gas containing a high concentration of hydrogen, is obtained from the combustible gas. The second combustible gas is composed of highly concentrated hydrogen, CO 2 , and C m H n remaining unreacted in the above formula (7). A part of the second combustible gas may be used as a combustion gas as it is, or CO 2 and C m H n after only high concentration hydrogen is separated using a gas separation device such as PSA. An off-gas containing as a main component may be used as the combustion gas. Thereby, the amount of combustion gas supplied from the outside can be reduced.
<燃焼装置5>
燃焼装置5は、熱分解装置3から供給された熱分解固体生成物(熱分解生成物)を燃焼する。燃焼装置5は、燃焼して得た燃焼生成物のうち、燃焼固体生成物を、燃焼固体生成物供給路38を通じて灰分分離装置6に供給する。燃焼装置5には、燃焼用空気供給路39から熱交換器9を介して加熱された空気または酸素含有ガスが供給される。熱源となる燃焼用ガスは、燃焼用ガス供給路36を通じて外部から供給してもよいし、前記第二の可燃性ガスの一部、または前記オフガスを供給してもよい。また、燃焼装置5には、必要に応じて、新たな無機カルシウム化合物が供給され得る。
<
The
燃焼装置5は、熱分解装置3から供給された熱分解固体生成物を、850℃~1200℃、より好ましくは900℃~1150℃、さらに好ましくは1100℃程度で加熱しながら、0.1時間~2.0時間、より好ましくは0.5時間~1.0時間、滞留させることにより、燃焼する。
The
さらに、燃焼装置5には、必要に応じて、乾燥装置2から熱源用乾燥汚泥供給路30を通じて乾燥汚泥が供給され得る。当該乾燥汚泥は、燃焼装置5において前記燃焼用ガスの燃焼による熱量だけで熱分解固体生成物の燃焼を行うことが困難である場合に、熱源として燃焼され得る。乾燥汚泥を燃焼させることにより、外部から供給される燃焼用ガスの量を削減することができるので、エネルギーの使用量を削減することができる。
Furthermore, dry sludge can be supplied to the
燃焼装置5は、前記熱分解固体生成物を燃焼させることができる装置であればよく、その構成は特に限定されない。
The
前記燃焼装置5においては、下記反応により燃焼固体生成物および燃焼ガスが生成する。即ち、下記式(8)に示すように、空気または酸素含有ガスによって、熱分解固体生成物に含まれる炭(charcoal)は燃焼して二酸化炭素になる。また、下記式(9)に示すように、熱分解固体生成物に含まれる炭酸カルシウムは酸化カルシウムになることにより再生される。また、下記式(10)に示すように、空気または酸素含有ガスによって、熱分解固体生成物に含まれる硫化カルシウムは石膏(硫酸カルシウム)「CaSO4」となる。
In the
C(charcoal) + O2 → CO2 …(8)
CaCO3→ CaO + CO2 …(9)
CaS + 2O2→ CaSO4 …(10)
前記式(8)および式(10)に示す反応は発熱反応であり、当該反応で生じた反応熱は、循環される酸化カルシウムの顕熱となって、熱分解装置3、改質装置4および燃焼装置5の熱源として利用され得る。
C (charcoal) + O2 → CO2 ...(8)
CaCO3 → CaO + CO2 ...(9)
CaS + 2O 2 → CaSO 4 ... (10)
The reactions shown in formulas (8) and (10) above are exothermic reactions, and the reaction heat generated in the reactions becomes sensible heat of the circulating calcium oxide, and is transferred to the
燃焼装置5においては、前記式(8)~(10)に示す反応、および、必要に応じて乾燥装置2から供給された乾燥汚泥の燃焼によって、酸化カルシウム、リン酸三カルシウム、石膏および灰分等を含む固体成分である燃焼固体生成物が得られる。また、当該燃焼固体生成物と共に、高濃度の二酸化炭素が含まれた燃焼ガスが得られる。燃焼装置5は、燃焼して得た燃焼生成物のうち、燃焼ガスを、燃焼ガス排出路40を通じて排出し得る。
In the
<灰分分離装置6>
灰分分離装置6は、燃焼装置5で得られた燃焼生成物からリン含有灰を分離する。例えば、灰分分離装置6は、燃焼装置5から供給された燃焼固体生成物から、酸化カルシウムを主成分として含む粒子と、リン酸三カルシウム、石膏および灰分等を含む固体成分であるリン含有灰(酸化カルシウム以外の燃焼固体生成物)とを分離する。そして、灰分分離装置6は、前記リン含有灰を、リン含有灰排出路41を通じて排出し得る。前記リン含有灰には、リン酸カルシウム化合物として、リン酸三カルシウム「Ca3(PO4)2」の他に、P2O5,CaPO4,Ca(PO3)2,Ca2P2O7,CaHPO4等が含まれている。尚、リン含有灰は、酸化カルシウムを主成分として含む粒子よりも粒度が小さい。
<
The
一方、灰分分離装置6は、酸化カルシウムを主成分として含む粒子を、循環酸化カルシウム供給路37を通じて改質装置4に供給する。これにより、酸化カルシウムは、改質装置4、熱分解装置3、燃焼装置5および灰分分離装置6を循環し、繰り返し利用され、上述した複数の役割を果たす。
On the other hand, the
灰分分離装置6は、燃焼固体生成物を、酸化カルシウムを主成分として含む粒子と、それ以外の燃焼固体生成物とに分離することができる装置であればよく、例えばサイクロンが挙げられるものの、その構成は特に限定されない。
The
本実施の形態に係る水素製造装置は、リン酸三カルシウムを含むリン含有灰を回収してもよい。そのため、本実施の形態に係る水素製造装置は、リン含有灰排出路41から供給された、リン酸三カルシウムを含むリン含有灰に酸を添加して、リン酸三カルシウムと反応させ、リン酸およびリン酸二水素カルシウム等の溶解性リン酸化合物を製造するリン酸製造装置(図示しない)をさらに備えていてもよい。
The hydrogen production device according to this embodiment may collect phosphorus-containing ash containing tricalcium phosphate. Therefore, the hydrogen production device according to the present embodiment adds an acid to the phosphorus-containing ash containing tricalcium phosphate, which is supplied from the phosphorus-containing
<酸化カルシウム供給路(供給路33およびバイパス供給路34)>
図2を参照しながら、酸化カルシウムの循環について説明する。
<Calcium oxide supply path (
The circulation of calcium oxide will be explained with reference to FIG. 2.
灰分分離装置6は、燃焼装置5から供給された燃焼固体生成物から、酸化カルシウムを主成分として含む粒子と、リン酸三カルシウム、石膏および灰分等を含む固体成分であるリン含有灰(酸化カルシウム以外の燃焼固体生成物)とを分離する。酸化カルシウムを主成分として含む粒子は、循環酸化カルシウム供給路37を通じて改質装置4に供給される。
The
改質装置4は、供給路33を通じて熱分解装置3に酸化カルシウムを供給すると共に、バイパス供給路34を通じて燃焼装置5に酸化カルシウムを供給する。
The
後述する実施例にて示すように、バイパス供給路34が存在しない場合、熱分解装置3に対して過剰な熱が供給されることによって、熱分解装置3の温度が過剰に上昇する。その結果、酸化カルシウムによる二酸化炭素の吸収反応が生じ難くなると共に、可燃性ガスの水素濃度が低下する。一方、本発明の一実施の形態における水素製造装置は、バイパス供給路34を備えているが故に、熱分解装置3に対して過剰な熱が供給されることを防ぎ、これによって、熱分解装置3の温度が過剰に上昇することを防ぐことができる。その結果、本発明の一実施の形態における水素製造装置は、可燃性ガスの水素濃度を上昇させることができる。さらに、本発明の一実施の形態における水素製造装置は、燃焼装置5へバイパス供給路34を通じて余剰の熱を供給することによって、燃焼装置5を低コストにて運転することができる。
As shown in the examples described later, when the
本実施の形態の水素製造装置の酸化カルシウム供給路は、燃焼装置5に供給される酸化カルシウムの量、および、熱分解装置3に供給される酸化カルシウムの量を調節するために、供給量調節装置50を備え得る。
The calcium oxide supply path of the hydrogen production device of this embodiment is configured to adjust the supply amount in order to adjust the amount of calcium oxide supplied to the
例えば、バイパス供給路34には、バイパス供給路34を通じて燃焼装置5に供給される酸化カルシウムの量、および、供給路33を通じて熱分解装置3に供給される酸化カルシウムの量を調節するために、供給量調節装置50が設けられ得る。また、供給路33に、バイパス供給路34を通じて燃焼装置5に供給される酸化カルシウムの量、および、供給路33を通じて熱分解装置3に供給される酸化カルシウムの量を調節するために、供給量調節装置50が設けられてもよい。供給量調節装置50の具体的な構成は、限定されず、例えば公知のバルブ、または、ダンパーを用いることができる。
For example, in the
本実施の形態の水素製造装置(より具体的に、熱分解装置3)は、熱分解装置3の内部の温度(熱分解温度)を測定するための温度測定装置51を備え得る。温度測定装置51は、熱分解装置3の内部の温度を測定し得るものであればよく、具体的な構成は限定されない。温度測定装置51は、例えば、熱電対であり得る。
The hydrogen production device (more specifically, the thermal decomposition device 3) of the present embodiment may include a
温度測定装置51によって測定された熱分解装置3の内部の温度に関する情報は、配線52を経て、供給量調節装置50に伝えられ得る。例えば、熱分解装置3の内部の温度が所定の温度よりも高い場合には、バイパス供給路34に設けられている供給量調節装置50は開かれ、および/または、供給路33に設けられている供給量調節装置50は閉じられ得る。一方、熱分解装置3の内部の温度が所定の温度よりも低い場合には、バイパス供給路34に設けられている供給量調節装置50は閉じられ、および/または、供給路33に設けられている供給量調節装置50は開かれ得る。
Information regarding the temperature inside the
燃焼装置5へは、バイパス供給路34、および、熱分解固体生成物供給路31を通じて、酸化カルシウムが供給され得る。
Calcium oxide can be supplied to the
〔水素製造方法〕
本発明の一実施の形態における水素製造方法は、リン含有バイオマスから水素を製造する水素製造方法であって、前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解工程と、前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼工程と、前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質工程と、前記改質工程に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解工程にて熱分解される前記原料に供給し、かつ、前記改質工程にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼工程にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する酸化カルシウム供給工程と、を含む。
[Hydrogen production method]
A hydrogen production method according to an embodiment of the present invention is a hydrogen production method for producing hydrogen from phosphorus-containing biomass, which comprises thermally decomposing a raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam. a pyrolysis step to obtain a pyrolysis product and a combustible gas; a combustion step to combust the pyrolysis product to obtain a combustion product; and a steam reforming process using calcium oxide from the combustible gas. A reforming step of producing a fuel gas with a higher hydrogen concentration than that of the combustible gas, and supplying a portion of the calcium oxide used in the reforming step to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step. and a calcium oxide supplying step of supplying a part of the calcium oxide used in the reforming step to the thermal decomposition product to be burned in the combustion step.
本発明の一実施の形態における水素製造方法は、上述した工程の他に、任意で、温度測定工程、供給量調節工程、脱水工程、乾燥工程、および、灰分分離工程からなる群から選択される少なくとも1つの工程を含んでいてもよい。 In the hydrogen production method in one embodiment of the present invention, in addition to the steps described above, a temperature measurement step, a supply amount adjustment step, a dehydration step, a drying step, and an ash separation step are optionally selected. It may include at least one step.
酸化カルシウム供給工程は、その工程の一部が熱分解工程に包含され、その工程の一部が改質工程に包含されてもよい。例えば、酸化カルシウム供給工程は、温度測定工程、および、供給量調節工程を有し、温度測定工程が熱分解工程に包含され、供給量調節工程が改質工程に包含されてもよい。 A part of the calcium oxide supply process may be included in the thermal decomposition process, and a part of the process may be included in the modification process. For example, the calcium oxide supply step may include a temperature measurement step and a supply amount adjustment step, the temperature measurement step may be included in the thermal decomposition step, and the supply amount adjustment step may be included in the modification step.
以下、本発明の一実施の形態における水素製造方法を構成する各工程に関して、図3を参照しながら説明する。但し、上述した水素製造装置において説明した内容と重複する内容に関しては、その説明を簡略化または省略することとする。 Hereinafter, each step constituting the hydrogen production method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. However, regarding content that overlaps with the content explained in the above-mentioned hydrogen production apparatus, the explanation will be simplified or omitted.
<脱水工程S1>
脱水工程S1は、リン含有バイオマスから水分を含む分離液を除去して脱水汚泥を作製する工程である。
<Dehydration step S1>
The dewatering step S1 is a step of removing a water-containing separated liquid from the phosphorus-containing biomass to produce dehydrated sludge.
脱水工程S1では、汚泥スラリー(リン含有バイオマス)に、上述した無機カルシウム化合物を混合してもよい。汚泥スラリー(リン含有バイオマス)と無機カルシウム化合物との混合、および、リン含有バイオマスからの分離液の除去を行う順序は、特に限定されないものの、分離液の除去の前に混合を行うことにより、通常の脱水方法よりも脱水性を向上させることができる。汚泥スラリーに混合する無機カルシウム化合物の添加量は、上述した通りである。 In the dewatering step S1, the above-mentioned inorganic calcium compound may be mixed into the sludge slurry (phosphorus-containing biomass). Although the order of mixing the sludge slurry (phosphorus-containing biomass) with the inorganic calcium compound and removing the separated liquid from the phosphorus-containing biomass is not particularly limited, it is usually possible to It is possible to improve the dehydration performance compared to the dehydration method described above. The amount of the inorganic calcium compound added to the sludge slurry is as described above.
脱水工程S1では、汚泥スラリーと無機カルシウム化合物との混合物を脱水してもよい。即ち、汚泥スラリーと無機カルシウム化合物との混合物から水分を含む分離液を除去してもよい。分離液を除去した脱水汚泥は、後述する乾燥工程S2または熱分解工程S3に供され得る。 In the dewatering step S1, a mixture of sludge slurry and an inorganic calcium compound may be dehydrated. That is, the separated liquid containing water may be removed from the mixture of the sludge slurry and the inorganic calcium compound. The dehydrated sludge from which the separated liquid has been removed may be subjected to a drying step S2 or a thermal decomposition step S3, which will be described later.
尚、汚泥スラリーと無機カルシウム化合物とを混合する具体的な混合方法、並びに、汚泥スラリーと無機カルシウム化合物との混合物を脱水する具体的な脱水方法は、特に限定されない。 Note that the specific mixing method for mixing the sludge slurry and the inorganic calcium compound and the specific dehydrating method for dewatering the mixture of the sludge slurry and the inorganic calcium compound are not particularly limited.
脱水工程S1では、汚泥スラリーを脱水して、脱水汚泥の含水率を70重量%~80重量%とすることが好ましく、70重量%~75重量%とすることがさらに好ましい。これにより、補助燃料の使用量を削減することができる。 In the dewatering step S1, the sludge slurry is dehydrated so that the water content of the dehydrated sludge is preferably 70% to 80% by weight, more preferably 70% to 75% by weight. This makes it possible to reduce the amount of auxiliary fuel used.
<乾燥工程S2>
乾燥工程S2は、水蒸気または過熱蒸気を用いて、脱水工程S1にて作製された脱水汚泥から水分を蒸発させて乾燥汚泥とする工程である。
<Drying step S2>
The drying step S2 is a step in which water is evaporated from the dehydrated sludge produced in the dehydration step S1 using water vapor or superheated steam to obtain dried sludge.
乾燥工程S2では、脱水工程S1を経て得た脱水汚泥の少なくとも一部を取り出し、取り出した脱水汚泥に含まれる水分の少なくとも一部を蒸発させる。蒸発させた水分(乾燥水蒸気)の一部は、冷却されることによって凝縮し、除去水として排出され得る。蒸発させた水分(乾燥水蒸気)の残りは、乾燥工程S2および熱分解工程S3において熱源として利用され得る。 In the drying step S2, at least a portion of the dehydrated sludge obtained through the dewatering step S1 is taken out, and at least a portion of the water contained in the taken out dehydrated sludge is evaporated. A part of the evaporated moisture (dry steam) may be condensed by cooling and discharged as removed water. The remainder of the evaporated water (dry steam) can be used as a heat source in the drying step S2 and the pyrolysis step S3.
尚、原料を乾燥させる具体的な乾燥方法は、特に限定されない。乾燥工程S2では、乾燥汚泥の含水率を3重量%~30重量%とすることが好ましく、5重量%~20重量%とすることがより好ましく、10重量%~15重量%とすることがさらに好ましい。 Note that the specific drying method for drying the raw material is not particularly limited. In the drying step S2, the moisture content of the dried sludge is preferably 3% to 30% by weight, more preferably 5% to 20% by weight, and even more preferably 10% to 15% by weight. preferable.
乾燥工程S2では、水分が除去されて乾燥された乾燥汚泥の一部を、燃焼工程S5に供給することも可能である。 In the drying step S2, it is also possible to supply a part of the dried sludge from which moisture has been removed to the combustion step S5.
<熱分解工程S3>
熱分解工程S3は、リン含有バイオマスを含む乾燥汚泥を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る工程である。
<Thermal decomposition step S3>
The thermal decomposition step S3 is a step of thermally decomposing dry sludge containing phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam to obtain a thermal decomposition product and a combustible gas.
熱分解工程S3では、リン含有バイオマスを含む乾燥汚泥を、水蒸気または過熱蒸気の存在下、400℃~900℃、より好ましくは600℃~800℃、より好ましくは700℃程度で加熱しながら、0.1時間~2時間、より好ましくは0.5時間~1時間滞留させることにより、熱分解する。 In the pyrolysis step S3, dry sludge containing phosphorus-containing biomass is heated at 400°C to 900°C, more preferably 600°C to 800°C, more preferably about 700°C in the presence of water vapor or superheated steam, while Thermal decomposition is carried out by residence for 1 to 2 hours, more preferably for 0.5 to 1 hour.
熱分解工程S3においては、上述した反応により熱分解を行い、熱分解固体生成物、および、熱分解ガスである可燃性ガスを生成する。熱分解して得た熱分解固体生成物は、燃焼工程S5に供される。一方、熱分解して得た可燃性ガスは、改質工程S4に供される。また、熱分解工程S3においては、改質工程S4で用いられた酸化カルシウム「CaO」が供給(循環)されると共に、必要に応じて、新たな無機カルシウム化合物が供給され得る。 In the thermal decomposition step S3, thermal decomposition is performed by the above-mentioned reaction to produce a thermal decomposition solid product and a combustible gas which is a thermal decomposition gas. The pyrolysis solid product obtained by pyrolysis is subjected to a combustion step S5. On the other hand, the combustible gas obtained by thermal decomposition is subjected to a reforming step S4. In addition, in the thermal decomposition step S3, the calcium oxide "CaO" used in the modification step S4 is supplied (circulated), and a new inorganic calcium compound can be supplied as necessary.
熱分解固体生成物に含まれるリン酸三カルシウムの融点は1390℃と高いため、熱分解工程S3および燃焼工程S5における、リン化合物の溶融による焼却炉への付着およびそれに伴う焼却炉の閉塞を防止することができる。それゆえ、水素製造方法をより安定して連続運転することが可能となる。 Since the melting point of tricalcium phosphate contained in the pyrolysis solid product is as high as 1390°C, it prevents the melting of phosphorus compounds from adhering to the incinerator and the resulting clogging of the incinerator in the pyrolysis step S3 and combustion step S5. can do. Therefore, it becomes possible to operate the hydrogen production method more stably and continuously.
<改質工程S4>
改質工程S4は、可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する工程である。
<Reforming step S4>
The reforming step S4 is a step of producing a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the combustible gas by steam reforming the combustible gas using calcium oxide.
改質工程S4では、熱分解工程S3で得られた可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質を行うことによって上述した反応を行い、当該可燃性ガスよりも水素濃度を高めた第二の可燃性ガスを製造する。第二の可燃性ガスは、その一部をそのまま燃焼用ガスとして用いてもよいし、PSA等のガス分離装置を用いて高濃度水素のみを分離した後のCO2およびCmHnを主成分とするオフガスを燃焼用ガスとして用いてもよい。これにより、外部から供給する燃焼用ガスの量を削減することができる。製造した第二の可燃性ガスは、冷却され、高濃度の水素を含むガスとして回収され得る。第二の可燃性ガスから回収された熱は、燃焼工程S5に供給され得る。 In the reforming step S4, the combustible gas obtained in the pyrolysis step S3 is subjected to the above-mentioned reaction by steam reforming using calcium oxide to produce a second gas having a higher hydrogen concentration than that of the combustible gas. of flammable gas. A part of the second combustible gas may be used as a combustion gas as it is, or it may be mainly CO 2 and C m H n after separating only high concentration hydrogen using a gas separation device such as PSA. The component off-gas may be used as the combustion gas. Thereby, the amount of combustion gas supplied from the outside can be reduced. The produced second combustible gas may be cooled and recovered as a gas containing a high concentration of hydrogen. The heat recovered from the second combustible gas may be supplied to the combustion step S5.
改質工程S4では、熱分解工程S3を経て得た可燃性ガスを、800℃~1100℃、より好ましくは850℃~1000℃、さらに好ましくは950℃程度で加熱しながら、0.5秒~3.0秒、より好ましくは1.0秒~2.5秒、滞留させることにより、水蒸気改質を行う。 In the reforming step S4, the combustible gas obtained through the thermal decomposition step S3 is heated for 0.5 seconds to 1100°C, more preferably 850°C to 1000°C, and even more preferably about 950°C. Steam reforming is performed by retaining for 3.0 seconds, more preferably 1.0 seconds to 2.5 seconds.
また、改質工程S4においては、灰分分離工程S6にて分離された酸化カルシウム「CaO」が供給(循環)されると共に、必要に応じて、新たな無機カルシウム化合物が供給され得る。さらに、改質工程S4で用いられた酸化カルシウムは、熱分解工程S3および燃焼工程S5に供給(循環)される。酸化カルシウムの循環の詳細については、後述する。 Further, in the reforming step S4, the calcium oxide “CaO” separated in the ash separation step S6 is supplied (circulated), and a new inorganic calcium compound can be supplied as necessary. Further, the calcium oxide used in the reforming step S4 is supplied (circulated) to the thermal decomposition step S3 and the combustion step S5. Details of the circulation of calcium oxide will be described later.
尚、前記可燃性ガスを水蒸気改質する具体的な改質方法は、特に限定されない。 Note that the specific method of steam reforming the combustible gas is not particularly limited.
<燃焼工程S5>
燃焼工程S5は、熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る工程である。
<Combustion step S5>
The combustion step S5 is a step of burning the thermal decomposition product to obtain a combustion product.
燃焼工程S5では、熱分解工程S3で得られた熱分解固体生成物を燃焼させることによって上述した反応を行い、燃焼生成物として、燃焼固体生成物および燃焼ガスを得る。燃焼固体生成物および燃焼ガスは、灰分分離工程S6に供給される。燃焼ガスには、高濃度の二酸化炭素が含まれる。燃焼工程S5においては、空気または酸素含有ガスと共に、熱源となる燃焼用ガスを外部から供給してもよいし、前記第二の可燃性ガスの一部または前記オフガスを供給してもよい。また、燃焼工程S5においては、必要に応じて、新たな無機カルシウム化合物が供給され得る。 In the combustion step S5, the above-mentioned reaction is performed by burning the pyrolysis solid product obtained in the pyrolysis step S3, and a combustion solid product and a combustion gas are obtained as combustion products. The combustion solid products and combustion gases are fed to an ash separation step S6. The combustion gas contains a high concentration of carbon dioxide. In the combustion step S5, a combustion gas serving as a heat source may be supplied from the outside together with air or oxygen-containing gas, or a part of the second combustible gas or the off-gas may be supplied. Further, in the combustion step S5, a new inorganic calcium compound may be supplied as necessary.
燃焼工程S5では、熱分解工程S3を経て得た熱分解固体生成物を、850℃~1200℃、より好ましくは900℃~1150℃、さらに好ましくは1100℃程度で加熱しながら、0.1時間~2.0時間、より好ましくは0.5時間~1.0時間、滞留させることにより、燃焼する。 In the combustion step S5, the pyrolysis solid product obtained through the pyrolysis step S3 is heated for 0.1 hour at a temperature of 850°C to 1200°C, more preferably 900°C to 1150°C, and even more preferably about 1100°C. Burning is achieved by residence for ˜2.0 hours, more preferably 0.5 hours to 1.0 hours.
さらに、燃焼工程S5においては、必要に応じて、乾燥工程S2から、水分が除去されて乾燥された乾燥汚泥が供給され得る。当該乾燥汚泥は、燃焼工程S5において前記燃焼用ガスの燃焼による熱量だけで熱分解固体生成物の燃焼を行うことが困難である場合に、熱源として燃焼され得る。乾燥汚泥を燃焼させることにより、外部から供給される燃焼用ガスの量を削減することができるので、エネルギーの使用量を削減することができる。 Furthermore, in the combustion step S5, dry sludge from which water has been removed and dried may be supplied from the drying step S2, if necessary. The dried sludge may be combusted as a heat source when it is difficult to combust the pyrolysis solid product using only the amount of heat generated by combustion of the combustion gas in the combustion step S5. By burning the dried sludge, the amount of combustion gas supplied from the outside can be reduced, so the amount of energy used can be reduced.
尚、前記熱分解固体生成物を燃焼させる具体的な燃焼方法は、特に限定されない。 Note that the specific combustion method for burning the pyrolysis solid product is not particularly limited.
<灰分分離工程S6>
灰分分離工程S6は、燃焼工程S5で得られた燃焼生成物からリン含有灰を分離する工程である。
<Ash separation step S6>
The ash separation step S6 is a step of separating phosphorus-containing ash from the combustion products obtained in the combustion step S5.
灰分分離工程S6では、燃焼工程S5で得られた燃焼固体生成物から、酸化カルシウムを主成分として含む粒子と、リン酸三カルシウム、石膏および灰分等を含む固体成分であるリン含有灰(酸化カルシウム以外の燃焼固体生成物)とを分離し得る。 In the ash separation step S6, particles containing calcium oxide as a main component and phosphorus-containing ash (calcium oxide), which is a solid component containing tricalcium phosphate, gypsum, and ash, are separated from the combustion solid product obtained in the combustion step S5. combustion solid products).
酸化カルシウムを主成分として含む粒子は、改質工程S4に供給され得る。これにより、酸化カルシウムは、改質工程S4、熱分解工程S3、燃焼工程S5、および、灰分分離工程S6を循環し、繰り返し利用され、上述した複数の役割を果たす。 Particles containing calcium oxide as a main component may be supplied to the modification step S4. Thereby, the calcium oxide circulates through the reforming step S4, the thermal decomposition step S3, the combustion step S5, and the ash separation step S6, and is repeatedly used to fulfill the plurality of roles described above.
尚、燃焼固体生成物を、酸化カルシウムを主成分として含む粒子と、それ以外の燃焼固体生成物とに分離する具体的な分離方法は、特に限定されないものの、例えばサイクロンを用いた分離方法が好ましい。 Although the specific separation method for separating the combustion solid product into particles containing calcium oxide as a main component and other combustion solid products is not particularly limited, for example, a separation method using a cyclone is preferable. .
本実施の形態に係る水素製造方法は、リン酸三カルシウムを含むリン含有灰を回収してもよい。そのため、本実施の形態に係る水素製造方法は、灰分分離工程S6で得られたリン酸三カルシウムを含むリン含有灰に酸を添加して、当該酸とリン酸三カルシウムとを反応させ、リン酸およびリン酸二水素カルシウム等の、溶解性リン酸化合物を製造するリン酸製造工程をさらに含んでいてもよい。 The hydrogen production method according to the present embodiment may collect phosphorus-containing ash containing tricalcium phosphate. Therefore, in the hydrogen production method according to the present embodiment, an acid is added to the phosphorus-containing ash containing tricalcium phosphate obtained in the ash separation step S6, and the acid and tricalcium phosphate are reacted. The method may further include a phosphoric acid production step of producing an acid and a soluble phosphoric acid compound such as calcium dihydrogen phosphate.
<酸化カルシウム供給工程>
酸化カルシウム供給工程は、改質工程S4に用いられた酸化カルシウムの一部を、熱分解工程S3にて熱分解される原料に供給し、かつ、改質工程S4にて用いられた酸化カルシウムの一部を、燃焼工程S5にて燃焼される熱分解生成物に供給する工程である。
<Calcium oxide supply process>
The calcium oxide supply step supplies a part of the calcium oxide used in the modification step S4 to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step S3, and also supplies part of the calcium oxide used in the modification step S4. This is a step of supplying a portion to the thermal decomposition products to be burned in the combustion step S5.
酸化カルシウム供給工程は、(i)熱分解工程における熱分解温度を測定する温度測定工程と、(ii)前記熱分解温度に基づいて、熱分解工程S3にて熱分解される原料に供給する酸化カルシウムの量と、燃焼工程S5にて燃焼される熱分解生成物に供給する酸化カルシウムの量とを調節する供給量調節工程と、を包含してもよい。 The calcium oxide supply step includes (i) a temperature measurement step of measuring the thermal decomposition temperature in the thermal decomposition step, and (ii) an oxidation step of supplying the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step S3 based on the thermal decomposition temperature. The method may include a supply amount adjustment step of adjusting the amount of calcium and the amount of calcium oxide supplied to the pyrolysis product to be combusted in the combustion step S5.
酸化カルシウム供給工程は、その工程の一部が熱分解工程S3に包含され、その工程の一部が改質工程S4に包含されてもよい。例えば、温度測定工程が熱分解工程S3に包含され、供給量調節工程が改質工程S4に包含されてもよい。 A part of the calcium oxide supply process may be included in the thermal decomposition process S3, and a part of the process may be included in the modification process S4. For example, the temperature measurement step may be included in the thermal decomposition step S3, and the supply amount adjustment step may be included in the reforming step S4.
温度測定工程によって測定された熱分解工程における熱分解温度に関する情報は、供給量調節工程に用いられ得る。例えば、熱分解温度が所定の温度よりも高い場合には、供給量調節工程にて、熱分解工程S3にて熱分解される原料に供給する酸化カルシウムの量を減少させ、燃焼工程S5にて燃焼される熱分解生成物に供給する酸化カルシウムの量を増加させ得る。一方、熱分解温度が所定の温度よりも低い場合には、供給量調節工程にて、熱分解工程S3にて熱分解される原料に供給する酸化カルシウムの量を増加させ、燃焼工程S5にて燃焼される熱分解生成物に供給する酸化カルシウムの量を減少させ得る。 Information regarding the pyrolysis temperature in the pyrolysis step measured by the temperature measurement step can be used in the supply amount adjustment step. For example, if the pyrolysis temperature is higher than a predetermined temperature, the amount of calcium oxide supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis step S3 is reduced in the supply amount adjustment step, and the amount of calcium oxide supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis step S3 is reduced, and the The amount of calcium oxide fed to the pyrolysis products that are combusted can be increased. On the other hand, if the pyrolysis temperature is lower than the predetermined temperature, the amount of calcium oxide supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis step S3 is increased in the supply amount adjustment step, and the amount of calcium oxide to be supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis step S3 is increased, and the The amount of calcium oxide fed to the pyrolysis products that are combusted can be reduced.
後述する実施例にて示すように、酸化カルシウム供給工程が存在しない場合、熱分解工程S3に対して過剰な熱が供給されることによって、熱分解工程S3の熱分解温度が過剰に上昇する。その結果、酸化カルシウムによる二酸化炭素の吸収反応が生じ難くなると共に、可燃性ガスの水素濃度が低下する。一方、本発明の一実施の形態における水素製造方法は、酸化カルシウム供給工程を含むが故に、熱分解工程S3に対して過剰な熱が供給されることを防ぎ、これによって、熱分解工程S3の熱分解温度が過剰に上昇することを防ぐことができる。その結果、本発明の一実施の形態における水素製造方法は、可燃性ガスの水素濃度を上昇させることができる。さらに、本発明の一実施の形態における水素製造方法は、燃焼工程S5へ余剰の熱を供給することによって、燃焼工程S5を低コストにて行うことができる。 As shown in the examples described later, when the calcium oxide supply step does not exist, excessive heat is supplied to the thermal decomposition step S3, and the thermal decomposition temperature of the thermal decomposition step S3 rises excessively. As a result, the absorption reaction of carbon dioxide by calcium oxide becomes difficult to occur, and the hydrogen concentration of the combustible gas decreases. On the other hand, since the hydrogen production method in one embodiment of the present invention includes the calcium oxide supply step, it is possible to prevent excessive heat from being supplied to the thermal decomposition step S3. It is possible to prevent the thermal decomposition temperature from rising excessively. As a result, the hydrogen production method in one embodiment of the present invention can increase the hydrogen concentration of the combustible gas. Furthermore, in the hydrogen production method in one embodiment of the present invention, the combustion step S5 can be performed at low cost by supplying surplus heat to the combustion step S5.
〔実施例〕
<水素製造装置の概略>
実施例1では、バイパス供給路を備えている水素製造装置(本発明に相当)について、熱分解装置における熱分解温度、および、H2-rich gas発生量を試算した。
〔Example〕
<Overview of hydrogen production equipment>
In Example 1, the thermal decomposition temperature in the thermal decomposition device and the amount of H 2 -rich gas generated were estimated for a hydrogen production device (corresponding to the present invention) equipped with a bypass supply path.
一方、比較例1では、バイパス供給路を備えておらず、かつ、図4に示すような冷却システムを有する熱分解装置を備えている水素製造装置(従来技術に相当)について、熱分解装置における熱分解温度、および、H2-rich gas発生量を試算した。具体的に、熱分解装置100は、その内部に、酸化カルシウム102、および、冷却水供給路101が配置されている。冷却水供給路101内に水を通過させることによって、熱分解装置100の内部を冷却することができる。
On the other hand, in Comparative Example 1, a hydrogen production apparatus (corresponding to the prior art) that does not have a bypass supply path and is equipped with a pyrolysis apparatus having a cooling system as shown in FIG. The thermal decomposition temperature and the amount of H 2 -rich gas generated were estimated. Specifically, the
<試算条件>
試算条件を表1および表2に示す。
<Estimation conditions>
The trial calculation conditions are shown in Tables 1 and 2.
具体的に、脱水汚泥スラリーを脱水装置にて脱水して、表1に示す脱水汚泥を得た。表1に示す低位発熱量は、JIS M 8814に準じる方法に従って算出した。表1に示す元素分析値は、CHN元素分析計を用いた方法に従って算出した。 Specifically, the dehydrated sludge slurry was dehydrated using a dehydrator to obtain the dehydrated sludge shown in Table 1. The lower calorific value shown in Table 1 was calculated according to a method according to JIS M 8814. The elemental analysis values shown in Table 1 were calculated according to a method using a CHN elemental analyzer.
前記脱水汚泥を直接加熱型の乾燥装置にて乾燥して、表1に示す乾燥汚泥を得た。当該乾燥汚泥を、表1に記載の温度にて運転している改質装置および燃焼装置へ、表2に記載している量にて供給した。 The dehydrated sludge was dried using a direct heating dryer to obtain dried sludge shown in Table 1. The dried sludge was supplied in the amounts listed in Table 2 to a reformer and combustion device operating at the temperatures listed in Table 1.
表2に示すように、実施例1では、78t/dの酸化カルシウムを水素製造装置内に循環させ、このうち56t/dの酸化カルシウムをバイパス供給路によって、改質装置から燃焼装置へ供給した。一方、比較例1では、63t/dの酸化カルシウムを水素製造装置内に循環させた。 As shown in Table 2, in Example 1, 78 t/d of calcium oxide was circulated within the hydrogen production device, and 56 t/d of this calcium oxide was supplied from the reformer to the combustion device via the bypass supply path. . On the other hand, in Comparative Example 1, 63 t/d of calcium oxide was circulated within the hydrogen production device.
<試算結果>
バイパス供給路を備えた実施例1の水素製造装置では、熱分解装置の温度が739℃にて安定化するととともに、大量のH2-rich gasが発生した。
<Estimate results>
In the hydrogen production device of Example 1 equipped with a bypass supply path, the temperature of the pyrolysis device stabilized at 739° C. and a large amount of H 2 -rich gas was generated.
一方、バイパス供給路を備えていない比較例1の水素製造装置では、冷却システムを稼働させると、熱分解装置の温度が700℃に安定化するとともに、少量のH2-rich gasしか発生しなかった。 On the other hand, in the hydrogen production device of Comparative Example 1, which is not equipped with a bypass supply path, when the cooling system is operated, the temperature of the pyrolysis device stabilizes at 700°C, and only a small amount of H 2 -rich gas is generated. Ta.
バイパス供給路を備えていない比較例1の水素製造装置にて冷却システムを停止させると、熱分解装置の温度が810℃にて安定化するとともに、少量のH2-rich gasしか発生しなかった。熱分解装置における加熱温度が750℃を超える場合、加熱温度が高くなるに従って、酸化カルシウムによる二酸化炭素の吸収反応が生じ難くなる傾向を示す。それ故に、バイパス供給路を備えていない比較例1の水素製造装置にて冷却システムを停止させると、少量のH2-rich gasしか発生しなかったと考えられる。 When the cooling system was stopped in the hydrogen production device of Comparative Example 1, which was not equipped with a bypass supply path, the temperature of the pyrolysis device stabilized at 810° C., and only a small amount of H 2 -rich gas was generated. . When the heating temperature in the pyrolysis device exceeds 750° C., the higher the heating temperature, the more difficult the absorption reaction of carbon dioxide by calcium oxide tends to occur. Therefore, it is considered that when the cooling system was stopped in the hydrogen production apparatus of Comparative Example 1 which was not equipped with a bypass supply path, only a small amount of H 2 -rich gas was generated.
〔まとめ〕
本発明には、以下の構成が包含されている。
<1>
リン含有バイオマスから水素を製造する水素製造方法であって、
前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解工程と、
前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼工程と、
前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質工程と、
前記改質工程に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解工程にて熱分解される前記原料に供給し、かつ、前記改質工程にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼工程にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する酸化カルシウム供給工程と、を含む、水素製造方法。
<2>
前記熱分解工程における熱分解温度を測定する温度測定工程と、
前記熱分解温度に基づいて、前記熱分解工程にて熱分解される前記原料に供給する前記酸化カルシウムの量と、前記燃焼工程にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する前記酸化カルシウムの量とを調節する供給量調節工程と、を含む、<1>に記載の水素製造方法。
<3>
前記リン含有バイオマスから水分を含む分離液を除去して前記原料を作製する脱水工程を含む、<1>または<2>に記載の水素製造方法。
<4>
前記脱水工程と前記熱分解工程との間に、水蒸気または過熱蒸気を用いて前記原料から水分を蒸発させる乾燥工程を含む、<1>~<3>の何れかに記載の水素製造方法。
<5>
前記燃焼工程で得られた前記燃焼生成物からリン含有灰を分離する灰分分離工程を含む、<1>~<4>の何れかに記載の水素製造方法。
<6>
リン含有バイオマスから水素を製造する水素製造装置であって、
前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解装置と、
前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼装置と、
前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質装置と、
前記改質装置に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解装置にて熱分解される前記原料に供給するための供給路と、前記改質装置にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼装置にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する供給路とを有する酸化カルシウム供給路と、を備えている、水素製造装置。
<7>
前記熱分解装置における熱分解温度を測定する温度測定装置と、
前記熱分解温度に基づいて、前記熱分解装置にて熱分解される前記原料に供給する前記酸化カルシウムの量と、前記燃焼装置にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する前記酸化カルシウムの量とを調節する供給量調節装置と、を備えている、<6>に記載の水素製造装置。
<8>
前記リン含有バイオマスから水分を含む分離液を除去して前記原料を作製する脱水装置を備えている、<6>または<7>に記載の水素製造装置。
<9>
前記原料から、水蒸気または過熱蒸気を用いて水分を蒸発させる乾燥装置を備えている、<6>~<8>の何れかに記載の水素製造装置。
<10>
前記燃焼装置で得られた前記燃焼生成物からリン含有灰を分離する灰分分離装置を備えている、<6>~<9>の何れかに記載の水素製造装置。
〔summary〕
The present invention includes the following configurations.
<1>
A hydrogen production method for producing hydrogen from phosphorus-containing biomass,
A pyrolysis step of pyrolyzing the raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam to obtain a pyrolysis product and a combustible gas;
a combustion step of burning the pyrolysis product to obtain a combustion product;
a reforming step of producing a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the combustible gas by steam reforming using calcium oxide from the combustible gas;
A portion of the calcium oxide used in the modification step is supplied to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step, and a portion of the calcium oxide used in the modification step is supplied to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step. , a step of supplying calcium oxide to the thermal decomposition product combusted in the combustion step.
<2>
a temperature measurement step of measuring the pyrolysis temperature in the pyrolysis step;
Based on the pyrolysis temperature, determine the amount of calcium oxide to be supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis step and the amount of calcium oxide to be supplied to the pyrolysis product to be combusted in the combustion step. The hydrogen production method according to <1>, including a supply amount adjustment step of adjusting the amount.
<3>
The hydrogen production method according to <1> or <2>, including a dehydration step of removing a water-containing separated liquid from the phosphorus-containing biomass to produce the raw material.
<4>
The hydrogen production method according to any one of <1> to <3>, which includes a drying step of evaporating water from the raw material using steam or superheated steam between the dehydration step and the thermal decomposition step.
<5>
The hydrogen production method according to any one of <1> to <4>, including an ash separation step of separating phosphorus-containing ash from the combustion product obtained in the combustion step.
<6>
A hydrogen production device that produces hydrogen from phosphorus-containing biomass,
A pyrolysis device that pyrolyzes the raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam to obtain a pyrolysis product and a combustible gas;
a combustion device that burns the pyrolysis product to obtain a combustion product;
a reformer that produces a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the combustible gas by steam reforming the flammable gas using calcium oxide;
a supply path for supplying a portion of the calcium oxide used in the reformer to the raw material to be thermally decomposed in the pyrolysis device; A hydrogen production device comprising: a calcium oxide supply path having a portion of the supply path for supplying the thermal decomposition product to be burned in the combustion device.
<7>
a temperature measuring device that measures the pyrolysis temperature in the pyrolysis device;
Based on the pyrolysis temperature, the amount of calcium oxide to be supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis device, and the amount of calcium oxide to be supplied to the pyrolysis product to be combusted in the combustion device. The hydrogen production device according to <6>, further comprising a supply amount adjustment device that adjusts the supply amount.
<8>
The hydrogen production device according to <6> or <7>, comprising a dehydration device that removes a water-containing separated liquid from the phosphorus-containing biomass to produce the raw material.
<9>
The hydrogen production device according to any one of <6> to <8>, comprising a drying device that evaporates water from the raw material using steam or superheated steam.
<10>
The hydrogen production device according to any one of <6> to <9>, comprising an ash separation device that separates phosphorus-containing ash from the combustion product obtained by the combustion device.
本発明の一実施の形態に係る水素製造方法および水素製造装置は、例えば、下水処理場で発生する下水汚泥、し尿処理場で発生するし尿汚泥、肉骨粉、畜糞等のリン含有バイオマスを原料とする水素の製造において好適に用いられる。 The hydrogen production method and hydrogen production device according to an embodiment of the present invention use phosphorus-containing biomass such as sewage sludge generated at a sewage treatment plant, human waste sludge generated at a human waste treatment plant, meat and bone meal, and livestock dung as raw materials. It is suitably used in the production of hydrogen.
1 脱水装置(混合装置)
2 乾燥装置
3 熱分解装置
4 改質装置
5 燃焼装置
6 灰分分離装置
1 Dehydration device (mixing device)
2 Drying
Claims (10)
前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解工程と、
前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼工程と、
前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質工程と、
前記改質工程に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解工程にて熱分解される前記原料に供給し、かつ、前記改質工程にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼工程にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する、酸化カルシウム供給工程と、を含む、水素製造方法。 A hydrogen production method for producing hydrogen from phosphorus-containing biomass,
A pyrolysis step of pyrolyzing the raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam to obtain a pyrolysis product and a combustible gas;
a combustion step of burning the pyrolysis product to obtain a combustion product;
a reforming step of producing a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the combustible gas by steam reforming using calcium oxide from the combustible gas;
A portion of the calcium oxide used in the modification step is supplied to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step, and a portion of the calcium oxide used in the modification step is supplied to the raw material to be thermally decomposed in the thermal decomposition step. , a step of supplying calcium oxide to the thermal decomposition product combusted in the combustion step.
前記熱分解温度に基づいて、前記熱分解工程にて熱分解される前記原料に供給する前記酸化カルシウムの量と、前記燃焼工程にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する前記酸化カルシウムの量とを調節する供給量調節工程と、を含む、請求項1に記載の水素製造方法。 a temperature measurement step of measuring the pyrolysis temperature in the pyrolysis step;
Based on the pyrolysis temperature, determine the amount of calcium oxide to be supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis step and the amount of calcium oxide to be supplied to the pyrolysis product to be combusted in the combustion step. The hydrogen production method according to claim 1, further comprising a supply amount adjustment step of adjusting the amount.
前記リン含有バイオマスを含む原料を水蒸気または過熱蒸気の存在下にて熱分解して、熱分解生成物および可燃性ガスを得る熱分解装置と、
前記熱分解生成物を燃焼させて燃焼生成物を得る燃焼装置と、
前記可燃性ガスから、酸化カルシウムを用いた水蒸気改質によって、前記可燃性ガスよりも水素濃度を高めた燃料ガスを製造する改質装置と、
前記改質装置に用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記熱分解装置にて熱分解される前記原料に供給するための供給路と、前記改質装置にて用いられた前記酸化カルシウムの一部を、前記燃焼装置にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する供給路とを有する、酸化カルシウム供給路と、を備えている、水素製造装置。 A hydrogen production device that produces hydrogen from phosphorus-containing biomass,
A pyrolysis device that pyrolyzes the raw material containing the phosphorus-containing biomass in the presence of steam or superheated steam to obtain a pyrolysis product and a combustible gas;
a combustion device that burns the pyrolysis product to obtain a combustion product;
a reformer that produces a fuel gas with a higher hydrogen concentration than the combustible gas by steam reforming the flammable gas using calcium oxide;
a supply path for supplying a portion of the calcium oxide used in the reformer to the raw material to be thermally decomposed in the pyrolysis device; A hydrogen production device comprising: a calcium oxide supply path, a portion of which is supplied to the thermal decomposition product to be burned in the combustion device.
前記熱分解温度に基づいて、前記熱分解装置にて熱分解される前記原料に供給する前記酸化カルシウムの量と、前記燃焼装置にて燃焼される前記熱分解生成物に供給する前記酸化カルシウムの量とを調節する供給量調節装置と、を備えている、請求項6に記載の水素製造装置。 a temperature measuring device that measures the pyrolysis temperature in the pyrolysis device;
Based on the pyrolysis temperature, the amount of calcium oxide to be supplied to the raw material to be pyrolyzed in the pyrolysis device, and the amount of calcium oxide to be supplied to the pyrolysis product to be combusted in the combustion device. The hydrogen production apparatus according to claim 6, further comprising a supply amount adjusting device that adjusts the amount of hydrogen.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012017376A (en) | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Ai Net Corporation:Kk | Organic waste gasification system and organic waste gasification method |
JP2014074144A (en) | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Japan Coal Energy Center (Jcoal) | Co-gasification method of coal and biomass by three bed type circulation layer and its device |
JP2014240472A (en) | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 一般財団法人石炭エネルギーセンター | Method and apparatus for coal/biomass co-gasification by improved three-column type circulated fluidized bed |
JP2017127797A (en) | 2016-01-18 | 2017-07-27 | メタウォーター株式会社 | Sludge incineration system |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012017376A (en) | 2010-07-07 | 2012-01-26 | Ai Net Corporation:Kk | Organic waste gasification system and organic waste gasification method |
JP2014074144A (en) | 2012-10-05 | 2014-04-24 | Japan Coal Energy Center (Jcoal) | Co-gasification method of coal and biomass by three bed type circulation layer and its device |
JP2014240472A (en) | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 一般財団法人石炭エネルギーセンター | Method and apparatus for coal/biomass co-gasification by improved three-column type circulated fluidized bed |
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