JPH09111255A - 有機物ガス化・分解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチック、重質油、残渣油などの有機物
を部分ガス化し、すす及びタールが完全に分解され、水
素ガスモル比が高くてすす又はタールをほとんど含有し
ないクリーンなメタノール合成用の原料ガスを製造する
ことができる有機物ガス化・分解装置を提供すること。 【解決手段】 有機物原料供給手段と、水蒸気供給手段
と、支燃ガス供給手段と、噴流用ガス供給手段とを備え
たガス化炉と、このガス化炉の後流側に設けられたセラ
ミック多孔体を内装し、水蒸気供給手段及び支燃ガス供
給手段を備えたガス分解炉とを具備し、必要により前記
ガス化炉とガス分解炉との間にサイクロンを設けてなる
ことを特徴とする有機物ガス化・分解装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラスチック、重質
油、残渣油などの有機物を部分ガス化してメタノール合
成用の原料ガスを製造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の装置の一例である有機物の
部分ガス化装置及びメタノール合成装置の概念を示す説
明図である。図５の装置において、装置の始動時にはガ
ス化炉５１を予熱装置５２によって約７００℃に予熱
し、このガス化炉５１に水封タンク５６によってシール
された噴流用ガス供給ライン５５から、例えば窒素ガ
ス、炭酸ガスなどのイナートガスである噴流用ガスを常
温で供給するとともに、水蒸気・酸素供給ライン５３及
び原料供給装置５４から、水蒸気と支燃ガスである酸素
との混合ガス及び例えばプラスチック廃棄物をペレット
状に粉砕した有機物原料を供給し、ガス化炉５１内の高
温及び噴流用ガスの噴流によって有機物原料と水蒸気及
び酸素とを反応させてガス化し、メタノール合成用原料
ガス（Ｈ₂ ＋ＣＯ＋ＣＯ₂ ）を生成する。定常運転中の
ガス化炉５１内は、この反応熱によって７００℃前後の
温度が維持される。

【０００３】このメタノール合成用原料ガス（Ｈ₂ ＋Ｃ
Ｏ＋ＣＯ₂ ）を熱回収装置５７によって所要の温度に冷
却し、ガス化炉５１で副生したすす、タール、フライア
ッシュ、未反応の固体有機物等をガス洗浄装置５８によ
って除去し、ＣＯシフト装置５９によって一酸化炭素と
水蒸気とを水素ガスと炭酸ガスとに転換してメタノール
合成用の原料ガス組成に最適なＨ₂ ／ＣＯ／ＣＯ₂ 比と
し、次いでＣＯ₂ 除去装置６０によって余分の炭酸ガス
を除去し、メタノール合成装置６１において、触媒存在
下でＣＯ＋２Ｈ₂ →ＣＨ₃ ＯＨ及びＣＯ₂ ＋３Ｈ₂ →Ｃ
Ｈ₃ ＯＨ＋Ｈ₂Ｏの化学反応によりメタノールを合成す
る。

【０００４】前述した従来の装置では、原料又はガス化
条件等によりガス化炉５１においてすす、タールなどが
副生したり、未反応の有機物原料が残存することがあ
り、これらがガス化炉５１、熱回収装置５７、ガス洗浄
装置５８間の配管壁や熱回収装置５７、ガス洗浄装置５
８内に付着し、これらの配管や装置を閉塞したり、熱回
収装置５７の性能を低下させたり、また、ガス洗浄装置
５８の洗浄負荷が増大するばかりか、ガス洗浄装置５８
で完全に除去することができない場合にはＣＯシフト装
置５９、ＣＯ₂ 除去装置６０、メタノール合成装置６１
の触媒上に付着して触媒性能を低下させたり、これら装
置の間の配管に付着して、設備の操業を阻害させる原因
となる。

【０００５】本発明者らは前記のような問題点を解決す
るものとして図４に示すような２段プロセスを開発し先
に出願した（特願平７−１０５１８０号）。図４の装置
において、装置の始動時に、ガス化炉１を予熱装置５２
ａによって約７００℃に予熱し、同時にガス分解炉２を
予熱装置５２ｂによって１０００℃に予熱し、このガス
化炉１に水封タンク５６によってシールされた噴流用ガ
ス供給ライン５５から、例えば窒素ガス、炭酸ガスなど
のイナートガスである噴流用ガスを常温で供給するとと
もに、水蒸気・酸素供給ライン５３及び原料供給装置５
４から、水蒸気酸素混合ガス及び例えばプラスチック廃
棄物をペレット状に粉砕した有機物原料を供給し、ガス
化炉１内の高温及び噴流用ガスの噴流によって有機物原
料と水蒸気及び酸素とを反応させてガス化し、メタノー
ル合成用原料ガス（Ｈ₂ ＋ＣＯ＋ＣＯ₂ ）を生成する。
定常運転中のガス化炉１内は、この反応熱によって７０
０℃前後の温度が維持される。次いでこのガスはサイク
ロン５を経てダストをダスト排出ライン６より除去した
のち、ガス分解炉２に導入され、水蒸気・酸素供給ライ
ン４の支燃ガスにより一部燃焼して１０００℃の温度ま
で昇温され、このガス中に含まれるすす、タール及び未
反応原料ガスが分解される。引き続きこのメタノール合
成用原料ガス（Ｈ₂ ＋ＣＯ＋ＣＯ₂ ）を熱回収装置５７
によって所要の温度に冷却し、ガス化炉１で副生しガス
分解炉２で分解しなかったすす、タールやガス中に含ま
れるフライアッシュ、未反応の固体有機物等をガス洗浄
装置５８によって除去し、ＣＯシフト装置５９によって
ＣＯとＨ₂ Ｏとを触媒存在下でＨ₂ とＣＯ₂ とに転換し
てメタノール合成用の原料ガス組成に最適なＨ₂ ／ＣＯ
／ＣＯ₂ 比とし、次いでＣＯ₂ 除去装置６０によって余
分の炭酸ガスを除去し、メタノール合成装置６１におい
て、触媒存在下でＣＯ＋２Ｈ₂→ＣＨ₃ ＯＨ及びＣＯ₂
＋３Ｈ₂ →ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂ Ｏの化学反応によりメタノ
ールを合成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記２段プロセスの装
置では、ガス化炉１で副生するすすやタールをガス分解
炉２で分解するようにしているが、すすやタールの副生
量がガス分解炉２の分解能力を越えると、これがガス化
炉１、サイクロン５、熱回収装置５７、ガス洗浄装置５
８間の配管壁や熱回収装置５７、ガス洗浄装置５８内に
付着し、これらの配管、装置を閉塞したり、熱回収装置
５７の性能を低下させることがある。また、ガス洗浄装
置５８の洗浄負荷が増大するばかりでなく、ガス洗浄装
置５８で完全に除去することができない場合はＣＯシフ
ト装置５９、ＣＯ₂ 除去装置６０、メタノール合成装置
６１の触媒上に付着して触媒性能を低下させたり、これ
ら装置の間の配管に付着残留し、設備の操業を阻害させ
る原因となる。本発明は上記技術水準に鑑み、従来技術
におけるすすやタールなどの副生物による後続装置への
悪影響を防止することができ安定運転が可能な有機物の
ガス化・分解装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）有機物
原料を水蒸気及び支燃ガスによって部分ガス化反応及び
同時にもしくはシリーズに反応で生成したガス中の炭化
水素成分を分解させてメタノール合成用の原料ガスを生
成する装置であって、有機物原料供給手段と、水蒸気供
給手段と、支燃ガス供給手段と、噴流用ガス供給手段と
を備えたガス化炉と、このガス化炉の後流側に設けられ
たセラミック多孔体を内装し、水蒸気供給手段及び支燃
ガス供給手段を備えたガス分解炉とを具備してなること
を特徴とする有機物ガス化・分解装置及び（２）有機物
原料を水蒸気及び支燃ガスによって部分ガス化反応及び
同時にもしくはシリーズに反応で生成したガス中の炭化
水素成分を分解させてメタノール合成用の原料ガスを生
成する装置であって、有機物原料供給手段と、水蒸気供
給手段と、支燃ガス供給手段と、噴流用ガス供給手段と
を備えたガス化炉と、このガス化炉の後流側に設けられ
たセラミック多孔体を内装し、水蒸気供給手段及び支燃
ガス供給手段を備えたガス分解炉とを具備し、前記ガス
化炉とガス分解炉との間にサイクロンを設けてなること
を特徴とする有機物ガス化・分解装置である。

【０００８】本発明の装置においては、ガス化装置を２
段に分け、第１段のガス化炉の後流側に、このガス化炉
で副生するすすやタール及び未反応の原料ガス等を分解
するため第２段のガス分解炉を設置し、さらにガス分解
炉中でのすすやタールの分解効率を上げるためガス分解
炉内にセラミック多孔体（セラミックフィルタ）を内装
させ、このセラミック多孔体内部の孔中にすすやタール
を付着させ、これらのすすやタールを第２段ガス分解炉
内に滞留させるようにしている。

【０００９】ここで使用するセラミック多孔体（セラミ
ックフィルタ）はアルミナ、ムライト、コージエライト
等の耐熱性（≧１０００℃）に優れ、孔径０．２〜４ｍ
ｍφ、気孔率８０〜９０％のものであり、すす及びター
ルなどを表面や内部孔に捕捉できる構造体である。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、第１段のガス化炉に
有機物原料供給手段、水蒸気供給手段、支燃ガス供給手
段及び噴流ガス供給手段によって有機物原料、水蒸気、
支燃ガス及び噴流用ガスを供給し、高温で反応させてガ
ス化し、原料用ガスを生成させる。このガス化反応で副
生されたフライアッシュや残留する未反応の固体有機物
等の固体物をサイクロンによって除去し、未反応の有機
物ガスと前記反応で副生するすす及びタールを含むメタ
ノール合成用原料ガスを第２段のガス分解炉に供給する
とともに新たに支燃ガス及び水蒸気をガス分解炉に供給
し、この温度を少なくとも第１段のガス化炉の温度より
も上昇させ、その条件下で実質的に無限時間前記すす及
びタールを保持することによりこれらをガス化、分解す
る。実際には、多孔質のセラミック多孔体を前記ガス分
解炉に内装し、この表面や内部孔中にすす及びタールを
捕捉し、保持することでガス化、分解時間を確保する。
なお、第１段のガス化炉で生成した原料用ガス中のフラ
イアッシュや未反応固体有機物等が少ない場合にはサイ
クロンの設置を省略することができる。以上の作用によ
って、原料用ガス中に、フライアッシュ、未反応の固体
有機物及びタールなどの重質分の無いクリーンなメタノ
ール合成用原料ガスを生成でき、下流機器を安定して運
転することが可能になる。

【００１１】

【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。図１は本発明の一実施例である有機物の部分ガ
ス化装置及びメタノール合成装置の概念を示す説明図で
ある。図１において、第２段のガス分解炉２には、例え
ばアルミナ、ムライト、コージエライトなどのセラミッ
ク多孔体が水平方向に複数段内装され、その入側には水
蒸気・酸素供給ライン４が設けられていて、第１段のガ
ス化炉１の後流にサイクロン５を介して配置されてい
る。このサイクロン５の下部にはダスト排出ライン６が
設けられている。第１段のガス化炉１には、従来の装置
と同様に、予熱装置５２、水蒸気・酸素供給ライン５
３、原料供給装置５４及び水封タンク５６でシールされ
た噴流用ガス供給ライン５５が設けられている。ガス分
解炉２の後流には、熱回収装置５７、ガス洗浄装置５
８、ＣＯシフト装置５９、ＣＯ₂ 除去装置６０及びメタ
ノール合成装置６１が配置されている。

【００１２】装置の始動時には、ガス化炉１を予熱装置
５２によって約７００℃に予熱し、このガス化炉１に、
噴流用ガス供給ライン５５から、例えば窒素ガス、炭酸
ガスなどのイナートガスである常温の噴流用ガスを供給
するとともに、水蒸気・酸素供給ライン５３及び原料供
給装置５４から水蒸気と支燃ガスである酸素との混合ガ
ス及び例えばプラスチック廃棄物をペレット状に粉砕し
た有機物原料を供給し、予熱された熱によって有機物原
料と水蒸気及び支燃ガスである酸素とを反応させてガス
化し、メタノール合成用原料ガス（Ｈ₂ ＋ＣＯ＋Ｃ
Ｏ₂ ）を生成させる。定常反応時には第１段のガス化炉
１内は、この反応熱によって７００℃前後の温度に維持
される。第１段のガス化炉１内では、有機物原料がガス
化されてメタノール合成用原料ガスが生成し、フライア
ッシュ、すす、タールなどの重質分が副生され、未反応
の固体有機物及び未反応の有機物ガスが残留する。

【００１３】この副生物及び残留物を含有したメタノー
ル合成用原料ガス（Ｈ₂ ＋ＣＯ＋ＣＯ₂ ）をサイクロン
５に供給してフライアッシュ、固体有機物等の固体物を
除去し、ダスト排出ライン６から排出する。原料ガス中
のダスト成分が少ない場合にはサイクロン５を省略して
もよいことはもちろんである。フライアッシュ等が除去
され、有機物ガス、すす、タールなどが残留した原料ガ
スをガス分解炉２に供給すると共に、水蒸気と酸素の混
合ガスを水蒸気・酸素供給ライン４から供給して、燃焼
熱及び反応熱により少なくともガス化炉１よりも温度を
上昇させ、内装されたセラミック多孔体の表面あるいは
内部孔内に付着し又は捕捉され長時間保持されているす
すやタールを、より軽質なガス、例えばＣＯ、Ｈ₂ 、Ｃ
Ｏ₂ 、ＣＨ₄ 、Ｈ₂ Ｏなどに反応及び分解する。

【００１４】ガス化炉及びセラミック多孔体を内装した
ガス分解炉からなる実験炉（石英ガラス製、外熱式電気
炉付）により、第１段のガス化炉及び第２段のガス分解
炉の温度をそれぞれ７００℃及び１０００℃に設定し、
原料としてポリエチレンペレットを使用し、原料供給量
０．２ｇ／ｍｉｎの条件でガス化・分解試験を行い、ガ
ス分解炉を出たメタノール合成用原料ガス中のタール及
びすすの濃度を測定することによって、タール及びすす
の分解効果を調べた。セラミック多孔体としてアルミナ
多孔体を使用し、セラミック多孔体を使用しない場合の
データと比較した結果を図２及び図３に示す。

【００１５】図２及び図３から、ガス分解炉にセラミッ
ク多孔体を内装させることにより、メタノール合成用原
料ガス中のタール及びすすが高温のセラミック多孔体上
で分解され、それらの濃度をほとんど零にできることが
わかる。

【００１６】このようにして生成した、すす、タールそ
の他の副生物をほとんど含有せず、Ｈ₂ ／ＣＯモル比の
高いメタノール合成用原料ガス（Ｈ₂ ＋ＣＯ＋ＣＯ₂ ）
を熱回収装置５７によって所要の温度に冷却し、ガス分
解炉２で僅かに発生するフライアッシュをガス洗浄装置
５８によって除去し、このメタノール合成用原料ガスを
ＣＯシフト装置５９、ＣＯ₂ 除去装置６０に供給し、メ
タノール合成用原料ガス中のＨ₂ ／ＣＯ比の調整及びＣ
Ｏ₂ の一部もしくは全量の除去を行い、Ｈ₂ 、ＣＯ、Ｃ
Ｏ₂ 比を調整してメタノール合成装置６１に供給し、メ
タノール合成装置６１において２Ｈ₂ ＋ＣＯ→ＣＨ₃ Ｏ
Ｈ及びＣＯ₂ ＋３Ｈ₂ →ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ ₂ Ｏの化学反応
でメタノールを合成することができる。また、メタノー
ル合成用原料ガスの組成によってはＣＯシフト装置５９
及びＣＯ₂ 除去装置６０を省略することもできる。

【００１７】

【発明の効果】本発明の装置によれば、第１段のガス化
炉において副生するすすやタールを、第２段のガス分解
炉に、それらの分解が終了するまで保持することができ
るのですす及びタールが完全に分解され、水素ガスモル
比が高くてすす又はタールをほとんど含有しないクリー
ンなメタノール合成用原料ガスを生成させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である有機物の部分ガス化・
分解装置及びメタノール合成装置の概念を示す説明図。

【図２】実施例におけるタールの分解効果を示すグラ
フ。

【図３】実施例におけるすすの分解効果を示すグラフ。

【図４】特願平７−１０５１８０号による有機物の部分
ガス化装置及びメタノール合成装置の概念を示す説明
図。

【図５】従来の装置の一例である有機物の部分ガス化装
置及びメタノール合成装置の概念を示す説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平野 正樹 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 山田 守雄 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 米沢 鴻一 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 島田 裕 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 徳政 賢治 広島県広島市中区小町４番33号 中国電力 株式会社内 (72)発明者 金子 雅人 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 橋本 律男 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 新屋 謙治 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 伊藤 義文 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物原料を水蒸気及び支燃ガスによっ
   て部分ガス化反応及び同時にもしくはシリーズに反応で
   生成したガス中の炭化水素成分を分解させてメタノール
   合成用の原料ガスを生成する装置であって、有機物原料
   供給手段と、水蒸気供給手段と、支燃ガス供給手段と、
   噴流用ガス供給手段とを備えたガス化炉と、このガス化
   炉の後流側に設けられたセラミック多孔体を内装し、水
   蒸気供給手段及び支燃ガス供給手段を備えたガス分解炉
   とを具備してなることを特徴とする有機物ガス化・分解
   装置。
2. 【請求項２】 有機物原料を水蒸気及び支燃ガスによっ
   て部分ガス化反応及び同時にもしくはシリーズに反応で
   生成したガス中の炭化水素成分を分解させてメタノール
   合成用の原料ガスを生成する装置であって、有機物原料
   供給手段と、水蒸気供給手段と、支燃ガス供給手段と、
   噴流用ガス供給手段とを備えたガス化炉と、このガス化
   炉の後流側に設けられたセラミック多孔体を内装し、水
   蒸気供給手段及び支燃ガス供給手段を備えたガス分解炉
   とを具備し、前記ガス化炉とガス分解炉との間にサイク
   ロンを設けてなることを特徴とする有機物ガス化・分解
   装置。