JP2003253272A - 有機物のガス化処理方法 - Google Patents
有機物のガス化処理方法Info
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Abstract
にする。 【解決手段】 有機物供給部2の下流側に粗粉砕機5、
定量供給装置6を介して粉砕混合機3を接続する。粉砕
混合機3には、黒液タンク7より黒液4を導く黒液供給
ライン8を接続する。粉砕混合機3の下流側に、定量供
給装置10を介してガス化炉11を接続する。ガス化炉
11には、ガス化剤供給部12よりガス化剤13を導く
ガス化剤供給ライン14を接続する。有機物1を粗粉砕
した後、粉砕混合機3にて黒液4と混合して混合物9を
調製させ、この混合物9をガス化炉11に供給してガス
化剤13の存在下で加熱して熱分解ガス化反応させる。
これにより黒液4に由来するアルカリ分の触媒効果によ
って有機物1の熱分解ガス化反応を促進させる。
Description
系廃棄物、農産廃棄物、畜産廃棄物、水産廃棄物、食品
加工廃棄物、厨芥等の厨房系廃棄物等の植物・動物性廃
棄物や、し尿処理場や下水処理場から排出される汚泥等
の有機性廃棄物の如き有機物を熱分解ガス化して、燃料
ガスや合成用原料ガスとして利用可能なガス化ガスを製
造する有機物のガス化処理方法に関するものである。
法の1つとしてガス化処理がある。これは、上記化石燃
料をガス化炉に供給すると共に、該ガス化炉にガス化剤
としての水蒸気(H2O)や二酸化炭素(CO2)を供
給した状態において、上記化石燃料を加熱することによ
り、該化石燃料の熱分解反応と、該熱分解反応生成物の
上記ガス化剤によるガス化反応を進行させ、これにより
一酸化炭素(CO)や水素(H2)等を含有する可燃性
のガス化ガスを製造して、該ガス化ガスを燃料ガス又は
合成用原料ガスとして使用できるようにするものであ
る。
られるガス化炉は、原料となる化石燃料の供給形態や炉
内での化石燃料の流動状態、及び、灰の排出形態から、
固定層方式、流動層方式、噴流層方式に大別され、使用
する化石燃料やガス化剤、その他の反応方式によって多
少異なるが、上記熱分解ガス化反応には、ガス化炉が固
定層方式又は流動層方式の場合には900〜1000℃
程度、又、噴流層方式の場合には1300〜1400℃
の高温条件がそれぞれ必要とされる。そのため上記各種
ガス化炉の内部温度を、上記熱分解ガス化反応に必要な
高温条件に保つことができるようにするために、化石燃
料の熱分解ガス化反応を行わせる際に、ガス化炉に酸素
あるいは空気を所要量供給して上記化石燃料の一部を燃
焼させ、その燃焼熱により上記高温条件を得るようにし
た手法も開発されてきており、試験・実証のための設
備、又は、商業規模の設備が稼動している。
オマスや有機性廃棄物の如き有機物を原料として熱分解
ガス化処理することにより、燃料ガスや合成用原料ガス
として使用可能なガス化ガスを製造する技術の研究も進
められてきている。
るパルプ製造プロセスでは、黒液(チップ蒸解工程で排
出される脱リグニン用アルカリ液)が廃棄物として排出
され、該黒液は、主として水酸化ナトリウム(NaO
H)及び硫化ナトリウム(Na 2S)からなる大量のア
ルカリ分を含み、且つ常温以上に加熱すると、液体とな
る性状を有することが知られている。
く、通常、固定層方式、流動層方式又は噴流層方式のガ
ス化炉を用いて熱分解ガス化処理するには、ガス化過程
で900〜1000℃程度あるいは1300〜1400
℃といった高温条件が必要であり、このため酸素や空気
を大量に消費し、特に酸素を使用する場合には、酸素を
製造するために大きな動力を要すると共に、この場合、
原料となるバイオマスや有機性廃棄物は、その大部分が
燃焼によって消費されるため、発生するガス化ガスの発
熱量が小さくなるという問題、すなわち、ガス化ガス中
の可燃成分である一酸化炭素や水素の収率が減少し、燃
焼に関わらない二酸化炭素の割合が多くなるという問題
がある。
温度条件が比較的低い固定層方式や流動層方式のガス化
炉を用いる場合には、より高温条件を必要とする噴流層
方式のガス化炉に比して酸素や空気の消費量が少なくて
すみ、発生するガス化ガスの発熱量が高くはなるが、こ
の場合、タール(高沸点化合物)が多く発生するため、
製造されるガス化ガス中のタール除去(回収又は改質)
が必要になり、タールの回収又は改質を行なう装置を付
設しなければならないという問題がある。
処理方法を、そのままバイオマスや有機性廃棄物の如き
有機物のガス化処理に適用するには、設備費、運転費が
嵩むという問題があり、普及の妨げとなっているのが実
状である。
棄物の如き有機物を、より低い温度条件の下でも効率よ
く熱分解ガス化処理することができる有機物のガス化処
理方法を提供しようとするものである。
決するために、バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物
をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか
一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス
化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機
物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要
の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱
分解ガス化処理するようにする。
応は、黒液に由来するアルカリ分の存在の下で進行する
ため、上記アルカリ分により、上記熱分解ガス化反応が
促進されるようになる。これにより、より低い温度で上
記有機物の熱分解ガス化反応を進行させることが可能に
なると共に、生成するガス化ガスは、可燃成分である水
素や一酸化炭素の収率が高められ、且つタール発生が抑
制されるようになる。
熱分解ガス化処理するときに、該ガス化炉に、所要量の
酸素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼させ
るようにすると、発生する燃焼熱を、上記熱分解ガス化
反応の吸熱反応により消費される熱の熱源とすることが
できるため、上記熱分解ガス化反応を行わせるための運
転費を削減できる。
化炉にて熱分解ガス化処理させる際に発生する残渣を、
ガス化ガスより分離して取り出して、該残渣よりアルカ
リ分を回収させるようにすると、黒液中に含まれていた
アルカリ分を回収でき、該回収されたアルカリ分を、パ
ルプ製造プロセスに戻してチップ蒸解工程における脱リ
グニン用のアルカリ物質として再使用すれば、アルカリ
分を循環使用することが可能になる。
を参照して説明する。
実施に用いる装置の一形態を示すもので、バイオマスや
有機性廃棄物の如き有機物1の供給部2に、下流側の粉
砕混合機3にて黒液4と混合させる有機物1を予め粗粉
砕するための粗粉砕機5を接続し、該粗粉砕機5の下流
側を、スクリューフィーダの如き定量供給装置6を介し
て上記粉砕混合機3に接続する。又、該粉砕混合機3に
は、図示しないパルプ製造プロセスから排出される黒液
4を一旦貯留できるようにしてある黒液タンク7を、途
中に図示しない供給量制御手段を備えた黒液供給ライン
8を介し接続して、該粉砕混合機3にて、上記定量供給
装置6から供給される粗粉砕後の有機物1と黒液タンク
7より黒液供給ライン8を通して導かれる黒液4とを所
要の混合比で混合して、スラリー又はペースト状又は固
形の混合物9を調製できるようにする。更に、上記粉砕
混合機3の下流側に、スクリューフィーダの如き定量供
給装置10の入口側を接続すると共に、該定量供給装置
10の出口側をガス化炉11に接続する。該ガス化炉1
1は、所要位置にガス化剤供給部12がガス化剤供給ラ
イン14を介し接続してあって、該ガス化剤供給部12
より水蒸気及び又は二酸化炭素がガス化剤13として供
給できるようにしてあると共に、上記定量供給装置10
より炉内に定量供給される有機物1と黒液4との混合物
9を、上記ガス化剤供給部12より供給されるガス化剤
13の存在下で500〜1000℃程度まで加熱するた
めの図示しない加熱手段が備えてあり、更に、上記所要
温度までの加熱により進行する上記混合物9の熱分解ガ
ス化反応に伴って発生するガス化ガス15と、灰分等を
含む残渣(熱分解残渣)16とを分離してそれぞれ回収
できるようにしてある。
方式、流動層方式、噴流層方式のいずれの形式のものを
採用してもよいが、熱分解ガス化反応を比較的低温で行
う場合は固定層方式や流動層方式が適しており、高温で
行う場合は噴流層方式が適している。なかでも噴流層方
式は、大容量化が容易で、負荷追従性に優れている。1
7は黒液タンク7に装備したヒータの如き加熱手段であ
り、該加熱手段17により黒液タンク7内の黒液4を常
温以上に加熱することにより、該黒液4を、液体、すな
わち、流動性を確保した状態で粉砕混合機3へ供給し
て、有機物1と効率よく混合させることができるように
してある。
物供給部2より供給される有機物1を粗粉砕機5で粗粉
砕した後、該粗粉砕された有機物1と、黒液タンク7か
ら供給される黒液4とを、粉砕混合機3にて所要の混合
比で混合させてスラリー又はペースト状又は固形の混合
物9を調整する。この際、上記有機物1と黒液4との混
合比としては、使用する有機物1の性状や黒液4の性
状、アルカリ分の含有率等によって変化するが、スラリ
ー状の混合物9を調製する場合には、固形分が70%、
水分が30%程度の割合となるように有機物1と黒液4
との混合比を1:1〜2:1程度とすればよく、又、ペ
ースト状の混合物9を調整する場合には、混合比を2:
1〜3:1程度とすればよく、固形の混合物9を調整す
る場合には、3:1〜5:1程度の混合比とすればよ
い。特に、上記混合比を5:1程度とした場合に調整さ
れる固形の混合物9は、有機物1のみの場合と同様の固
形物として取り扱うことが可能になる。
給して、該ガス化炉11内にて、上記混合物9を、ガス
化剤供給部12より供給される水蒸気及び又は二酸化炭
素からなるガス化剤13の存在の下で所要温度まで加熱
することにより、有機物1と黒液4の混合物9を熱分解
ガス化処理させ、発生するガス化ガス15と残渣16を
分離させて回収する。
でいる液体である黒液4と予め混合され、スラリー又は
ペースト状又は固形の混合物9とされた状態でガス化炉
11に供給されるため、ガス化炉11内における有機物
1の熱分解ガス化反応は、常に上記黒液4が一緒に存在
した状態、すなわち、該黒液4由来のアルカリ分が効率
よく接触されて存在した状態で進行させられることにな
り、該アルカリ分の触媒効果により上記有機物1の熱分
解ガス化反応の進行が促進させられ、効率よくガス化ガ
ス15が発生させられる。この際、黒液4に含有されて
いた有機成分も促進された状態で熱分解ガス化処理され
るようになる。
方法によれば、有機物1の熱分解ガス化反応の進行を促
進させることができるため、後述する図4及び図5の結
果からも明らかなように、上記熱分解ガス化反応を、よ
り低温の条件で効率よく進行させることができ、ガス化
炉11として噴流層方式のものを採用した場合であって
も、反応に必要な温度条件を800〜1000℃程度と
比較的低温の温度条件とすることができるため、要求さ
れる温度条件を、従来の1300〜1400℃という高
温条件から大幅に緩和することができる。固定層方式、
流動層方式では低温の500〜800℃でのガス化が可
能になるため、要求される温度条件を従来の900〜1
000℃より引き下げることができる。又、有機物1の
熱分解ガス化反応の促進に伴って、可燃成分である一酸
化炭素や水素の収率の高いガス化ガス15を発生させて
回収できると共に、タールの発生も抑制することができ
るため、タールの回収又は改質を行なう装置を付設する
必要をなくすことができる。したがって、有機物1のガ
ス化処理に要する設備費、運転費の削減が可能になる。
すもので、図1に示したものと同様な構成において、ガ
ス化炉11に、酸素又は空気20の供給部18を供給ラ
イン19を介し接続して、上記ガス化炉11にて有機物
1と黒液4との混合物9を熱分解ガス化させるときに、
該ガス化炉11に、上記供給部18から供給ライン20
を通し所要量の酸素又は空気20を供給して上記有機物
1と黒液4の混合物9の一部を燃焼させるようにしたも
のである。
あり、同一のものには同一符号が付してある。
有機物1と黒液4との混合物9の一部を燃焼させるの
で、燃焼熱が発生する。これにより、吸熱反応である上
記混合物9の熱分解反応生成物のガス化反応を進行させ
るための熱源として、上記混合物9の燃焼熱を利用でき
るため、ガス化炉11の運転費を削減することができ
る。
態を示すもので、図2に示したものと同様な構成におい
て、ガス化炉11より回収される残渣16中のアルカリ
分を分離して回収するための回収装置21をガス化11
炉の下流側に設けたものである回収装置21としては、
たとえば、上記残渣16を水と混合した後、固液分離を
行うことによりアルカリ分22を水溶液として、又、灰
分23を固体としてそれぞれ回収できるようにしたもの
である。
あり、同一のものには同一符号が付してある。
有機物1と黒液4の混合物9の熱分解ガス化反応を進行
させると、上記黒液4に含まれていたアルカリ分は、ほ
とんどガス化されることなく灰分と共に残渣16に含ま
れることとなり、この残渣16を水と混合するとアルカ
リ分は水中に溶解される一方、灰分は溶解しないので、
その後、固液分離することでアルカリ分22を水溶液と
して、固体の灰分23と分離して回収できるようにな
る。したがって、上記回収したアルカリ分22の水溶液
を、パルプ製造プロセスに返送してチップ蒸解工程にお
ける脱リグニン用のアルカリ分22として使用すれば、
アルカリ22分を循環使用することが可能になる。
されるものではなく、有機物1と黒液4の混合物9を加
熱して熱分解ガス化処理できれば、ガス化炉の形式はい
かなる形式のものを採用してもよいこと、上記各実施の
形態では、有機物1と黒液4を予め粉砕混合機3にて混
合し、スラリー又はペースト状又は固形の混合物9とし
てガス化炉11に供給させるものとして示したが、ガス
化炉11内にて有機物1と黒液4を効率よく撹拌して混
合させながら熱分解ガス化処理を行うことができれば、
有機物1と黒液4をガス化炉11に個別に供給させるよ
うにしてもよいこと、図1の装置において、ガス化炉1
1の下流側に図3に示したものと同様に分離装置21を
備えて、該分離装置21により、ガス化炉11から回収
した残渣16中のアルカリ分22を回収させるようにし
てもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内において種々変更を加え得ることは勿論である。
て、黒液4と混合することによるガス化処理反応の促進
効果を検証した。使用した木質系バイオマス及び使用し
た黒液4の分析値は以下のとおりである。 木質系バイオマス:水分6%、揮発分79%、灰分1
%、固定炭素14% 黒液:水分33%、揮発分22%、灰分37%、固定炭
素8% 実験では、上記木質系バイオマスと黒液との混合ガス化
には、木質系バイオマス原料と木質系バイオマスを炭化
処理したバイオマスチャーを用い、バイオマスチャー重
量を基準として、黒液を1:1で混合し、ガス化剤13
としては二酸化炭素を使用してガス化した。処理温度は
750℃とした。 (1)先ず、上記木質系バイオマスのバイオマスチャー
と黒液4とを上記1:1の混合比で混合してなる混合物
9のガス化処理を行った。その結果、図4に線aで示す
如く、上記混合物9の固定炭素転化率は、処理時間の経
過と共に上昇し、20分で固定炭素の87%の転化率が
得られることが判明した。この混合物9の転化率は、黒
液4(図4の線b)とバイオマスチャー(図4の線c)
が相互作用なしにそれぞれ単独でガス化処理した場合の
値に比して転化率は著しく高く、黒液4がバイオマスチ
ャーのガス化を促進することが明らかとなった。 (2)次に、木質系バイオマス原料と黒液4を上記1:
1の混合比で混合してなる混合物9についてガス化処理
を行った。その結果、図5に線a´で示す如く、上記混
合物9の固定炭素転化率は、黒液4(図5の線b)と木
質系バイオマス原料(図5の線c´)が相互作用なしに
それぞれ単独でガス化処理した場合の値に比して転化率
は著しく高く、上記したバイオマスチャーと黒液4とを
混合した場合の結果に比して促進効果は若干小さかった
が、木質系バイオマス原料の場合も黒液4の混合でガス
化を促進することが明らかとなった。
化処理方法によれば以下の如き優れた効果を発揮する。 (1)バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物をガス化炉
に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双
方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理して
ガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化
処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混
合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化
処理するようにしてあるので、比較的低温で上記有機物
の熱分解ガス化反応を進行させることができる。又、上
記熱分解ガス化反応により発生するガス化ガスは、可燃
成分である水素や一酸化炭素の収率が高められ、且つタ
ール発生が抑制されるようになる。したがって、有機物
のガス化処理を行うための設備に要する設備費、運転費
の削減が可能になる。 (2)ガス化炉にて有機物と黒液の混合物を熱分解ガス化
処理するときに、該ガス化炉に、所要量の酸素又は空気
を供給して、上記有機物の一部を燃焼させるようにする
と、発生する燃焼熱を、上記熱分解ガス化反応の吸熱反
応により消費される熱の熱源とすることができるため、
上記熱分解ガス化反応を行わせるための運転費を削減で
きる。 (3)有機物と黒液との混合物を上記ガス化炉にて熱分解
ガス化処理させる際に発生する残渣を、ガス化ガスより
分離して取り出して、該残渣よりアルカリ分を回収させ
るようにすると、黒液中に含まれていたアルカリ分を回
収でき、該回収されたアルカリ分を、パルプ製造プロセ
スに戻してチップ蒸解工程における脱リグニン用のアル
カリ物質として再使用すれば、アルカリ分を循環使用す
ることが可能になる。
る装置の一形態を示す概要図である。
る。
の混合物を熱分解ガス化処理したときの固定炭素転化率
を示すグラフである。
ス化処理したときの固定炭素転化率を示すグラフであ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物
をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか
一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス
化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機
物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要
の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱
分解ガス化処理することを特徴とする有機物のガス化処
理方法。 - 【請求項2】 バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物
をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか
一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス
化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機
物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要
の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱
分解ガス化処理するときに、該ガス化炉に、所要量の酸
素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼させる
ことを特徴とする有機物のガス化処理方法。 - 【請求項3】 バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物
をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか
一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス
化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機
物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要
の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱
分解ガス化処理させ、しかる後に、上記ガス化炉より残
渣を上記ガス化ガスより分離して取り出して、該残渣よ
りアルカリ分を回収することを特徴とする有機物のガス
化処理方法。。 - 【請求項4】 バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物
をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか
一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス
化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機
物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要
の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱
分解ガス化処理させるときに、該ガス化炉に、所要量の
酸素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼さ
せ、しかる後に、上記ガス化炉より残渣を上記ガス化ガ
スより分離して取り出して、該残渣よりアルカリ分を回
収することを特徴とする有機物のガス化処理方法。
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JP2002053048A JP3952806B2 (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 有機物のガス化処理方法 |
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Cited By (4)
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- 2002-02-28 JP JP2002053048A patent/JP3952806B2/ja not_active Expired - Fee Related
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