JP2007084389A - Method for reforming fluid organic compound - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハロゲン及び硫黄を含まない流体有機化合物を分解反応及び/又は改質反応により改質処理をする方法に関し、具体的には、炭化水素等の流体有機化合物を、反応性気体と反応させて改質するのに好適な流体有機化合物の改質処理方法に係る。 The present invention relates to a method for reforming a fluid organic compound containing no halogen and sulfur by a decomposition reaction and / or a reforming reaction. Specifically, a fluid organic compound such as a hydrocarbon is reacted with a reactive gas. The present invention relates to a method for modifying a fluid organic compound that is suitable for modification.
ここでハロゲン及び硫黄を含有しない流体有機化合物には、ガスないし液体の炭化水素(脂肪族、脂環式、芳香族を含む)ばかりでなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のハロゲン元素・硫黄元素非含有の有機廃プラスチック類の熱分解ガス・液体を含む。また、流体とは、常温流体の化合物ばかりでなく、反応に際して、流体となっている全ての状態を含む。 Here, the fluid organic compounds containing no halogen and sulfur include not only gas or liquid hydrocarbons (including aliphatic, alicyclic and aromatic), but also those containing no halogen or sulfur elements such as polyethylene and polypropylene. Includes pyrolysis gas and liquid of organic waste plastics. Further, the fluid includes not only a normal temperature fluid compound but also all states that become a fluid upon reaction.
昨今、環境的見地から燃料電池に対する関心が高まり、将来、燃料電池の原料となる水素の需要が増大することが予測され、低コストで水素を製造する技術の開発が要請されている。 In recent years, interest in fuel cells has increased from an environmental standpoint, and it is predicted that the demand for hydrogen as a raw material for fuel cells will increase in the future, and development of technology for producing hydrogen at low cost has been demanded.
他方、同様に環境的見地から、廃プラスチック類における、ハロゲン及び硫黄を含まないもの(熱可塑性エラストマーを含む)の比重が増大しつつある。 On the other hand, from the environmental standpoint, the specific gravity of waste plastics that do not contain halogen and sulfur (including thermoplastic elastomers) is increasing.
これらを熱処理すると、熱分解で炭化水素類が多量に発生するため、炭化水素等を水蒸気や酸素で改質して、水素を得ることが考えられる。 When these are heat-treated, a large amount of hydrocarbons are generated by thermal decomposition. Therefore, it is conceivable to reform hydrocarbons with steam or oxygen to obtain hydrogen.
例えば、特許文献1には、有機化合物(炭化水素やアルコール)又は一酸化炭素を含む反応流体から触媒反応により水素を発生させる触媒体を、流体流路内に配設してなる改質反応装置であって、該触媒体の少なくとも一部分が通電により発熱可能に構成されている触媒反応装置が記載されている。そして、該装置を用いて、有機化合物と水蒸気(改質用ガス)等とを反応物質として含む反応流体を通過させて、該有機化合物を改質処理して、水素等の改質ガスを調製する技術が記載されている(特許文献1の段落0038〜0040、図10参照)。 For example, Patent Document 1 discloses a reforming reaction apparatus in which a catalyst body that generates hydrogen by a catalytic reaction from a reaction fluid containing an organic compound (hydrocarbon or alcohol) or carbon monoxide is disposed in a fluid flow path. A catalyst reaction apparatus is described in which at least a part of the catalyst body is configured to be capable of generating heat when energized. Then, using this apparatus, a reaction fluid containing an organic compound and water vapor (reforming gas) as a reactant is passed through to reform the organic compound to prepare a reformed gas such as hydrogen. (See paragraphs 0038 to 0040 of Patent Document 1 and FIG. 10).
この技術は、改質処理における加熱は、抵抗発熱を前提としており、触媒体(触媒担持体)を兼ねる発熱体はFe−Cr−Al、Fe−Al、Fe−Cr等の合金からなるハニカム構造体等で形成するものである(同段落0041参照)。
本発明は、上記先行技術文献に記載されていない新規な構成で、ハロゲンおよび硫黄を含まない流体有機化合物の改質を簡易にかつ生産性を良好に行うことができる流体有機化合物の改質処理方法を提供することを課題(目的)とする。 The present invention is a fluid organic compound modification process that can easily modify a fluid organic compound that does not contain halogen and sulfur and has good productivity with a novel configuration that is not described in the above prior art document. It is an object (purpose) to provide a method.
本発明の流体有機化合物の改質処理方法は、下記構成により上記目的(課題)を解決するものである。 The fluid organic compound modification treatment method of the present invention solves the above object (problem) by the following constitution.
ハロゲン及び硫黄を含まない流体有機化合物と、H2O、CO2、CO及びO2の群から選択される少なくとも1種以上の反応気体(改質用ガス)とを反応層に導入し通過させて、前記流体有機化合物を分解反応及び/又は改質反応させるに際して、
前記反応層の少なくとも一部にマイクロ波を吸収し発熱する物質(以下、「マイクロ波発熱物質」という。)で形成するとともに、前記反応層にマイクロ波を照射して、前記反応層を設定温度に加熱又は維持することを特徴とする。
A fluid organic compound that does not contain halogen and sulfur and at least one or more reaction gases (reforming gas) selected from the group of H 2 O, CO 2 , CO, and O 2 are introduced into the reaction layer and passed therethrough. When the fluid organic compound is decomposed and / or reformed,
At least a part of the reaction layer is formed of a substance that absorbs microwaves and generates heat (hereinafter referred to as “microwave exothermic substance”), and the reaction layer is irradiated with microwaves to set the reaction layer at a set temperature. It is characterized by heating or maintaining.
上記反応層をマイクロ波発熱物質とすることにより、マイクロ波照射したとき、直接加熱(誘電加熱:内部加熱)が可能となる。このため、被処理有機化合物の分解反応及び/又は改質反応に最適な温度に制御して均一加熱可能となる。マイクロ波加熱は抵抗加熱に比して温度制御・均一加熱が容易である。また、マイクロ波により有機化合物(誘電体)も直接加熱(誘電加熱)され熱分解が促進されやすくなる。さらに、特許文献1の抵抗発熱体の如く直接通電しないため、水蒸気改質においても、漏電対策が不要となる。また、廃プラスチックの熱分解成分(炭化水素等)を原料と使用でき、低コストで水素等を製造可能となる。 By using the reaction layer as a microwave exothermic substance, direct heating (dielectric heating: internal heating) is possible when microwave irradiation is performed. For this reason, it becomes possible to perform uniform heating by controlling the temperature optimal for the decomposition reaction and / or reforming reaction of the organic compound to be treated. In microwave heating, temperature control and uniform heating are easier than resistance heating. In addition, the organic compound (dielectric material) is also directly heated (dielectric heating) by the microwave, and thermal decomposition is easily promoted. Furthermore, since the current is not directly energized unlike the resistance heating element of Patent Document 1, no countermeasure against electric leakage is required even in steam reforming. Moreover, the thermal decomposition component (hydrocarbon etc.) of waste plastic can be used as a raw material, and hydrogen etc. can be manufactured at low cost.
流体有機化合物を反応気体と混合して、反応層に導入して通過させるに際して、分解反応及び/又は改質反応されて、メタン、アルコール、水素、一酸化炭素等の改質ガス(有価ガス)に変換されたり、さらには、無害な水蒸気と二酸化炭素に変換されたりする。ここで、「分解反応及び/又は改質反応されて」とは、流体有機化合物の分解反応生成物が、さらに、低分子の炭化水素等に分解反応される場合、該分解反応後、又は、分解反応されずに直接、有価ガス又は無害ガスに改質(酸化を含む。)される場合を意味する。 When a fluid organic compound is mixed with a reaction gas and introduced into the reaction layer and passed through, it undergoes a decomposition reaction and / or a reforming reaction to produce a reformed gas (valuable gas) such as methane, alcohol, hydrogen, carbon monoxide, etc. Or even harmless water vapor and carbon dioxide. Here, “being decomposed and / or reformed” means that when the decomposition reaction product of the fluid organic compound is further decomposed into a low-molecular hydrocarbon or the like, after the decomposition reaction, or It means a case where reforming (including oxidation) is carried out directly to a valuable gas or a harmless gas without a decomposition reaction.
流体有機化合物(分解生成物を含む。)の改質反応の各例を下記する。 Examples of reforming reactions of fluid organic compounds (including decomposition products) will be described below.
1)脂肪族炭化水素の触媒酸化による直接改質・・・
2CnH2n+2+(3n+1)O2→2nCO2+2(n+1)H2O+Q1
2)脂肪族炭化水素の水蒸気(H2O)による改質・・・
CnH2n+2+nH2O→nCO+(2n+1)H2−Q2
3)脂肪族炭化水素の二酸化炭素(CO2)による改質・・・
CnH2n+2+nCO2→2nCO+2(n+1)H2−Q3
4)脂肪族炭化水素の一酸化炭素による改質・・・
CH4+CO→C2H2+H2O−Q4
C2H6+CO+H2O→2CH3COOH−Q4´
5)脂肪族アルコールの水蒸気(H2O)による改質・・・
CnH2n+1(OH)+nH2O→nCO2+(2n+1)H2−Q5
上記1)以外の反応はいずれも吸熱反応であり、高温加熱(500℃)することにより右側へ反応が促進される。上記1)の触媒酸化反応は発熱反応であり、初期段階で主として発生し、マイクロ波加熱に加えて反応層の加熱を促進させると考えられる。
1) Direct reforming of aliphatic hydrocarbons by catalytic oxidation ...
2C n H 2n + 2 + (3n + 1) O 2 → 2nCO 2 +2 (n + 1) H 2 O + Q1
2) Reforming of aliphatic hydrocarbons with water vapor (H 2 O)
C n H 2n + 2 + nH 2 O → nCO + (2n + 1) H 2 -Q2
3) Reforming of aliphatic hydrocarbons with carbon dioxide (CO 2 )
C n H 2n + 2 + nCO 2 → 2nCO + 2 (n + 1) H 2 -Q3
4) Reforming of aliphatic hydrocarbons with carbon monoxide
CH 4 + CO → C 2 H 2 + H 2 O-Q4
C 2 H 6 + CO + H 2 O → 2CH 3 COOH-Q4 ′
5) Modification of aliphatic alcohol with water vapor (H 2 O)
C n H 2n + 1 (OH ) + nH 2 O → nCO 2 + (2n + 1) H 2 -Q5
Reactions other than the above 1) are endothermic reactions, and the reaction is promoted to the right side by heating at a high temperature (500 ° C.). The catalytic oxidation reaction of the above 1) is an exothermic reaction and is mainly generated in the initial stage and is considered to promote heating of the reaction layer in addition to microwave heating.
上記2)、3)において、燃料ガスの場合は、このままでもよいが、本発明では有用ガスを水素として燃料電池に使用する場合は、下記COシフト反応や、CO選択酸化反応により、生成ガスのCOを低減させる、さらなる改質処理が必要である。COが燃料電池の電極を被毒させるおそれがあるためである。(特許文献1段落0018参照)。 In the above 2) and 3), in the case of the fuel gas, it may be left as it is. However, in the present invention, when the useful gas is used as a fuel cell in the fuel cell, the generated gas is converted by the following CO shift reaction or CO selective oxidation reaction. Further reforming treatments that reduce CO are necessary. This is because CO may poison the fuel cell electrode. (See Patent Document 1, paragraph 0018).
6)COシフト反応・・・CO+H2O→CO2+H2+Q6
7)CO選択酸化反応・・・CO+1/2O2→CO2+Q7
上記構成において、前記反応層は、粒状充填剤(ペレット等の造粒物を含む。以下同じ。)若しくは多孔質成形体で形成する固定型(図1参照)、又は、該粒状充填剤を反応層の形成部位に連続的又は間欠的に導入及び排出する移動型(図2参照)とすることができる。この反応層を移動型とする場合は、反応層に触媒毒(例えば、CO)等により分解触媒の触媒作用が低下する前に反応層から系外へ移動するため、長時間の連続運転が可能となる。さらには、粒状充填剤を再利用する構成とすることもできる。
6) CO shift reaction: CO + H 2 O → CO 2 + H 2 + Q6
7) CO selective oxidation reaction: CO + 1 / 2O 2 → CO 2 + Q7
In the above configuration, the reaction layer reacts with a granular filler (including a granulated product such as pellets, the same applies hereinafter) or a fixed mold formed of a porous molded body (see FIG. 1), or the granular filler. It can be a mobile type (see FIG. 2) that is continuously or intermittently introduced into and discharged from the layer formation site. When this reaction layer is a mobile type, the reaction layer moves out of the system before the catalytic action of the decomposition catalyst decreases due to catalyst poison (for example, CO), so continuous operation for a long time is possible. It becomes. Furthermore, it can also be set as the structure which reuses a granular filler.
上記各反応層における設定温度は、通常、約140〜900℃の範囲から適宜選択する。 The set temperature in each of the reaction layers is usually appropriately selected from the range of about 140 to 900 ° C.
上記各構成において、反応層の全部又は一部を、有機化合物の分解改質触媒成分(以下単に「分解触媒成分」という。)とすることが望ましい。分解反応が相対的に低温で効率的に可能となり、省エネになり、温度制御も容易となる。 In each of the above-described configurations, it is desirable that all or part of the reaction layer is an organic compound decomposition reforming catalyst component (hereinafter simply referred to as “decomposition catalyst component”). The decomposition reaction can be efficiently performed at a relatively low temperature, energy saving and temperature control are facilitated.
反応層を形成するマイクロ波発熱物質としては、通常、金属酸化物、金属炭化物若しくは炭素又はそれらの複合体から選択される1種又は2種以上からなる、又はそれらを主体とするものとする。 The microwave exothermic material forming the reaction layer is usually composed of one or more selected from metal oxides, metal carbides or carbons, or a composite thereof, or mainly composed of them.
上記マイクロ波発熱物質(マイクロ波吸収物質)としての金属酸化物は、遷移金属酸化物の群並びにアルミニウム、鉛、インジウム及び錫からなる典型金属酸化物の群から1種又は2種以上選択することが望ましい。これらは、有機化合物の分解反応に対して選択性を有するとともに触媒活性の高いものが多く、分解触媒成分を兼ねることができる。特に、触媒活性が高いマイクロ波発熱物質としては、β−アルミナ、γ−アルミナ、酸化チタン、酸化鉄、酸化ジルコニウム及び酸化セリウムを挙げることができる。 The metal oxide as the microwave heating material (microwave absorbing material) is selected from one or more kinds of transition metal oxides and typical metal oxides composed of aluminum, lead, indium and tin. Is desirable. Many of these have selectivity for the decomposition reaction of organic compounds and have high catalytic activity, and can also serve as decomposition catalyst components. In particular, examples of microwave exothermic substances having high catalytic activity include β-alumina, γ-alumina, titanium oxide, iron oxide, zirconium oxide, and cerium oxide.
上記マイクロ波発熱物質としての複合体は、赤泥、無機汚泥、クリンカ(石炭ボトムアッシュ)、カルシウムフェライト、酸化鉄含有汚泥、煙道・ボイラースケール処理後ブラスト材、アルミドロス、焼却灰、ゼオライト、アルミン酸ナトリウム及び石炭フライアッシュの群から1種又は2種以上選択することが望ましい。上記特定金属酸化物と同様の理由からである。 Composites as microwave heating materials include red mud, inorganic sludge, clinker (coal bottom ash), calcium ferrite, iron oxide-containing sludge, flue / boiler scale treated blast material, aluminum dross, incinerated ash, zeolite, It is desirable to select one or more from the group of sodium aluminate and coal fly ash. This is because of the same reason as the specific metal oxide.
上記構成の流体有機化合物の改質処理方法に使用する装置の構成は、例えば、下記の如くになる。 The configuration of the apparatus used in the fluid organic compound modification method having the above-described configuration is, for example, as follows.
ハロゲン及び硫黄を含まない流体有機化合物を反応性気体と反応させて、分解・改質反応又は改質反応を行うための処理装置であって、
反応容器と流体供給手段とマイクロ波加熱手段とを備え、
前記反応容器は、少なくとも一部に吸着機能を有するマイクロ波発熱物質を含む反応層を内部に備えるとともに、該反応層に前記流体有機化合物を導入するための流体入口部と、前記反応層を通過後の改質ガスを排出するガス出口部を備え、
前記流体供給手段は、前記流体入口部に前記流体有機化合物と前記反応性気体とを流量を制御して供給可能に接続され、
前記マイクロ波加熱手段は、前記反応層を設定温度に加熱又は維持することが可能なものであることを特徴とする。
A processing apparatus for performing a decomposition / reforming reaction or a reforming reaction by reacting a fluid organic compound containing no halogen and sulfur with a reactive gas,
A reaction vessel, a fluid supply means and a microwave heating means,
The reaction vessel includes a reaction layer containing a microwave exothermic substance having at least a part of an adsorption function therein, a fluid inlet for introducing the fluid organic compound into the reaction layer, and passing through the reaction layer It has a gas outlet that discharges the reformed gas later.
The fluid supply means is connected to the fluid inlet portion so as to be able to supply the fluid organic compound and the reactive gas while controlling the flow rate.
The microwave heating means is capable of heating or maintaining the reaction layer at a set temperature.
本発明は上記のような解決手段(発明特定事項)により、揮発性の流体有機化合物を、反応層をマイクロ波加熱(内部加熱)により短時間で加熱して、反応気体と反応させて水素等の有価ガスを低コストで得ることができるとともに、無害な二酸化炭素や水蒸気に変換することができる。また、反応層を形成する材料としてマイクロ波発熱物質とともに分解触媒成分を含むものを、安価な産業廃棄物の内から適宜選択することができ、処理コストの低減に寄与する。 In the present invention, by the above-described solution (invention specific matter), a volatile fluid organic compound is heated in a short time by microwave heating (internal heating) to react with a reaction gas, hydrogen, etc. Can be obtained at low cost and can be converted into harmless carbon dioxide and water vapor. In addition, a material containing a decomposition catalyst component together with a microwave exothermic material as a material for forming the reaction layer can be appropriately selected from inexpensive industrial waste, which contributes to a reduction in processing costs.
以下、本発明についてさらに詳細な説明を行う。以下の説明で組成を示す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。 The present invention will be described in further detail below. In the following description, “%” indicating the composition means “% by mass” unless otherwise specified.
図3に本発明で使用する流体有機化合物の改質処理装置であるマイクロ波分解・改質反応装置の概念図を、図4に詳細要部概念図をそれぞれ示す。ここでは、有機化合物としてガス体(気体)を主として例に採り説明する。 FIG. 3 is a conceptual diagram of a microwave decomposition / reformation reaction apparatus that is a fluid organic compound reforming treatment apparatus used in the present invention, and FIG. Here, a gas body (gas) will be mainly described as an example of the organic compound.
本装置は、基本的には、流体有機化合物(被処理ガス)Gが導入され、反応層12を有する反応容器14と、反応層12を所定温度に維持するマイクロ波加熱手段16、16Aとを備えている。反応容器14の大きさは、所要処理量により異なるが、例えば、内径:10〜100cm×高さ:10〜200cmとし、反応層の容量1〜1500Lとする。
This apparatus basically includes a
ここで、反応容器14は、断熱材18で囲繞され、反応層12の下端高さ位置には被処理ガス(原料)GIの入口部(ガス導入口)20を、反応層12の上端高さ直上位置には処理済みの改質ガス(製品)GOの出口部(ガス導出口)22が形成されている。
Here, the
改質ガス(H2)は原料ガス(有機化合物及び反応性ガス)より通常軽いため、製品ガス回収の見地、及び、反応層12を形成する粒状充填剤に向流接触(ガス流れに対する接触性が良好となる。)の見地から、本図例の構成とすることが望ましい。なお、原料ガスGIの反応層12への導入は、原料ガス供給側からのポンプによる加圧押込み又は製品ガス排出側からのポンプによる吸引の一方又は双方により行う。
Since the reformed gas (H 2 ) is usually lighter than the raw material gas (organic compound and reactive gas), it is countercurrent contact (contact with gas flow) from the viewpoint of product gas recovery and the granular filler forming the
ここで、入口部20と出口部22との位置関係は、上下逆としてもよい。
Here, the positional relationship between the
特に、有機化合物が液体の場合は、有機化合物を上方から流入させ、反応性ガス(H2O、CO2、CO又はO2)を下方から流入させ、上方に図示しない製品(ガス)回収口を設ける。 In particular, when the organic compound is a liquid, the organic compound is allowed to flow from above, and a reactive gas (H 2 O, CO 2 , CO, or O 2 ) is allowed to flow from below, and a product (gas) recovery port (not shown) is drawn upward. Is provided.
また、上記原料ガス導入口20の対向位置には、予備ガス導入口21が形成されている。ガス状の有機化合物には、予め上記改質用ガスを混合して反応流体として原料入口から導入してもよいが、予備ガス導入口から改質用ガスを導入してもよい。
A
反応容器の天井部を形成する上蓋24は、その下面に複数個の制御のための温度・湿度等の計測ポート26、27を備えるとともに、反応容器14内の温度の均一化を図るために攪拌ファン28が取付けられている。なお、マイクロ波の漏洩を防止するために、上蓋24の開閉時にインターロック(マイクロ波出力ゼロ状態)されるようになっている。
The
そして、反応容器14の底部のガス導入部位置には、粒状充填剤が通過可能でガス流れを均一化するガス整流部材30が取付けられている。
A
マイクロ波加熱手段16、16Aは、個別に出力調節可能にインバータ32に接続されたマイクロ波発振器34と、反応容器14に接続される導波管36とを備えたもので、図例では上・下2組設けられている。なお、上側のマイクロ波加熱手段の導波管36には、パワーモニター38が取付けられて、マイクロ波出力信号を取り出して、マイクロ波出力を制御可能となっている。
The microwave heating means 16 and 16A are provided with a
反応層12は、粒状充填剤Fで形成するとともに、連続又は間欠的に反応層12へ充填剤を導入・導出可能な移動型(移動反応層)とする。固定粒状充填剤Fの形成粒子の形態は、球状、ペレット状、筒状等任意である。なお、反応層12は、多孔性成形体(固定反応層)とすることもできる。多孔性成形体の態様としては、ハニカム、多孔板積層体、連泡成形体等が考えられる。また、多孔性成形体を、成形体本体(母材)の少なくとも一部をマイクロ波発熱物質であるもので形成し、該成形体本体の表面に白金やパラジウム等の貴金属触媒を担持させる構成も可能である。
The
上記移動反応層12の空隙率は、被処理ガスが大きな圧損を発生させずに通過可能なものとし、通常、30〜70%の範囲で適宜設定する。また、粒状充填剤Fの形成粒子の、上記空隙率を形成可能な径とし、通常、2〜12mmとする。
The porosity of the
そして、反応層12に粒状充填剤Fを導入・排出する粒状充填剤の導入手段40及び排出手段42を備えている。導入手段40は、特に限定されないが、図例では、供給ホッパ41から供給パイプ46を介して、自重落下により連続又は間欠供給可能となっている。
Then, a particulate
そして、反応層12の底部側からは排出シュート44を介して排出コンベア45により連続的又は間欠的に粒状充填剤を排出可能とされている。
The particulate filler can be discharged from the bottom side of the
排出手段42は、図例のようなねじコンベアでなくても、ベルトコンベア、エプロンコンベア、バケットコンベアでもよい。また、間欠的に粒状充填剤を排出する場合は、プランジャー方式や、開閉ダンパを利用した自由落下方式としてもよい。 The discharging means 42 may not be a screw conveyor as shown in the figure, but may be a belt conveyor, an apron conveyor, or a bucket conveyor. Moreover, when discharging | emitting a granular filler intermittently, it is good also as a free fall system using a plunger system or an opening-and-closing damper.
反応層12に対応する位置で反応容器14の内壁には反応層12と同様なマイクロ波発熱特性を有する材料で形成したマイクロ波発熱筒部(成形体)48を配することが望ましい。反応層の温度の均一化を図るためである。また、反応容器12ガス導入口20の周囲及びガス導入口20下方の排出シュート44周囲には、外部加熱手段である保温ヒータ50、50Aが配設されている。前者50は、反応層12へ導入する原料ガスの温度を一定にして反応処理温度を安定化させるため、及び/又は、流体有機化合物(原料流体)が液状の場合にガス化させるためであり、後者50Aは、反応層12の下部位置の排出シュートにおいて、所定温度(例えば400℃以上)に制御してタールによるガス閉塞を防止するためである。なお、図4において、52、52Aはメインテナンスのための点検口(ユーテリティポート)であり、54は架台である。
It is desirable to arrange a microwave heating cylinder (molded body) 48 formed of a material having the same microwave heating characteristics as the
反応容器14内の温度・湿度及び粒状充填剤の充填・排出速度は、計測ポート26、27及び発振器34のパワーモニター38に信号が入力されて、PID(Proportional Integral Differential:比例積分微分)方式により連続制御可能となっている。
The temperature / humidity in the
上記において、反応層12は、少なくとも反応吸収成分を含み、さらには、分解触媒成分を含むものとする。そして、反応層12は、全部又は一部をマイクロ波発熱物質で形成する。
In the above, the
ここで、マイクロ波発熱物質は、反応吸収成分、分解触媒成分と別の充填剤(化合物)で形成することもできるが、通常、反応吸収成分及び分解触媒成分の一部又は全部とを形成するものとする。 Here, the microwave exothermic material can be formed of a reaction absorbing component and a decomposition catalyst component and another filler (compound), but usually forms part or all of the reaction absorption component and the decomposition catalyst component. Shall.
上記マイクロ波発熱物質とは、誘電損失(誘電率(ε)×誘電力率(tanδ))の大きな物質(化合物)からなるものをいう。通常、誘電率が高いものは、誘電損失が大きく、誘電加熱されやすい。マイクロ波発熱物質として、相対的に誘電率が高い、金属酸化物(複合体を含む。)や金属炭化物を好適に使用できる。以下に例示する化学式で示す物質の括弧内の数字は、比誘電率である。比誘電率は、主として日本化学会編「化学便覧改訂3版基礎編Vol. II」(昭−59)丸善、p505から引用したものである。 The microwave exothermic substance is a substance made of a substance (compound) having a large dielectric loss (dielectric constant (ε) × dielectric power factor (tan δ)). In general, a material having a high dielectric constant has a large dielectric loss and is easily heated by a dielectric. As the microwave heat generating material, metal oxides (including composites) and metal carbides having a relatively high dielectric constant can be preferably used. A number in parentheses of a substance represented by the chemical formula illustrated below is a relative dielectric constant. The relative permittivity is mainly quoted from “Chemical Handbook Revised Edition, 3rd edition, Volume II” (Akira-59) Maruzen, p505, edited by the Chemical Society of Japan.
上記金属酸化物としては、遷移金属酸化物並びにアルミニウム(Al)、鉛(Pb)、インジウム(In)及び錫(Sn)の各典型金属酸化物を挙げることができる。 Examples of the metal oxide include transition metal oxides and typical metal oxides of aluminum (Al), lead (Pb), indium (In), and tin (Sn).
遷移金属酸化物・・・FeO(14.2)、Fe2O3、Fe3O4、TiO2(85.8)、Cr2O3(12.0)、ZrO2(12.5)、CeO2(24.0)等。 Transition metal oxide: FeO (14.2), Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , TiO 2 (85.8), Cr 2 O 3 (12.0), ZrO 2 (12.5), CeO 2 (24.0) etc.
典型金属酸化物・・・Al2O3(11.5)、PbO(14.3)、In2O3、SnO、SnO2等。 Typical metal oxide: Al 2 O 3 (11.5), PbO (14.3), In 2 O 3 , SnO, SnO 2 and the like.
金属炭化物・・・SiC(10.2)、Fe3C等。 Metal carbide: SiC (10.2), Fe 3 C, etc.
なお、誘電率が低くても、C(5.5)等の高い抵抗発熱特性を示す物質や、SiO2(4.5)等の高い保水(保湿)性を示す物質をマイクロ波発熱物質として使用可能である。保水(保湿)性が良好であると、誘電率(誘電損失)の高いH2O(80.5)を保持させることにより、見掛け誘電損失を高くすることができ、高いマイクロ発熱特性を付与できる。 Even if the dielectric constant is low, a substance exhibiting high resistance heat generation characteristics such as C (5.5) or a substance exhibiting high water retention (humidity retention) such as SiO 2 (4.5) is used as the microwave heat generation substance. It can be used. When the water retention (moisture retention) property is good, by maintaining H 2 O (80.5) having a high dielectric constant (dielectric loss), the apparent dielectric loss can be increased and high micro heat generation characteristics can be imparted. .
これらの金属酸化物うちでβ・γ−アルミナ(Al2O3)、酸化チタン(TiO2)、酸化鉄(Fe2O3、Fe3O4)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化セリウム(CeO2)等は、有機化合物の分解に好適な触媒活性を示し、分解触媒成分の全部又は一部とすることができ、しかも、マイクロ波発熱効率が高くて望ましい。 Among these metal oxides, β · γ-alumina (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), iron oxide (Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), cerium oxide ( CeO 2 ) and the like exhibit catalytic activity suitable for the decomposition of organic compounds, can be used as all or part of the decomposition catalyst component, and are desirable because they have high microwave heat generation efficiency.
そして、上記複合体としては、Al2O3−SiO2、CaO−Fe2O3、TiO2−V2O5等を挙げることができる。さらには、赤泥(主成分:Fe2O3−Fe3O4)、無機汚泥(主成分:FeO、Fe2O3、Fe3O4)、アルミドロス残灰(主成分:Al2O3)、焼却灰(Al2O3−SiO2)、ゼオライト(主成分:Na2O−Al2O3−SiO2−Fe2O3)、石炭フライアッシュ(石炭灰ともいう。)(主成分:Al2O3−SiO2−Fe2O3)等の産業廃棄物(未利用資源)も用いることができる。
Then, as the complex, can be exemplified Al 2 O 3 -SiO 2, CaO -Fe 2 O 3, TiO 2 -V 2
そして、上記のようにマイクロ波発熱物質及び分解触媒成分を含む充填剤で反応層を形成した流体有機化合物の処理装置の使用態様は下記の如くである。 And the usage aspect of the processing apparatus of the fluid organic compound which formed the reaction layer with the filler containing a microwave exothermic substance and a decomposition catalyst component as mentioned above is as follows.
まず、マイクロ波加熱手段(マイクロ波発振器34)16により反応層をマイクロ波加熱して昇温させた状態で、原料ガス(有機化合物)及び改質用ガス(H2O、CO2又はO2)からなる反応流体を反応層12へポンプ(図示せず)で押込む(導入する)。
First, the raw material gas (organic compound) and the reforming gas (H 2 O, CO 2, or O 2 ) in a state where the reaction layer is heated by microwave heating by the microwave heating means (microwave oscillator 34) 16. ) Is pushed (introduced) into the
このとき、反応層12の平均温度は、反応流体組成・充填剤の種類など、さらには、変換目的物(改質ガス)により異なるが、内部温度140〜900℃範囲で適宜設定する。例えば、触媒酸化の場合は、200〜350℃の範囲で、反応気体による改質の場合は、500〜700℃の範囲でそれぞれ適宜設定することが望ましい。
At this time, the average temperature of the
そして、分解触媒成分とマイクロ波照射の相互作用で、流体有機化合物は相対的に低い温度で改質処理が可能となる。 The fluid organic compound can be reformed at a relatively low temperature by the interaction between the decomposition catalyst component and the microwave irradiation.
この流体有機化合物としては、ハロゲン・硫黄元素非含有のガス状ないし液体状の化合物を挙げることができる。例えば、CnH2n+2、CnH2nの一般式で示される各種飽和・不飽和脂肪族炭化水素(脂環式を含む。)、さらには、ベンゼンおよびその誘導体(キシレン、トルエン等)の芳香族炭化水素を使用可能である。さらに、ポリエチレン、ポリプロピレン、オレフィン系エラストマー等のハロゲン及び硫黄を含まないポリマー(廃プラスチック)の場合には、別に設けた熱分解室によりガス化ないし液化して、本反応容器内の反応層へ導入する。 Examples of the fluid organic compound include gaseous or liquid compounds containing no halogen or sulfur element. For example, various saturated / unsaturated aliphatic hydrocarbons (including alicyclic) represented by the general formulas of C n H 2n + 2 and C n H 2n , and benzene and its derivatives (xylene, toluene, etc.) Aromatic hydrocarbons can be used. Furthermore, in the case of polymers (waste plastics) that do not contain halogen and sulfur, such as polyethylene, polypropylene, and olefin elastomers, they are gasified or liquefied in a separate pyrolysis chamber and introduced into the reaction layer in the reactor. To do.
そして、反応層を通過した流体有機化合物は、そのままの状態で、又は、熱分解させた後に、触媒酸化反応により無害なガス(H2OやCO2)に変換させたり、反応性ガスにより前述のような改質反応により改質させたりする。すなわち、改質されたガスは、燃料ガス(H2やCO)として、又は、冷却して燃料油として有価的に使用できる。 The fluid organic compound that has passed through the reaction layer is converted into a harmless gas (H 2 O or CO 2 ) by a catalytic oxidation reaction as it is or after being thermally decomposed, or by the reactive gas. Or by a reforming reaction such as That is, the reformed gas can be used as a fuel gas (H 2 or CO) or as a fuel oil after cooling and valuable.
<試験例>
本発明で使用する金属酸化物やそれらの複合体が良好なマイクロ波昇温特性を示すことを裏付ける試験例について説明をする。
<Test example>
Test examples that support the fact that the metal oxides and their composites used in the present invention exhibit good microwave temperature rise characteristics will be described.
(1)昇温試験1:
下記市販の6種類の各原料粉末200gをφ90×65mmのアルミナフェルトに充填し、1kWのマイクロ波(2.45GHz)を照射して、昇温試験を行った。
(1) Temperature rise test 1:
200 g of each of the following 6 commercially available raw material powders were filled in φ90 × 65 mm alumina felt and irradiated with 1 kW microwave (2.45 GHz), and a temperature rise test was performed.
原料粉末:α−アルミナ、β−アルミナ、アルミン酸ナトリウム、カルシウムフェライト、ゼオライト及び石炭フライアッシュ
その結果を示す図5から、α−アルミナを除き、β−アルミナ、カルシウムフェライト等の各原料粉末は良好なマイクロ波昇温特性を示すことが確認できた。
Raw material powder: α-alumina, β-alumina, sodium aluminate, calcium ferrite, zeolite and coal fly ash From FIG. 5 showing the results, except for α-alumina, each raw material powder such as β-alumina and calcium ferrite is good. It was confirmed that the microwave temperature rising characteristics were exhibited.
(2)昇温試験2:
市販のゼオライト150gと消石灰50gとに、又はカルシウムフェライト150gと消石灰50gとに、それぞれ適量の水を加えて混合して、φ5mm×5mmのペレット化物を調製した。各ペレット化物を、上記と同一仕様のアルミナフェルトに充填し、同様にして昇温試験を行った。
(2) Temperature rise test 2:
An appropriate amount of water was added to 150 g of commercially available zeolite and 50 g of slaked lime, or 150 g of calcium ferrite and 50 g of slaked lime, and mixed to prepare a pelletized product of φ5 mm × 5 mm. Each pelletized product was filled in an alumina felt having the same specifications as described above, and a temperature rise test was performed in the same manner.
その結果を示す図6は、本発明に使用する金属酸化物やその複合体は、マイクロ波を吸収し難い消石灰を混合してペレット化しても、良好な昇温特性を示すことが確認できた。 FIG. 6 showing the results confirmed that the metal oxide and the composite used in the present invention showed good temperature rise characteristics even when mixed with slaked lime that hardly absorbs microwaves and pelletized. .
<実施例>
図4に示す装置(内容積30L、マイクロ波出力3kW)の内部に、上記の昇温試験で使用したカルシウムフェライト75%−消石灰25%の混合ペレット15kgを充填し600℃に加熱した。本改質装置の上流部に設置した熱分解装置によりポリスチレン3kgを450℃、Ar−大気調整雰囲気下で処理し、発生した熱分解ガスを本改質装置に流入させた。本改質装置出口ガスをガスクロマトグラフィーで分析した結果、水素15〜22%、一酸化炭素1〜5%、二酸化炭素3〜12%が得られた。
<Example>
The apparatus shown in FIG. 4 (internal volume 30 L, microwave output 3 kW) was filled with 15 kg of mixed pellets of 75% calcium ferrite-25% slaked lime used in the temperature increase test and heated to 600 ° C. 3 kg of polystyrene was treated at 450 ° C. in an Ar-atmosphere adjusted atmosphere by a pyrolysis apparatus installed upstream of the reformer, and the generated pyrolysis gas was allowed to flow into the reformer. As a result of analyzing the reformer outlet gas by gas chromatography, hydrogen of 15 to 22%, carbon monoxide of 1 to 5%, and carbon dioxide of 3 to 12% were obtained.
12・・・反応層(固定反応層)
14・・・反応容器
16、16A・・・マイクロ波加熱手段
20・・・流体入口部
22・・・改質ガス出口部
40・・・粒状充填剤導入手段
42・・・粒状充填剤排出手段
12 ... Reaction layer (fixed reaction layer)
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記反応層の少なくとも一部にマイクロ波を吸収し発熱する物質(以下、「マイクロ波発熱物質」という。)で形成するとともに、前記反応層にマイクロ波を照射して、前記反応層を設定温度に加熱又は維持することを特徴とする流体有機化合物の改質処理方法。 A fluid organic compound containing no halogen and sulfur and at least one reaction gas selected from the group consisting of H 2 O, CO 2 , CO and O 2 are introduced into the reaction layer and passed therethrough, When a compound is decomposed and / or modified,
At least a part of the reaction layer is formed of a substance that absorbs microwaves and generates heat (hereinafter referred to as “microwave exothermic substance”), and the reaction layer is irradiated with microwaves to set the reaction layer at a set temperature. A method for reforming a fluid organic compound, characterized by heating or maintaining the fluid.
反応容器と流体供給手段とマイクロ波加熱手段とを備え、
前記反応容器は、少なくとも一部に吸着機能を有するマイクロ波発熱物質を含む反応層を内部に備えるとともに、該反応層に前記流体有機化合物を導入するための流体入口部と、前記反応層を通過後の改質ガスを排出するガス出口部とを備え、
前記流体供給手段は、前記流体入口部に前記流体有機化合物と前記反応性気体との流量を制御して供給可能に接続され、
前記マイクロ波加熱手段は、前記反応層を設定温度に加熱又は維持することが可能なものであることを特徴とする流体有機化合物の改質処理装置。 A processing apparatus for performing a decomposition / reforming reaction or a reforming reaction by reacting a fluid organic compound containing no halogen and sulfur with a reactive gas,
A reaction vessel, a fluid supply means and a microwave heating means,
The reaction vessel includes a reaction layer containing a microwave exothermic substance having at least a part of an adsorption function therein, a fluid inlet for introducing the fluid organic compound into the reaction layer, and passing through the reaction layer A gas outlet for discharging the reformed gas after
The fluid supply means is connected to the fluid inlet portion so as to be able to supply by controlling the flow rates of the fluid organic compound and the reactive gas,
The fluid organic compound reforming apparatus, wherein the microwave heating means is capable of heating or maintaining the reaction layer at a set temperature.
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