JP2013506026A - バイオマスのガス化の間に得られる合成ガスからタールを除去するための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

バイオマスをガス化するための方法及びシステム。バイオマスをガス化するための反応器からのタールを帯びたガスは、第一及び第二の流体のそれぞれによる浸透及び吸収処理に供される。第一の流体は、芳香族炭化水素を含み、一方、第二の流体は直鎖状の炭化水素を含む。芳香族流体中に受け入れられるタールは、そのような流体と共に分離カラムに入れられる。分離は、蒸発温度に基づいて行われ、軽い画分は浸透セパレーターの流入に戻される。重い画分は、放出されるか又はバイオマス反応器に戻される下の何れかである。中間バッファー容器は、浸透クリーナーの放出とセパレーターの間に提供され得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前文に従う反応器においてバイオマスをガス化するための方法に関する。

そのような方法は、特許権所有者のＷＯ２００８／０１０７１７ Ａ２から知られており、バイオマス反応器を出たガスがオイルフローに供される方法及びシステムを開示している。過剰なオイルは再循環され、それらからダストを濾過した後、反応器からのガスと再度接触させるために用いられる。追加のオイルは、ガスが入れられる下流の分離デバイスから受け入れられる。

特許権所有者のＷＯ ０３／０１８７２３において、バイオマスのガス化のために特別に設計されているいわゆるＯＬＧＡシステムが開示されている。ガス化から生じるガスは、タールを除去するための二つの洗浄処理工程に供される。第一の工程において、ガスは、オイルである第一の洗浄流体中に圧縮される。含浸は、例えば、ガス流においてオイルをシャワーリングすることによって行われ得る。

第二の段階において、吸収カラムにおいて残存タールを吸収するためにオイルが用いられる。

使用後、タールを帯びたオイルをセパレーターに放出し、重い画分はバイオマスガス化装置に戻され、軽い画分は上記のプロセスのためのオイルとしてさらに使用される。

理論的には良好に機能するシステムであるが、実際は、洗浄が極めて効率的である開始期間の後に続いて少なくとも第一の洗浄工程においてガスのかなりの部分は冷却されず、タールは圧縮されず、第二の吸収工程において除去されないことが明らかにされている。しかしながら、この最後に用いられる吸収装置は比較的小さい寸法を有し、それ故、より高い温度で操作されることができない。これは、第一の洗浄工程の効率を予期できないことを意味する。さらにその上、時間と共にオイルの質が変化し、システム内での扱いに問題を起こし、何らかの形態のオイルの回収が必要となる。より具体的には、より軽い成分とより重い成分の間の分布がより重い方向に変化し、粘度を著しく上昇させ、タールの除去の効率を低下させる。

本発明は、この課題を克服することを目的とし、ガス中に存在するタールのより多くの部分であって、バイオマスのガス化に特異的である部分を除去可能な第一の洗浄工程を提供することを目的とする。

本発明に従って、この目的は、請求項１の特徴を有する方法によって実現される。
驚くべきことに、芳香族炭化水素が用いられる場合、第一の洗浄工程における洗浄の効率が著しく上昇可能であることが見いだされた。
さらに、それらの芳香族炭化水素は、それらの使用後の分離工程に供される。

オリジナルのＯＬＧＡのコンセプトでは、洗浄オイルとして、直鎖状の分子鎖を有するか又はアルケンである脂肪族炭化水素が用いられている。

芳香族溶媒中における芳香族タール成分の溶解特性は、脂肪族溶媒におけるものよりもより良好であると思われ、説明することができる。

本発明の好ましい態様に従って、芳香族炭化水素は、タールの芳香族炭化水素に対応するカーボンである。より具体的には、そのような炭化水素は、重いタールと軽いタールの両方を含む。比較的軽いタールは、３までから４までのＰＡＨを含むタールとして定義される。

本発明に従って、第一の洗浄流体とそれらの中に受け取られるタールを含む第一の混合物は、第一の分離工程に供される。そのような分離工程において、分離は第一の混合物中の関連する成分の蒸発温度に基づいて行われる。本発明に従って、そのような分離から生じる軽い画分は、ガス化反応器からのガスフローに加えられ、重い画分は放出される。この放出された重い画分の一部は、バイオマス反応器の入口に戻されてよく、又は、この画分は多くの化学的エネルギーを含むために、他の加熱目的のために用いられ得る。

例として、軽い画分は、エチルベンゼン、ｍ／p-キシレン、o-キシレン＋スチレン、フェノール、o-クレゾール、インデン、m/p-クレゾール、ナフタレン、キノリン、イソキノリン、2-メチル-ナフタレン、1-メチル-ナフタレン、ビフェニル、エテニル-ナフタレン、アセナフチレン、アセナフテン、フルオレン、フェナントレン、アントラセン、フルオランテン、ピレンの一以上を含み、重い画分は、例えば、ベンゾ(a)-アントラセン、クリセン、ベンゾ(b)-フルオランテン、ベンゾ(k)-フルオランテン、ベンゾ(e)-ピレン、ベンゾ(a)-ピレン、ペリレン、インデノ(123-cd)-ペリレン、ジベンゾ(ah)-アントラセン、ベンゾ(ghi)-ペリレン、コロネンの一以上を含む。

さらに好ましい態様によれば、第一の混合物は、第一の分離工程に直接供給されず、中間バッファーに貯蔵される。この中間バッファーから、第一の混合物の一部が上記の第一のセパレーターへ入れられる。さらなる部分は、第一の洗浄工程に供される。これは、第一の洗浄工程からの第一の混合物が、第一の分離工程に部分的にのみ供されることを意味する。さらに、そのような中間バッファーに、それらの中の混合物の粘度に影響を有する物質が加えられ得る。より具体的には、ダスト（炭及び灰）様の物質が粘度の上昇のために添加され得る。例として、バイオマス反応器からのガスから分離されたダストが挙げられる。そのようなダストは、第一の洗浄工程の前又は第一の洗浄工程の後の工程においてガスから分離され得る。分離が第一の洗浄工程の前に行われる場合、好ましくは、een サイクロンにおけるような重力に基づく洗浄が行われる。分離が第一の洗浄工程の後に行われる場合、好ましくは、分離は静電フィルターを通して行われる。

第一の洗浄工程の後、吸収に基づく第二の洗浄工程が提供される。

このプロセスにおいて、第一の流体の要求される洗浄特性を維持するために物質が加えられ得ることが留意される。関係する位置における関連する温度を上昇するため、維持するため、又は低下させるために、さらなる工程が行われる。

第一の洗浄工程の下流において、より直鎖状である分子鎖構造を有するオイル（脂肪族オイル）の使用により吸収されることによって実行され得る第二の洗浄工程が提供される。比較的少ない量のタールは、そのような下流の吸収システムにおいて極めて効果的に除去され得る。しかしながら、第一の分離工程において、ほとんどのタールが既に除去されていることが必要である。

本発明はまた、バイオマスをガス化するためのシステムであって、ガス化されるべきバイオマスのための入口と、それから生じるガスのための出口を有するバイオマスガス化装置を含み、前記出口は、第一の洗浄デバイスと接続され、前記第一の洗浄デバイスは、前記出口と接続される入口と、第一の洗浄流体のための入口と、洗浄されたガスのための出口と、洗浄から生じた生成物のための出口とを含み、ここにおいて、前記第一の洗浄デバイスは浸透デバイスを含み、前記出口は前記出口からの前記第一の流体の回収のための第一の分離デバイスに接続され、ここにおいて、前記第一の分離デバイスは、軽い芳香族画分のための出口が前記第一の洗浄デバイスの第一の洗浄流体のための入口に接続され、重い芳香族画分のための出口が放出と接続されるストリッパーカラムを含むシステムに関する。

より具体的には、バッファー容器は、第一の洗浄デバイスと第一の分離デバイスの間に接続されて提供され、そのようなバッファー容器は、前記第一の洗浄デバイスの第一の洗浄流体のための入口に接続される。本発明はさらに、一枚の図に模式的に示されるそれらの例を参照して説明される。

本発明に従うシステムが図に模式的に示される。バイオマスガス化装置３は、バイオマス１のフローがその入口４０を通して加えられるように備えられる。空気、酸素及び／又は蒸気などの気化するガスは、２によって模式的に示され、及び、入口４３において入れられる。バイオマス１以外に、３４での比較的重いタールのフローもまた、ガス化装置(例えば、一つの又は二つの反応器ガス化装置)のタイプに従って入口４０又は別の入口４２の何れかを通して流入され得る。

バイオマスガス化装置において、ガス化は、６００〜１３００℃の温度で起こる。半化学量論的な（sub-stoichiometric）量の酸素が供給される。

ガス化装置の出口４１を出るガスは、所望の成分（ＣＯ、Ｈ_２、Ｈ_２Ｏ、ＣＨ_４）以外に、（カーボン）ダスト及びタール（重い炭化水素）をも含む。

ダストを除去するための、重力に基づく第一の分離工程において、より具体的には、サイクロン５による分離工程において、ガス６の生成が実現される。サイクロンから生じたダストのフローは、７によって示され、矢印３７で示すようにバッファー容器１３の入口５３に部分的に供給され、一方、それらのさらなる部分は３８で示されるように他の手段を通して放出され得る。

（部分的にダスト）洗浄されたガスフロー６は、生成物２２からの軽い画分と混合される。得られた混合物は、２９によって示され、浸透デバイス８に入れられる。浸透デバイスの入口４６を通して、第一の洗浄流体１１は、出口４７へ上向きの方向に移動するガスフローに下流の方向に向けてスプレーされる。ガスフローに含まれるタールのほとんどはこの方法で捕捉され、第一の流体と共に出口４９を通って放出され、矢印１２で示されるようにバッファー容器１３に入れられる。第一の洗浄デバイス８の放出のための入口以外に、バッファー容器１３は、サイクロン５からのダスト粒子のために上記のように入口５３を含む。また、矢印３５で示されるように、下流フィルター１５からのさらなるダストが入れられるように入口３４が提供される。バッファー容器１３は二つの出口を有し、一つの出口５６は、矢印９で示されるようにポンプ１０に供給され、その後に第一の分離デバイス８に入れられる第一の洗浄流体１１のためのものである。第二の出口５７は、矢印２２を通して分離カラム２３への接続を提供する。このカラム２３において、ガス２４はそれらの下側の部分に入れられる。このガスは、好ましくは外部の出所からのものであり、蒸気、二酸化炭素及び／又は窒素を含み得る。このガスは、最終生成ガスの一部であってもよく、そのガスは図中で２６によって示される。そのような比較的クリーンなガス２４は、カラム２３の下部に入れられ、また、予熱され得る。そのようなガスのフローであるために、蒸発温度に基づく分離が行われる。カラム２３の入口５２に入れられる生成物２２の軽い画分は出口５０を通して分離され、このフロー２８は、ガスフロー５と混合されてフロー２９になる。

例えば、第一の分離デバイス８における蒸発温度は、２８０〜３２０℃である。しかしながら、これは、ガスフロー６に受け入れられる軽い画分に依存する。

混合物の重い部分は、タール及びダストを含み、第一の洗浄流体は蒸発せず、出口５１を通して放出される。このフロー３０は、矢印３２、ポンプ３３及び矢印３４で示されるように、バイオマスガス化装置の下側に部分的に戻され得る。しかしながら、矢印３１で示されるように、この重い画分を他の方法で放出することも可能である。もちろん、環境に依存して、それらの放出の一つが（さらに）選択されることも可能である。

炭化水素及びダストのみを含むタール以外にも、硫黄及び塩化物含有組成物もまた、ガスフローから除去され得る。

矢印３５及び３７で示されるようなダストなどの固体成分の添加によって、容器１３中の混合物並びに生成物３０の粘度は変化する。これは望ましく、容器１３に入れられる及び矢印３８で示すように放出されるサイクロン５からのダストの割合、並びに、矢印３５及び３６に従って放出される量の割合は、容器１３を出る混合物の粘度の上昇を決定する。

上記で示したように、第一の分離デバイス８の下流は、フィルター１５が提供される。好ましくは、このフィルター１５はダストを除去する静電集塵器である。５及び１５での二つのダスト除去工程後に、ガスは実質的にダストを含まず、このガスフロー１７は、吸収装置１８の下部に入れられる。（アルカンベースの）オイル（脂肪族）のフローが１９で示される吸収装置の上部に入れられる。タールはオイルと共に２０を通して放出され、一方、タールを含まないクリーンなガスは２１によって示される。その一部は、２６を通してリサイクルされることが可能であり、２７で示されるガスは最終生成ガスである。

例において、ガス流６は、大気条件で、わずかに高く、上昇された圧力で、ガスのタール露点以上の温度、典型的には摂氏２００〜４００度の温度を有する。ガスは、好ましくはガス流６の水露点よりわずかに高い温度、典型的には摂氏５０〜９０度で、オイルによりカラム８において部分的に圧縮される。容器１３中のそのような混合物は、初期オイル温度と初期ガス流温度の間の温度を有し、それ故、摂氏１５０〜２５０度の温度を有する。この温度は、流れ５０及び５１の分離を提供するために、典型的には摂氏５０度から１００度に上昇される。異なるステージにおける収率は、ガス流６の組成に強く依存し、それ故、適用されるガス化装置と選択されたガス化装置の操作条件に依存する。初期タールなしのガス化装置について、カラム８中の軽いタールと重いタールの間の分離を行う触媒床材料と同様の測定は、２０〜８０％の間である。

カラム２３における分離は、容器１３中の混合物の及び生成物５１の所望の粘度に強く依存するが、典型的には３０〜７０％が上から分離される。

上記の後、多数の変更が、使用目的に依存して上記のシステムについて行われ得ることは、当業者には直ちに明らかである。より具体的には、ガス化装置３に加えられるバイオマスの内容物に依存して、システムの所望のアウトプットと許容される放出適応性によりいくつかの処理フローが追加されることが可能であり、また、さらなるデバイスの追加又は省略が可能である。

そのような修正は当業者の範囲内であり、特許請求の範囲の範囲内である。

本発明のシステムの模式図。

Claims (13)

1. ６００〜１３００^ｏＣの温度で反応器（３）においてバイオマスをガス化し、それから生じたガスフローを前記ガスフローからタールを除去することにより浄化する方法であって、
   二つの工程における前記タールの除去を含み、ここで、第一の上流の洗浄工程において、前記反応器からのガスは、２５０〜９００^ｏＣの温度で、第一の炭化水素ベースの流体で浸透され、及び、第一の洗浄工程後の第二の洗浄工程において、残りのタールを第二の炭化水素ベースの流体で吸収し、前記第一の流体は、実質的に芳香族炭化水素を含み、前記第一の洗浄工程から生じたタールと第一の流体との第一の混合物は、前記第二の流体を分離する第一の分離工程（２３）に供給され、
   前記第一の分離工程（２３）において、分離は、関連する画分の蒸発温度に基づいて行われ、第一の分離工程から生じた軽い画分は、第一の洗浄工程で反応器（３）からのガスフローに加えられ、重い画分は除去されることを特徴とする方法。
2. 前記第一の流体は、除去されるべきタールに対応する芳香族炭化水素を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記軽質画分は、エチルベンゼン、m/p-キシレン、o-キシレン＋スチレン、フェノール、o-クレゾール、インデン、m/p-クレゾール、ナフタレン、キノリン、イソキノリン、2-メチル-ナフタレン、1-メチル-ナフタレン、ビフェニル、エテニル-ナフタレン、アセナフチレン、アセナフテン、フルオレン、フェナントレン、アントラセン、フルオランテン、ピレンの一以上を含み、前記重質画分は、ベンゾ(a)-アントラセン、クリセン、ベンゾ(b)-フルオランテン、ベンゾ(k)-フルオランテン、ベンゾ(e)-ピレン、ベンゾ(a)-ピレン、ペリレン、インデノ(123-cd)-ペリレン、ジベンゾ(ah)-アントラセン、ベンゾ(ghi)-ペリレン、コロネン（coronene）の一以上を含む、上記請求項の何れか一項に記載の方法。
4. 前記第一の混合物は、前記第一の分離工程の前にバッファー（１３）に入れられ、前記第一の混合物の一部は前記第一の分離工程に供され、前記バッファーからの他の部分は、前記第一の洗浄工程のために再利用される、上記請求項の何れか一項に記載の方法。
5. 前記ガスは、前記第一の洗浄工程の前にサイクロン（５）において洗浄される、上記請求項のいずれ一項に記載の方法。
6. 前記ガスは、前記第一と第二の洗浄工程の間に、静電フィルター（１５）によって洗浄される、上記請求項のいずれ一項に記載の方法。
7. 前記サイクロン又は静電フィルターから生じる非ガス状画分は、前記バッファー（１３）に供給される、請求項４〜６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記バッファーからの前記流体の粘度は、請求項７に記載の供給によって調整される、請求項７に記載の方法。
9. 前記第二の流体は、直鎖炭化水素を実質的に含む、上記請求項のいずれ一項に記載の方法。
10. バイオマス（１）をガス化するためのシステムであって、ガス化されるべきバイオマスのための入口（４０）と、それから生じるガスのための出口を有するバイオマスガス化装置（３）を含み、ここにおいて、前記出口（４１）は、第一の洗浄デバイス（８）と接続され、前記第一の洗浄デバイス（８）は、前記出口と接続される入口（４５）と、第一の洗浄流体のための入口（４６）と、洗浄されたガスのための出口（４７）と、前記洗浄から生じた残存生成物のための放出（４９）とを含み、ここにおいて、前記第一の洗浄デバイス（８）は浸透デバイスを含み、前記放出（４９）は前記放出フローからの前記第一の流体の回収のための第一の分離デバイス（２３）に接続され、
    前記第一の分離デバイス（２３）は、蒸留カラムと、前記第一の洗浄デバイスの第一の洗浄流体のための前記入口（４５）に接続される、軽い芳香族画分のための出口と、放出（３０）に接続される、重い芳香族画分のための出口（５１）とを含むことを特徴とするシステム。
11. 前記第一の洗浄デバイス（８）と前記第一の分離デバイス（２３）の間に置かれるバッファー容器（１３）を含み、前記バッファー容器は、前記第一の洗浄デバイス（８）の前記第一の洗浄流体のための入口（４６）に接続される、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記バッファー容器（１３）は、粘度上昇物質のための供給（５３、５４）を提供される、請求項１１に記載のシステム。
13. その放出（７）が前記バッファー（１３）に接続される、前記ガス化装置（３）と前記第一の洗浄デバイスとの間に置かれる重力セパレーター（５）、及び、その放出（１６）が前記バッファー（１３）と接続される、前記第一の洗浄デバイス（８）の下流の静電フィルター（１５）を含む、請求項１２に記載のシステム。

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