JP4085160B2 - バイオマスの自己触媒作用を利用したガス化法 - Google Patents
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Description
このようなバイオマス、有機性廃棄物を含む有機物をガス化し、燃料ガスあるいは原料ガスを製造する技術については数多くの報告がある。これらのガス化技術の大きな課題は、副生するタールを如何に制御し得るかにあり、そのための手段としては、高温でガス化剤とともにガス化する方法、あるいは触媒の存在下で低温でガス化する方法などが試みられ、一部のものは既に実用化されている。前者に関しては、有機物を部分酸化した後、酸化反応と水性ガス化反応を併用してガス化する方法(例えば、特許文献1参照)、原料バイオマスの粒径及びガス化剤の供給比を限定するガス化法(例えば、特許文献2、3参照)及び底部に灰溜め部を形成したガス化炉を用いるバイオマスガス化法(例えば、特許文献4参照)などが提案されているが、これらの高温ガス化法は、多くのエネルギーを消費するにもかかわらず、タールの生成を抑制できないこと、高温操作に伴う装置の維持管理や操作の複雑さなどの諸問題があり、未だ満足できる方法は知られていない。
また、本発明は、従来より産業廃棄物として処理問題となっている原料バイオマスから副生する灰分等の廃棄物を触媒作用を行うガス化反応促進剤としてリサイクル使用できるものであって、廃棄する灰分残さ量を削減できること及び低温でガス化できることから、環境汚染を軽減し、省エネルギー化を図ることのできる有益な方法である。
図1は、本発明のバイオマスのガス化反応に用いられる一例の噴流床型ガス化装置の概略構成図である。図1に示す装置に、前処理してある程度乾燥させた後、1mm程度に粉砕したバイオマス、ガス化剤の酸素及び水蒸気を、それぞれ常圧のガス化炉(反応管)に送り込むと、そのガス化炉内では、酸素により原料バイオマスの一部が燃焼し、800〜1100℃の高温に達してガス化反応に必要な熱を発生させ、残りのバイオマスは水蒸気でガス化されて、CO及びH2を主な有用成分とする生成ガスを得ることができる。
スギ(木材部)は、炭素、水素、酸素の3元素で構成され、イオウ、灰分の含有率が低く、窒素は殆ど含まれていないのに対し、イタリアンライグラス(地上部全草)は灰分の含有率が高く、また窒素、イオウも微量含まれている。
ガス化反応は、反応温度を700〜1000℃の範囲とし、ガス化剤(酸素と水蒸気)は、[O2]/[C]比を0〜0.45、[H2O]/[C]比を0.5〜15で変化させ、2つのパラメータを組み合わせた種々の条件でガス化を行った。
([O2]/[C]比=原料バイオマス中の炭素のモル数に対し、添加した酸素のモル数比、実際には1分当りのバイオマス投入量(g/min)に含まれる炭素のモル数を分母とし、1分当りの酸素流量(cc/min)を分子として[O2]/[C]比とした。[H2O]/[C]比についても同様である。)
スギについては、スギ単独の場合と、スギにライグラスの灰分を添加した混合物の場合の2種類をガス化した。ライグラスの灰分は、ライグラスをガス化し、反応後に得られた残さを回収したものを用いた。
まず、ガス化炉を所定温度に設定し、加熱した。その後、反応管の上部と下部からそれぞれ窒素ガスを流し、安定したところで酸素と水(水蒸気)(いずれもガス化剤として使用)を設定量流した。次に、原料供給器(自動供給ができるよう設計製作)にバイオマス原料を入れ、秤量した後、外枠体に取り付け、この装置一式を反応管上部に取り付けた。次に、反応管及び原料供給器の準備が整った後、原料の供給を開始しガス化を行った。原料供給器に1回に供給する量は12〜15g(原料の種類と粉砕状況に応じて異なる。)であり、1分当り0.6〜0.8gを反応管に供給した。
固体残さはフィルター部分で回収し、またタールは冷却管をアセトン洗浄し、アセトン溶液として回収し、それぞれ重量をはかり、重量の多いものについては、元素分析を行った。水溶性化合物はドレイン瓶にて水とともに回収し、水溶液の重量とTOCを測定した。
表4中、[O2]/[C]比=約0.1 [H2O]/[C]比=約1.5は、パラメータ探索により、良好な結果を示した条件に基づいて設定したものである。また、「C−recovery into gas(ガス化率)」及び「C−recovery」については、それぞれ次のように定義した。
C−recovery into gas(ガス化率)=
生成ガス中に含まれる炭素量(CO+CO2+CH4+C2ガスのCモル数)/
原料バイオマス中に含まれる炭素量(原料中のCモル数)
C−recovery =
(生成ガス+固体残さ+タール+回収水溶液)中に含まれる炭素量(Cモル数)/
原料バイオマス中に含まれる炭素量(原料中のCモル数)
RunEは、スギ12.780gにライグラス灰分1.093g(灰分7.8重量%)の割合で添加し、またRunFは、スギ10.215gにライグラス灰分0.353gの割合で添加して、それぞれガス化を行った。ガス化条件は、RunEはRunA(700℃)と、またRunFはRunC(900℃)とほぼ同じである。
その結果、ガス化条件がほぼ等しいにも係わらず、ガス化率(C−recovery into gas)は、RunEにおいて0.72とRunAに比較して22%、RunFにおいて0.95とRunCに比較して25%増加している。このガス化の差は、ライグラス灰分の添加によるものと考えられる。また、灰分の添加により、ガス化温度を低温側へシフトさせることが可能である、あるいは同じ温度でガス化する場合は、ガス化率を増加させることができることが判明した。
さらに、ライグラスのガス化後に得られた灰分をスギに添加してガス化すると(RunF)、ガス化率が増加し、生成ガスもCO及びH2の割合の高いメタノール等の液体燃料製造に適した組成となった。これはスギ単独、あるいはライグラス単独でガス化するよりも、灰分を含んだ原料を他種のバイオマスと混合してガス化することによりガス化率が増加する、という混合効果を示すもので、実際のガス化にあたっては、多種のバイオマスをそのまま分別、限定することなく、ガス化することができるという利点を有する。
これらの実験結果は、これまで廃棄物として処理が問題となっていた灰分を、ガス化触媒として有効利用できることを示すものである。
Claims (3)
- バイオマス及びガス化剤を噴流床型ガス化炉に導入して合成ガスに転換させるバイオマスのガス化方法において、ガス化炉内に、バイオマスから生成する灰分を保持させるためのフィルターを設けることにより、加熱条件下、前記灰分をガス化炉内に存在させて反応を行うことを特徴とするバイオマスのガス化法。
- 前記灰分は、原料バイオマスのガス化反応で反応系内に生成するものであるか、または予めバイオマスのガス化反応で生成した灰分を導入するものである請求項1に記載のバイオマスのガス化方法。
- 前記ガス化反応は、650〜1000℃の加熱条件下に行うものである請求項1又は2に記載のバイオマスのガス化法。
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