JP4443799B2 - バイオマスのメタノール合成システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイオマスを有効利用してクリーンで高効率なガス化を行ってメタノールを合成することができるバイオマスのメタノール合成システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体(例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等)をいい、太陽エネルギー、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。
【0003】
上記バイオマスを利用することで燃料及びメタノール等の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つと共に、新規に生産されるバイオマスも光合成によりCO2の固定により生育されるので、大気のCO2を増加させない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバイオマスをアルコールに転換する方法としては、例えば発酵法や水熱分解法等が提案されているが、前者の発酵法は、糖分とでんぷん質しか原料とならず、発酵時間がかかるので大型で大容量の発酵タンクを設置する必要があると共に、後者の水熱分解法では高温・高圧・低収率、という問題がある。また、共に供給したバイオマスの残渣物が多く発生し、バイオマスの利用率が低いという問題もある。
【0005】
一方、バイオマスをガス化する場合においては、例えば固定床或いは流動床等のガス化炉等を用いるようにしていたが、バイオマスの粒子の表面のみが反応し、内部まで均一に反応しないことにより、タールが発生し、生成したガス化ガスは、H2,COが少ないため、メタノール合成の原料とならない。また、上記発生したタールが炉内へ付着すると共に、後流側に設置する機器等への付着等が起こり、運転に不具合を来す、という問題がある。
【0006】
そこで、従来においては、酸素を多量に供給することで高温で燃焼することとしたが、この場合部分的に1400℃を超える高温域が形成され、ガスにならずに、バイオマス自身が燃焼し、スート化してしまうという問題がある。
【0007】
本発明は上記問題に鑑み、クリーンで高効率なガス化を行い、バイオマスの完全ガス化を図ると共にシステム効率が向上したバイオマスのメタノール合成システムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第1の発明は、バイオマスと共に燃焼酸化剤及び水蒸気が供給されて当該バイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化されたガスを冷却する冷却手段と、上記冷却手段で冷却された上記ガスを精製すると共に当該ガス中の水分を除去するガス精製手段と、上記ガス精製手段で精製された上記ガス中のH2とCOとの組成を調整するCOシフト反応装置とからなるバイオマスのガス化システムと、上記ガス化システムで製造された上記ガスの圧力を向上させるブースタ装置と、上記ブースタ装置で昇圧された上記ガスをメタノール合成温度まで加熱する再生熱交換手段と、上記再生熱交換手段で加熱された上記ガス中のH2とCOとからメタノールを合成するメタノール合成装置と、上記メタノール合成装置で発生した熱を水により回収する第1の熱交換器と、上記冷却手段で冷却する上記ガスの熱を上記第1の熱交換器からの上記水で回収し、得られた水蒸気を上記バイオマスガス化炉へ供給する第2の熱交換器と、上記メタノール合成装置で生成したメタノールと排ガスとを分離する気液分離装置と、上記気液分離装置で分離された上記排ガスからH 2 を分離して当該H 2 を上記再生熱交換手段の前段側に戻す水素分離装置と備えていることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、上記ガス精製手段が、上記冷却手段で冷却された上記ガスに水を散布して当該ガス中から水分を除去する水散布手段と、上記水散布手段で水分を除去された上記ガスにアルカリ水を散布して当該ガスを精製するアルカリ水散布手段とを備えていることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0010】
第3の発明は、第1の発明において、上記冷却手段と上記ガス精製手段と間にガス/ガス熱交換手段を介装したことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0011】
第4の発明は、第1の発明において、上記ガス精製手段で精製された上記ガスが上記COシフト反応装置を迂回するガスバイパスラインを介装したことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0012】
第5の発明は、第4の発明において、上記ガスバイパスライン出口側にガス組成を測定するセンサを介装したことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0013】
第6の発明は、第1乃至5のいずれか一の発明において、上記ガス精製手段と上記COシフト反応装置との間にガス中の微量成分を除去するフィルタを介装したことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0014】
第7の発明は、第1乃至6のいずれか一の発明において、上記第1の熱交換器が、上記ガス精製手段から除去された水によって、上記メタノール合成装置で発生した熱を回収するものであることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0015】
第8の発明は、第1乃至7のいずれか一の発明において、上記COシフト反応装置と上記ブースタ装置との間に脱CO2装置を介装したことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0016】
第9の発明は、第8の発明において、上記COシフト反応装置と上記脱CO2装置との間に熱交換手段を介装したことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0017】
第10の発明は、第1乃至7のいずれか一の発明において、上記ブースタ装置と上記再生熱交換手段との間、又は、上記再生熱交換手段と上記メタノール合成装置との間のいずれか一方又は両方に、吸着性能を有する物質を充填されて当該メタノール合成装置の触媒の被毒を防止する吸着塔又は当該メタノール合成装置で用いる触媒を充填されて当該メタノール合成装置の触媒の被毒を防止するガードカラムを介装してなることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0019】
第11の発明は、第1乃至7のいずれか一の発明において、上記メタノール合成装置が、少なくとも2系統設けられて複数段の触媒層からなる合成塔を備えていることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0020】
第12の発明は、第11の発明において、上記合成塔の入口側の触媒層を、当該合成塔の触媒層全体の被毒を防止するガードカラムとしてなることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システムにある。
【0021】
第13の発明は、第12の発明のバイオマスのメタノール合成システムを使用するバイオマスのメタノール合成方法であって、メタノール合成の際に、第1の合成塔と第2の合成塔とを交互に使用し、一方の合成塔を使用する間に、他方の合成塔の複数段の触媒層の内、ガス入口側の第1段目の触媒層を抜き取り、次いで第2段目の触媒層を第1段目にすると共に、最終段目に新規触媒層を設置することを特徴とするバイオマスのメタノール合成方法にある。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明するが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【0023】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施の形態を図1を用いて説明する。図1は本実施の形態にかかるバイオマスガス化炉を用いたバイオマスガス化システムの概略図である。
【0024】
図1に示すように、本実施の形態にかかるバイオマスのガス化システム10は、バイオマス11と燃焼酸化剤12とを供給してH2,CO等にガス化するバイオマスガス化炉13と、上記バイオマスガス化炉13でガス化した生成ガス14を冷却する冷却器15と、上記冷却した生成ガス14を精製するガス精製手段16と、上記ガス精製した精製ガス20中のH2とCOガスの組成を調整するCOシフト反応装置17とからなるバイオマスのガス化システム10であって、上記ガス精製手段16が生成ガス14中のアンモニア等を除去して生成ガス14を精製すると共に、生成ガス14中の水分を除去水18として除去するようにしたものである。
【0025】
ここで、上記ガス精製手段16としては、例えば水を上方より噴霧状に散布する水スクラバ等を用いるようにしてもよい。
【0026】
また、本実施の形態では、上記冷却器15とガス精製手段16との間にガス/ガス熱交換器21を介装して、生成ガス14の熱回収を行なっている。この熱回収としては、上記ガス精製手段16を通過することにより生成ガス14が冷却されているので、上記精製ガス20の温度をCOシフト反応装置17での下記反応が適切に進行する温度となるように上昇させるようにしている。なお、シフト反応装置17で用いる触媒としては例えば鉄系の触媒を用いることができる。
【0027】
CO+H2O→CO2+H2
【0028】
また、本実施の形態では、上記ガス精製した精製ガス20が上記COシフト反応装置17を迂回するガスバイパスライン22を介装しており、弁23a,23bの開閉により後流側で利用する合成装置又はガスエンジン又はガスタービン等で用いる際に効率的なガス組成となるように調整するようにしている。
【0029】
上記精製ガス20により、例えばメタノールを合成するためには、例えばCO/H2のモル比を1/2とすることが好ましい。
【0030】
特に、バイオマスガス化炉13内に供給するバイオマス11が一定組成の場合には問題がないが、バイオマス11の種類又は乾燥状態又は供給条件により、ガス化条件が微妙に変化した場合に、必要に応じてバイパスライン22を迂回させることで、後流側で利用する所望のガス組成となるように微調整を可能とすることができようにしている。
【0031】
上記ガス組成の供給状況を監視するこのため、本実施の形態では、上記ガスバイパスライン22の出口側にガス組成を測定するセンサ24を介装している。
【0032】
また、本実施の形態では、上記ガス精製手段16とCOシフト反応装置17との間にガス中の微量成分を除去するフィルタ25を介装し、ガス中の微量成分(例えばS分等)を除去するようにしている。これにより、後流側のCOシフト反応装置17で使用される触媒の劣化を防止することができ、耐久性が向上する。
【0033】
上記フィルタ25としては、フィルタ層として活性炭等の吸着剤を用いることができる。
【0034】
なお、フィルタ25をガス精製装置16とCOシフト反応装置17との間に介装することにより、ガス中の水分含量が多い場合等に、フィルタ層を構成する活性炭により処理能力の低下を防止することが可能となる。
【0035】
上記COシフト反応装置17で所望のガス組成としたガスは、後流側に設けたアルコール合成システム100、ガスタービン(G/T)101、又はガスエンジン102で利用に供される。
【0036】
なお、上記COシフト反応装置17とアルコール合成システム100、ガスタービン101、又はガスエンジン102との間には、熱交換手段26を介装して例えばアルコール合成システム100より供給された供給水27の水温を上昇させており、その後冷却器15を通過することで、熱交換され、高温水蒸気40が得られる。
【0037】
ここで、本発明にかかるバイオマスガス化炉13内に供給するバイオマス11は、生産又は廃棄されたバイオマスを乾燥手段により乾燥された後、粉砕手段により所定粒径に粉砕(例えば平均粒径(D)が0.05≦D≦5mm程度のもの。)されたものとするのが好ましい。
【0038】
本発明のバイオマス(CmH2On)とは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物資源(例えば農業生産物又は副産物、木材、植物等)をいい、例えばスイートソルガム,ネピアグラス,スピルリナ等を例示することができる。また、糠、木くず、間伐材等の農林系廃棄物も含まれる。
【0039】
上記バイオマスガス化炉13の炉内温度は700〜1400℃(好適には800〜1000℃程度)のガス化条件とするのが好ましい。これは、炉内温度が700℃未満であると、燃焼が良好でなく、好ましくなく、一方1400℃を超えた場合には、バイオマス自身の燃焼によりスートが発生し、好ましくないからである。
【0040】
また、バイオマスガス化炉13の炉内圧力は、特に限定されるものではないが、1〜40気圧とするのが好ましい。これは、メタノール合成に直結する場合には、80気圧近傍が好ましいが、耐圧構造のガス化炉とする必要があり、製造費用が嵩み好ましくないからである。なお、30気圧程度の場合には、装置がコンパクトとなり、好ましい。
【0041】
図2に生成ガスをメタノール合成用に用いた場合のメタノール合成システムを備えたバイオマスのガス化システム10の温度バランスの一例を示す。
【0042】
バイオマスガス化炉13により得られる生成ガス14は約900℃前後であり、冷却器15により冷却され、その後ガス/ガス熱交換器21で熱交換されてさらに冷却され、その後ガス精製手段16により精製ガス20はフィルタ25の保護温度域まで冷却される。この冷却された精製ガス20はフィルタ25を通過することでS成分が除去され、ガス/ガス熱交換器21で熱交換され後流に設置したCOシフト反応装置17の作動温度まで上昇する。COシフト反応装置17で所望のガス組成に変換し、H2リッチガスとした後、熱交換器26で熱交換されて冷却され、アルコール合成システム100でメタノールを合成する。
【0043】
上記メタノール合成システム100の合成は発熱反応であるので、供給水27を供給することにより反応熱を温水として回収することが可能である。また、この温水を熱交換器26で熱交換して上昇させ、その後、冷却器15で熱交換することにより高温水蒸気(300℃以上)40を得ることができる。この高温水蒸気40はバイオマスガス化炉13に供給するようにしてもよく、また、COシフト反応装置17で熱利用してもよい。
【0044】
また、上記供給水27として、例えばガス精製手段16から除去された除去水18を利用するようにしてもよい。これにより、系内において除去水18を再利用することができる。なお、上記温度バランスは供給するバイオマス11の原料の種類やバイオマスガス化炉13の大きさにより左右され、本発明は図2の温度バランスに何ら限定されるものではない。
【0045】
[第2の実施の形態]
本発明の第2の実施の形態を図3を用いて説明する。図3は本実施の形態にかかるバイオマスガス化システムの概略図である。
【0046】
本実施の形態では、上記第1の実施の形態のシステム10において、脱CO2装置28を熱交換器26とアルコール合成システム100との間に介装して合成系に送給するガス組成を下記反応式(1)から反応式(2)のように変更させ、合成のために昇圧する際に圧力条件を下げるようにしている。これにより、不要な水分が除去され、アルコール合成の収率も向上することができる。
【0047】
CO2+3H2→H2O+CH3OH …(1)
CO +2H2→CH3OH …(2)
【0048】
[第3の実施の形態]
本発明の第3の実施の形態を図4を用いて説明する。図4は本実施の形態にかかるバイオマスガス化システムの概略図である。図4は、本実施の形態ではメタノール合成システムを備えたガス化システムの概要を示す。なお、ガス化の熱回収及びガス精製等は第1及び第2の実施の形態と同様であるので、メタノール合成系のシステムを中心として説明する。
【0049】
また、メタノール合成システムの一例としては、上記COシフト反応装置17でガス組成を調整した後の精製ガス20のガス圧力を向上させるブースタ装置31と、昇圧後のガス温度をメタノール製造温度まで加温する再生熱交換器32と、ガス中の2H2とCOとからメタノール(CH3OH)を製造するメタノール合成装置33と、該メタノール合成装置33により得られた生成ガス34をメタノール35と排ガス36とに分離する気液分離装置37とを具備するものである。
【0050】
本実施の形態では、上記ガス精製手段16から除去される除去水18は、メタノール合成装置33の触媒反応において発生した反応熱(約300℃程度)を、メタノール合成装置33の内部に設置された第1の熱交換器38を用いて熱交換する。次いで、熱交換水は、上記ガス化炉13から生成された生成ガス14を冷却する冷却器15内へ導入され、高温の生成ガス14(例えば900℃程度)の熱を、冷却器15の内部に設置された第2の熱交換器39で熱交換して熱回収し、得られた高温(400〜600℃)の水蒸気40をバイオマスガス化炉13に供給する。
【0051】
これにより、燃焼酸化剤12の一部として高温水蒸気40を用いることができ、バイオマスメタノール合成システムのシステム効率が向上する。
【0052】
[第4の実施の形態]
本発明の第4の実施の形態を図5を用いて説明する。図5は本実施の形態にかかるバイオマスメタノール合成システムの概略図である。なお、図4に示すメタノール合成システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【0053】
本実施の形態にかかるメタノール合成システムは、上記冷却器15で冷却した後の生成ガス14の精製及び生成ガス14中の水分を除去するガス精製手段16を、図5に示すように、水を散布する水散布手段16Aと、アルカリ溶液(例えばNaOH等)を散布するアルカリ水散布手段16Bとから構成してなるものであり、上記水散布手段16Aでの水散布後の除去水18を含む排水を第3の実施の形態と同様に、熱回収し、ガス化炉13に高温水蒸気40を供給するようにしている。
【0054】
実施の形態では、先ず、生成ガス14を水散布手段16Aに導入して、水散布により生成ガス14の冷却及び生成ガス14中の水分を回収し、次いでアルカリ溶液(例えばNaOH等)を散布するアルカリ水散布手段16Bに導入して、アルカリ水の散布により生成ガス14中に存在する酸性ガス(例えばアンモニアガス、塩化水素、硫黄分(H2S)等)を除去している。
【0055】
上記水散布手段16Aでの排水は、第3の実施の形態と同様に、メタノール合成装置33を用いた触媒反応において発生した反応熱(約300℃程度)と第1の熱交換器38で熱交換し、次いで、上記ガス化炉13から生成された生成ガス14を冷却する冷却器15へ導入し、高温の生成ガス14(例えば900℃程度)の熱を第2の熱交換器39で熱回収し、得られた高温水蒸気40をバイオマスガス化炉13に供給するようにしている。
【0056】
本実施の形態では、第3の実施の形態の効果に加え、水散布手段16Aとアルカリ水散布手段16Bとの2段のスクラバ装置とするので、第1段目での水散布手段16Aの水散布では、冷却・水分回収がなされ、第2段目のアルカリ水散布手段16Bでのアルカリ水散布では、酸性ガスを除去し、後流側での各種装置及び配管設備での腐蝕等による劣化を防止するようにしている。
【0057】
[第5の実施の形態]
本発明の第5の実施の形態を図6を用いて説明する。図6は本実施の形態にかかるバイオマスメタノール合成システムの概略図である。図4及び図5に示すメタノール合成システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【0058】
本実施の形態にかかるメタノール合成システムは、メタノール合成システムの上記ブースタ装置31と再生熱交換器32との間に第1の吸着塔又はガードカラム41を介装すると共に、上記再生熱交換器32とメタノール合成装置33との間に第2の吸着塔又はガードカラム42を介装してなるものである。
【0059】
上記吸着塔41,42は内部に例えばシリカゲル,活性炭等の吸着性能を有する物質を充填してなるものであり、上記ガードカラム41,42は上記メタノール合成装置33で用いる触媒を充填したものであり、一定時間経過した後に廃棄又は再生処理するいわゆる捨てカラムとしたものである。
【0060】
これらの吸着塔又はガードカラム41,42の設置により、メタノール合成装置33での触媒の被毒を未然に防止することができ、長期間に亙って安定してメタノール合成を行うことができる。
【0061】
なお、本実施の形態では、第1の吸着塔又はガードカラム41及び第2の吸着塔又はガードカラム42からなる2段による保護としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第1の吸着塔又はガードカラム41のみとしてもよい。
【0062】
[第6の実施の形態]
本発明の第6の実施の形態を図7を用いて説明する。図7は本実施の形態にかかるバイオマスメタノール合成システムの概略図である。図4に示すメタノール合成システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【0063】
本実施の形態にかかるメタノール合成システムでは、メタノール合成装置33で製造された生成ガス34から気液分離装置37で分離した排ガス36a中のH2を有効利用するものである。
【0064】
図7に示すように、上記メタノール合成装置33により合成された生成ガス34は気液分離装置37によりメタノール35と排ガス36aとに分離されるが、通常、排ガス36aは焼却処分されている。本実施の形態では、排ガス36a中のH2のみを分離する水素(H2)分離装置51を用いて、再生熱交換器32の前段若しくは後段に戻すようにして、再度メタノール合成のガス36bとして再利用する。水素が分離されたガスは排ガス36cとして排出される。
【0065】
上記水素分離装置51としては、例えば圧力スイング法によるH2分離,膜分離等の公知の水素分離方法により行えばよい。
【0066】
本実施の形態によれば、水素分離装置51によりH2のみが分離されて再生熱交換器32の前段若しくは後段へ戻されるので、生成ガス34中の残H2が有効利用され、メタノール合成のための水素の利用効率が向上することになる。
【0067】
[第7の実施の形態]
本発明の第7の実施の形態を図8,9を用いて説明する。図8は本実施の形態にかかるバイオマスメタノール合成システムの概略図、図9は本実施の形態にかかるメタノール合成装置の拡大図である。図4に示すメタノール合成システムと同一部材については同符号を付して重複する説明は省略する。
【0068】
本実施の形態にかかるメタノール合成システムでは、メタノール合成装置を2系統として、連続してメタノール合成するようにしたものである。
【0069】
図8及び図9に示すように、本実施の形態にかかるメタノール合成装置61は第1の合成塔62と第2の合成塔63との2系列とから構成されている。また、第1の合成塔62の内部は両端に弁64a,64bを備えてなり、内部には第1段目の触媒層62−1・・・最終段(本実施の形態では5段)の触媒層62−5が内装されている。同様に、第2の合成塔63の内部は両端に弁65a,65bを備えてなり、内部には第1段目の触媒層63−1・・・最終段(本実施の形態では5段)の触媒層63−5が内装されている。
【0070】
本実施の形態では、メタノール合成を行う際に、図9に示すように、第1の合成塔62と第2の合成塔63とを交互に使用し、例えば一方の第1の合成塔62を使用する間に、他方の第2の合成塔63の弁65a,65bを閉じておき、第2の合成塔63の複数段触媒層の内、ガス入口側の劣化した第1段目の触媒層63−1を抜き取りし、次いで今まで第2段目の触媒層63−2を第1段目にすると共に、順次スライドし、最終段目に新規触媒層を設置することにより、劣化部分を順次取り替えることができる。
【0071】
この結果、2段目の触媒層が第1段目の触媒層となるので、触媒活性が常に良好に維持され、良好なメタノール合成が可能となる。本実施の形態によれば、メタノール合成装置61のメンテナンス性が向上することになる。
【0072】
なお、劣化した上記触媒を担持した活性炭は粉砕等して第1の実施の形態で説明したフィルタ25で用いるようにしてもよい。
【0073】
また、本実施の形態では、ガードカラム41を再生熱交換器32の前段側に介装しているが、このガードカラム41は必須なものではなく、該ガードカラム41を介装することで、さらに、触媒の被毒が防止され、触媒活性の低下を防ぐことができる。
【0074】
また、第1段目の触媒層62−1,63−1をガードカラムとし、所定期間経過した後に、捨てカラムとするようにしてもよい。
【0075】
また、本実施の形態では、2系統の触媒合成塔としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数系統とするようにして合成効率を向上させるようにしてもよい。
【0076】
【発明の効果】
第1の発明は、バイオマスと共に燃焼酸化剤及び水蒸気が供給されて当該バイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、上記バイオマスガス化炉でガス化されたガスを冷却する冷却手段と、上記冷却手段で冷却された上記ガスを精製すると共に当該ガス中の水分を除去するガス精製手段と、上記ガス精製手段で精製された上記ガス中のH2とCOとの組成を調整するCOシフト反応装置とからなるバイオマスのガス化システムと、上記ガス化システムで製造された上記ガスの圧力を向上させるブースタ装置と、上記ブースタ装置で昇圧された上記ガスをメタノール合成温度まで加熱する再生熱交換手段と、上記再生熱交換手段で加熱された上記ガス中のH2とCOとからメタノールを合成するメタノール合成装置と、上記メタノール合成装置で発生した熱を水により回収する第1の熱交換器と、上記冷却手段で冷却する上記ガスの熱を上記第1の熱交換器からの上記水で回収し、得られた水蒸気を上記バイオマスガス化炉へ供給する第2の熱交換器と、上記メタノール合成装置で生成したメタノールと排ガスとを分離する気液分離装置と、上記気液分離装置で分離された上記排ガスからH 2 を分離して当該H 2 を上記再生熱交換手段の前段側に戻す水素分離装置とを備えていることから、熱回収し得られた高温水蒸気をバイオマスガス化炉に供給するので、燃焼酸化剤の一部として高温水蒸気を用いることができ、システム効率が向上すると共に、再循環させるガス中のH 2 の比率を上げることができ、メタノール合成効率が向上する。
【0077】
第2の発明は、第1の発明において、上記ガス精製手段が、上記冷却手段で冷却された上記ガスに水を散布して当該ガス中から水分を除去する水散布手段と、上記水散布手段で水分を除去された上記ガスにアルカリ水を散布して当該ガスを精製するアルカリ水散布手段とを備えているので、燃焼酸化剤の一部として高温水蒸気を用いることができると共に、水散布では、冷却・水分回収がなされ、アルカリ水散布では、酸性ガスを除去し、後流側での各種装置及び配管設備での腐蝕等による劣化を防止することができる。
【0078】
第3の発明は、第1の発明において、上記冷却手段と上記ガス精製手段と間にガス/ガス熱交換手段を介装したので、熱交換により、熱の有効利用を図ることができる。
【0079】
第4の発明は、第1の発明において、上記ガス精製手段で精製された上記ガスが上記COシフト反応装置を迂回するガスバイパスラインを介装したので、所望の生成ガスを任意に得ることができる。
【0080】
第5の発明は、第4の発明において、上記ガスバイパスライン出口側にガス組成を測定するセンサを介装したので、所望のガス組成の調整が容易となる。
【0081】
第6の発明は、第1乃至5のいずれか一の発明において、上記ガス精製手段と上記COシフト反応装置との間にガス中の微量成分を除去するフィルタを介装したので、ガス中の微量のS成分等が除去され、COシフト反応装置で使用する触媒の被毒を防止することができる。
【0082】
第7の発明は、第1乃至6のいずれか一の発明において、上記第1の熱交換器が、上記ガス精製手段から除去された水によって、上記メタノール合成装置で発生した熱を回収するものであることから、除去した水で熱回収し得られた高温水蒸気をバイオマスガス化炉に供給するので、燃焼酸化剤の一部として高温水蒸気を用いることができ、ガス化システムのシステム効率が向上する。
【0083】
第8の発明は、第1乃至7のいずれか一の発明において、上記COシフト反応装置と上記ブースタ装置との間に脱CO2装置を介装したので、メタノール合成のために昇圧する際に圧力条件を下げることができると共に、不要な水分が除去され、アルコール合成の収率が向上する。
【0084】
第9の発明は、第8の発明において、上記COシフト反応装置と上記脱CO2装置との間に熱交換手段を介装したので、熱交換により、熱の有効利用を図ることができる。
【0085】
第10の発明は、第1乃至7のいずれか一の発明において、上記ブースタ装置と上記再生熱交換手段との間、又は、上記再生熱交換手段と上記メタノール合成装置との間のいずれか一方又は両方に、吸着性能を有する物質を充填されて当該メタノール合成装置の触媒の被毒を防止する吸着塔又は当該メタノール合成装置で用いる触媒を充填されて当該メタノール合成装置の触媒の被毒を防止するガードカラムを介装してなるので、メタノール合成装置の触媒の被毒が防止される。
【0087】
第11の発明は、第1乃至7のいずれか一の発明において、上記メタノール合成装置が、少なくとも2系統設けられて複数段の触媒層からなる合成塔を備えているので、交互に使用することで連続してメタノール合成が可能となる。
【0088】
第12の発明は、第11の発明において、上記合成塔の入口側の触媒層を、当該合成塔の触媒層全体の被毒を防止するガードカラムとしてなるので、触媒層全体の被毒が防止される。
【0089】
第13の発明は、第12の発明のバイオマスのメタノール合成システムを使用するバイオマスのメタノール合成方法であって、メタノール合成の際に、第1の合成塔と第2の合成塔とを交互に使用し、一方の合成塔を使用する間に、他方の合成塔の複数段の触媒層の内、ガス入口側の第1段目の触媒層を抜き取り、次いで第2段目の触媒層を第1段目にすると共に、最終段目に新規触媒層を設置するので、劣化部分を順次取り替えることができる。また、2段目の触媒層が第1段目の触媒層となるので、触媒活性が常に良好に維持され、良好なメタノール合成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1の実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムの概略図である。
【図2】 第1の実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムの概略図である。
【図3】 第2の実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムの概略図である。
【図4】 第3の実施の形態にかかるバイオマスのガス化システムの概略図である。
【図5】 第4の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図6】 第5の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図7】 第6の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図8】 第7の実施の形態にかかるバイオマスのメタノール合成システムの概略図である。
【図9】 第7の実施の形態にかかるメタノール合成装置の概略図である。
【符号の説明】
10 バイオマスガス化システム
11 バイオマス
12 燃焼酸化剤
13 バイオマスガス化炉
14 生成ガス
15 冷却器
16 ガス精製手段
17 COシフト反応装置
18 除去水
20 精製ガス
21 ガス/ガス熱交換器
22 ガスバイパスライン
23a,23b 弁
24 センサ
25 フィルタ
26 熱交換器
27 供給水
28 脱CO2装置
31 ブースタ装置
32 再生熱交換器
33 メタノール合成装置
34 生成ガス
35 メタノール
36 排ガス
37 気液分離装置
38 第1の熱交換器
39 第2の熱交換器
40 高温水蒸気
41 第1の吸着塔又はガードカラム
42 第2の吸着塔又はガードカラム
51 水素(H2)分離装置
61 メタノール合成装置
62 第1の合成塔
63 第2の合成塔
64a,64b,65a,65b 弁
100 アルコール合成システム
101 ガスタービン(G/T)
102 ガスエンジン
Claims (13)
- バイオマスと共に燃焼酸化剤及び水蒸気が供給されて当該バイオマスをガス化するバイオマスガス化炉と、
上記バイオマスガス化炉でガス化されたガスを冷却する冷却手段と、
上記冷却手段で冷却された上記ガスを精製すると共に当該ガス中の水分を除去するガス精製手段と、
上記ガス精製手段で精製された上記ガス中のH2とCOとの組成を調整するCOシフト反応装置と
からなるバイオマスのガス化システムと、
上記ガス化システムで製造された上記ガスの圧力を向上させるブースタ装置と、
上記ブースタ装置で昇圧された上記ガスをメタノール合成温度まで加熱する再生熱交換手段と、
上記再生熱交換手段で加熱された上記ガス中のH2とCOとからメタノールを合成するメタノール合成装置と、
上記メタノール合成装置で発生した熱を水により回収する第1の熱交換器と、
上記冷却手段で冷却する上記ガスの熱を上記第1の熱交換器からの上記水で回収し、得られた水蒸気を上記バイオマスガス化炉へ供給する第2の熱交換器と、
上記メタノール合成装置で生成したメタノールと排ガスとを分離する気液分離装置と、
上記気液分離装置で分離された上記排ガスからH 2 を分離して当該H 2 を上記再生熱交換手段の前段側に戻す水素分離装置と
を備えていることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1において、
上記ガス精製手段が、
上記冷却手段で冷却された上記ガスに水を散布して当該ガス中から水分を除去する水散布手段と、
上記水散布手段で水分を除去された上記ガスにアルカリ水を散布して当該ガスを精製するアルカリ水散布手段と
を備えていることを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1において、
上記冷却手段と上記ガス精製手段と間にガス/ガス熱交換手段を介装した
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1において、
上記ガス精製手段で精製された上記ガスが上記COシフト反応装置を迂回するガスバイパスラインを介装した
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項4において、
上記ガスバイパスライン出口側にガス組成を測定するセンサを介装した
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1乃至5のいずれか一において、
上記ガス精製手段と上記COシフト反応装置との間にガス中の微量成分を除去するフィルタを介装した
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1乃至6のいずれか一において、
上記第1の熱交換器が、上記ガス精製手段から除去された水によって、上記メタノール合成装置で発生した熱を回収するものである
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1乃至7のいずれか一において、
上記COシフト反応装置と上記ブースタ装置との間に脱CO2装置を介装した
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項8において、
上記COシフト反応装置と上記脱CO2装置との間に熱交換手段を介装した
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1乃至7のいずれか一において、
上記ブースタ装置と上記再生熱交換手段との間、又は、上記再生熱交換手段と上記メタノール合成装置との間のいずれか一方又は両方に、吸着性能を有する物質を充填されて当該メタノール合成装置の触媒の被毒を防止する吸着塔又は当該メタノール合成装置で用いる触媒を充填されて当該メタノール合成装置の触媒の被毒を防止するガードカラムを介装してなる
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項1乃至7のいずれか一において、
上記メタノール合成装置が、少なくとも2系統設けられて複数段の触媒層からなる合成塔を備えている
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項11において、
上記合成塔の入口側の触媒層を、当該合成塔の触媒層全体の被毒を防止するガードカラムとしてなる
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成システム。 - 請求項12のバイオマスのメタノール合成システムを使用するバイオマスのメタノール合成方法であって、
メタノール合成の際に、第1の合成塔と第2の合成塔とを交互に使用し、一方の合成塔を使用する間に、他方の合成塔の複数段の触媒層の内、ガス入口側の第1段目の触媒層を抜き取り、次いで第2段目の触媒層を第1段目にすると共に、最終段目に新規触媒層を設置する
ことを特徴とするバイオマスのメタノール合成方法。
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