JP5385396B2 - 水素含有ガスの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)有機性汚泥を乾燥し、次いで、得られた有機性汚泥乾燥物を熱分解し、発生した熱分解ガスをスチームにより改質する水素含有ガスの製造方法において、有機性汚泥の乾燥が、該水素含有ガスの製造方法の実施に伴って発生する排熱を利用して得られた熱風により、100〜200℃の温度において、金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の存在下に有機性汚泥を解砕しつつ実行されることを特徴とする水素含有ガスの製造方法である。
(2)金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の全個数の95%以上が、11〜20mmの最大径を有する、上記(1)記載の水素含有ガスの製造方法、
(3)金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の全個数の95%以上が、12〜16mmの最大径を有する、上記(1)記載の水素含有ガスの製造方法、
(4)金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の全個数の98%以上が、11〜20mmの最大径を有する、上記(1)記載の水素含有ガスの製造方法、
(5)金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の全個数の98%以上が、12〜16mmの最大径を有する、上記(1)記載の水素含有ガスの製造方法、
(6)有機性汚泥の乾燥及び解砕が、上記の熱風により金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物を任意の方向に運動させつつ実行される、上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(7)有機性汚泥の乾燥温度が140〜160℃である、上記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(8)水素含有ガスの製造方法の実施に伴って発生する排熱が、有機性汚泥乾燥物を熱分解した際に発生するタール及び熱分解残渣を燃焼して得られた熱風から得られたものである、上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(9)金属製塊状物の材質が、鉄、ステンレス鋼、ニッケル合金鋼及びチタン合金鋼より成る群から選ばれる一以上である、上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(10)セラミックス製塊状物の材質が、アルミナ、シリカ、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド及び窒化ケイ素より成る群から選ばれる一以上である、上記(1)〜(9)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(11)セラミックス製塊状物の材質がアルミナである、上記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(12)金属製塊状物及びセラミックス製塊状物の形状が、いずれもボールである、上記(1)〜(11)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(13)有機性汚泥が、畜産廃棄物、堆肥、下水汚泥、し尿汚泥、活性汚泥、パルプ廃液汚泥、動植物性残渣、ビルピット汚泥、生活雑排出物及び食品廃棄物より成る群から選ばれる一つ以上である、上記(1)〜(12)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(14)有機性汚泥が下水汚泥である、上記(1)〜(12)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(15)有機性汚泥乾燥物を熱分解し、発生した熱分解ガスをスチームにより改質する方法が、該有機性汚泥乾燥物を非酸化性雰囲気下において400〜700℃で加熱し、発生した熱分解ガスを700〜1,000℃でスチームと混合せしめる方法である、上記(1)〜(14)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(16)有機性汚泥乾燥物を熱分解し、発生した熱分解ガスをスチームにより改質する方法が、該有機性汚泥乾燥物を非酸化性雰囲気下において500〜600℃で加熱し、発生した熱分解ガスを900〜1,000℃でスチームと混合せしめる方法である、上記(1)〜(14)のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法、
(17)得られた水素含有ガスを、更に精製して水素を回収する、上記(15)又は(16)記載の水素含有ガスの製造方法
を挙げることができる。
実施例において使用した原料及びガス化装置は、下記の通りである。
M市下水汚泥
水分 79.5重量%
揮発分 64.5重量%
固定炭素 15.6重量%
灰分 19.9重量%
総発熱量 18.3MJ/kg−dry
水分 70〜75重量%
揮発分 41.2重量%
固定炭素 41.6重量%
灰分 17.2重量%
総発熱量 18.9MJ/kg−dry
元素組成(乾燥基準)
炭素 41.6重量%
水素 7.05重量%
窒素 4.72重量%
酸素 28.57重量%
硫黄 0.65重量%
塩素 0.21重量%
水分、灰分、固定炭素、揮発分:JIS−M8812(1993)
総発熱量:JIS−M8814(1993)
元素組成(塩素を除く):JIS−M8819(1997)
塩素:JIS Z 7302−6 10.1及び11.2の燃焼及びイオンクロマトグラフ法
ここで、灰分、揮発分及び固定炭素は、乾燥基準で算出した値である。また、水分は、原料受入時のものである。
ガス化装置としては、図1に示したものを使用した。
該ガス化装置中の乾燥器(D)底部の乾燥ゾーンの内部体積は0.2m3であった。また、熱分解器(A)及び改質器(B)は、いずれも底部がすり鉢状となったレトルト炉であり、その内容積は、いずれも0.5m3であった。
原料としては、M市下水汚泥を使用した。また、装置としては、図1に示した乾燥装置を使用して、下水汚泥の乾燥試験を実施した。乾燥装置は、直径500mm、長さ500mmの内部が空洞の円筒型容器であり、その側面から熱風を吹き込む構造になっている。下水汚泥を解砕するために使用する塊状物としては、直径12mmのアルミナボールを使用した。該アルミナボールを約0.5kg乾燥器に装入した。
直径12mmのアルミナボールに代えて、直径16mmのアルミナボールを、乾燥器(D)に実施例1と同量装入したこと、及び、下水汚泥の乾燥器(D)への供給量を、夫々、15.1kg/hr、13.7kg/hr、13.2kg/hr及び14.4kg/hrにしたこと以外は、実施例1と同一にして実施した。下水汚泥乾燥物が、夫々、3.5kg/hr、3.2kg/hr、3.1kg/hr及び3.3kg/hrで得られた。得られた下水汚泥乾燥物の水分は、いずれも13.3重量%であり、揮発分は、いずれも62.0重量%であった。
ライン(7)から供給した熱風の温度を200℃にした以外は、実施例1と同一にして実施した。得られた下水汚泥乾燥物の水分は、10.0重量%であり、揮発分は、60.0重量%であった。
ライン(7)から供給した熱風の温度を170℃にした以外は、実施例1と同一にして実施した。得られた下水汚泥乾燥物の水分は、10.4重量%であり、揮発分は、62.0重量%であった。
直径12mmのアルミナボールに代えて、直径10mmのアルミナボールを使用して、乾燥器(D)に実施例1と同量装入し、かつ、乾燥器(D)への下水汚泥供給量を、15.1kg/hr(実施例2と同じ)にしたこと以外は、実施例1と同一にして実施した。下水汚泥乾燥物が、3.0kg/hr得られた。得られた下水汚泥乾燥物の水分は13.3重量%であった。下水汚泥が、乾燥器内壁に付着し、また、アルミナボールと塊をつくるものがあり、下水汚泥乾燥物の回収率が実施例1に比べて減少した。また、得られた下水汚泥乾燥物の揮発分は、62.0重量%であった。
直径12mmのアルミナボールに代えて、直径10mmのアルミナボールを使用して、乾燥器(D)に実施例1と同量装入し、かつ、乾燥器(D)への下水汚泥供給量を、13.7kg/hr(実施例3と同じ)にしたこと以外は、実施例1と同一にして実施した。下水汚泥乾燥物が、2.8kg/hr得られた。得られた下水汚泥乾燥物の水分は13.3重量%であった。実施例8と同様に、下水汚泥が、乾燥器内壁に付着し、またアルミナボールと塊をつくるものがあり、下水汚泥乾燥物の回収率が実施例1に比べて減少した。また、得られた下水汚泥乾燥物の揮発分は、62.0重量%であった。
直径12mmのアルミナボールに代えて、直径20mmのアルミナボールを使用して、乾燥器(D)に実施例1と同量装入し、かつ、乾燥器(D)への下水汚泥供給量を、15.1kg/hr(実施例2と同じ)にしたこと以外は、実施例1と同一にして実施した。下水汚泥乾燥物が、3.1kg/hr得られた。得られた下水汚泥乾燥物の水分は13.3重量%であった。下水汚泥が、乾燥器内壁に付着し、また、アルミナボールと塊をつくるものがあり、下水汚泥乾燥物の回収率が実施例1に比べて減少した。また、得られた下水汚泥乾燥物の揮発分は、62.0重量%であった。
アルミナボールを乾燥器(D)に挿入しなかったこと、及び、下水汚泥の乾燥器(D)への供給量を14.4kg/hr(実施例5と同じ)にしたこと以外は、実施例1と同一にして実施した。下水汚泥乾燥物が、4.4kg/hrで得られた。得られた下水汚泥乾燥物の水分は、31.5重量%であり、揮発分は、62.0重量%であった。
ライン(7)から供給した熱風の温度を250℃にした以外は、実施例1と同一にして実施した。下水汚泥乾燥物が、3.0kg/hrで得られた。得られた下水汚泥乾燥物の水分は、10.0重量%であった。乾燥物の揮発分は54.5重量%と低くなった。
原料としては、A市下水汚泥を使用した。また、装置としては、図2に示した装置を使用して、下水汚泥の乾燥、下水汚泥乾燥物の熱分解及び得られた熱分解ガスの改質を実施した。下水汚泥を解砕するために使用する塊状物としては、直径12mmのアルミナボールを使用した。該アルミナボールを約1.0kg乾燥器に装入した。
B:改質器
C:ガス冷却装置
D:乾燥器
E:サイクロン
F:高温熱風発生器
G1:熱交換器1
G2:熱交換器2
1:下水汚泥
2:下水汚泥乾燥物
3:スチーム
4:冷却ガス
5:タール及び熱分解残渣(チャー)
6:熱媒体
7:熱風
8:乾燥後ガス
Claims (11)
- 有機性汚泥を乾燥し、次いで、得られた有機性汚泥乾燥物を熱分解し、発生した熱分解ガスをスチームにより改質する水素含有ガスの製造方法において、有機性汚泥の乾燥が、該水素含有ガスの製造方法の実施に伴って発生する排熱を利用して得られた熱風により、100〜200℃の温度において、金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の存在下に有機性汚泥を解砕しつつ実行されることを特徴とする水素含有ガスの製造方法。
- 金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の全個数の95%以上が、11〜20mmの最大径を有する、請求項1記載の水素含有ガスの製造方法。
- 金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物の全個数の95%以上が、12〜16mmの最大径を有する、請求項1記載の水素含有ガスの製造方法。
- 有機性汚泥の乾燥及び解砕が、上記の熱風により金属製塊状物及び/又はセラミックス製塊状物を任意の方向に運動させつつ実行される、請求項1〜3のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- 有機性汚泥の乾燥温度が140〜160℃である、請求項1〜4のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- 金属製塊状物の材質が、鉄、ステンレス鋼、ニッケル合金鋼及びチタン合金鋼より成る群から選ばれる一以上である、請求項1〜5のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- セラミックス製塊状物の材質が、アルミナ、シリカ、シリコンカーバイド、タングステンカーバイド及び窒化ケイ素より成る群から選ばれる一以上である、請求項1〜6のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- セラミックス製塊状物の材質がアルミナである、請求項1〜6のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- 金属製塊状物及びセラミックス製塊状物の形状が、いずれもボールである、請求項1〜8のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- 有機性汚泥が、畜産廃棄物、堆肥、下水汚泥、し尿汚泥、活性汚泥、パルプ廃液汚泥、動植物性残渣、ビルピット汚泥、生活雑排出物及び食品廃棄物より成る群から選ばれる一以上である、請求項1〜9のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
- 有機性汚泥乾燥物を熱分解し、発生した熱分解ガスをスチームにより改質する方法が、該有機性汚泥乾燥物を非酸化性雰囲気下において400〜700℃で加熱し、発生した熱分解ガスを700〜1,000℃でスチームと混合せしめる方法である、請求項1〜10のいずれか一つに記載の水素含有ガスの製造方法。
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