JP2006169329A - 有機物のガス化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の触媒充填反応器を用いたときに生じる種々のトラブルを防止し、定期的な運転停止による生産効率の低下なしに、長期間にわたって連続的な稼動を可能にした新規な有機物のガス化方法を提供する。
【解決手段】 有機物を溶解又は分散した水性媒体に、活性炭粉末を懸濁し、高温高圧帯域に連続的に供給して水熱反応を行わせることにより、可燃性ガスを発生させる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、水熱反応を利用して、触媒の存在下、有機物例えばバイオマスをガス化し、可燃性ガスを生成させる方法についての改良に関するものである。

有機物と水との混合物を高温高圧下、触媒と接触させて水熱反応させ、可燃性ガスを得る方法は知られており、これまでに、有機物を含む水を２２．１ＭＰａ以上の圧力及び３７４℃以上の温度に保ち、炭素含有触媒に対して接触させて分解し、水素、メタン、二酸化炭素を含む可燃性ガスを生成する方法（特許文献１参照）、触媒を充填した反応器内において、液状有機物を超臨界水中或いは亜臨界水中で水熱反応させて、水素を主成分とする燃料ガスを製造する方法（特許文献２参照）、触媒の存在下に液状有機物原料を加熱加圧条件下に水熱反応させて水素−メタン系燃料ガスを生成させる際に、触媒層中での原料の温度や圧力を調整して原料の流体密度を制御することにより触媒層中の原料の滞留時間を調整し、生成ガスの組成を制御する方法（特許文献３参照）などが提案されている。

しかしながら、これらの方法は、いずれも固体触媒を充填し、高温高圧に保った反応器中に、有機物を含む水性媒体を通して反応させる方法であるため、充填した触媒層上に、生成した灰分が析出したり、未反応の固体有機物、副生したタールやチャー、固体生成物などが付着、沈積して目詰まりを起し、定期的に運転停止して、これらを洗浄除去しなければならないという欠点があった。

特表平１１−５０２８９１号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００２−１０５４６６号公報（特許請求の範囲その他） 特開２００２−１０５４６７号公報（特許請求の範囲その他）

本発明は、従来の触媒充填反応器を用いたときに生じる種々のトラブルを防止し、定期的な運転停止による生産効率の低下なしに、長期間にわたって連続的な稼動を可能にした新規な有機物のガス化方法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明者らは、有機物例えばバイオマスを水熱反応によりガス化して効率よく可燃性ガスを得る方法を開発するために鋭意研究を重ねた結果、触媒充填反応基を用いずに、有機物を含む水性媒体に活性炭粉末を懸濁したスラリーを、高温高圧に保った反応器中に連続的に供給し、水熱反応させることにより、その目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、有機物を溶解又は分散した水性媒体に、活性炭粉末を懸濁し、高温高圧帯域に連続的に供給して水熱反応を行わせることにより、可燃性ガスを発生させることを特徴とする有機物のガス化方法を提供するものである。

本発明方法において、原料として用いる有機物としては、特に炭水化物を主成分とするバイオマスが好ましい。このようなバイオマスには、例えば家庭厨房廃棄物、下水汚泥、林業又は農業廃棄物、植物、海藻などがある。これらは、水性媒体と混合して摩砕し、溶解又は分散させてペースト状として用いられる。
また、水性媒体としては、水、水と水混和性有機溶剤、例えばアルコールとの混合物などが用いられる。

有機物と水性媒体との混合割合は、質量比で１：５０ないし１：１、好ましくは１：２０ないし１：３の範囲で選ばれる。

次に、この有機物と水性媒体との混合物に懸濁する活性炭は、植物系の木材、鋸屑、ヤシ殻、パルプなど鉱物系の石炭、石油残渣、石油コークス、石油ピッチなど、合成樹脂系のフェノール樹脂、フラン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂などを原料として得られるものの中から任意に選んで用いることができる。この活性炭には、所望に応じ、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、白金、金、イリジウム、鉄、ニッケル、コバルト、マンガンなどの金属触媒や、酸化ジルコニウム、酸化チタンなどの金属酸化物触媒を含ませることもできる。

この活性炭は、平均粒径２００μｍ以下、好ましくは１０〜１００μｍの粉末として用いられる。これよりも大きい粒径になると、有機物を含む水性媒体に、懸濁、浮遊させることが困難になる。
この活性炭粉末は、有機物を溶解又は分散した水性媒体に対し、有機物と活性炭粉末との混合割合が質量比で１０：１ないし１：２、好ましくは５：１ないし１：１になる量で加えられる。

本発明方法においては、このようにして活性炭粉末を加えた有機物を溶解又は分散した水性媒体（以下原料スラリーという）は次に高温高圧帯域に送られる。この高温高圧帯域は、温度３５０〜７００℃、好ましくは５５０〜６５０℃、圧力２０〜５０ＭＰａ、好ましくは２５〜３５ＭＰａに保持されている。この高圧高圧帯域としては、密閉リアクターを用い、上記の温度に加熱して自生圧力で上記の範囲の圧力に保持するのが有利である。この密閉リアクターへの原料スラリーの供給速度は、密閉リアクターでの滞留時間が１秒ないし１時間、好ましくは３０秒〜３０分になるように選ばれる。

この密閉リアクター内において、有機物は存在する水と水熱反応を行い、その中の炭水化物Ｃ_nＨ_2nＯ_nは次式に従ってＣＨ₄とＣＯ₂とＨ₂からなる可燃性ガスを生じる。
２Ｃ_nＨ_2nＯ_n ＋ ｎＨ₂Ｏ → ｎＣＨ₄ ＋ ｎＣＯ₂ ＋ ｎＨ₂
また、より高温においては、生成したＣＯ₂が触媒の活性炭と反応してＣＯに変換し、可燃化させることもできる。

図１は、本発明方法の１例を示すフロー図であり、原料の有機物と水と触媒の活性炭とが混合槽１で混合分散され、原料スラリーが調製され、この原料スラリーは次に高圧供給ポンプ２により反応器３へ圧入され、ここで加圧下、加熱されて水熱反応が行われる。水熱反応により生じた可燃性ガスは、背圧弁４を開放することにより取り出され、所定の目的に供され、また未反応の有機物、液状副生物を含む反応液は、取出口５から排出される。

本発明によると、触媒層を洗浄して汚染物を除去するための運転停止を行うことなく、効率よく連続的な有機物のガス化を行うことができる。

次に、実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明はこれらの例によりなんら限定されるものではない。

図１に示すフロー図に従って、含水率９０％のジャガイモペーストを原料としてガス化を行った。
すなわち、混合槽１においてこのペーストに触媒として粒径１００μｍの活性炭をペースト全量１００質量部当り３０質量部の割合で加え、懸濁させた。
次いで、この原料ペーストを、高圧ポンプ２により反応リアクター３に圧入し、５００℃、２５ＭＰａの条件下で１時間反応させた。この処理により二酸化炭素に基づくガス化率３０％を得た。また、上記の活性炭の添加量を６０質量部として同様に処理したところ、ガス化率は６０％に上昇した。
なお、活性炭を全く添加しない場合のガス化率は２０％以下であった。

水８０質量部とセルロース粉末２０質量部の混合物に、平均粒径１００μｍの活性炭２０質量部を加えて原料スラリーを調製した。次に撹拌機を備えた１６７ｍｌオートクレーブに原料スラリー４０ｍｌを装入し、かきまぜながら４００℃まで昇温し、この温度に１時間保ったのち、室温まで冷却し、生成物を回収したところ、炭素ガス化率は３０％であった。また活性炭を加えずに同じ処理を行ったときの炭素ガス化率は１０％であった。

バイオマスのような有機物から可燃性ガスを製造するのに有用である。

本発明方法の１例のフロー図。

符号の説明

１ 混合槽
２ 高圧供給ポンプ
３ 反応器
４ 背圧弁
５ 排出口

Claims (5)

1. 有機物を溶解又は分散した水性媒体に、活性炭粉末を懸濁し、高温高圧帯域に連続的に供給して水熱反応を行わせることにより、可燃性ガスを発生させることを特徴とする有機物のガス化方法。
2. 有機物がバイオマスである請求項１記載のガス化方法。
3. 活性炭粉末が平均粒径２００μｍ以下の範囲のものである請求項１又は２記載のガス化方法。
4. 有機物と活性炭粉末との混合割合が質量比で１０：１ないし１：２である請求項１ないし３のいずれかに記載のガス化方法。
5. 温度３５０〜７００℃、圧力２０〜５０ＭＰａに保たれた帯域に供給して行う請求項１ないし４のいずれかに記載のガス化方法。
   

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