JP2010248459A - バイオマスを原料とした液状油の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】草、木、石炭等の植物由来のバイオマス原料を熱分解し、そのガス成分からＣＯとＨ_２を選択的に分離し、触媒による重合反応（ＦＴ合成）に最適な流量割合を供給することにより、触媒反応器の反応率を上げ、液状油の生成率を上げる方法を提供する。
【解決手段】バイオマスを原料とし、この原料から熱分解炉４で熱分解ガスを生成し、そのガス成分からＣＯとＨ_２を各々別個に分離し、この各々のガスを一旦Ｈ_２貯蔵タンク１１、ＣＯ貯蔵タンク１４に別々に貯蔵したものを、次に触媒反応器１８における重合反応に最適な流量比で供給可能なよう、各々のＨ_２ガス流量調節弁１２、ＣＯガス流量調節弁１５と各ガスのＨ_２ガス流量発信器１３、ＣＯガス流量発信器１６と各ガスの互いの流量比を一定に保つための比率調節計１７を有した構成を特徴とする。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本発明は植物由来のバイオマス原料から液状油を製造する方法に関する。

近年、カーボンニュートラルの意識の高まりから、バイオマス原料からの有害物を含まない液体燃料の提供が望まれている。

バイオマスを原料として液体燃料を得る手段としては、発酵によりエタノール、又はメタノールを得る方法と、原料を熱分解したのち、その生成ガス中のＨ_２及びＣＯガスを触媒を用いて重合反応により、液状油を合成する方法が挙げられるが、本発明は後者に属する。

従来の方法では熱分解炉で生成したＨ_２、及びＣＯを主成分とし、他にＣＯ_２、Ｎ_２、ＣＨ_４、Ｏ_２、ＣｍＨｎ、Ｈ_２Ｏと微小なＨｃｌ、ＳＯ_２等を含む熱分解ガスから、ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２、Ｈ_２Ｏ、及びＨｃｌ、ＳＯ_２を除去し、Ｈ_２、及びＣＯが主体の混合ガス体として取り出し、触媒反応器に送り重合反応させるが、この混合ガスには、Ｈ_２、ＣＯ以外に微小ながら、他のガスが残留することが避け難く、触媒の活性が低下する難点があった。

従来の方法では、触媒反応器に送り込む熱分解ガスは、Ｈ_２とＣＯの混合ガス体であり、Ｈ２とＣＯとの流量比率を調整することは不可能であり、そのため触媒反応器に送り込む熱分解ガスのＨ_２とＣＯの流量比を常に最良の比に保つことが不可能なため、触媒の反応率が低下し、液状油の生成量が低下する難点があった。

本発明は、バイオマス原料を熱分解した熱分解ガスより、反応基材のＨ_２、及びＣＯのみを選択的に分離し、そのＨ２とＣＯを最適流量比で触媒反応器に導き、重合反応率を上げることにより、液状油の生成量を増加させる方法を提供する。

本発明は以下の発明を含む。
（１）熱分解炉において、生成した熱分解ガスから、Ｈ_２とＣＯのみを選択的に分離し、この各々のガスを一旦各々の貯留タンクに貯留したのち、触媒反応に必要なＨ_２とＣＯ量を制御し、触媒反応器に供給することを特徴とする、バイオマス原料を熱分解後、触媒反応によるＦＴ合成により液状油を製造する方法。
（２）熱分解炉は、酸化材としてＯ_２ガスを吹き込むため、大気よりＯ_２を分離し、熱分解炉へ供給し、残りの分離されたＮ_２は貯蔵するＯ_２分離器とＮ_２貯蔵タンクを有する。
（３）熱分解中に含まれるＨ_２Ｏ、及びタール分を除去するため、熱分解ガスと水を直接接触させることにより、冷却と洗浄を行う洗浄器を有する
（４）この洗浄後の熱分解ガスから、Ｈ_２、及びＣＯを各々別個に分別分離するガス分離器を有する。
（５）分離されたＨ_２、及びＣＯを別個に貯蔵する貯蔵タンクを有する。
（６）貯蔵タンクに貯蔵されたＨ_２及びＣＯを各々最適の流量比で触媒反応器に供給できるよう、各ガスの流量検出器とＨ_２とＣＯの流量比を一定値に担保する比率調節計と各ガスの流量調節弁を有する。
（７）ガス分離器により、Ｈ_２とＣＯを分離した残ガス中のＣＯ_２を分離するＣＯ_２分離器と、このＣＯ_２を貯蔵する貯蔵タンクを有する。

本発明によれば、触媒反応器に導くＨ_２とＣＯの純度が高く他のガスを含まないため、触媒の活性を損なうことがない。

又本発明によれば、触媒反応において最も重要なＨ_２とＣＯの流量比を、正確に、且つ安定して供給することができる。

又本発明によれば、熱分解時に避けられないＣＯ_２を大気中に放散することが無く、有用化がはかれる。一例として、Ｃａ（ＯＨ）_２と反応させて、ＣａＣＯ_３とし、セメント原料にすることが考えられる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は本実施形態のフローシート図である。バイオマス原料は、細粒化され定量的に熱分解炉４に投入し、同時に酸素分離器２により分離されたＯ_２を、燃焼に必要な化学量論比の１０％〜３５％と、過熱水蒸気を吹き込み、熱分解炉４内の温度を１０００℃〜１２００℃に維持することにより、バイオマスを熱分解し、熱分解ガスを生成する。

熱分解したガスは、先ず蒸気過熱器５を通過し、熱分解炉４に吹き込む水蒸気を６５０℃〜８００℃の過熱水蒸気とし、同ガス自身は減温される。続いて同熱分解ガスは、分解ガス冷却器６を通過し、この時蒸気ドラム７に貯留された蒸気の温度を維持する加熱源となり、自身ガスは減温される。

次に分解ガス冷却器６を通過した熱分解ガスは、洗浄器８に導き、冷水と接触させることにより、熱分解ガス中のダスト分とタール分を凝縮させ、熱分解ガスを、ダストとタールを含まない清浄ガスとする、と同時に減温する。

清浄化された熱分解ガスは、次にガス分離器１０に導き、ここでＨ_２とＣＯに各々分離し、Ｈ_２はＨ_２貯蔵タンク１１に、ＣＯはＣＯ貯蔵タンク１４に、コンプレッサ９により５ｋｇ／ｃｍ^２・Ｇ〜３０ｋｇ／ｃｍ^２・Ｇの圧力を維持できるように圧入する。

一方、ガス分離器１０で分離されなかった、Ｈ_２、及びＣＯ以外のガスは、ＣＯ_２分離器２８に送られ、ＣＯ_２のみを選択分離して、ＣＯ_２貯蔵タンク２９に圧送する。

Ｈ_２貯蔵タンク１１、ＣＯ貯蔵タンク１４の各貯蔵タンクに貯蔵されたＨ_２及びＣＯは触媒反応器１８に送り込まれ重合反応により、液状炭化水素を合成するが、この合成反応には、最適なＨ_２量とＣＯ量の比が存在する。そこで本発明では、Ｈ_２流量を計測するＨ_２ガス流量発信器１３と、Ｈ_２ガス流量調節弁１２を設け、一方同様にＣＯガス流量発信器１６とＣＯガス流量調節弁１５を設け、且つ両ガスの流量比を一定に保てるよう比率調節計１７を設けることにより、常に最適な流量比で安定して触媒反応器１８にＨ_２及びＣＯガスを供給することが可能となる。

表１は、バイオマス原料の組成を示し、表２は、それを水分３３％の状態で熱分解炉４の温度を１１００℃に保持した場合の熱分解ガスの組成である。

本発明のバイオマスを原料とした液状油の製造方法は、木片、草、間伐材、及びメタンガス等の有機物を、貯蔵及び輸送の容易な液体燃料として提供することが出来る。表３に製造した液状油の一例を示す。

本発明の実施形態に係るフローシート図である。

１・・・コンプレッサー
２・・・酸素分離器
３・・・Ｎ_２貯蔵タンク
４・・・熱分解炉
５・・・蒸気加熱器
６・・・分解ガス冷却器
７・・・蒸気タンク
８・・・洗浄器
９・・・コンプレッサー
１０・・・ガス分離器
１１・・・Ｈ_２貯蔵タンク
１２・・・Ｈ_２ガス流量調節弁
１３・・・Ｈ_２ガス流量発信器
１４・・・ＣＯ貯蔵タンク
１５・・・ＣＯガス流量調節弁
１６・・・ＣＯガス流量発信器
１７・・・比率調節計
１８・・・触媒反応器
１９・・・分離タンク
２０・・・重／軽質油分離タンク
２１・・・冷却器
２２・・・冷却器
２３・・・ガス／軽質油分離タンク
２４・・・冷却器
２５・・・油／水分離タンク
２６・・・重質油貯蔵タンク
２７・・・軽質油貯蔵タンク
２８・・・ＣＯ_２分離器
２９・・・ＣＯ_２貯蔵タンク
３０・・・空気加熱器
３１・・・ポンプ
３２・・・送風機

Claims (6)

1. 熱分解ガスから、Ｈ_２ガスとＣＯガスを別個に選択分離するガス分離器と、そのＨ_２ガスとＣＯガスを各々別個に貯蔵する貯蔵タンクと、各ガスを一定の流量比に保つ弁及び調節装置と、このガスを重合反応させる触媒反応器を有する液状炭化水素を合成する液状油製造装置。
2. 酸素分離器により、９５％から９９％の純度のＯ_２ガスを分離し、これを部分燃焼の酸化剤として用いる熱分解炉を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 酸素分離器により分離したＮ_２ガスをＮ_２貯蔵タンクに貯蔵回収することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 熱分解炉から発生した８００℃〜１２００℃の熱分解ガスにより、同炉に吹き込む水蒸気を６５０℃〜８００℃に加熱する蒸気加熱器と蒸気タンクの低部より凝縮水を加熱すると同時に熱分解ガスを３５０℃まで冷却する分解ガス冷却器を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 熱分解ガス冷却器を通過した熱分解ガスに含まれるタール分を除去し、含有水分量を減らすため水洗浄を行う洗浄器を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ガス分離器によりＨ_２、及びＣＯを分離された残ガス中には、ＣＯ_２ガスが最大分圧を占めるため、ＣＯ_２を選択的に分離するＣＯ_２分離器と分離したＣＯ_２を貯蔵するＣＯ_２貯蔵タンクを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。

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