JP4457728B2

JP4457728B2 - 含有機系物質のガス化法

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Publication number: JP4457728B2
Application number: JP2004105348A
Authority: JP
Inventors: 寿明花岡; 智朗美濃輪; 欣也坂西; 敏彦岩崎; 光宏多田
Original assignee: JFE Engineering Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: JFE Engineering Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005290132A

Description

本発明は、含有機系物質のガス化法に関し、詳しくは、有機系物質を含んだ物質を熱化学的にガス化する方法に関する。
更に詳しくは、含有機系物質のガス化の際に同時に生成するタールを除去する工程を有する含有機系物質のガス化法に関する。
ここで含有機系物質とは、森林や農産物、海藻、魚介類等、及びそれらを利用した後の有機性廃棄物よりなる生物由来の有機資源（バイオマス）、またはバイオマスと残余が、一般廃棄物、産業廃棄物、石炭、ＲＤＦ・ＲＰＦ等の固体燃料、灯油・重油等の液体燃料、又は天然ガス等のガス燃料等との混合物からなるものである。

従来、有機系物質を含んだ物質として、森林、農産物、又は海藻・魚介類等、及びそれらを利用した後の有機性廃棄物よりなる生物由来の有機資源等のバイオマスをエネルギーや工業原材料等に変換するバイオマス変換技術の開発が進んでいる。
最近は、バイオマスをガス化して一酸化炭素や水素を含有するガス燃料を製造する方法や、メタノール、ジメチルエーテル等の液体燃料を製造する方法が提案されている（特許文献１参照）。

反応器でバイオマスを熱化学的に分解してガス化すると、一般的にはＨ_２、ＣＯ、ＣＯ_２等を含有する混合ガスとタール分（すなわち炭素を主成分とする固体や液体）等が生成される。
通常、バイオマスのガス化においては、空気、酸素、水蒸気、及びこれらを組み合わせものがガス化剤として用いられている。
例えば、水蒸気をガス化剤として用いた場合のバイオマスの熱化学的分解では、主に次の４つの化学反応によりバイオマス（ＣｘＨｙＯｚ）がＨ_２、ＣＯ等に分解すると考えられている（例えば、特許文献２参照）。

ＣｘＨｙＯｚ → （ｘ−ｚ）Ｃ＋ｚＣＯ＋（ｙ／２）Ｈ_２ …（１）
Ｃ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２＋ＣＯ …（２）
ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋Ｈ_２ …（３）
Ｃ＋ＣＯ_２ → ２ＣＯ …（４）

このように、先ずバイオマス（ＣｘＨｙＯｚ）自体が熱分解してＨ_２やＣＯを生成させ〔式（１）〕、分解生成物であるタール分（Ｃと表記）は水蒸気（Ｈ_２Ｏ）と反応して更にＨ_２やＣＯ及びＣＯ_２を生成させ〔式（２）及び式（３）〕、式（３）の反応により生じた二酸化炭素（ＣＯ_２）は、式（１）の反応で生成したＣと反応して更にＣＯを生成させる〔式（４）〕。
因みに、式（３）の反応は平衡反応であるが、上記の条件ではＨ_２Ｏが多量に存在し、ＣＯ_２は式（４）の反応によりＣＯになって減少するため、反応が右向きに進む。

また、他のガス化剤を用いた場合にも、バイオマスの熱化学的分解によりＨ_２、ＣＯ、ＣＯ_２等を含有する混合ガスとタール分等が得られる。
バイオマスのガス化により直接Ｈ_２ガス燃料を合成することもでき、バイオマスから生成されたＨ_２、ＣＯ混合ガスから、触媒を用いて下記の化学反応によりジメチルエーテルやメタノール等の液体燃料も合成することができる。

３Ｈ_２＋３ＣＯ → ＣＨ_３ＯＣＨ_３＋ＣＯ_２ …（５）
２Ｈ_２＋ＣＯ → ＣＨ_３ＯＨ …（６）

しかし、水蒸気によるガス化では上記の式（２）や式（３）の反応は進むものの、一般にバイオマスの熱化学的分解では、式（１）の反応で比較的多量のタール分が生成され、このタール分は、Ｈ_２、ＣＯ等の混合ガスに含まれた状態で装置内を移動し、種々の装置の内部等に付着して、装置の機能の低下や目詰まり等の原因となり易いという問題を起こす。

バイオマスのガス化に対しては、天然ガス（例えばメタンガス）の燃焼により発生・生成する熱とＣＯ_２を用いてバイオマスを熱化学的に分解する方法が提案され（例えば、特許文献２参照）、この方法ではバイオマスの熱化学的分解の際にＣＯ_２が存在するので、上記の式（４）の反応が促進されて、式中のＣ、すなわち主にタール分の発生量が減少すると期待されたが、実際にはこの方法によっても、タール分の発生量が必ずしも十分に減少しているとは言えない。

また、各種ガスにおいて、ガス中に含まれるタール分を直接除去する方法がこれまでも検討されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
例えば、ガス中に含まれるタール分を４０３Ｋ（１３０℃）以下の低温で水冷や吸着によって直接除去する方法や、８７３〜１１７３Ｋという高温で触媒を用いて除去する方法が知られている（例えば、非特許文献３，４，５参照）。
しかし、４０３Ｋ以下の低温でのタール除去法を用いると、バイオマスをガス化して生成された混合ガスの冷却が必要であるばかりでなく、ガス燃料となる有効なガス成分や、液体燃料合成に有効なガス成分も吸着除去してしまう欠点がある。

更に水を使用したタール除去法を採用した場合は、廃水処理の負荷が大きいた設置面積が広くなり設備費用が嵩む。
また設備の維持管理に要する負担も大きく、実用上大きな課題となる。
このようなことから、バイオマスのガス化の際に生成するタール除去法には適していない。
また、後の高温で触媒を用いる方法はバイオマスのガス化で生じた混合ガスを高温で処理しなければならない上に、上記式（３）の反応が進行するため、後段のガス若しくは液体燃料合成プロセスに望ましいＣＯをＣＯ_２に転換してしまう。

特開平７−４１７６７号公報特開平１０−２５９３８４号公報 Hasler,P.,and Nussbaumer,T.,Biomass Biomass Bioenergy,16,385(1999) Devi,L.,Ptasinski,K.J.,and Janssen,F.J.J.G.,Biomass Bioenergy,24,125(2003) Arauzo,J.,Radlein,D.,Piskorz,J.,and Scott,D.S.,Ind.Eng.Chem.Res.,36,67(1997) Garcia,L.,Salvador,M.L.,Arauzo,J.,and Biobao,R.,J.Anal.Appl.Pyrolysis,58-59,491(2001) Myren,C.,Hornell,C.,Bjornbom,E.,and Sjostrom,K.,Biomass Bioenergy,23,217(2002)

バイオマスをガス化して水素及び一酸化炭素等のガス燃料を効果的に製造したり、メタノール及びジメチルエーテル等の液体燃料を効果的に製造するには、ガス化で生成される有効なガス成分を無駄なく利用するとともに、バイオマスのガス化の際に生成して種々の製造装置内部に付着して装置自体の機能の低下や目詰まり等の原因となり易いタールを除去することが重要である。
上記のタールを除去する２つの方法のうち、低温で水冷や吸着によって直接除去する方法は、タールの除去に関しては効果的かもしれないが、バイオマスのガス化で生成されるガス燃料になる混合ガス成分や、液体燃料合成に有効な混合ガス成分も吸着除去してしまう。

その上、前述したように廃水処理の負荷が大きく、設備費用、設置面積、設備の維持管理等の面から考えて好ましくない。
また、後者の方法は高温で処理しなければならないので、やはり同様理由で好ましくない。
特に、ガス化されて生成された混合ガスを液体燃料合成に用いる場合には、液体燃料製造に好ましいガス組成を得ることを困難にするという点で効果的なタール除去法ではない。

このようなことから、バイオマスをガス化して効果的にガス燃料や液体燃料に変換するには、バイオマスのガス化で生成された有効な混合ガス成分を減少させることなく、しかもコンパクトな設備で且つ運転費も少なくてすみ、運転が容易にタールを効果的に除去できることが望まれる。
特に、バイオマスを一旦ガス化し、液体燃料を合成する、いわゆるガス化−液体燃料合成システムには、熱の有効利用のために、バイオマスのガス化で生成したガスをそのままガス燃料又は液体燃料合成に使用できるようにある特定の温度領域で運転が容易で維持が容易に効果的にタールを除去することが望まれる。

このためには、バイオマスから生成される混合ガス成分を特定の温度領域で反応させ、ガス燃料或いは液体燃料の合成に利用される混合ガス成分を吸着や吸収により減少させることなく、効果的にタールのみを除去することができるタール除去剤を使用するのが好ましい。
混合ガス成分に影響を与えないで、タールのみを除去することが可能になれば、有機廃棄物の有効利用や装置の機能性の向上、製造コストの観点からも好ましいことである。

本発明は、かかる実状を背景に、上記の問題点を克服するためになされたものである。
すなわち、本発明の目的は、バイオマスのガス化で生成された有効な混合ガス成分を減少させずに、タールを効果的に除去する方法を提供することである。

かくして、本発明者は、このような課題背景に対して、鋭意研究を重ねた結果、有機系物質を含んだ物質のガス化で生じたタールを含む混合ガスを、特定の比表面積及び平均細孔径を持つ特定の炭素質物質を用いて混合ガスを処理すれば、特定の温度範囲（２８３〜９７３Ｋ、好ましくは４２３〜７７３Ｋ）で、タールのみを効果的に除去することができることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明は、（１）、有機系物質を含んだ物質を熱化学的に分解して水素及び一酸化炭素にガス化する方法であって、ガス化して生成した水素及び一酸化炭素の混合ガス中に含まれるタールを、炭素質物質を用いて除去するためのタール除去工程を有し、炭素質物質の温度が４２３〜７７３Ｋである含有機系物質のガス化法に存する。

そして、（２）、前記タール除去工程で用いられる炭素質物質の比表面積が２５０ｍ^２／ｇ以上で、且つ平均細孔径が０．１ｎｍ以上である上記（１）記載の含有機系物質のガス化法に存する。

そしてまた、（３）、前記タール除去工程で用いられる炭素質物質は活性炭である上記（１）記載の含有機系物質のガス化法に存する。

本発明はこの目的に沿ったものであれば、上記１〜３の中から選ばれた２つ以
上を組み合わせた構成も当然採用可能である。

本発明でいう炭素質物質としては、タール除去機能を有する炭素を主として含有する物質であり、例えば、コークス、活性コークス、石炭、活性炭、木炭、グラファイト（石墨）、黒鉛、フラーレン、カーボンブラック、カーボンナノチューブ等がある。

本発明の含有機系物質のガス化法によれば、ガス化して生成した水素及び一酸化炭素の混合ガス中に含まれるタールを炭素質物質を用いて除去するタール除去工程を設けたので、有機系物質であるバイオマスのガス化で生成された有効な混合ガス成分を減少させずに、少なくとも２８３〜９７３Ｋの温度範囲ではタールを効果的に除去することができる。

以下、図面に基づいて、本発明の有機系物質であるバイオマスから生成される混合ガス中に含まれるタール除去方法の好適な実施の形態について述べる。

〔バイオマスから生成され混合ガス中に含まれるタール除去方法の説明（第１実施形態）〕
図１は、バイオマスから熱化学的にガス化して、ガス燃料を製造する方法を示すフローチャートである。
図２は、バイオマスから熱化学的にガス化して、ガス燃料を製造する方法において、本発明のバイオマスから生成される混合ガス中に含まれるタールの除去方法を説明ずるための模式図である。
ガス燃料の製造の場合、タール除去が可能であれば、ガス燃料を用いて、ガスエンジン、ガスタービン、ボイラー、蒸気タービン、又は燃料電池等のエネルギー変換設備を用いて、運転が容易で維持の負荷が少なく、電力に転換することが可能となる。

図１に示すように、この第１実施形態ではバイオマスガス化工程Ａとタール除去工程Ｂと冷却工程とを有し、反応ガスが貯蔵される。
以下これらの工程を図２を用いて詳細に説明する。
図２に示すバイオマスガス化工程Ａでは、バイオマスを水蒸気とともにガス化炉に供給して加熱して、先述した式（１）〜式（４）等の化学反応により熱化学的に分解してガス化させる。
より具体的に言えば、例えば、供給手段１から固形状（例えば木粉状）のバイオマスがガス化炉２に供給される。

その際、バイオマスに過剰な空気が混入したままガス化炉２に供給すると、空気中の酸素がガス捕集バックにまで運ばれ、その後、これを用いて例えばジメチルエーテル等を合成するのに、ジメチルエーテル合成触媒中の銅（Ｃｕ）を酸化して触媒を失活させてしまう恐れがある。
それを避けるためには、バイオマスガス化工程Ａの供給手段１において、バイオマス中に含まれる炭素に対し、不完全燃焼条件になるよう空気を非反応性のキャリアガス（ここでは窒素Ｎ_２）で希釈し、バイオマス又はバイオマスから生成されるＨ_２・ＣＯ混合ガスをこのキャリアガスに乗せて装置内に運ばせると良い。

ガス化炉２は、例えば、固定床型のものが用いられる。
このガス化炉２は、石英管３を電気炉４で取り囲んだ構成をしている。
そして、バイオマスがガス化しないうちに石英管３内を降下させてしまうのを防止するために、ガス化炉２の石英管３の内部に目皿５（すなわち複数の目を有する受け皿状のもの）が配置され、その上部にセラミックボール６が積層されている。

バイオマスは、供給手段１から供給されると、セラミックボール６上に堆積する。
そして、そこに水蒸気が供給されると、先述した式（１）〜式（４）等の化学反応が起こって、バイオマスが熱化学的に分解されるのである。
その際、ガス化炉２の温度を７７３〜１２７３Ｋに保っておけば、バイオマスと水蒸気とがこの温度範囲まで加熱される。

この温度範囲であれば、反応効率の観点から、上記式（１）〜式（４）の反応が効率良く進行する。
ガス化炉２の温度は例えば熱電対７を介して温度管理されている。
上記温度範囲でバイオマスと水蒸気との反応が良好に進み、バイオマスは熱化学的に分解されて完全にガス化される。

バイオマスの熱化学的分解により生成したＨ_２及びＣＯを含有するガス、すなわちＨ_２・ＣＯ混合ガスは、セラミックボール６の間隙を通り抜け目皿５の目を通過して、下方のタール除去工程Ｂに移動する。
その際、Ｈ_２・ＣＯ混合ガスにはガス状の（すなわち気化した状態の）タール分が含まれる。
タール除去工程Ｂは、本発明特有の工程であり、バイオマスガス化工程Ａで生成したＨ_２・ＣＯ混合ガス中に含まれるガス状のタール分を、炭素質物質８に吸着させる。さらに炭素質物質表面に吸着したタール分を水蒸気によりＨ_２及びＣＯに改質することができる。

特に限定的には、バイオマスガス化工程Ａで生成された混合ガスを比表面積が２５０ｍ^２／ｇ以上で、且つ平均細孔径が０．１ｎｍ以上であり、２８３〜９７３Ｋ望ましくは、４２３〜７７３Ｋの温度範囲に保たれた炭素質物質８の層を通過させることにより、バイオマスから生成される混合ガス中に含まれるタールのみが効果的に除去されて、タールを含まない精製されたガス燃料を製造することができる。
効果的にタールを除去するには、より望ましくは、炭素質物質８の比表面積は８００ｍ^２／ｇ以上で、且つ平均細孔径が０．５ｎｍ以上であるのが良い。

この図２に示す構成例では、タール除去工程Ｂが上記のバイオマスガス化工程Ａに連続した状態に形成されている。
つまり、ガス化炉２の石英管３がそのまま下方に延設され、それを電気炉４で取り囲み、石英管３の内部には目皿５が配置されている。
そして、この目皿５の上部に炭素質物質８が積層され、この炭素質物質によりタール分の除去が行われる。
炭素質物質８としては、例えば、活性炭が好ましく用いられる。
特に、炭素質物質８の比表面積が２５０ｍ^２／ｇ以上で、且つ平均細孔径が０．１ｎｍ以上であると良好な結果が得られる。

炭素質物質８が、キャリアガスによりバイオマスガス化工程Ａから運ばれてきたＨ_２・ＣＯ混合ガス中に含まれるガス状のタール分を吸着する。
なお、本発明のタール除去に用いる炭素質物質８の形状は、粉状、粒状、ペレット状、板状、又はハニカム形状等にしても良いし、他の物質の担体に保持させても当然良い。
炭素質物質８のタール除去特性が低下するときは、水蒸気処理や加熱処理等の従来の活性化法を用いることができる。
そして、同じくバイオマスガス化工程Ａから運ばれてきた水蒸気が炭素質物質表面に吸着したタール分中の炭素（Ｃ）を攻撃することで、主に先述した式（２）の化学反応が生じ、新たにＨ_２及びＣＯが生成されるのである。

その際、炭素質物質８を含むタール除去工程Ｂの炉内を２８３〜９７３Ｋの温度範囲に加熱しておき、タール分をこの温度範囲で炭素質物質８に吸着させれば、効率良くタールを除去できる。
因みに、上記のバイオマスガス化工程Ａで生成されたＨ_２やＣＯは、このタール除去工程Ｂではほとんど反応に関与することなく、炭素質物質８の空隙を素通りする。

このように、バイオマスガス化工程Ａでバイオマスを完全にガス化して、Ｈ_２やＣＯ等のみならずタール分、すなわち、比較的高次の炭素鎖を骨格とする高分子有機化合物を含む固形・液状物をも気化した状態にして、いわば分子ごとにバラバラの状態にする。
そして、それを炭素質物質８で吸着して水蒸気と反応させるため、タール分中の炭素が水蒸気の攻撃を受け易くなり、効率良くタールを除去することができるのである。

そのため、本発明によれば、従来の技術のように天然ガス等を新たに添加する必要はなく、バイオマスから発生した副産物でありいわば不要なものであったタール分を、更に改質して有効に活用することができるのである。
また、このようにタール分をＨ_２やＣＯ等に改質することで、タール分を減らすことができ、種々の装置に付着して目詰まり等を起こすという問題を解消にもつながる。
上述したようにして、タール除去工程Ｂを経てきた混合ガスは、水冷器９に流入する。

水冷器９により、Ｈ_２・ＣＯ混合ガスを冷却すると同時に、混合ガス中に多少残留するタール分等を液化してガラス瓶の壁面等に付着させて除去する。
このようにしてタール分等を除去されたＨ_２・ＣＯ混合ガスの組成を分析すると、Ｈ_２やＣＯの他、キャリアガスであるＮ_２やＣＯ_２、ＣＨ_４が検出されるが、より高次の炭化水素や有機化合物は検出されなかった。

なお、Ｎ_２やＣＯ_２、ＣＨ_４は、例えば後程ジメチルエーテルを合成する場合でもその反応には何ら関与せず影響を与えるものでないし、炭素質物質８を劣化・失活させるものでもないので、Ｈ_２・ＣＯ混合ガス中に含まれていても何ら問題はない。
水冷器９を経た混合ガスは、体積計１０で体積を計測され、貯蔵タンク１１で貯蔵される。
この貯蔵タンク１１は、例えば後工程でジメチルエーテルを合成する場合に、バイオマスガス化工程ＡにおけるＨ_２・ＣＯ混合ガスの生成速度がジメチルエーテルの合成速度（すなわちＨ_２・ＣＯ混合ガスの消費速度）より大き過ぎる場合等にＨ_２・ＣＯ混合ガスを一旦貯蔵するバッファーの役割をするものである。

〔バイオマスから生成され混合ガス中に含まれるタール除去方法の説明（第２実施形態）〕
図３は、バイオマスから熱化学的に液化して、液体燃料を製造する方法を示すフローチャートである。
図４は、バイオマスから熱化学的にガス化して、生成された混合ガスにより液体燃料を合成（液体燃料合成工程）する方法において、本発明のバイオマスから生成される混合ガス中に含まれるタールの除去方法を分かり易く説明するための模式図である。

図３に示すように、この第２実施形態ではバイオマスガス化工程Ａとタール除去工程Ｂと液体燃料合成工程Ｃとを有し、ジメチルエーテルが生成される。
ここで、バイオマスガス化工程Ａ及びタール除去工程Ｂは図１で示した工程と同様であるので、その説明を省略する。

そして、図４に示すようにタール除去工程Ｂを経た混合ガスは、ブースター１２により加圧され、液体燃料合成工程Ｃを実行する反応炉１３に送られる。
反応炉１３は、バイオマスガス化工程Ａのガス化炉２と同様に、石英管３を電気炉４で取り囲んだ構成をしており、その内部に１ｍｍ大のジメチルエーテル合成触媒１４が詰められている。
ジメチルエーテル合成触媒１４としては、例えば、Ｃｕ／ＺｎＯ触媒やＣｕ／Ｃｒ_２Ｏ_３／ＺｎＯ触媒等をγ−アルミナ又はゼオライトと混合したものなどが好ましくは用いられる。

Ｈ_２・ＣＯ混合ガスは、１〜１０ＭＰａに加圧され、４２３〜６７３Ｋの温度範囲で反応させれば、ジメチルエーテルの反応効率の観点から好ましい。
このような条件下で、ジメチルエーテル合成触媒１４上で先述した式（５）の化学反応が有効に進行し、Ｈ_２・ＣＯ混合ガス中のＨ_２とＣＯとが効率良くジメチルエーテルに合成されるのである。
合成されたジメチルエーテルは常温で気体であるが、Ｈ_２・ＣＯ混合ガス中のＮ_２やＣＯ_２、ＣＨ_４（或いは残存するＨ_２やＣＯ）と比較して沸点が２４８．７Ｋと高いため、冷却して容易に分離することができる。

また、タール除去後の精製された混合ガスによるメタノール、ジメチルエーテル等の液体燃料合成工程では、メタノール、ジメチルエーテル等の合成触媒を用いて４２３〜７７３Ｋの温度範囲で液体燃料が合成させると、バイオマスから液体燃料製造するシステムの熱効率の著しい向上が期待される。

上述した第１及び第２実施形態では、バイオマスのガス化により生成される混合ガス中に含まれるタール分を効果的に除去するタール除去工程を有するバイオマスのガス化法により、種々の装置に付着して目詰まり等を起こすという問題を解消することができる。
また、バイオマスからガス化された有効な混合ガス成分を無駄にすることなくガス燃料に、又は液体燃料製造に使用することができて、バイオマスのみならず有機廃棄物の有効利用、バイオマスガス化-ガス燃料製造装置や、バイオマスガス化-液体燃料合成の一体化システムの機能性や製造コストの観点からも好ましい。

以上、本発明を説明してきたが、本発明は実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の更なる変形例が可能であることは言うまでもない。
例えば、図２及び図４に示した実験装置は、本発明のバイオマスのガス化及びガス燃料の製造や、液体燃料の製造方法を説明するために示したものであるが、本発明を実施するものである限り、原理的に同じであれば他の形態のものを採用することは当然可能である。

実際、本発明で用いるタール除去法は、有機系物質を含んだ物質を熱化学的に分解あるいは必要に応じて酸素、空気、若しくは水蒸気を含むガス化剤を用いてガス化するガス化炉、ガス化溶融炉、熱分解炉、乾留炉、炭化炉、ガス化改質炉、さらに焼却炉、及びボイラー等の燃焼機器等の装置において処理するときに生成ガス中に含まれるタールを除去するのにも使用することができる。
また、実用化の段階では、タールの除去方法或いは装置の形状としては、大規模化やそれに伴う形態の変更等が必要である。
タール除去装置の形式としては、固定層、移動層、流動層、円筒ドラム形、噴流床、気流輸送あるいはそれらの組み合わせ等様々な形式が考えられるが、特にこれらに限定されるものではない。

図２及び図４に示した常圧流通式ダウンドラフトガス化炉を有するバイオマスのガス化部とタール除去部からなる石英製のガス化装置を用いて、種々の炭素質物質を用いタール除去部のタール除去特性を各温度で評価した。
原料バイオマスは、スクリューフィーダにより供給され、ガス化剤として空気を用いた。
ガス化装置は電気炉によって外部から加熱された。
石英反応管の長さは７３０ｍｍ、内径２１ｍｍであった。

タール除去部（除去部温度４７３〜７７３Ｋ）に厚さ２０ｍｍの炭素質物質を設置して、一定容積の炭素質物質でタール除去特性を評価した。
また、ガス化装置からのガスは水冷、及び２５３Ｋで冷却された後、湿式ガスメーター（Ｗ−ＮＫ−０．５；Ｓｈｉｎａｇａｗａ）を通過してガス捕集バックに捕集して分析された。
バイオマスとしては、３７８Ｋで２４時間乾燥したマカンバ（２５０−５００ｕｍ）を用いた。
キャリアガスはＮ_２ガスを用いた。

バイオマスガス化工程においては、炭素基準の原料速度：約５．０×１０^−３Ｃ−ｍｏｌ・ｍｉｎ^−１、空気比( 〔Ｏ_２〕／〔Ｃ〕) ：０．３になるような条件で、バイオマスと空気を供給して、大気圧下、１１７３Ｋで６０分ガス化運転を行った。
バイオマスのガス化で生じる生成ガスはガスクロマトグラフＴＣＤ（ＧＣ−８Ａ；Ｓｈｉｍａｚｕ，モレキュラシーブ５Ａ，ポラパックＱ）、ＦＩＤ（ＧＣ３５３Ｂ；ＧＬＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｑｕａｌａｎｅ）を用いて解析した。
炭素基準でのガス化率は７９．５Ｃ-ｍｏｌ％であった。

タールはガス以外の物質と定義した。
反応前後における炭素質物質層の重量を測定し、増加分を除去したタール量とした。
タール除去率はタール量に対する除去したタール量の比と定義した。

以下実施例について述べる。
なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではないことは言うまでもない。
〔実施例１〕
図２及び図４に示したバイオマスガス化装置において、炭素質物質として比表面積１１５０ｍ^２／ｇ、平均細孔径０．６１ｎｍの活性炭ＡＣ−１（１〜２ｍｍ）を用いて、タール除去部温度６７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例２〕
実施例１と同様にして、炭素質物質として比表面積４９０ｍ^２／ｇ、平均細孔径０．９７ｎｍの活性炭ＡＣ−２（１〜２ｍｍ）を用いて、タール除去部温度６７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例３〕
実施例１と同様にして、炭素質物質として比表面積１１２０ｍ^２／ｇ、平均細孔径１．７ｎｍの活性炭ＡＣ−３（１〜２ｍｍ）を用いて、タール除去部温度６７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例４〕
炭素質物質として実施例３と同様の比表面積１１２０ｍ^２／ｇ、平均細孔径１．７ｎｍの活性炭ＡＣ−３（１〜２ｍｍ）を用いて、実施例１と同様にして、タール除去部温度９７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例５〕
炭素質物質として実施例３と同様の比表面積１１２０ｍ^２／ｇ、平均細孔径１．７ｎｍの活性炭ＡＣ−３（１〜２ｍｍ）を用いて、実施例１と同様にして、タール除去部温度５７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例６〕
炭素質物質として実施例３と同様の比表面積１１２０ｍ^２／ｇ、平均細孔径１．７ｎｍの活性炭ＡＣ−３（１〜２ｍｍ）を用いて、実施例１と同様にして、タール除去部温度４７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例７〕
実施例１と同様にして、炭素質物質として比表面積２５０ｍ^２／ｇ、平均細孔径１．７ｎｍの活性炭ＡＣ−３（１〜２ｍｍ）を用いて、タール除去部温度２８３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔実施例８〕
炭素質物質とし水蒸気により１０７３Ｋでガス賦活処理をした比表面積２５０ｍ^２／ｇ、平均細孔径０．４ｎｍの木炭（１〜２ｍｍ）を用いて、実施例１と同様にして、タール除去部温度６７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔比較例１〕
タールを除去するために、炭素質物質の代わりに非炭素物質である比表面積１０ｍ^２／ｇ、平均細孔径０．５ｎｍのアルミナボール（１〜２ｍｍ）を用いて、実施例１と同様にして、タール除去部温度６７３Ｋでタールの除去特性を評価した。

〔結果〕
各実施例では、タール除去部を通過により、バイオマスのガス化で生成されたガス成分の低減は見られなかった。
生成したタールのタール除去部での除去率は、以下の通りであった。
実施例１・・・３２．４％
実施例２・・・１５．０％
実施例３・・・５２．６％
実施例４・・・１５．０％
実施例５・・・１００．０％
実施例６・・・８９．６％
実施例７・・・２０．０％
実施例８・・・１０．６％
比較例・・・５．６％
なお、図５に炭素質物質によるタール除去条件及び評価を比較してまとめて示した。

〔評価〕
実施例の結果から、本発明に用いた活性炭は、２８３〜９７３Ｋの温度範囲においてもタール除去に効果があることを示している。
また、実施例１、実施例２、実施例３の比較から、同じ容積であれば、活性炭のタール除去特性を高めるには、比表面積が大きく、平均細孔径が大きい程タール除去特性が高いことを明確に示している。

また、実施例３、実施例４、実施例５、及び実施例６及び実施例７の比較から、同じ活性炭であれば、５７３Ｋで最大のタール除去特性を示す。
また比表面積が大きく、平均細孔径が大きい活性炭を用いれば、９７３Ｋにおいても充分高いタール除去特性が得られることが示されるが、アルミナボールを用いた場合は、６７３Ｋでは効果的なタール除去特性は得られないことを明確に示している。

本発明の有機系物質のガス化法、すなわち、含有機系物質のガス化の際に同時に生成するタールを除去する工程を有する含有機系物質のガス化法に関するものであるが、その原理を生かせる限り、他の分野、例えば、廃棄物処理分野等に適用可能であり、その利用分野は広範囲に及ぶものである。

図１は、バイオマスから熱化学的にガス化して、ガス燃料を製造する方法を示すフローチャートである。図２は、本発明のバイオマスから生成される混合ガス中に含まれるタールの除去方法を分かり易く説明ずるための模式図である。図３は、バイオマスから熱化学的に液化して、液体燃料を製造する方法を示すフローチャートである。図４は、バイオマスから熱化学的にガスして、生成された混合ガスにより液体燃料を合成（液体燃料合成工程）する方法において、本発明のバイオマスから生成される混合ガス中に含まれるタールの除去方法を分かり易く説明するための模式図である。図５は、炭素質物質によるタール除去条件及び評価をまとめて示した比較図である。

符号の説明

Ａ…バイオマスガス化工程
Ｂ…タール除去工程
Ｃ…液体燃料合成工程
１…供給手段
２…ガス化炉
３…石英管
４…電気炉
５…目皿
６…セラミックボール
７…熱電対
８…炭素質物質
９…水冷器
１０…体積計
１１…貯蔵タンク
１２…ブースター
１３…反応炉
１４…ジメチルエーテル合成触媒

Claims

有機系物質を含んだ物質を熱化学的に分解して水素及び一酸化炭素にガス化する方法であって、
ガス化して生成した水素及び一酸化炭素の混合ガス中に含まれるタールを、炭素質物質を用いて除去するためのタール除去工程を有し、
前記炭素質物質の温度が４２３〜７７３Ｋであることを特徴とする含有機系物質のガス化法。
前記タール除去工程で用いられる炭素質物質の比表面積が２５０ｍ^２／ｇ以上で、且つ平均細孔径が０．１ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の含有機系物質のガス化法。
前記タール除去工程で用いられる炭素質物質は活性炭であることを特徴とする請求項１記載の含有機系物質のガス化法。