JP6891706B2 - Hydrogen production method using biomass resources - Google Patents
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Description
本発明は、パーム椰子産業における木質廃棄物等のバイオマス資源を用いた水素の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing hydrogen using biomass resources such as wood waste in the palm palm industry.
パーム椰子は、生鮮果房(FFB:Fresh Fruit Bunch)の果肉とパーム椰子核とからそれぞれ油脂を採取でき、こうした油脂の生産を目的として栽培が行われている。パーム椰子は、単位面積当たりで得られる油脂の量が植物中でも極めて多く、商業作物として、特にインドネシアやマレーシアを中心に大規模な栽培(プランテーション農業)が行われている。 Palm coconuts can be cultivated for the purpose of producing fats and oils from the pulp of fresh fruit bunches (FFB: Fresh Fruit Bunch) and palm coconut kernels, respectively. The amount of fats and oils obtained per unit area of palm palm is extremely large among plants, and large-scale cultivation (plantation agriculture) is carried out as a commercial crop, especially in Indonesia and Malaysia.
今日産業的に大規模栽培されたパーム椰子から収穫された果実は、石鹸や食用植物油の生産に使われている。生鮮果房(FFB)の果実うち果肉(中果皮)からはパーム油が、また、中心部のパーム椰子核からはパーム核油がそれぞれ得られる。パーム油とパーム核油の品質は異なっており、パーム油は主に調理用、パーム核油は主に加工食品用としての用途が多いが、近年では、こうしたパーム油やパーム核油をバイオマス燃料としてディーゼル燃料の代替品として用いられつつある。 Fruits harvested from palm palms, which are cultivated on a large scale industrially today, are used in the production of soaps and edible vegetable oils. Palm oil is obtained from the flesh (pericarp) of the fruits of the fresh fruit bunch (FFB), and palm kernel oil is obtained from the palm kernel in the center. The quality of palm oil and palm kernel oil are different. Palm oil is mainly used for cooking, and palm kernel oil is mainly used for processed foods. In recent years, palm oil and palm kernel oil have been used as biomass fuels. Is being used as a substitute for diesel fuel.
バイオマス燃料して、近年では、パーム椰子のパーム油やパーム核油を採取した際に副産物として得られるパーム椰子殻(PKS:Palm Kernel Shell)が用いられている。特に最近では、バイオマス資源となる間伐材の供給が不足する傾向にあり、パーム椰子殻(PKS)の使用量が増加傾向にある。 As a biomass fuel, in recent years, palm coconut shell (PKS: Palm Kernel Shell) obtained as a by-product when palm oil of palm coconut or palm kernel oil is collected has been used. In particular, recently, the supply of thinned wood, which is a biomass resource, has tended to be insufficient, and the amount of palm coconut shell (PKS) used has been increasing.
パーム椰子からパーム油やパーム核油を採取するパーム油産業においては、上述のパーム椰子殻(PKS)以外にも、空果房(EFB:Empty Fruit Bunch)、パーム古木(OPT:Oil Palm Trunk)、パーム枝葉(OPF:Oil Palm Frond)等が副産物として発生する。また、生鮮果房(FFB:Fresh Fruit Bunch)の果実より搾油する際に、油分などの有機物を含むパーム椰子排水(POME:Paim Oil Mill Effuent)が多量に生じる。 In the palm oil industry, which collects palm oil and palm kernel oil from palm palms, in addition to the above-mentioned palm palm shells (PKS), empty fruit bunches (EFB: Empty Fruit Bunch) and old palm trees (OPT: Oil Palm Trunk) , Palm branches and leaves (OPF: Oil Palm Front) and the like are generated as by-products. In addition, when oil is squeezed from the fruits of a fresh fruit bunch (FFB: Fresh Fruit Bunch), a large amount of palm coconut wastewater (POME: Paim Oil Mill Effect) containing organic substances such as oil is generated.
ここで、空果房(EFB)は、パーム椰子の生鮮果房(FFB:Fresh Fruit Bunch)から果実を採取する際に蒸煮することから、このときの蒸気によって空果房(EFB)の水分量は65%以上となるため、燃焼用の燃料としては適していない。このため、空果房(EFB)のほとんどは農園に戻され廃棄されるが、一部はパーム繊維(Fiber)、パーム椰子殻(PKS)と一緒にボイラーで燃焼させ、その燃焼灰を肥料として利用されている。 Here, since the empty fruit bunch (EFB) is steamed when the fruit is collected from the fresh fruit bunch (FFB: Fresh Fuel Bunch) of palm palm, the water content of the empty fruit bunch (EFB) is generated by the steam at this time. Is 65% or more, so it is not suitable as a fuel for combustion. For this reason, most of the empty fruit bunches (EFB) are returned to the farm and discarded, but some are burned in a boiler together with palm fiber (Fiber) and palm coconut shell (PKS), and the burned ash is used as fertilizer. It's being used.
こうしたパーム産業由来の未利用バイオマス資源から得られる再生可能なエネルギーを貯蔵、輸送が容易にすることが求められている。例えば、パーム古木(OPT)の搾汁液を発酵させてメタンやバイオエタノールを製造することやパーム油を生産する際に油水分離を行った際に生じる油含有排水(POME)を処理してメタンを得る事例が始まっている。 There is a need to facilitate the storage and transportation of renewable energy obtained from such unused biomass resources derived from the palm industry. For example, methane is produced by fermenting the juice of old palm tree (OPT) to produce methane and bioethanol, and by treating oil-containing wastewater (POME) generated when oil-water separation is performed when producing palm oil. The case of gaining has begun.
しかしながら、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を、再生可能なエネルギーを用いて得られたメタンやバイオエタノールは、そのままでは利用範囲が限られるという課題があった。メタンは代表的な地球温暖化ガスであり、そのままの形態では環境に悪影響を及ぼす懸念がある。また、バイオエタノールはエタノール用エンジンを備えた自動車など限られた用途にしか利用できない。このため、メタンやバイオエタノールよりも工業的に利用範囲広く、かつ環境に悪影響を及ぼす虞の無い水素に改質することが望まれている。 However, there is a problem that the range of use of methane and bioethanol obtained by using renewable energy from unused biomass resources derived from the palm industry is limited as they are. Methane is a typical greenhouse gas, and if it is in its original form, it may have an adverse effect on the environment. In addition, bioethanol can be used only for limited purposes such as automobiles equipped with an ethanol engine. Therefore, it is desired to reform the hydrogen into hydrogen, which has a wider range of industrial use than methane and bioethanol and has no risk of adversely affecting the environment.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を再生可能なエネルギーを用いて得られたメタンやバイオエタノールを、外部エネルギーを消費することなくカーボンニュートラルで水素に改質することができるバイオマス資源を用いた水素の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and methane and bioethanol obtained by using renewable energy from unused biomass resources derived from the palm industry can be carbonized without consuming external energy. It is an object of the present invention to provide a method for producing hydrogen using a biomass resource that can be reformed into hydrogen in neutral.
上記の課題を解決するために、本発明のバイオマス資源を用いた水素の製造方法は、パーム椰子樹木からパーム油を得るパーム油生産プロセスと、パーム椰子樹木からリサイクル原料を得る分別プロセスと、前記リサイクル原料からバイオマス半炭化物およびバイオエタノールを製造する半炭化プロセスと、前記パーム油生産プロセスで生じた排出物を用いてメタンを生成し、前記バイオエタノールとともに水蒸気改質によって水素を得る水素製造プロセスと、を有し、前記水素製造プロセスは、前記パーム油生産プロセスで生じた排出物を用いて生成した再生エネルギーを稼働エネルギー源として用いることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the hydrogen production method using the biomass resource of the present invention includes a palm oil production process for obtaining palm oil from palm palm trees, a separation process for obtaining recycled raw materials from palm palm trees, and the above. A semi-carbonation process that produces biomass semi-carbohydrate and bioethanol from recycled raw materials, and a hydrogen production process that produces methane using the emissions produced in the palm oil production process and obtains hydrogen by steam reforming together with the bioethanol. The hydrogen production process is characterized in that the regenerated energy generated by using the emissions generated in the palm oil production process is used as an operating energy source.
本発明のバイオマス資源を用いた水素の製造方法によれば、従来は有効利用されていなかったパーム枝葉(OPF)、あるいはパーム古木(OPT)、空果房(EFB)、単純焼却していたパーム椰子殻(PKS)、パーム繊維(Fiber)といったリサイクル原料や、パーム油生産プロセスで生じた排出物を用いてメタンやバイオエタノールを製造し、また、余剰エネルギーを利用して水蒸気を生成し、これらから水蒸気改質によって水素を生成するので、新規に外部から原料やエネルギー供給することなく、極めて低コストに水素を得ることが可能になる。そして、パーム椰子産業で生じる未利用物が廃棄物として排出されることなく再利用されることにより、排水の浄化・温暖化ガスの発生抑制が可能なため、環境保全に適合したパーム椰子農園の持続的な運営に寄与することができる。 According to the method for producing hydrogen using the biomass resource of the present invention, palm branches and leaves (OPF), palm old trees (OPT), empty fruit bunches (EFB), and palms that have been simply incinerated have not been effectively used in the past. Recycled raw materials such as coconut shell (PKS) and palm fiber (Fiber) and emissions from the palm oil production process are used to produce methane and biomass, and surplus energy is used to generate steam. Since hydrogen is generated by steam reforming from palm oil, it is possible to obtain hydrogen at extremely low cost without newly supplying raw materials and energy from the outside. By reusing unused waste generated in the palm palm industry without discharging it as waste, it is possible to purify wastewater and suppress the generation of greenhouse gases. It can contribute to sustainable operation.
また、本発明では、前記分別プロセスは、パーム椰子樹木から果房および該果房の周囲に生えるパーム枝葉をそれぞれ分離、収穫する収穫工程を備え、前記半炭化プロセスは、前記パーム枝葉を搾汁し、搾汁液および第1固形残渣に分離する搾汁工程と、前記搾汁液を発酵させ、バイオエタノールを製造するバイオエタノール製造工程と、前記第1固形残渣を半炭化させバイオマス半炭化物を得る半炭化工程と、を備え、前記パーム油生産プロセスは、前記果房から果実を脱果させ、該果実および脱果後の空果房に分離する脱果工程と、前記果実を搾油し、粗パーム油および第2固形残渣に分離する搾油工程と、前記粗パーム油に加水して懸濁させた後、油水分離してパーム油および分離水を得る油水分離工程と、を備え、前記水素製造プロセスは、前記バイオエタノールをガス化させる第1ガス化工程と、前記分離水を発酵させてメタンを製造するメタン製造工程と、前記搾油工程で得られた前記第2固形残渣であるパーム椰子殻およびパーム繊維から、水蒸気、電力、および熱エネルギーを生成するエネルギー生成工程と、前記バイオエタノールガス、前記メタン、および前記エネルギー生成工程で得られた水蒸気から、水蒸気改質法によって水素を生成する水蒸気改質水素生成工程と、を備えたことを特徴とする。 Further, in the present invention, the sorting process comprises a harvesting step of separating and harvesting fruit bunches and palm branches and leaves growing around the fruit bunches from palm palm trees, respectively, and the semi-carbonization process squeezes the palm branches and leaves. A squeezing step of separating into a squeezed liquid and a first solid residue, a bioethanol production step of fermenting the squeezed liquid to produce bioethanol, and a semi-carbonizing of the first solid residue to obtain a biomass semi-carbohydrate. The palm oil production process comprises a carbonization step, in which the fruit is degreased from the fruit bunch and separated into the fruit and the empty fruit bunch after defruiting, and the fruit is squeezed and coarse palm is used. The hydrogen production process comprises an oil squeezing step of separating into oil and a second solid residue, and an oil-water separation step of adding water to the crude palm oil, suspending the mixture, and then separating the oil and water to obtain palm oil and separated water. Is a first gasification step of gasifying the bioethanol, a methane production step of fermenting the separated water to produce methane, and a palm coconut shell and the second solid residue obtained in the oil extraction step. An energy generation step that generates water vapor, electric power, and heat energy from palm fibers, and a steam reformer that generates hydrogen by a steam reforming method from the bioethanol gas, the methane, and the water vapor obtained in the energy generation step. It is characterized by having a quality hydrogen production process.
また、本発明では、前記水蒸気改質水素生成工程は、前記バイオエタノールガスおよび前記メタンを前記水蒸気と反応させる反応工程、前記反応工程によって生じた水素と一酸化炭素および二酸化炭素とを分離する分離工程、を少なくとも含むことを特徴とする。 Further, in the present invention, the steam reforming hydrogen production step is a reaction step of reacting the bioethanol gas and the methane with the steam, and separation of hydrogen generated by the reaction step and carbon monoxide and carbon dioxide. It is characterized by including at least a step.
また、本発明では、前記半炭化プロセスは、前記バイオマス半炭化物を圧縮成形してペレット化して固形バイオマス燃料を得る圧縮成形工程を更に備えていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the semi-carbonized process further includes a compression molding step of compression molding the biomass semi-carbide to pelletize it to obtain a solid biomass fuel.
また、本発明では、褐炭を乾燥する褐炭乾燥工程と、乾燥後の前記褐炭を粉砕して粉状褐炭を得る褐炭粉砕工程と、前記粉状褐炭から一酸化炭素を発生させる第2ガス化工程とを含むバイオマス改質炭製造プロセスを更に備え、前記一酸化炭素を前記水蒸気改質水素生成工程に更に加えることを特徴とする。 Further, in the present invention, a lignite drying step of drying lignite, a lignite crushing step of crushing the dried lignite to obtain lignite powder, and a second gasification step of generating carbon monoxide from the lignite powder. It is characterized by further comprising a biomass reformed coal production process including the above, and further adding the carbon monoxide to the steam reformed hydrogen production step.
また、本発明では、前記エネルギー生成工程で得られた電力ないし熱エネルギーを、前記水蒸気改質水素生成工程の稼働エネルギー源として用いることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the electric power or thermal energy obtained in the energy generation step is used as an operating energy source in the steam reforming hydrogen generation step.
また、本発明では、前記水素製造プロセスは、前記エネルギー生成工程で得られた電力を用いて水を電気分解する水電解法によって水素を生成する水電解水素生成工程を更に備えたことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the hydrogen production process further includes a water electrolysis hydrogen production step of generating hydrogen by a water electrolysis method of electrolyzing water using the electric power obtained in the energy generation step. ..
また、本発明では、前記パーム枝葉として、パーム葉が生える葉部および該葉部よりも果房側を成す葉柄のうち、葉柄を用いることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, as the palm branch and leaf, a petiole is used among the leaf portion on which the palm leaf grows and the petiole forming the fruit bunch side of the leaf portion.
また、本発明では、前記搾汁工程には、前記パーム枝葉に加えて、更に前記パーム椰子樹木の樹幹が供給されることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in addition to the palm branches and leaves, the trunk of the palm palm tree is further supplied to the juice squeezing step.
本発明によれば、パーム椰子の未利用部位を再生可能エネルギーを用いて得られたメタンやバイオエタノールを、外部エネルギーを消費することなくカーボンニュートラルで水素に改質することができるバイオマス資源を用いた水素の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, a biomass resource capable of reforming methane or bioethanol obtained by using renewable energy from an unused portion of palm palm into hydrogen in carbon neutral without consuming external energy is used. It is possible to provide a method for producing the present hydrogen.
まず始めに、本発明の技術的背景について説明する。
再生可能エネルギーの利用法として、Power to Gas(PTG)とは、再生可能エネルギーで得た大量の余剰電力を水素やメタンに変換して貯蔵、輸送する技術の事である。ここで、再生可能エネルギーとは、自然の活動によってエネルギー源が絶えず再生され、半永久的に供給され、継続して利用できるエネルギーであり、有限の資源である化石燃料などに代わる新エネルギー(中小水力・地熱・太陽光・太陽熱・風力・雪氷熱・温度差・バイオマスなど)、大規模水力、波力・海洋温度差熱などのエネルギーを意味している。再生可能エネルギーは、エネルギー変換効率やコスト、需給バランスなどの課題も残されているが、温室効果ガスを排出することなくエネルギーを得られるため、地球温暖化対策の一つとしても重要視されている。
First, the technical background of the present invention will be described.
As a method of using renewable energy, Power to Gas (PTG) is a technology for converting a large amount of surplus electricity obtained from renewable energy into hydrogen or methane, and storing and transporting it. Here, renewable energy is energy whose energy source is constantly regenerated by natural activities, is supplied semi-permanently, and can be used continuously, and is a new energy (small and medium-sized hydraulic power) that replaces fossil fuels, which are finite resources.・ It means energy such as geothermal energy, solar power, solar heat, wind power, snow and ice heat, temperature difference, biomass, etc.), large-scale hydraulic power, wave power, ocean temperature difference heat, etc. Renewable energy still has issues such as energy conversion efficiency, cost, and supply-demand balance, but since it can obtain energy without emitting greenhouse gases, it is regarded as important as one of the measures against global warming. There is.
再生可能エネルギーの分野において、最も急を要する責務の1つが、太陽や風力のような変動するエネルギー資源から得られた電力の貯蔵に関する課題を解消することである。上述したPTG技術のコンセプトは、非常に前途有望な取り組みとして発展してきた。世界中に多数のプロジェクトがあり、それらのいくつかはパイロット段階を終了し、商業運転へと向かっている。PTG技術の原理は極めて単純であり、再生可能エネルギーからの電力は、電気的に水を水素と酸素に分解するために使用される。 In the field of renewable energy, one of the most urgent obligations is to solve the challenge of storing electricity from fluctuating energy resources such as the sun and wind. The PTG technology concept described above has evolved as a very promising initiative. There are numerous projects around the world, some of which have completed the pilot phase and are heading for commercial operation. The principle of PTG technology is quite simple, the power from renewable energy is used to electrically break down water into hydrogen and oxygen.
そして、得られた水素は、電気に変えることも燃料として直接使用することもできる。電力の水素への転換には、ある程度のエネルギー損失があるが、1つの目的のためには有効である。再生可能エネルギーからの電力をエネルギーの豊富な水素として貯蔵できることであり、必要に応じて炭素によってメタンガスを得ることも可能である。ある程度までの輸送と貯蔵には、既存のガスインフラが利用可能である。 The obtained hydrogen can be converted into electricity or used directly as fuel. The conversion of electricity to hydrogen has some energy loss, but is effective for one purpose. Electricity from renewable energy can be stored as energy-rich hydrogen, and methane gas can be obtained from carbon if necessary. Existing gas infrastructure is available for transportation and storage to some extent.
例えば、世界で最も大きな6メガワットの最大生産能力を持つメタン化施設は、ドイツ北部のWerlteにおいて2013年中旬から運転に入った。この施設では、ドイツの自動車メーカーのアウディ社が、水ではなく年間11万トンのスラリーと食品廃棄物をメタンに転換することを支援している。メタン化プロセスに必要なエネルギーには、北海の洋上風力発電所で発生する過剰電力が使用される。 For example, the world's largest methanation facility with a maximum production capacity of 6 MW has been in operation since mid-2013 in Werlte, northern Germany. At the facility, German car maker Audi is helping to convert 110,000 tonnes of slurry and food waste annually instead of water into methane. The energy required for the methanation process uses excess electricity generated at offshore wind farms in the North Sea.
また、アウディ社は、バイオガス施設によって生成されるガス中成分の二酸化炭素をメタンに変える施設を建設している。このバイオガス施設自体は地域のユーティリティ企業であるEWE社の施設であり、施設稼働のための原材料は半径150km以内から得られるとしている。この施設では、有機物を約3分の2のメタンと3分の1の二酸化炭素から構成されるバイオガスに転換する。それから、多数のプロセスを経て得られたバイオガスから二酸化炭素を吸着する活性炭中を通過させて二酸化炭素が除去される。次の段階では二酸化炭素は低い圧力で脱着されメタン化施設に送られる。そして、CO2+4H2→CH4+2H2Oのプロセスよって水素からメタンが生成される。 Audi is also building a facility to convert carbon dioxide, a component of the gas produced by the biogas facility, into methane. The biogas facility itself is a facility of EWE, a local utility company, and it is said that raw materials for operating the facility can be obtained from within a radius of 150 km. The facility converts organic matter into biogas, which consists of about two-thirds of methane and one-third of carbon dioxide. Then, carbon dioxide is removed from the biogas obtained through a number of processes by passing it through activated carbon that adsorbs carbon dioxide. In the next stage, carbon dioxide is desorbed at low pressure and sent to the methanization facility. Then, methane is produced from hydrogen by the process of CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O.
他にもPTGの既存技術としては、ガス液化(GTL)、バイオマス液化(BTL)、石炭液化(CTL)、ジメチルエーテル(DME)化、代替天然ガス(SNG)化などが挙げられる。 Other existing technologies for PTG include gas liquefaction (GTL), biomass liquefaction (BTL), coal liquefaction (CTL), dimethyl ether (DME), and alternative natural gas (SNG).
このうち、バイオマス液化(BTL)は「Biomass To Liquid」の略称であり、バイオマス(生物資源)を液化してつくる燃料をさす。木材などの有機物を加熱してガスにし、そこに含まれる水素と一酸化炭素から液体燃料を合成する。木材や紙、廃プラスチック、食品廃棄物、汚泥などほぼすべての有機物を原料にできるのが特徴である。
BTLは食用と競合しないほか、(1)自動車やボイラーの燃料などに幅広く使える、(2)燃やしても硫黄分の発生が少ない、(3)液体のため貯蔵が容易、などの利点を持つ。しかし量産技術が障害となり、一般的な普及には至っていない。
Of these, biomass liquefaction (BTL) is an abbreviation for "Biomass To Liquid" and refers to fuel produced by liquefying biomass (biological resources). Organic substances such as wood are heated into gas, and liquid fuel is synthesized from hydrogen and carbon monoxide contained therein. It is characterized by being able to use almost all organic substances such as wood, paper, waste plastic, food waste, and sludge as raw materials.
In addition to not competing with food, BTL has advantages such as (1) it can be widely used as fuel for automobiles and boilers, (2) it produces less sulfur even when burned, and (3) it is easy to store because it is a liquid. However, mass production technology has become an obstacle and has not been widely used.
従来、バイオ燃料では、サトウキビやトウモロコシを発酵させるバイオエタノールの利用が先行してきた。日本では2007年度に給油所でガソリンに混ぜて販売する実証事業が始まり、政府は東日本大震災前のエネルギー基本計画で2020年までにガソリン需要の3%相当を賄う目標を掲げた。ただ大半はブラジルからの輸入であり、安定確保には課題も多いとされる。 Traditionally, biofuels have been preceded by the use of bioethanol, which ferments sugar cane and corn. In Japan, a demonstration project to mix and sell gasoline at a gas station started in 2007, and the government has set a goal of covering 3% of gasoline demand by 2020 in the basic energy plan before the Great East Japan Earthquake. However, most of them are imported from Brazil, and it is said that there are many problems in securing stability.
バイオエタノールに次に挙げられるのが、菜種やヒマワリの種などからつくるバイオディーゼル燃料である。ディーゼル車の普及率が高い欧州が技術開発でリードしているが、原料植物の生産量に限界があり、バイオディーゼル燃料も安定確保には課題が多いとされている。 Next to bioethanol is biodiesel fuel made from rapeseed and sunflower seeds. Europe, which has a high penetration rate of diesel vehicles, is leading the way in technological development, but there are limits to the amount of raw material plants that can be produced, and it is said that there are many issues in securing stable biodiesel fuel.
一方、水素エネルギーは幅広いエネルギー源から生産することが可能であり、燃焼しても水しか生成しないという特性から、持続可能な社会におけるエネルギーシステムに用いられる2次エネルギーとして期待され、様々な技術開発が進められている。 On the other hand, hydrogen energy can be produced from a wide range of energy sources, and because it produces only water when burned, it is expected to be a secondary energy used in energy systems in a sustainable society, and various technological developments have been made. Is underway.
1次エネルギーから水素を生産するにあたって、既存の化石燃料や原子力からの水素生産は燃料改質や大規模な水の電気分解を用いて比較的容易に行えるが、再生可能エネルギーである太陽エネルギーや風力エネルギーからの水素生産は、規模が小さいこと、エネルギー出力の変動があることなどのために必ずしも安価かつ効率的な生産ができる状況にはなっていない。 In producing hydrogen from primary energy, hydrogen production from existing fossil fuels and nuclear energy can be done relatively easily by using fuel reforming and large-scale electrolysis of water, but solar energy, which is a renewable energy, Hydrogen production from wind energy is not always cheap and efficient due to its small scale and fluctuations in energy output.
これに対してバイオマスは再生可能エネルギーとして安定したエネルギー変換が可能であるため、再生可能エネルギーの中でも比較的安定に水素生産が行える利点がある。現在、日本における1次エネルギー供給量の中で再生可能エネルギーの占める割合は1%に過ぎないが、その大部分はバイオマスによって供給されており、バイオマスからの水素生産は、インパクトの大きな再生可能水素源として期待されている。 On the other hand, biomass has the advantage of being able to produce hydrogen relatively stably among renewable energies because it can perform stable energy conversion as renewable energy. Currently, renewable energy accounts for only 1% of the primary energy supply in Japan, but most of it is supplied by biomass, and hydrogen production from biomass has a large impact on renewable hydrogen. Expected as a source.
バイオマスから水素を生産するには、バイオマスをガス化し、生成した可燃性ガスを改質する手法が最も多く用いられる。バイオマスのガス化によって生成するガスは、ガス化の手法によってさまざまではあるが、主に水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素のいくつかを主成分とする。メタンの改質による水素の生成は以下の反応による。
(1)CH4+H2O→3H2+CO
(2)CO+H2O→H2+CO2
こうした反応によって、メタンを容易に水素と二酸化炭素に変換することができるため、ガスの形に変換できれば、水素を得ることは難しくない。よって、バイオマスから水素を得るためには、如何に効率よくガス化を行うかが重要となる。生成ガスの改質と比較して、バイオマスのガス化技術そのものには開発課題もあり、多くの研究が進められている。
In order to produce hydrogen from biomass, the method of gasifying the biomass and reforming the generated flammable gas is most often used. The gas produced by gasification of biomass varies depending on the gasification method, but mainly contains some of hydrogen, methane, carbon monoxide, and carbon dioxide as main components. The production of hydrogen by reforming methane is due to the following reaction.
(1) CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO
(2) CO + H 2 O → H 2 + CO 2
Since methane can be easily converted into hydrogen and carbon dioxide by such a reaction, it is not difficult to obtain hydrogen if it can be converted into a gas form. Therefore, in order to obtain hydrogen from biomass, it is important how to efficiently gasify it. Compared to the reforming of generated gas, the biomass gasification technology itself has development issues, and much research is underway.
バイオマスの代表的なガス化技術は、熱化学的ガス化と生物化学的ガス化に大別される。前者はバイオマスに熱をかけて熱分解や部分酸化、加水分解などの化学反応を進行させるものであり、迅速かつ比較的完全にガス化が進行する特徴を有する。高温ガス化、超臨界水ガス化が相当する。
後者はバイオマスに微生物を作用させて発酵の作用によってガスへの変換を進めるものであり、生物作用であるために時間がかかり、また完全なガス化は難しいが、比較的穏和な条件で実現できる利点を有する。メタン発酵、水素発酵が該当する。
Typical biomass gasification technologies are roughly divided into thermochemical gasification and biochemical gasification. The former is to heat biomass to promote chemical reactions such as thermal decomposition, partial oxidation, and hydrolysis, and has the characteristic that gasification proceeds quickly and relatively completely. High temperature gasification and supercritical water gasification correspond.
The latter involves the action of microorganisms on biomass to promote conversion to gas by the action of fermentation. It takes time because it is a biological action, and complete gasification is difficult, but it can be realized under relatively mild conditions. Has advantages. Methane fermentation and hydrogen fermentation are applicable.
一方、水素生成には石炭を用いることもできる。石炭は他の化石燃料に比べて可採年数が長く、世界各国に幅広く分布する等、供給安定性が高く経済性に優れているという特徴を有している。一方で有限な可採埋蔵量のうち約半分は、ほとんど利用されていない褐炭に代表される低品位炭である。こうした石炭を用いて、高濃度CO条件でのメタネーション技術開発及び代替天然ガス(SNG)の高カロリー化技術が開発されている。これにより、褐炭等の低品位炭をガス化した既存技術よりも効率的に利便性の高いSNG(メタン、エタン、プロパン等)へ変換し、低品位炭の有効利用を図ることができるとされている。 On the other hand, coal can also be used for hydrogen production. Compared to other fossil fuels, coal has a long recoverable life and is widely distributed all over the world. It has the characteristics of high supply stability and excellent economic efficiency. On the other hand, about half of the finite recoverable reserves are low-grade coal represented by lignite, which is rarely used. Using such coal, metanation technology development under high-concentration CO conditions and calorie-enhancing technology for alternative natural gas (SNG) have been developed. As a result, low-grade coal such as lignite can be converted into SNG (methane, ethane, propane, etc.), which is more efficient and more convenient than the existing gasified technology, and the low-grade coal can be effectively used. ing.
水素製造の一例として水蒸気改質法が挙げられる。しかしながら、天然ガスやナフサを用いた水蒸気改質は大きな吸熱反応であるために, 触媒や改質管にとって過酷な900℃以上の高温を必要としている。また、反応温度を維持するために大量の原料炭化水素の燃焼および触媒上への炭素質の析出を防ぐために過剰な水蒸気を使用しており,極めて多量のエネルギーを消費している。更に、反応、燃焼生成物としての二酸化炭素と燃焼時に発生する窒素酸化物が多量に放出される。例えば、天然ガスを原料とした場合、煙道ガスとして排出される二酸化炭素の量は水素1m3あたり約0.9kgにも達している。最近の環境問題と関連して,クリーンエネルギーとしての水素が脚光を浴びているが,水素製造プロセスがこのような環境汚染プロセスを含むことは大きな課題とされている。 An example of hydrogen production is the steam reforming method. However, since steam reforming using natural gas or naphtha is a large endothermic reaction, it requires a high temperature of 900 ° C or higher, which is harsh for catalysts and reforming pipes. In addition, excess water vapor is used to prevent the combustion of a large amount of raw material hydrocarbons and the precipitation of carbonaceous substances on the catalyst in order to maintain the reaction temperature, which consumes an extremely large amount of energy. Furthermore, a large amount of carbon dioxide as a reaction and combustion product and nitrogen oxides generated during combustion are released. For example, when natural gas is used as a raw material, the amount of carbon dioxide emitted as flue gas reaches about 0.9 kg per 1 m 3 of hydrogen. Hydrogen as a clean energy is in the limelight in connection with recent environmental problems, but it is a big issue that the hydrogen production process includes such an environmental pollution process.
現行の水蒸気改質プロセスは,触媒のみならず脱硫技術や改質管材料の格段の進歩によって高圧化と大型化を可能としており,近年ではもはや技術革新はないものと考えられていたが、最近、水素の需要拡大、高品位化、高効率化および環境対策のため、環境調和型の水素製造法に関する研究も行われている。また,最近では、半導体、電子産業や燃料電池などの比較的小規模なプラントでの水素の需要も増加しつつあることから、触媒に要求される本来の定常性能のほかに,頻繁な起動や停止(DSS運転)対応する機械的強度の維持や負荷追従性が良いことが要求されている。 The current steam reforming process has made it possible to increase the pressure and size by making remarkable progress in desulfurization technology and reformed pipe materials as well as catalysts, and it was thought that there would be no technological innovation in recent years, but recently. Research on environmentally friendly hydrogen production methods is also being conducted in order to increase the demand for hydrogen, improve quality, improve efficiency, and take environmental measures. In addition, recently, the demand for hydrogen in relatively small-scale plants such as the semiconductor, electronics industry, and fuel cells is increasing, so in addition to the original steady-state performance required for catalysts, frequent start-ups and It is required to maintain the mechanical strength corresponding to the stop (DSS operation) and to have good load followability.
炭化水素の水蒸気改質は以下によって行われる。
(1)CnHm+nH2O→nCO+(n+m/2)H2
(2)CO+H2O→CO2+H2
(3)CO+3H2→CH4+H2O
炭化水素は水蒸気と反応して直ちに一酸化炭素と水素,つまり合成ガスに転化する。そして、引き続き(2)の水性ガスシフト反応が起こり、また一酸化炭素と水素の一部は(3)のメタネーション反応で消費される。
(2)と(3)の反応は熱力学的平衡に達しているので,最終的な生成ガスの組成は原料の炭化水素の種類に依存せず、反応温度(触媒層出口温度)、圧力,および水蒸気モル数と原料の炭素原子数の比(水蒸気/カーボン比)によって決まる。水蒸気改質は(2)の水性ガスシフト反応以外は大きな吸熱反応であるために、触媒にとって過酷な900℃以上の高温を必要とすること、この高温のために物質移動と熱移動の大きな制約を受けていること、用いられる改質管の使用条件が金属学的に限界に近いことが特徴である。現行の天然ガスやナフサを原料とする大型水素製造装置は1960年代に相次いで建設されたICI法やトプソ法を基礎とするものである。原料としての重質ナフサの使用、30kg/cm2以上の高圧運転、200万Nm3/日の製造規模を可能としたこれらのプロセスは、優れた触媒の開発だけではなく、反応管に使用する金属材料の進歩や原料炭化水素の脱硫技術の進歩により実現されている。
Steam reforming of hydrocarbons is carried out by:
(1) C n H m + nH 2 O → nCO + (n + m / 2) H 2
(2) CO + H 2 O → CO 2 + H 2
(3) CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O
Hydrocarbons react with water vapor and immediately convert to carbon monoxide and hydrogen, that is, syngas. Then, the water-gas shift reaction (2) continues, and a part of carbon monoxide and hydrogen is consumed in the meta-nation reaction (3).
Since the reactions of (2) and (3) have reached thermodynamic equilibrium, the composition of the final produced gas does not depend on the type of hydrocarbon as the raw material, and the reaction temperature (catalyst layer outlet temperature), pressure, etc. It is also determined by the ratio of the number of moles of water vapor to the number of carbon atoms of the raw material (water vapor / carbon ratio). Since steam reforming is a large endothermic reaction other than the water-gas shift reaction (2), it requires a high temperature of 900 ° C or higher, which is harsh for the catalyst, and this high temperature imposes major restrictions on mass transfer and heat transfer. It is characterized by being received and the conditions of use of the reformed pipe used are close to the metallurgical limit. The current large-scale hydrogen production equipment using natural gas and naphtha as raw materials is based on the ICI method and Topso method, which were constructed one after another in the 1960s. These processes, which enabled the use of heavy naphtha as a raw material, high-pressure operation of 30 kg / cm 2 or more, and production scale of 2 million Nm 3 / day, are used not only for the development of excellent catalysts, but also for reaction tubes. It is realized by the progress of metal materials and the progress of desulfurization technology of raw material hydrocarbons.
以上のような背景を踏まえて、本発明では、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を、再生可能エネルギーによりバイオエタノールやメタンを生成し、これを用いてカーボンニュートラルな水素を製造する。本発明は、以下の目的を含む。
(1)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源の有効的な活用。
(2)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源由来の液体燃料の製造。
(3)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源由来のガス燃料の製造。
(4)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源由来のカーボンニュートラルな炭化固形燃料の製造。
(5)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源由来のカーボンニュートラルな炭化固形物と低品位炭(褐炭)の混合によるバイオマス改質炭の製造。
(6)持続的生産可能なパーム椰子産業における未利用バイオマス資源利用による環境に悪影響を与えないバイオ燃料の製造。
(7)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源由来のOPF・OPT搾汁液を原料とした高糖分食物原料の製造。
(8)パーム椰子産業における未利用バイオマス資源由来エネルギー創生による炭酸ガス低減と地球環境の保全。
(9)化石資源(石炭・石油)代替の為のバイオマスのエネルギー利用最適システムの構築。
(10)パーム椰子産業における、搾油工場と、エネルギー供給工場(会社)の分離が可能となり、搾油工場にとっては、エネルギー製造の手間が無くなり パーム油生産に特化出来、エネルギー供給工場は、安価なバイオマス資源の安定的入手が可能となる。
(11)LPGに類似したDME(ジメチルエーテル)の合成を可能にする。
(12)1つのプラントで、ガス液化(GTL)、バイオマス液化(BTL)、石炭液化(CTL)を可能にする(但し、石炭液化(CTL)は、パーム椰子産業と石炭産出地が同一地域に存在する事が条件)。
(13)本システムは、各技術要素として確立されたものを用いた独自のシステム構築であり、経済性の高いエネルギー生産技術の提供出来る。
(14)パーム椰子産業が存在する国や地域と日本の双方にメリットのある相互補完性の高い、全く新しいエネルギー生産技術の提供。
(15)パーム椰子産業と低品位炭(主に褐炭)産出地が同一地域に存在する国でのパーム椰子産業と石炭産業との融合。
(16)製造したバイオマス燃料、バイオマス改質炭を既存のインフラをそのまま利用して環境特性の優れたクリーンシステムを実現。
Based on the above background, in the present invention, bioethanol and methane are produced from unused biomass resources derived from the palm industry by renewable energy, and carbon-neutral hydrogen is produced using these. The present invention includes the following objects.
(1) Effective utilization of unused biomass resources in the palm palm industry.
(2) Manufacture of liquid fuel derived from unused biomass resources in the palm palm industry.
(3) Manufacture of gas fuel derived from unused biomass resources in the palm palm industry.
(4) Manufacture of carbon-neutral carbonized solid fuel derived from unused biomass resources in the palm palm industry.
(5) Manufacture of biomass-modified coal by mixing carbon-neutral carbonized solids derived from unused biomass resources and low-grade coal (brown coal) in the palm palm industry.
(6) Manufacture of biofuel that does not adversely affect the environment due to the use of unused biomass resources in the sustainable palm palm industry.
(7) Manufacture of high-sugar food raw materials from OPF / OPT juice derived from unused biomass resources in the palm palm industry.
(8) Reduction of carbon dioxide and conservation of the global environment by creating energy derived from unused biomass resources in the palm palm industry.
(9) Construction of an optimal system for using biomass energy to replace fossil resources (coal and petroleum).
(10) In the palm palm industry, the oil squeezing factory and the energy supply factory (company) can be separated, and the oil squeezing factory can specialize in palm oil production without the trouble of energy production, and the energy supply factory is inexpensive. Stable acquisition of biomass resources becomes possible.
(11) It enables the synthesis of DME (dimethyl ether) similar to LPG.
(12) Enables gas liquefaction (GTL), biomass liquefaction (BTL), and coal liquefaction (CTL) in one plant (however, coal liquefaction (CTL) allows the palm palm industry and coal production areas to be in the same area. Must exist).
(13) This system is an original system construction using the established ones as each technical element, and can provide highly economical energy production technology.
(14) Providing a completely new energy production technology with high mutual complementarity that is beneficial to both the country or region where the palm palm industry exists and Japan.
(15) Fusion of palm palm industry and coal industry in countries where palm palm industry and low-grade coal (mainly lignite) are produced in the same area.
(16) Realize a clean system with excellent environmental characteristics by using the manufactured biomass fuel and biomass reformed coal as they are in the existing infrastructure.
最近の環境問題の高まりからクリーンエネルギーとしての水素への期待が大きくなっている。しかし、水素の製造方法に関して、減圧残油や石油の部分酸化による水素の製造コストは水蒸気改質に比べてかなり高く、また熱化学法,光化学法,あるいは太陽発電と水の電気分解による水素の製造は、将来見込まれる技術の大幅な進歩を考慮しでも、まだ解決すべき課題が多い。このため、近将来的には炭化水素を原料とする水蒸気改質によって水素を製造せざるを得ないと見込まれることから、より一層の省エネルギー化と放出物質の低減を目指した技術開発が求められている。 Expectations for hydrogen as a clean energy are increasing due to the recent rise in environmental problems. However, regarding the hydrogen production method, the production cost of hydrogen by decompression residual oil or partial oxidation of petroleum is considerably higher than that of steam reforming, and hydrogen by thermochemical method, photochemical method, or solar power generation and electrolysis of water. Manufacturing still has many issues to be solved, even considering the significant technological advances that are expected in the future. For this reason, it is expected that hydrogen will have to be produced by steam reforming using hydrocarbons as a raw material in the near future, so technological development aimed at further energy saving and reduction of released substances is required. ing.
本発明では、再生可能エネルギーで得た大量の余剰電力やエネルギーを利用してパーム産業由来の未利用バイオマス資源と低品位炭から、バイオエタノールやメタン製造し、これを水素に改質する包括的なプロセスに基づく発明を提供する。
本発明では、原材料としてPOME、搾汁液、褐炭を本発明の製造方法で入手する。 また、製造に必要なエネルギー(電気・蒸気・熱エネルギー)を本発明の製造方法で入手する。 よってエネルギーコストはパーム産業由来のバイオマス資源が主体であり、極めて安価にバイオエタノールやメタン製造し、これを用いて水素を製造できる。
本発明の最適な環境としては、インドネシアとマレーシアが挙げられる。特にインドネシアでは、低品位炭(主に褐炭)とパーム産業由来の未利用バイオマス資源の両方が世界で唯一、大量に存在している。独立したエネルギー会社と、既存パーム搾油工場・パーム農園、既存石炭産業とが共生する事を可能にする。
In the present invention, bioethanol and methane are produced from unused biomass resources derived from the palm industry and low-grade coal by utilizing a large amount of surplus electricity and energy obtained from renewable energy, and this is comprehensively reformed into hydrogen. Provide inventions based on various processes.
In the present invention, POME, juice, and lignite are obtained as raw materials by the production method of the present invention. In addition, the energy required for production (electricity, steam, heat energy) is obtained by the production method of the present invention. Therefore, the energy cost is mainly biomass resources derived from the palm industry, and bioethanol and methane can be produced at extremely low cost, and hydrogen can be produced using these.
The optimum environment of the present invention includes Indonesia and Malaysia. Especially in Indonesia, both low-grade coal (mainly lignite) and unused biomass resources from the palm industry are the only ones in the world to exist in large quantities. It enables an independent energy company to coexist with an existing palm oil mill / palm plantation and an existing coal industry.
再生可能なエネルギー、即ち自然の活動によってエネルギー源が絶えず再生され、半永久的に供給され、継続して利用できるエネルギーは、パーム椰子産業中に半永久的に大量に存在する。石炭が同一地域で入手できる環境があれば、低品位炭(主に褐炭)に関しても環境負荷の少ないバイオマス改質炭・液体燃料等が同時に安定的に製造可能となる。 Renewable energy, that is, energy sources that are constantly regenerated by natural activities, supplied semi-permanently, and continuously available, are present in large quantities semi-permanently throughout the palm palm industry. If there is an environment in which coal can be obtained in the same area, it will be possible to stably produce biomass reformed coal, liquid fuel, etc., which have a low environmental impact, even for low-grade coal (mainly lignite).
基本的技術は製造エネルギーコストを考慮しなければ殆ど確立されており、この製造エネルギーコスト低減が、本発明のプロセスにおいて解決可能となる。また、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を利用したプロセスであり、カーボンニュートラルが達成可能で、電力、水蒸気、熱エネルギー、バイオエタノール、水素、バイオマス半炭化ペレットなどを製造できる。 The basic technique is almost established without considering the manufacturing energy cost, and this reduction in the manufacturing energy cost can be solved in the process of the present invention. In addition, it is a process that utilizes unused biomass resources derived from the palm industry, and carbon neutrality can be achieved, and electric power, steam, thermal energy, bioethanol, hydrogen, biomass semi-carbonized pellets, etc. can be produced.
標準的なバームオイル搾油工場と農場から発生する、製品以外のバイオマスエネルギー総量は7MW程度であり、バームオイル搾油工場で使用するエネルギーは約1MW、即ち6MWが新エネルギー工場のインプットとなり得る。更に、近隣50km圏内のバームオイル搾油工場(約20)とパーム椰子農園(約20工場分)から、POMEを除く、EFB、PKS、OPT、OPFを入手すると、大よそ4MW×20倍=80MWがエネルギー会社の入手可能なエネルギーとなる。 The total amount of non-product biomass energy generated from a standard balm oil mill and farm is about 7 MW, and the energy used in the balm oil mill can be about 1 MW, or 6 MW, as input to the new energy mill. Furthermore, if you obtain EFB, PKS, OPT, and OPF excluding POME from the balm oil squeezing factory (about 20) and palm palm plantation (about 20 factories) within 50 km of the neighborhood, about 4 MW x 20 times = 80 MW. It will be the energy available to the energy company.
本発明は、世界のパームオイル産業約85%を占める、マレーシア、インドネシアの2国において、
(a)安価で安定的な、未利用バイオマス資源の存在、
(b)安価で安定的で再生可能エネルギーである、バイオマス燃料の存在、
(c)確立した既存技術の存在(エネルギーコストに課題がある安定的な技術を含む)(d)広大な用地確保がしかも低価格で使用可能な事、
(e)恒温で、雨量が多い地域で水の確保が容易なこと、
(f)既存パーム産業で確立された産業ユーティリティ、例えば 輸送用道路、港湾設備等の存在、
(g)特にインドネシアでは豊富な埋蔵量の低品位炭(主に褐炭)の存在、
などの好適な諸条件が満たされている。
The present invention is used in two countries, Malaysia and Indonesia, which account for about 85% of the world palm oil industry.
(A) Existence of inexpensive and stable unused biomass resources,
(B) Existence of biomass fuel, which is cheap, stable and renewable energy,
(C) Existence of established existing technology (including stable technology with energy cost issues) (d) A large amount of land can be secured and can be used at a low price.
(E) It is easy to secure water in areas with constant temperature and heavy rainfall.
(F) Existence of industrial utilities established in the existing palm industry, such as transportation roads and port facilities,
(G) Existence of abundant reserves of low-grade coal (mainly lignite), especially in Indonesia,
Suitable conditions such as are satisfied.
[1]化石燃料改質、低品位炭(主に褐炭)からの水素化
低品位炭(主に褐炭)を乾燥、粉砕した状態、即ち、水分が減少し、かつ揮発分比率が高くなった原料炭は、既存製造技術での水素製造プロセスでの原料としての問題は無く、また、必要エネルギー源として、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を使用する事により、水素製造が極めて経済的により優位となる。
(1−1)石炭の持つ水素量:
一般的には石炭は、有機質部分と無機質部分から構成されている。各種の化石燃料中には水素が含まれているが、石炭の水素含有量(重量ベース)は石油の約1/3、天然ガスの約1/5となっている。概略値として、化石燃料の賦存量の値を基に燃料種別の水素賦存量を計算すると、かなりの量の水素が石炭として地球に賦存されていることになる。
(1−2)石炭から水素製造プロセス:
石炭から水素を製造するプロセスとしては、石炭をガス化し、精製後に天然ガスからの水素製造と同様な工程で水素系燃料を得る間接ガス化プロセスが挙げられる。なお、石炭を乾留した場合でも、石炭中の揮発分がガスとして得られ水素源とすることができるが、石炭中の未反応炭素分が多く残る。
(1−3)石炭のガス化プロセス:
石炭から水素を生成させる方法としては、工業的に行われているのは、ガス化である。ガス化炉では、高温により石炭の熱分解(大きな石炭分子が小さな分子に転換する事)が行われ、炭素に酸素、水蒸気が反応してガス化される基本反応は、以下の通りである。
(a)石炭の熱分解→CH4+C
(b)C+O2→CO2 +97.0(kcal/mol)
(c)C+1/2O2→CO +29.4(kcal/mol)
(d)C+CO2→2CO +38.2(kcal/mol)
(e)C+H2O→CO+H2 −31.4(kcal/mol)
(f)C+2H2O→CO2+2H2 −18.2(kcal/mol)
(g)CO+H2O→CO2+H2 +10.0(kcal/mol)
一般的にガス化の温度が低い場合(800〜900℃以下)の場合には、タール分の発生が多くなるが、高温ガス化(千数百℃以上)でガス化する場合には、最終的な可燃成分として、CO、H2と若干のCH4が生成される。
石炭ガス化炉では、上述の反応によりCO、H2が主成分のガスが生成され、石炭中の灰分は固形物として除去される。また、プロセスにより一部の未燃炭素は、系外へ抜き出される。
[1] Fossil fuel reformation, hydrogenation from low-grade coal (mainly lignite) Dry and crushed low-grade coal (mainly lignite), that is, the water content has decreased and the biomass ratio has increased. Lignite has no problem as a raw material in the hydrogen production process with existing production technology, and by using unused biomass resources derived from the palm industry as a required energy source, hydrogen production is extremely economically superior. It becomes.
(1-1) Amount of hydrogen in coal:
Generally, coal is composed of an organic part and an inorganic part. Although hydrogen is contained in various fossil fuels, the hydrogen content (weight basis) of coal is about 1/3 that of petroleum and about 1/5 that of natural gas. As a rough value, if the hydrogen endowment amount of each fuel type is calculated based on the value of the endowment amount of fossil fuel, a considerable amount of hydrogen is endowed on the earth as coal.
(1-2) Hydrogen production process from coal:
Examples of the process for producing hydrogen from coal include an indirect gasification process in which coal is gasified and after refining, a hydrogen-based fuel is obtained in the same process as hydrogen production from natural gas. Even when coal is carbonized, the volatile matter in the coal can be obtained as a gas and used as a hydrogen source, but a large amount of unreacted carbon in the coal remains.
(1-3) Coal gasification process:
Gasification is an industrial method for producing hydrogen from coal. In the gasification furnace, coal is thermally decomposed (the conversion of large coal molecules into small molecules) at high temperature, and the basic reaction of carbon reacting with oxygen and water vapor to be gasified is as follows.
(A) Pyrolysis of coal → CH 4 + C
(B) C + O 2 → CO 2 + 97.0 (kcal / mol)
(C) C + 1 / 2O 2 → CO + 29.4 (kcal / mol)
(D) C + CO 2 → 2CO + 38.2 (kcal / mol)
(E) C + H 2 O → CO + H 2 -31.4 (kcal / mol)
(F) C + 2H 2 O →
(G) CO + H 2 O → CO 2 + H 2 + 10.0 (kcal / mol)
Generally, when the gasification temperature is low (800 to 900 ° C or less), tar content is generated more, but when gasification is performed by high temperature gasification (a thousand and several hundred ° C or more), the final content is generated. CO, H 2 and some CH 4 are produced as typical combustible components.
In the coal gasification furnace, a gas containing CO and H 2 as main components is generated by the above reaction, and the ash in the coal is removed as a solid substance. In addition, some unburned carbon is extracted from the system by the process.
[2]バイオマス資源POMEの水素化:
既存パームオイル搾油工場排水であるパーム椰子排水(POME)からメタンガスを得る事は、例えば、マレーシア、インドネシアでは10例以上が稼働中である。しかし、そのメタンガスは、ガス発電、若しくは単純焼却され、POMEから水素製造の事例は知られていない。既に確立された水素製造方法である水蒸気改質法は 現段階では製造コストが高く、故にPOME発生地では発生するメタンガスを、現地消費する方法が経済的な選択となっている。
[2] Hydrogenation of biomass resource POME:
For example, in Malaysia and Indonesia, more than 10 cases of obtaining methane gas from palm coconut wastewater (POME), which is wastewater from an existing palm oil mill, are in operation. However, the methane gas is gas-generated or simply incinerated, and no case of hydrogen production from POME is known. The steam reforming method, which is an already established hydrogen production method, has a high production cost at this stage, and therefore the method of locally consuming the methane gas generated in the POME generation area is an economical choice.
マレーシア、インドネシア以外のほとんどの国では、パーム油製造産業が無い為、POMEの発生がほとんどなく、他の未利用バイオマス資源も安易に入手できる環境に無い為、バイオマス資源から水素を製造することは経済的ではない。 POMEからのメタンガスを原料とし、水素改質に必要なエネルギーは、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を使用する事により、水蒸気改質法による水素製造が経済的に有利となる。 こうして得られた水素は世界市場に向けて供給可能となる。水素は利用時にCO2を発生しないという優位性がある事に加え、製造工程もCO2フリーとなる。水素及びバイオエタノール、メタンガスを燃料とした輸送手段が加われば、全くのCO2フリーの水素エネルギーとなる。 In most countries other than Malaysia and Indonesia, since there is no palm oil manufacturing industry, there is almost no generation of POME, and there is no environment in which other unused biomass resources can be easily obtained, so it is not possible to produce hydrogen from biomass resources. Not economical. By using methane gas from POME as a raw material and using unused biomass resources derived from the palm industry as the energy required for hydrogen reforming, hydrogen production by the steam reforming method becomes economically advantageous. The hydrogen thus obtained can be supplied to the world market. In addition to the advantage that hydrogen does not generate CO 2 when used, the manufacturing process is also CO 2 free. With the addition of hydrogen, bioethanol, and methane gas-fueled transportation means, it will be completely CO 2- free hydrogen energy.
また、メタンガスよりメタノールを製造することも確立された技術が存在するが、同様に現地では製造コストの課題があり、実機ベースでは無いと思われる。これも必要エネルギーをパーム産業由来の未利用バイオマス資源を使用する事により、メタン製造が経済的に有利となる。 In addition, although there is an established technology for producing methanol from methane gas, there is also a problem of production cost locally, and it seems that it is not based on an actual machine. This also makes methane production economically advantageous by using unused biomass resources derived from the palm industry as the required energy.
前述のように石炭から合成する水素系燃料は、石炭のガス化、ガス精製プロセスが必要なため、所要エネルギー及び所要設備が多くなる。一般的に、石炭からの年産100万トン規模のガス液化(GTL)製造と天然ガスからのガス液化(GTL)を比較すると、エネルギー効率、経済性ともに現状では天然ガスからのGTLに対して劣る事となる。 As described above, hydrogen-based fuel synthesized from coal requires a gasification of coal and a gas refining process, so that the required energy and equipment are increased. In general, comparing gas liquefied (GTL) production from coal with an annual production of 1 million tons and gas liquefied from natural gas (GTL), both energy efficiency and economic efficiency are currently inferior to GTL from natural gas. It will be a thing.
しかしながら、将来的な原料価格の変動、技術革新による設備費の低減等を考慮すると、石炭からのGTL製造が経済性ベースで実現する可能性もある。資源量の観点から、石炭には他の化石燃料と比較しでも遜色無い水素エネルギーが含まれている。 また、石炭のガス化、精製を行うことにより、燃料電池等に使用可能な実用燃料への転換も技術的には可能と考えられる。 しかし、現時点では、天然ガス等からの水素系燃料と比較すると、ガス化、ガス精製での設備点数が多いため、エネルギー効率及び経済性の面で必ずしも優位にあるとはいえない。よって、石炭からの水素製造は、今後の転換プロセスの技術開発及びエネルギー価格動向により位置づけが定まると考えられる。 However, considering future fluctuations in raw material prices and reduction of equipment costs due to technological innovation, GTL production from coal may be realized on an economical basis. From the viewpoint of resource quantity, coal contains hydrogen energy that is comparable to other fossil fuels. In addition, it is technically possible to convert coal into a practical fuel that can be used for fuel cells, etc. by gasifying and refining coal. However, at present, compared to hydrogen-based fuels from natural gas and the like, the number of facilities for gasification and gas refining is large, so it cannot be said that they are necessarily superior in terms of energy efficiency and economy. Therefore, hydrogen production from coal is considered to be positioned by technological development of future conversion processes and energy price trends.
以上を纏めると以下のとおりである。
[条件]
(1)パーム産業由来の未利用バイオマス資源(POME、OPF、OPT、EFB、PKS)が存在している。
(2)既存パーム産業と高付価値バイオマス混合燃料製造との複合生産システムが可能な状況がある。
(3)POME:未利用排水,現状無価値物、OPF・OPT:未利用バイオマス,現状無価値、EFB:未利用バイオマス,現状無価値、PKS:自家消費は約20%その他は売却。
(4)パーム椰子産業の持つ、広大な敷地(工場用地のコストが極めて低い)がある。
(5)パーム椰子産業の持つ利用可能ロジスティックス(新規開発の必要なし)。
[手段]
(1)既存技術(低品位炭(褐炭)乾燥粉砕物製造、水蒸気改質法による水素製造等)を利用する。
(2)パーム産業の主要国であるインドネシアは、低品位炭の産出国であり、その両条件を備えたところであるからこその、複合生産システムが可能となる。
(3)既存パームオイル搾油工場、新規の高付加価値バイオマス燃料製造工場、および近くにある低品位炭(褐炭)の産炭地での利用技術、パーム由来未利用バイオマス資源からの必要エネルギー製造の要素を組合せる事によって初めて可能になる経済的な水素製造の複合的生産技術となる。
The above can be summarized as follows.
[conditions]
(1) Unused biomass resources (POME, OPF, OPT, EFB, PKS) derived from the palm industry exist.
(2) There is a situation where a combined production system of the existing palm industry and high value biomass mixed fuel production is possible.
(3) POME: Unused wastewater, current valueless material, OPF / OPT: Unused biomass, current valueless, EFB: Unused biomass, current valueless, PKS: Self-consumption is about 20%, and others are sold.
(4) There is a vast site (the cost of factory land is extremely low) owned by the palm palm industry.
(5) Available logistics of the palm palm industry (no need for new development).
[means]
(1) Utilize existing technology (production of low-grade coal (brown coal) dry crushed product, hydrogen production by steam reforming method, etc.).
(2) Indonesia, which is a major country in the palm industry, is a producer of low-grade coal, and because it meets both conditions, a combined production system is possible.
(3) Technology for using existing palm oil squeezing factories, new high-value-added biomass fuel manufacturing factories, and nearby low-grade coal (brown coal) production areas, and manufacturing required energy from unused palm-derived biomass resources It will be an economical combined production technology for hydrogen production that will be possible only by combining the elements.
[3]パーム産業由来の未利用バイオマス資源であるOPF、OPT樹液の水素化:
パーム古木(OPT)・パーム枝葉(OPF)を搾汁した搾汁液は糖分が多く含まれるため、発酵によりバイオエタノール・メタンガス製造が可能な事はJIRCAS(国立研究開発法人 国際農林水産研究センター)等で実証済みである。 世界のパーム椰子産業の主要国であるマレーシア、インドネシアでは パーム古木(OPT)の利用(外皮利用を除く)は、入荷の安定性と製作コストが経済的でないため大きくは進んでいない。パーム枝葉(OPT)は、事業規模での実施例は無く、また、マレーシア、インドネシア以外の国では、パーム椰子産業は大規模化されておらず、バイオマス資源利用によるエネルギー変換、特に水素生成は経済的ではなかった。
[3] Hydrogenation of OPF and OPT sap, which are unused biomass resources derived from the palm industry:
Since the juice obtained by squeezing old palm trees (OPT) and palm branches and leaves (OPF) contains a large amount of sugar, it is possible to produce bioethanol and methane gas by fermentation, such as JIRCAS (Japan International Research Center for Agriculture, Forestry and Fisheries). Proven in. In Malaysia and Indonesia, which are the major countries of the palm palm industry in the world, the use of old palm trees (OPT) (excluding the use of exodermis) has not made much progress due to the stability of arrival and the uneconomical production cost. Palm foliage (OPT) has not been implemented on a business scale, and in countries other than Malaysia and Indonesia, the palm palm industry has not been scaled up, and energy conversion by using biomass resources, especially hydrogen production, is economical. It wasn't the target.
パーム古木(OPT)・パーム枝葉(OPF)の搾汁液からのメタン発酵で得られるメタンガスを原料とし、ガス改質に必要なエネルギーは、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を使用する事により、水素製造の一般的な方法である、水蒸気改質法による水素製造が経済的に有利となる。生産された水素は世界市場に供給可能。また、メタンガスよりメタノール製造も確立された既存技術が存在するが、製造コストの課題があり、実機ベースでは経済的な課題が大きいと推測される。本発明では、必要エネルギーをパーム産業由来の未利用バイオマス資源を使用する事により、メタノール製造が経済的に有利となる。
水素は利用時にCO2を発生しないという優位性がある事に加え、製造工程もCO2フリーとなる。水素及びバイオエタノール、メタンガスを燃料とした輸送手段が加われば、全くのCO2フリーの水素エネルギーとなる。
Using methane gas obtained by methane fermentation from the juice of old palm trees (OPT) and palm branches and leaves (OPF) as a raw material, the energy required for gas reforming is hydrogen by using unused biomass resources derived from the palm industry. Hydrogen production by the steam reforming method, which is a general method of production, is economically advantageous. The produced hydrogen can be supplied to the world market. In addition, although there is an existing technology that has established the production of methanol rather than methane gas, there is a problem of manufacturing cost, and it is presumed that there is a big economic problem on an actual machine basis. In the present invention, methanol production becomes economically advantageous by using unused biomass resources derived from the palm industry as the required energy.
In addition to the advantage that hydrogen does not generate CO 2 when used, the manufacturing process is also CO 2 free. With the addition of hydrogen, bioethanol, and methane gas-fueled transportation means, it will be completely CO 2- free hydrogen energy.
以上を纏めると以下のとおりである。
[条件]
(1)パーム産業由来の未利用バイオマス資源(POME、OPF、OPT、EFB、PKS)が存在している。
(2)既存パーム産業との複合生産システムが可能な状況が存在する。
(3)POME:未利用排水,現状無価値物、OPT・OPF:未利用バイオマス,現状無価値、EFB:未利用バイオマス,現状無価値、PKS:自家消費は約20%その他は売却。
(4)パーム産業の持つ、広大な敷地(工場用地のコストが極めて低い)が存在する。
(5)パーム産業の持つ利用可能ロジスティックス(新規開発の必要なし)が存在する。
[手段]
(1)既存技術(OPT・OPF搾汁液からのバイオエタノール製造、水蒸気改質法による水素製造等)が利用可能。
(2)既存のパームオイル搾油工場があり、且つ、パーム産業由来の未利用バイオマス資源と再生可能エネルギーを利用した、水素製造する複合的生産技術で可能になる。
The above can be summarized as follows.
[conditions]
(1) Unused biomass resources (POME, OPF, OPT, EFB, PKS) derived from the palm industry exist.
(2) There is a situation where a combined production system with the existing palm industry is possible.
(3) POME: Unused wastewater, current valueless material, OPT / OPF: Unused biomass, current valueless, EFB: Unused biomass, current valueless, PKS: Self-consumption is about 20%, and others are sold.
(4) There is a vast site (the cost of factory land is extremely low) owned by the palm industry.
(5) There are available logistics (no need for new development) of the palm industry.
[means]
(1) Existing technologies (bioethanol production from OPT / OPF juice, hydrogen production by steam reforming, etc.) can be used.
(2) It will be possible with a complex production technology for hydrogen production that has an existing palm oil squeezing plant and uses unused biomass resources and renewable energy derived from the palm industry.
本発明のパーム産業由来の未利用バイオマス資源を用いた水素の製造方法によって、以下のようなことを実現する。
(1)POMEからのメタンガス発生を有効利用出来して、地球温暖化ガスの発生を抑制する。
(2)POMEから得られたメタンガスを用いて水素を製造する、エネルギーコスト、輸送コスト、設備建設コスト等が抑えられるため、今までに成し得なかった低コストでの水素製造を可能にする。
(3)パーム産業由来の未利用バイオマス資源の腐敗によって大気中に放出されていたメタンガス等を有効利用する事で、地球温暖化ガスの発生を抑制する。
(4)パーム産業由来の未利用バイオマス資源と再生可能エネルギーを利用しての水素製造によってCO2削減効果を得る。
(5)OPT・OPF搾汁液からの水素製造も上述したCO2削減効果に置き換えられる。
(6)低品位炭(主に褐炭)の利用用途を拡大する。
(7)そのままでは輸出が困難である低品位炭(主に褐炭)を水素に変換するため現状と異なるエネルギーの移動が可能となる。バイオエタノールもまた同様である。
(8)低品位炭(主に褐炭)からの水素製造コストを本発明の枠組みにより大きく低減する。
(9)低品位炭(主に褐炭)から水素を製造するエネルギーが全てバイオマス由来の再生可能エネルギーでまかなえる事よりCO2排出を、化石燃料を利用したエネルギーで、水蒸気改質法による水素製造と比較して大きく低減する。
(10)膨大な量の新再生可能エネルギーが極めて安定的且つ安価に工場生産で可能となる。
(11)パーム産業由来の未利用バイオマス資源は季節変動が少なく、安定的に発生し大きな外乱も無い事より、将来に亘り安定したエネルギー供給を行う。
(12)エネルギー供給会社の分離が可能となり、既存パーム椰子産業の効率的運用が促進されると共に、パーム椰子産業の環境負荷(大気・水質)を低減し、またコスト削減を可能となる。
(13)パーム椰子産業の立地地域でのエネルギー確保に貢献し、現地の雇用拡大、収益拡大、低品位炭(褐炭)のエネルギー変換による有効利用を図れる。
The following can be realized by the method for producing hydrogen using unused biomass resources derived from the palm industry of the present invention.
(1) The generation of methane gas from POME can be effectively used to suppress the generation of greenhouse gases.
(2) Hydrogen production using methane gas obtained from POME reduces energy costs, transportation costs, equipment construction costs, etc., enabling hydrogen production at a low cost that has never been possible before. ..
(3) By effectively utilizing methane gas, etc. released into the atmosphere due to the decay of unused biomass resources derived from the palm industry, the generation of greenhouse gases is suppressed.
(4) A CO 2 reduction effect is obtained by hydrogen production using unused biomass resources derived from the palm industry and renewable energy.
(5) Hydrogen production from OPT / OPF juice is also replaced by the above-mentioned CO 2 reduction effect.
(6) Expand the applications of low-grade coal (mainly lignite).
(7) Since low-grade coal (mainly lignite), which is difficult to export as it is, is converted into hydrogen, energy transfer different from the current state becomes possible. The same is true for bioethanol.
(8) The cost of producing hydrogen from low-grade coal (mainly lignite) is greatly reduced by the framework of the present invention.
(9) Since all the energy for producing hydrogen from low-grade coal (mainly brown coal) is covered by renewable energy derived from biomass, CO 2 emissions can be achieved by using fossil fuel energy to produce hydrogen by the steam reforming method. It is greatly reduced in comparison.
(10) A huge amount of new renewable energy can be produced in factories in an extremely stable and inexpensive manner.
(11) Unused biomass resources derived from the palm industry have little seasonal fluctuation, are generated stably, and there is no major disturbance, so that a stable energy supply will be provided in the future.
(12) The energy supply companies can be separated, the efficient operation of the existing palm palm industry is promoted, the environmental load (air and water quality) of the palm palm industry can be reduced, and the cost can be reduced.
(13) It will contribute to securing energy in the area where the palm palm industry is located, and will be able to expand local employment, increase profits, and make effective use of low-grade coal (brown coal) by converting energy.
以下、図面を参照して、上述した背景や課題を解決するための本発明の一実施形態のバイオマス資源を用いた水素の製造方法について説明する。以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。 Hereinafter, a method for producing hydrogen using a biomass resource according to an embodiment of the present invention for solving the above-mentioned background and problems will be described with reference to the drawings. Each of the embodiments shown below will be specifically described in order to better understand the gist of the invention, and is not limited to the present invention unless otherwise specified.
まず最初に図1を参照して、本発明のバイオマス資源を用いた水素の製造方法の概要を説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるバイオマス資源を用いた水素の製造方法の概要を示したブロック図である。
本発明のバイオマス資源を用いた水素の製造方法10は、パーム椰子樹木からパーム油を得るパーム油生産プロセス13と、パーム椰子樹木からリサイクル原料を得る収穫、分別プロセス11と、リサイクル原料からバイオマス半炭化物およびバイオエタノールを製造するを半炭化プロセス12と、パーム油生産プロセス13で生じた排出物(例えば分離水)を用いてメタンを生成し、半炭化プロセス12で得たバイオエタノールとともに水蒸気改質によって水素を得る水素製造プロセス14と、を有する。
First, with reference to FIG. 1, the outline of the method for producing hydrogen using the biomass resource of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a method for producing hydrogen using a biomass resource according to an embodiment of the present invention.
The
収穫、分別プロセス11では、パーム農園で栽培されたパーム椰子の生鮮果房(FFB)を収穫する。また、パーム椰子の生鮮果房(FFB)を収穫する際に、パーム枝葉(OPF:リサイクル原料)が得られる。
In the harvesting and sorting
パーム油生産プロセス13では、収穫した生鮮果房(FFB)からパーム油やパーム核油を搾油する。こうしたパーム油生産プロセス13では、パーム油を生成する際に行う油水分離による排出物である分離水や、生鮮果房(FFB)の脱果後の空果房(排出物)や、パーム油の搾油後に排出されるパーム椰子殻(排出物)やパーム繊維(排出物)が排出される。
In the palm
半炭化プロセス12では、生鮮果房(FFB)を収穫時に得られたリサイクル原料であるパーム枝葉(OPF)を搾汁した後、搾汁残渣を半炭化させバイオマス半炭化物を得る。また、この半炭化プロセス12では、パーム枝葉(OPF)の搾汁によって生じた搾汁液を発酵させて、副産物であるバイオエタノールを生成する。
In the
水素製造プロセス14では、パーム油生産プロセス13の排出物である分離水を用いて、発酵によってメタンを生成する。そして、このメタンや、半炭化プロセス12の副産物であるバイオエタノールを用いて、水蒸気改質によって水素ガスを生成する。
In the
この水素製造プロセス14では、パーム油生産プロセス13の排出物である空果房、パーム椰子殻、パーム繊維などを用いて、燃焼などによって熱エネルギーや電力などの再生エネルギーを生成する。そして、この再生エネルギーを稼働エネルギー源として水蒸気改質を行う。
In the
本発明のバイオマス資源を用いた水素の製造方法10によれば、例えば700℃〜1000℃といった高温環境にするために大きなエネルギーを必要とする水蒸気改質工程の稼働エネルギー源として、パーム油生産プロセス13の排出物を用いた再生エネルギーを利用する。これによって、パーム油生産プロセス13の排出物である空果房、パーム椰子殻、パーム繊維などを有効に利用することができ、外部から電力や熱エネルギーなどを調達しなくても、水蒸気改質法により水素ガスを低コストに製造することができる。また、パーム油生産プロセス13に伴い排出される空果房、パーム椰子殻、パーム繊維などの排出物を、コストを掛けずに処理することができ、排出物を低減して環境保全を図ることが可能になる。
According to the
図2は、図1に示すバイオマス資源を用いた水素の製造方法をより詳細に示した概略説明図である。また、図3は、本発明の一実施形態であるバイオマス改質炭の製造方法を段階的に示したフローチャートである。なお、図3において、点線で囲まれた領域は、当該領域に向けて延びる矢印で示されるエネルギーや各物質が、当該領域に含まれる任意の工程に供給されることを示している。また、図3において、一点鎖線で囲まれた領域は、ある工程が複数の工程(下位工程)からなることを示している。
また、以下の説明において、褐炭と言った場合、石炭化度の低い(例えば、炭素含有量70wt%以下)の低品位炭を指し、これよりも石炭化度の高い亜瀝青炭、瀝青炭、無煙炭を除いた石炭を全て含む。
FIG. 2 is a schematic explanatory view showing in more detail a method for producing hydrogen using the biomass resource shown in FIG. Further, FIG. 3 is a flowchart showing a stepwise method for producing the biomass reformed coal according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3, the region surrounded by the dotted line indicates that the energy indicated by the arrow extending toward the region and each substance are supplied to an arbitrary process included in the region. Further, in FIG. 3, the region surrounded by the alternate long and short dash line indicates that a certain process is composed of a plurality of processes (lower processes).
Further, in the following description, the term lignite refers to low-grade coal having a low degree of coalification (for example, carbon content of 70 wt% or less), and subbituminous coal, bituminous coal, and anthracite coal having a higher degree of coalification. Includes all excluded coal.
パーム産業由来の未利用バイオマス資源と褐炭(低品質炭)とを原料とし、再生可能エネルギーを利用した、水素の製造方法10は、大別して、パーム椰子の収穫、分別プロセス11と、半炭化プロセス12と、パーム油生産プロセス13と、バイオマス改質炭製造プロセス14と、水蒸気改質水素生成プロセス15および水電解水素生成プロセス16を含む水素製造プロセス17とを備えている。なお、これら各プロセスを行う施設は、物理的に近接ないし一体の施設とすることが輸送効率上好ましい。また、バイオマス改質炭製造プロセス14は、必須の構成ではなく、低品位炭である褐炭がパーム椰子農園の近傍で入手可能な場合において、好ましく行うことができる工程である。
The
パーム椰子は、赤道を中心に北緯17度〜南緯20度の範囲、年間雨量1500〜2000mm、最低気温22〜24℃、最高気温29〜30℃、日照時間5時間/日以上の高温多湿な気候が栽培に好ましい環境であり、東南アジアやアフリカ、中南米が栽培適地とされている。 Palm palm has a hot and humid climate with a range of 17 degrees north latitude to 20 degrees south latitude centered on the equator, annual rainfall of 1500 to 2000 mm, minimum temperature of 22 to 24 ° C, maximum temperature of 29 to 30 ° C, and sunshine hours of 5 hours / day or more. Is a favorable environment for cultivation, and Southeast Asia, Africa, and Central and South America are considered to be suitable for cultivation.
プランテーションで栽培されるアブラヤシは、種子から発芽したのち、1年〜1年半程度、鉢で育てられた後、整地された土地に約140〜150本/ha程度の密度で植え付けられる。植え付け後、3年で葉の付け根に最初の花房が現れ、やがて全ての葉の付け根に花房がついていく。花房には、雄花房と雌花房があり、雄花は黄色で小さく、現れてから3〜4日で花粉をつくる。雌花も黄色い花で、10〜12個でひとつの花序をつくり、この花序が集まって花房になっている。花粉の飛ぶ距離はあまり長くないため、虫を媒介とした受粉などが行われる。 Oil palms cultivated in plantations are sprouting from seeds, grown in pots for about one to one and a half years, and then planted on the leveled land at a density of about 140 to 150 trees / ha. Three years after planting, the first inflorescence appears at the base of the leaf, and eventually all the inflorescences follow the root of the leaf. There are male and female inflorescences, and the male flowers are yellow and small, and pollen is produced 3 to 4 days after they appear. Female flowers are also yellow flowers, and 10 to 12 inflorescences form one inflorescence, and these inflorescences gather to form an inflorescence. Since pollen does not fly very long, pollination is carried out through insects.
受粉後、約150日で果実が成熟する。収穫は、発芽から3年〜4年半から始まり、8〜15年の木がもっともよく収穫できる。1本のパーム椰子からは年間で約11個の生鮮果房(FFB)が収穫可能であり、この収穫の際に2本のパーム枝葉(OPF:リサイクル原料)が伐採される。そして、約18年を過ぎると収穫量が減りはじめるため、通常は20〜25年ほどで伐採され、植え替えが行われる。 Fruits mature about 150 days after pollination. Harvesting begins three to four and a half years after germination, with trees eight to fifteen years being best harvested. About 11 fresh fruit bunches (FFB) can be harvested annually from one palm palm, and two palm branches and leaves (OPF: recycled raw material) are cut during this harvest. After about 18 years, the yield begins to decrease, so it is usually cut down and replanted in about 20 to 25 years.
図4は、パーム椰子の各構成部位を示す模式図である。
図4に示すように、パーム椰子1は、地面から立ち上がる樹幹2と、この樹幹2から枝分かれして延びるパーム枝葉(OPF:リサイクル原料)3と、パーム枝葉(OPF)3の付け根部分に生じる、多数の果実4を実らせた果房(生鮮果房)5とを有している。
FIG. 4 is a schematic view showing each constituent part of the palm palm.
As shown in FIG. 4, the
図5は、パーム椰子のパーム枝葉(OPF)を示す模式図である。
パーム枝葉(OPF)3は、パーム葉が生える葉部(Rachis)6およびこの葉部6よりも果房5側を成す葉柄(Petiole)7とからなる。
FIG. 5 is a schematic view showing palm branches and leaves (OPF) of palm palm.
The palm branch leaf (OPF) 3 is composed of a leaf portion (Rachis) 6 on which a palm leaf grows and a
図6はパーム椰子の果実の断面を示す模式図である。
果実4は、外果皮4Aと、パーム油を含む果肉(中果皮)4Bと、内果皮に包まれ、パーム核油を含むパーム椰子核4Cとからなる。
FIG. 6 is a schematic view showing a cross section of a palm palm fruit.
The
収穫、分別プロセス(収穫工程S1)11では、パーム農園で栽培されたパーム椰子の生鮮果房(FFB)を収穫する。また、パーム椰子の生鮮果房(FFB)を収穫する際には、生鮮果房(FFB)の周囲に生えているパーム枝葉(OPF)を伐採する必要がある。なお、1つの生鮮果房(FFB)を収穫する際には、2本のパーム枝葉(OPF)が伐採されることになる。 In the harvesting and sorting process (harvesting step S1) 11, the fresh fruit bunches (FFB) of palm palms cultivated in the palm plantation are harvested. In addition, when harvesting the fresh fruit bunch (FFB) of palm palm, it is necessary to cut down the palm branches and leaves (OPF) growing around the fresh fruit bunch (FFB). When harvesting one fresh fruit bunch (FFB), two palm branches and leaves (OPF) will be cut down.
収穫、分別プロセス11で得られたパーム枝葉(OPF)は、更に、パーム葉が生える葉部(Rachis)およびこの葉部よりも生鮮果房(FFB)側を成す葉柄(Petiole)に切り分けられる。そして、以下の半炭化プロセス12では、パーム枝葉(OPF)として、葉柄(Petiole)が用いられる。もちろん、葉部も含めて半炭化プロセス12に用いることも可能である。なお、パーム枝葉(OPF)3において、葉柄7と葉部6との重量比はおよそ50:50である。こうしたパーム枝葉(OPF)3の葉柄7は、樹幹2に繋がる付け根(基部)から中央部分にかけて、澱粉含量がとりわけ高いのが特徴となっている。
The palm branches and leaves (OPF) obtained in the harvesting and sorting
一方、切り分けられた葉部(Rachis)6は、パーム椰子農園の育成中のパーム椰子の周辺に敷設される。こうした多数の葉が付いた葉部(Rachis)をパーム椰子の周辺に置くことによって、パーム椰子の果房を狙う野ネズミを捕食する蛇類の棲み処を確保し、パーム椰子の鼠害を防止する。 On the other hand, the carved leaf part (Rachis) 6 is laid around the palm palm under cultivation of the palm palm plantation. By placing a leaf part (Rachis) with such a large number of leaves around the palm palm, a habitat for snakes that prey on wild rats aiming at the palm palm fruit cluster is secured, and the palm palm is prevented from being damaged by rats. To do.
以上の収穫、分別プロセス(収穫工程S1)11によって、生鮮果房(FFB)、およびパーム枝葉(OPF)の葉柄7が得られる。また、例えば、20年以上経過したパーム椰子1も伐採され、パーム古木(OPT)および残ったパーム枝葉(OPF)として回収される。
By the above harvesting and sorting process (harvesting step S1) 11, the
パーム古木(OPT)の樹幹は、大量の樹液を含んでおり、その樹液の含量は中心部分ほど高い傾向があるが、平均して約65%〜85%程度である。このパーム古木(OPT)は、グルコース、フラクトース、スクロースが非常に多い優良な糖液である。パーム古木(OPT)の樹齢などによって若干の差異はあるが、伐採直後の全糖量はおおよそ7〜10%程度である。同一樹幹でみればその上下における糖含量の分布では、最下部では2割程度低いが、中間部から最上部までほぼ同程度である。 The trunk of old palm trees (OPT) contains a large amount of sap, and the content of the sap tends to be higher toward the central part, but the average is about 65% to 85%. This old palm tree (OPT) is an excellent sugar solution that is very high in glucose, fructose, and sucrose. Although there are some differences depending on the age of old palm trees (OPT), the total sugar content immediately after logging is about 7 to 10%. Looking at the same trunk, the distribution of sugar content above and below it is about 20% lower at the bottom, but about the same from the middle to the top.
なお、パーム古木(OPT)は、伐採後に一定期間貯蔵することによって、糖含量が大きく増加するという、熟成現象ともいえる変化があることも知られている。例えば、伐採直後の樹液含量は65%〜85%で貯蔵期間中ほとんど変化しないが、一方で糖含量は最大15%近くまで上昇することが知られている。一例としてサトウキビの搾汁液の糖含量が約16%であることを考慮すると、適当な熟成期間を経ることによって、パーム古木(OPT:リサイクル原料)がサトウキビに相当する糖含量を持つ原料になる可能性がある。このため、伐採後のパーム古木(OPT)を一定期間貯蔵して糖含量を増加させることも好ましい。 It is also known that old palm trees (OPT) have a change that can be said to be a ripening phenomenon, in which the sugar content is greatly increased by storing the trees for a certain period of time after logging. For example, it is known that the sap content immediately after logging is 65% to 85% and hardly changes during the storage period, while the sugar content rises up to nearly 15%. Considering that the sugar content of sugar cane juice is about 16% as an example, old palm trees (OPT: recycled material) can become a raw material having a sugar content equivalent to sugar cane after an appropriate aging period. There is sex. For this reason, it is also preferable to store old palm trees (OPT) after logging for a certain period of time to increase the sugar content.
収穫、分別プロセス(収穫工程S1)11を経た生鮮果房(FFB)はパーム油生産プロセス13に、またパーム枝葉(OPF:リサイクル原料)は半炭化プロセス12にそれぞれ送られる。
The fresh fruit bunches (FFB) that have undergone the harvesting and sorting process (harvesting step S1) 11 are sent to the palm
まず、半炭化プロセス12について説明する。半炭化プロセス12では、パーム枝葉(OPF)の葉柄7を洗浄する。洗浄には水を用いる。なお、こうした葉柄7の洗浄に用いた洗浄排水は、沈殿などの工程を行って再生水として循環利用することが好ましい。
First, the
次に、洗浄した葉柄7を脱水ないし乾燥させる。葉柄7の乾燥は、例えば、天日干しによって行うことが好ましい。また、温風等による乾燥機を用いて乾燥することもできる。また、脱水機を用いて脱水することもできる。
Next, the washed
収穫工程S1でのハンドリング上、0.5〜1m程度におおまかに切断されたパーム枝葉(OPF)の葉柄7は、そのまま、後述する搾汁工程S3に送られるが、葉柄7とともに、収穫、分別プロセス(収穫工程S1)11で回収されたパーム古木(OPT:リサイクル原料)も破砕する事(第1破砕工程S2)により用いることができる。こうしたパーム古木(OPT)も葉柄7と共に用いることで、樹木としては強度不足で活用することが困難であったパーム古木(OPT)を有効に活用できる。
The
次に、第1破砕工程S2で破砕されたパーム古木(OPT)および葉柄7から搾汁し、得られた搾汁液と第1固形残渣(葉柄7およびパーム古木(OPT)の破砕物(例えば、50mm以下程度の塊状物)から樹液を搾り取ったもの)とを分離する(搾汁工程S3)。葉柄7やパーム古木(OPT)の破砕物を搾汁する際には、例えば、サトウキビの搾汁などに用いるローラープレス式の搾汁機を用いることができる。
Next, juice is squeezed from the old palm tree (OPT) and the
搾汁液と第1固形残渣との分離は、遠心分離や濾過分離などの分離方法によって行うことができる。分離された搾汁液は、例えば黄濁色の液体を成し、多量の糖成分を含有している。こうした搾汁液を用いて、バイオ燃料であるバイオエタノールや食品原料を製造する(バイオエタノール製造工程S4)。また、このバイオエタノール製造工程S4において、搾汁液の糖成分を用いて食品原料を製造することもできる。 The juice juice and the first solid residue can be separated by a separation method such as centrifugation or filtration. The separated juice liquor forms, for example, a yellowish turbid liquid and contains a large amount of sugar components. Bioethanol, which is a biofuel, and food raw materials are produced using such juice (bioethanol production step S4). Further, in the bioethanol production step S4, a food raw material can be produced using the sugar component of the juice squeezed liquid.
バイオエタノール製造工程S4は、例えば、濃縮工程S4A,発酵工程S4B,および精製工程S4Cを備えている。濃縮工程S4Aでは、搾汁液を効率的に発酵可能な程度まで濃縮を行う。濃縮工程S4Aは、例えば、搾汁液の遠心分離や、加熱による水分の減少などによって行うことができる。 The bioethanol production step S4 includes, for example, a concentration step S4A, a fermentation step S4B, and a purification step S4C. In the concentration step S4A, the juice is concentrated to the extent that it can be efficiently fermented. The concentration step S4A can be performed, for example, by centrifuging the juice or reducing the water content by heating.
発酵工程S4Bでは、発酵によって搾汁液に含まれる糖成分をメタンガスやバイオエタノールにする。例えば、アルコール発酵(Ethanol Fermentation)によって、糖成分(グルコース、フラクトース、ショ糖)を分解して、エタノール(バイオエタノール)および二酸化炭素を生成させる。 In the fermentation step S4B, the sugar component contained in the juice is converted to methane gas or bioethanol by fermentation. For example, by alcoholic fermentation (Ethanol Fermentation), sugar components (glucose, fructose, sucrose) are decomposed to produce ethanol (bioethanol) and carbon dioxide.
精製工程S4Cでは、バイオエタノールや糖成分を精製して不純物を除去し、より純度の高いバイオエタノールを得る。また、発酵によって生じた糖成分を食品原料とすることもできる。このようなバイオエタノール製造工程S4で得られたバイオエタノールは、後述する水蒸気改質水素生成プロセス15において、水素生成原料の1つとして用いられる。
In the purification step S4C, bioethanol and sugar components are purified to remove impurities to obtain bioethanol with higher purity. In addition, the sugar component produced by fermentation can be used as a food raw material. The bioethanol obtained in such a bioethanol production step S4 is used as one of the hydrogen generation raw materials in the steam reforming
前工程である搾汁工程S3で生じる搾汁液は比較的多量であり、そのまま排出すれば水質汚染等の懸念があるが、搾汁液の発酵、精製によってバイオエタノールや糖成分(食品原料)を製造することによって、搾汁液の有効利用を図るとともに、搾汁液による水質汚染を防止することができる。現状、パーム古木(OPT)は農地に於いて破砕若しくは切倒されたまま腐敗し、パーム枝葉(OPF)もFFB収穫時に2本切落され、その場に放置されるため、腐敗し、環境汚染源となっている。 The amount of squeezed liquid produced in the squeezing step S3, which is the previous process, is relatively large, and if it is discharged as it is, there is a concern about water pollution. By doing so, it is possible to make effective use of the squeezed liquid and prevent water pollution caused by the squeezed liquid. At present, old palm trees (OPT) rot while being crushed or cut down on farmland, and two palm branches and leaves (OPF) are also cut off at the time of FFB harvest and left on the spot, so they rot and become a source of environmental pollution. It has become.
一方、前述した搾汁工程S3で得られた、第1固形残渣である圧搾された圧搾ケーキは、破砕によってパーム枝葉破砕物が形成される(第2破砕工程S5)。第1固形残渣の圧搾ケーキは、例えば、ロータリー刃を備えた破砕機によって破砕されればよい。これによって得られるパーム枝葉破砕物は、例えば本実施形態においては、寸法が例えば50mm程度以下の破砕物である。搾汁工程の前段に破砕工程を設ける事も搾汁方式により選択する。 On the other hand, in the squeezed cake which is the first solid residue obtained in the above-mentioned juice squeezing step S3, a crushed palm foliage is formed by crushing (second crushing step S5). The squeezed cake of the first solid residue may be crushed by, for example, a crusher provided with a rotary blade. The crushed palm foliage obtained thereby is, for example, in the present embodiment, a crushed product having a size of, for example, about 50 mm or less. It is also selected by the juice squeezing method to provide a crushing process before the juice squeezing process.
なお、第2破砕工程S5において、後述するパーム油生産プロセス13における果実を脱果させた後の破砕した空果房(EFB)、および果実を搾油後のパーム椰子殻(PKS)を、パーム枝葉破砕物に加えることができる。なお、以下の説明では、こうした空果房粉状物やパーム椰子殻粉状物を加えたものも含めてパーム枝葉粉状物と述べる。
In the second crushing step S5, the crushed empty fruit bunch (EFB) after the fruit was degreased in the palm
後述する、乾燥工程S6A、半炭化工程S6Bによる半炭化の利点の1つとして、破砕動力の低減が挙げられる。パーム枝葉(OPF)、パーム古木(OPT)組織が脆弱な為、半炭化工程S6B前のある程度の破砕は動力負荷が少ないが、空果房(EFB)の破砕動力負荷に関しては 半炭化工程S6B前の破砕動力負荷が大きい。このため、空果房(EFB)に関しては、半炭化工程S6B前の第2破砕工程S5で例えば50mm〜150mm程度に破砕後、水分調整のための乾燥工程S6A、半炭化工程S6Bを行ってから15mm以下程度に粉砕することで動力負荷が低減し、経済的には好ましい。 One of the advantages of semi-carbonization by the drying step S6A and the semi-carbonization step S6B, which will be described later, is the reduction of crushing power. Since the palm branches and leaves (OPF) and old palm trees (OPT) are fragile, the power load is small for some crushing before the semi-carbonization process S6B, but the power load for crushing the empty fruit bunch (EFB) is before the semi-carbonization process S6B. Crushing power load is large. Therefore, regarding the empty fruit bunch (EFB), after crushing to, for example, about 50 mm to 150 mm in the second crushing step S5 before the semi-carbonization step S6B, the drying step S6A and the semi-carbonization step S6B for adjusting the water content are performed. By pulverizing to about 15 mm or less, the power load is reduced, which is economically preferable.
次に、第2破砕工程S5で得られたパーム枝葉破砕物を用いて、後述するバイオマス改質炭の原料となるバイオマス半炭化物やこれを用いた燃料用ペレットを製造する(燃料用ペレット製造工程S6)。燃料用ペレット製造工程S6は、乾燥工程S6A、半炭化工程S6B、粉砕工程S6C、圧縮成形工程S6Dとを含む。半炭化工程S6Bでは、第2破砕工程S5で得られたパーム枝葉破砕物を半炭化炉によって半炭化処理(トレファイド)を施す。パーム枝葉破砕後の水分調整した乾燥物を例えば300℃以下、酸素10%未満の雰囲気で半炭化処理することで、発熱量を2〜3割向上させるとともに、耐水性を高めることができる。 Next, using the crushed palm foliage obtained in the second crushing step S5, a biomass semi-carbide which is a raw material for biomass reformed coal described later and a fuel pellet using the same are produced (fuel pellet manufacturing step). S6). The fuel pellet manufacturing step S6 includes a drying step S6A, a semi-carbonization step S6B, a pulverization step S6C, and a compression molding step S6D. In the semi-carbonization step S6B, the palm foliage crushed product obtained in the second crushing step S5 is semi-carbonized by a semi-carbonization furnace. By semi-carbonizing the dried product after crushing the palm branches and leaves in an atmosphere of, for example, 300 ° C. or lower and less than 10% oxygen, the calorific value can be improved by 20 to 30% and the water resistance can be improved.
第2破砕工程S5での産物は、パーム枝葉(OPF)、パーム古木(OPT)の場合は、含水率は40%前後、空果房(EFB)の場合は50%前後と多い。このため、乾燥工程S6Aから半炭化工程S6Bまでを1回で行うか、これらの工程を2段階にするかは、設備によって異なるが、乾燥工程S6A後において通常、含水率は10〜13%程度、その後の半炭化工程S6Bにおいて含水率12%以下、好ましくは5%前後(その後、吸湿によって8〜10%)とする。 The products in the second crushing step S5 have a water content of about 40% in the case of palm branches and leaves (OPF) and old palm trees (OPT), and about 50% in the case of empty fruit bunch (EFB). Therefore, it depends on the equipment whether the drying step S6A to the semi-carbonizing step S6B is performed once or these steps are performed in two steps, but the water content is usually about 10 to 13% after the drying step S6A. In the subsequent semi-carbonization step S6B, the water content is 12% or less, preferably around 5% (then, 8 to 10% due to moisture absorption).
水分調整のための乾燥設備は、例えばベルト乾燥機、あるいは回転式の熱処理炉がある。次工程である半炭化工程投入材料の水分量を一定にする事は、次工程である半炭化処理に重要な点で、出口含水率を13%程度以下で安定した含水率にする事が求められる。 The drying equipment for adjusting the water content includes, for example, a belt dryer or a rotary heat treatment furnace. The semi-carbonization process, which is the next step, keeping the water content of the input material constant is important for the semi-carbonization treatment, which is the next step, and it is required that the outlet moisture content be stable at about 13% or less. Be done.
半炭化処理を行うための半炭化処理装置は、例えば、回転式の熱処理炉であればよい。こうした回転式の熱処理炉を用いて、パーム枝葉粉状物を例えば200℃〜350℃程度に加熱し、5分〜90分間保持することによって、含水率を0%〜12%程度にする。 The semi-carbonization treatment apparatus for performing the semi-carbonization treatment may be, for example, a rotary heat treatment furnace. Using such a rotary heat treatment furnace, the palm foliage powder is heated to, for example, about 200 ° C. to 350 ° C. and held for 5 to 90 minutes to bring the water content to about 0% to 12%.
半炭化処理(トレファイド)に用いる熱処理炉の稼働に必要な稼働エネルギー源としては、パーム椰子殻(PKS:排出物)やパーム繊維(Fiber:排出物)を用いた後述するエネルギー生成工程S16によって得られた電力、蒸気及び熱エネルギーなどを用いることができる。 The operating energy source required for the operation of the heat treatment furnace used for the semi-carbonization treatment (trefide) is obtained by the energy generation step S16 described later using palm coconut shell (PKS: waste) and palm fiber (Fiber: waste). The generated electric power, steam and thermal energy can be used.
以上のような半炭化工程S6Bによって、第1固形残渣から半炭化処理(トレファイド)されたバイオマス半炭化物が得られる。このバイオマス半炭化物は、後述するバイオマス改質炭の製造原料として用いられる。また、このバイオマス半炭化物は、次に述べる燃料用ペレットの原料としても用いることができる。 By the semi-carbonization step S6B as described above, a semi-carbonized biomass semi-carbonized product obtained by semi-carbonization treatment (trefide) from the first solid residue is obtained. This biomass semi-carbide is used as a raw material for producing biomass reformed coal, which will be described later. The biomass semi-carbide can also be used as a raw material for the fuel pellets described below.
バイオマス半炭化物を燃料用ペレットの製造に用いる場合、半炭化処理されたパーム枝葉破砕物であるバイオマス半炭化物に対して、パーム由来のリグニンを添加した後、圧縮成形してペレット化する(圧縮成形工程S6D)。圧縮成形工程S6Dでは、例えば、ダイス押出式のペレット成形装置を用いることができる。こうした圧縮成形工程S6Dにおいても、例えばペレット成形装置の駆動源として、空果房(EFB)やパーム椰子殻(PKS)やパーム繊維(Fiber)などを用いた後述するエネルギー生成工程S16によって得られた再生可能エネルギーである、電力、蒸気及び熱エネルギーなどを用いることができる。 When biomass semi-carbide is used for the production of fuel pellets, palm-derived lignin is added to the biomass semi-carbide, which is a semi-carbonized palm branch and leaf crushed product, and then compression molding is performed to pelletize (compression molding). Step S6D). In the compression molding step S6D, for example, a die extrusion type pellet molding apparatus can be used. Also in such a compression molding step S6D, for example, it was obtained by an energy generation step S16 described later using an empty fruit bunch (EFB), a palm coconut shell (PKS), a palm fiber (Fiber), etc. as a driving source of the pellet molding apparatus. Renewable energies such as electric power, steam and thermal energy can be used.
なお、圧縮成形工程S6Dにおいて、投入材料中のリグニン量がペレットの成形度合に関係するが、リグニン量を調整する場合、パーム由来のリグニンが利用できる。また、ペレット成形前の材料寸法は、成形するペレット径により、粉砕による寸法調整が必要となる。また、上述した実施形態では、燃料用ペレット製造工程S6において、半炭化工程S6Bの後、圧縮成形工程S6Dを行っているが、圧縮成形工程S6Dを行ってから、半炭化工程S6Bを行うこともできる。この場合、圧縮成形工程S6Dへの投入原料寸法は、成形するペレット径により決まる。 In the compression molding step S6D, the amount of lignin in the input material is related to the degree of molding of the pellets, but when adjusting the amount of lignin, lignin derived from palm can be used. Further, the material size before pellet molding needs to be adjusted by crushing depending on the pellet diameter to be molded. Further, in the above-described embodiment, in the fuel pellet manufacturing step S6, the compression molding step S6D is performed after the semi-carbonization step S6B, but the semi-carbonization step S6B may be performed after the compression molding step S6D. it can. In this case, the dimensions of the raw material input to the compression molding step S6D are determined by the pellet diameter to be molded.
通常、木質の場合 ペレット成形機投入物の前処理粉砕所要エネルギーは、半炭化による脆化の為、半炭化度合いが進むほど粉砕エネルギーは低減する。このため、半炭化工程S6Bの後、圧縮成形工程S6Dを行うことが好ましい。 Normally, in the case of wood, the energy required for pretreatment crushing of the pellet molding machine input is embrittlement due to semi-carbonization, so the crushing energy decreases as the degree of semi-carbonization progresses. Therefore, it is preferable to perform the compression molding step S6D after the semi-carbonization step S6B.
一方、パーム枝葉(OPF)、あるいはパーム古木(OPT)は、組織が脆弱な為、粉砕所要エネルギーは少ない。このため、圧縮成形工程S6Dを行ってから、半炭化工程S6Bを行うことも好ましい。また、空果房(EFB)組織が非脆弱であり、半炭化工程S6Bの後、粉砕工程S6Cを経過し、圧縮成形工程S6Dを行うことが好ましい。 On the other hand, palm branches and leaves (OPF) or old palm trees (OPT) have a fragile tissue, so that the energy required for crushing is small. Therefore, it is also preferable to perform the compression molding step S6D and then the semi-carbonization step S6B. Further, since the empty fruit bunch (EFB) structure is non-fragile, it is preferable that the semi-carbonization step S6B is followed by the pulverization step S6C and the compression molding step S6D.
以上のような工程を経て固形バイオマス燃料である燃料用ペレットが得られる。
なお、本実施形態においては、半炭化工程S6Bを行った後に圧縮成形工程S6Dを実施しているが、こうした工程は、逆の順番で行うこともできる。即ち、第2破砕工程S5で得られたパーム枝葉破砕物を圧縮成形工程S6Dによってペレット化した後、このペレットを熱処理炉等を用いた半炭化工程S6Bによって半炭化しバイオマス半炭化物を得る。そして、このバイオマス半炭化物を用いて、燃料用ペレットを製造することもできる。
Through the above steps, fuel pellets, which are solid biomass fuels, can be obtained.
In the present embodiment, the compression molding step S6D is carried out after the semi-carbonization step S6B is carried out, but such steps can also be carried out in the reverse order. That is, the crushed palm foliage obtained in the second crushing step S5 is pelletized by the compression molding step S6D, and then the pellets are semi-carbonized by the semi-carbonization step S6B using a heat treatment furnace or the like to obtain a biomass semi-carbide. Then, using this biomass semi-carbide, pellets for fuel can also be produced.
燃料用ペレットは、半炭化処理を行ったパーム枝葉粉状物をペレット化したものである。燃料用ペレットは、例えば概略円柱形状をなしており、直径が4mm〜20mm、長さが5mm〜100mmの範囲内とされている。また、その嵩比重が0.65以上0.85以下の範囲内とされている。 Fuel pellets are made by pelletizing semi-carbonized palm foliage powder. The fuel pellet has, for example, a substantially cylindrical shape, and has a diameter of 4 mm to 20 mm and a length of 5 mm to 100 mm. Further, the bulk specific gravity is set to be in the range of 0.65 or more and 0.85 or less.
半炭化工程S6Bを経たバイオマス半炭化物は、ペレット形状のみならず、石炭コークス代替燃料のバイオコークスブリケット、例えば直径が50〜150mm、長さが(直径)×1〜5の範囲内の製品にも成形可能である。 Biomass semi-carbide that has undergone the semi-carbonization step S6B can be used not only in pellet shape but also in bio-coke briquettes, which are alternative fuels for coal coke, for example, products with a diameter of 50 to 150 mm and a length within the range of (diameter) x 1 to 5. It can be molded.
そして、燃料用ペレットは、脱水処理や半炭化処理によって水分及び揮発成分も低減はするが、燃料用ペレットにおける含水率は12%以下の範囲内に調整されており、熱量が20kJ/kg以上24kJ/kg以下の範囲内とされている。 Although the water content and volatile components of the fuel pellets are reduced by dehydration treatment and semi-carbonization treatment, the water content of the fuel pellets is adjusted within the range of 12% or less, and the calorific value is 20 kJ / kg or more and 24 kJ. It is said to be within the range of / kg or less.
さらに、燃料用ペレット20においては、JIS M 8801で規定されているハードグローブ粉砕性指数(HGI)が22以上50以下の範囲内とされている。なお、参考例として、微粉炭ボイラにおける運用下限値は、HGI=40以上とされている。
また、燃料用ペレットは、半炭化処理によって表面が疎水性を有しており、耐水性が向上されており、水に浸漬しても、容易に崩壊せずに形状が維持されることになる。
Further, in the fuel pellet 20, the Hardgrove Grindability Index (HGI) defined by JIS M 8801 is in the range of 22 or more and 50 or less. As a reference example, the lower limit of operation for a pulverized coal boiler is HGI = 40 or more.
In addition, the fuel pellet has a hydrophobic surface due to semi-carbonization treatment, and has improved water resistance. Even if it is immersed in water, it does not easily collapse and its shape is maintained. ..
一方、上述した搾汁工程S3、および燃料用ペレット製造工程S6でそれぞれ生じたパーム椰子由来の搾汁液(OPT・OPF−Juice)を集約して、バイオエタノール製造工程S4に用いて濃縮し、発酵、精製を行うことができる。 On the other hand, the squeezed juices (OPT / OPF-Juice) derived from palm palm produced in the above-mentioned juice squeezing step S3 and fuel pellet manufacturing step S6 are aggregated and used in the bioethanol production step S4 to concentrate and ferment. , Purification can be performed.
半炭化プロセス12を構成する各工程で生じた、椰子由来の糖成分を含んでいる搾汁液を集めてバイオエタノール製造工程S4に用いることにより、農園に廃棄し、腐敗し、メタンガス放出していたパーム枝葉(OPF)、パーム古木(OPT)が バイオマス資源として有効利用が出来る。
By collecting the squeezed liquid containing the sugar component derived from coconut produced in each step constituting the
エネルギー生成工程S16は、脱果工程S11で生じた脱果後の空果房(EFB:排出物)やパーム繊維(Fiber:排出物)、および椰子核分離工程S14で分離されたパーム椰子殻(PKS:排出物)を燃焼等によって熱エネルギーを生成し、この熱エネルギーを用いて水を加熱して水蒸気(高温蒸気)や電力など生成する。こうしたエネルギー生成工程S16で得られた熱エネルギーや水蒸気(高温蒸気)は、後述する水蒸気改質水素生成プロセス15に、また、電力は水蒸気改質水素生成プロセス15や水電解水素生成プロセス16に用いることができる。
In the energy generation step S16, the empty fruit bunch (EFB: discharge) and palm fiber (Fiber: discharge) generated in the fruit removal step S11, and the palm coconut shell separated in the coconut core separation step S14 (EFB: discharge). PKS: Emissions) are burned to generate heat energy, and this heat energy is used to heat water to generate steam (high temperature steam), electric power, and the like. The heat energy and steam (high temperature steam) obtained in the energy generation step S16 are used in the steam reforming
また、エネルギー生成工程S16で得られた熱エネルギーや電力は、後述するバイオマス改質炭製造プロセス14である各工程(褐炭乾燥工程S21、褐炭粉砕工程S22、混合工程S23、圧縮成型工程S24)の稼働エネルギー源として使用することもできる。
Further, the heat energy and electric power obtained in the energy generation step S16 are used in each step (brown coal drying step S21, brown charcoal crushing step S22, mixing step S23, compression molding step S24) which is a biomass reformed
次に、パーム油生産プロセス13について説明する。
パーム油生産プロセス13では、生鮮果房(FFB)を洗浄した後、生鮮果房(FFB)を蒸煮して、果実と空果房(EFB)に分離する(脱果工程S11)。パーム椰子は、果実の中に油分を分解するリパーゼ酵素を含んでいるため、収穫した瞬間から、このリパーゼ酵素が活性化される。このため、生鮮果房(FFB)の収穫後は24時間以内に熱を加え、リパーゼ酵素を不活性化させる必要がある。
Next, the palm
In the palm
こうした生鮮果房(FFB)を蒸煮の目的は、油を分解する酵素を不活性化(失活)させることである。こうした不活性化のためには例えば、回転式の蒸煮プロセスでは、75分から90分にわたって、最高温度140℃(圧力+2気圧)をピークに2,3回圧力をスイングする操作がなされる。また、蒸煮することで、果房から果実が離脱しやすくなり、また果実を柔軟にして、パーム油生産プロセス13での搾油を容易にする。果房から果実を離脱させるには、例えば、脱果機などを用いて果房を叩き、果房の茎と果実に分離する。
この後、分離した果実から効率よく搾油するため、果実を蒸気で95℃から100℃に加熱しながら約30分程度攪拌し、スラリー状にする(消化)。
The purpose of steaming these fresh fruit bunches (FFBs) is to inactivate (inactivate) the enzymes that break down oil. For such inactivation, for example, in the rotary steaming process, the operation of swinging the pressure a few times with the maximum temperature of 140 ° C. (pressure + 2 atm) peaking is performed for 75 to 90 minutes. Further, by steaming, the fruits are easily separated from the fruit bunches, and the fruits are softened to facilitate oil extraction in the palm
After that, in order to efficiently squeeze the separated fruits, the fruits are stirred for about 30 minutes while heating at 95 ° C. to 100 ° C. with steam to form a slurry (digestion).
こうした脱果工程S11において、前述したエネルギー生成工程S16で得られた蒸気を用いて、生鮮果房(FFB)を蒸煮することができる。脱果工程S11は、パーム油生産プロセス13の中でもっとも蒸気使用量が大きい。
In such a fruit removal step S11, the fresh fruit bunch (FFB) can be steamed using the steam obtained in the above-mentioned energy generation step S16. The fruit removal step S11 uses the largest amount of steam in the palm
また、この脱果工程S11で生じた脱果後の空果房(EFB)は、ある程度の脱水後、前述した半炭化プロセス12における第2破砕工程S5に導入し、パーム枝葉粉状物の一部として燃料用ペレットの製造原料に用いることで、木質廃棄物の削減、有効利用を図ることができる。また、脱果後の空果房(EFB)は、パーム古木の第1破砕工程S2を使用して破砕することも可能である。
Further, the empty fruit bunch (EFB) after fruit removal generated in this fruit removal step S11 is introduced into the second crushing step S5 in the
次に、脱果工程S11においてスラリー状にした果実を搾油する(第1搾油工程S12)。例えば、第1搾油工程S12では、スクリュー式の搾油機を用いて、圧力によって粗パーム油およびパーム椰子核を含む繊維質である第2固形残渣に分離する。 Next, the fruit slurried in the fruit removing step S11 is squeezed (first oil squeezing step S12). For example, in the first oil squeezing step S12, a screw type oil squeezing machine is used to separate the crude palm oil and the second solid residue which is a fibrous material containing palm coconut nuclei by pressure.
次に、第1搾油工程S12で得られた粗パーム油に対して加水し、例えば約85℃程度に加熱して静置した後、比重差による油水分離を行ってパーム油と第2パーム椰子排水(POME)とを得る(油水分離工程S13)。なお、加水後に更に遠心分離器によって繊維や水分などを取り除くことで、迅速に油水分離を行うこともできる。 Next, the crude palm oil obtained in the first oil extraction step S12 is hydrated, heated to, for example, about 85 ° C. and allowed to stand, and then oil-water separation is performed according to the difference in specific gravity to perform palm oil and second palm palm. Wastewater (POME) is obtained (oil-water separation step S13). It is also possible to quickly separate oil and water by further removing fibers, water and the like with a centrifuge after water addition.
こうした油水分離工程S13で分離された分離水(POME:排出物)は、油水分離によっても水層に溶存している椰子由来の油脂を完全には分離除去できず、椰子由来の油脂を一定量含んでいる。この分離水(POME)を後述するメタン製造工程(発酵工程)S17の原料として用いる。 The separated water (POME: discharge) separated in the oil-water separation step S13 cannot completely separate and remove the coconut-derived fats and oils dissolved in the aqueous layer even by the oil-water separation, and a certain amount of coconut-derived fats and oils are removed. Includes. This separated water (POME) is used as a raw material for the methane production step (fermentation step) S17 described later.
メタン製造工程(発酵工程)S17は、油水分離工程S13で分離された分離水(POME:排出物)に残留している油分、糖成分を、例えばメタン細菌などによって発酵させメタンにする。こうしてメタン製造工程(発酵工程)S17で得られたメタンは、後述する水蒸気改質水素生成プロセス15において、水素生成原料の1つとして用いられる。
In the methane production step (fermentation step) S17, the oil and sugar components remaining in the separated water (POME: discharge) separated in the oil-water separation step S13 are fermented by, for example, methane bacteria to produce methane. The methane thus obtained in the methane production step (fermentation step) S17 is used as one of the hydrogen producing raw materials in the steam reforming
このように、パーム油生産プロセス13を構成する油水分離工程S13で生じた、椰子由来の油脂を含む分離水(POME)を用いて、メタン製造工程(発酵工程)S17によってメタンを生成することによって、従来、問題となっていたパーム椰子由来の排水(POME)の外部への排出による水質汚染を防止するとともに、こうした排水(POME)を有効に再利用することが可能になる。
As described above, by producing methane in the methane production step (fermentation step) S17 using the separated water (POME) containing fats and oils derived from palm produced in the oil-water separation step S13 constituting the palm
なお、未利用バイオマス資源である分離水(POME)からメタン製造工程(発酵工程)S17によって生成されたメタンは、後述する水蒸気改質水素生成プロセス15以外にも、メタンガスによるバイオマス発電および燃焼エネルギーが得られ、自家消費エネルギーとして使用する事も、有価物として売却する事も出来る。
The methane produced by the methane production process (fermentation process) S17 from the separated water (POME), which is an unused biomass resource, can be used for biomass power generation and combustion energy by methane gas in addition to the steam reforming
第1搾油工程S12で生じた、椰子由来の油脂を含んでいる分離水(POME)処理場ラグーンから発生していた膨大な温暖化ガスであるメタンを回収することで、自家消費エネルギーに加え、メタンガス利用による温暖化防止と、POME処理排水による、水質汚染を防止することが可能になる。更に河川放流水の浄化、未利用バイオマス固形炭化物により、放流水の色素、フミン酸を吸着する事等々、大気及び水質の環境保全に適合したパーム椰子農園の持続的な運営が出来る。 By recovering methane, which is a huge greenhouse gas generated from the separated water (POME) treatment plant lagoon containing fats and oils derived from coconuts, which was generated in the first oil extraction step S12, in addition to self-consumed energy, It is possible to prevent global warming by using methane gas and water pollution by POME-treated wastewater. Furthermore, it is possible to sustainably operate palm coconut farms that are suitable for environmental conservation of air and water quality, such as purification of river effluent and adsorption of efmic acid and pigments of effluent by unused biomass solid carbides.
一方、第2固形残渣には、パーム椰子核が含まれており、第2固形残渣を乾燥、粉砕後、パーム椰子核とパーム椰子殻(PKS)とを分離する(椰子核分離工程S14)。こうした分離は、例えば、空気流によって行うことができる。そして、分離されたパーム椰子核を搾油してパーム核油を得る(第2搾油工程S15)。 On the other hand, the second solid residue contains a palm coconut kernel, and after the second solid residue is dried and crushed, the palm coconut kernel and the palm coconut shell (PKS) are separated (palm nucleus separation step S14). Such separation can be done, for example, by air flow. Then, the separated palm coconut kernel is squeezed to obtain palm kernel oil (second oil squeezing step S15).
一方、椰子核分離工程S14で分離されたパーム椰子殻(PKS)の一部は、そのままで市場性を有した有価物燃料として売却されるが、含水率が一定ではなく乾燥する事例もある。但し、その後の吸湿、並びに乾燥コストが増加する等の問題がある。本実施形態では、パーム枝葉(OPF)由来の燃料用ペレット製造工程S6にパーム椰子殻(PKS)を添加若しくは、単独で製造すればよく、製造コストは現状の乾燥製品に比べても安価で、尚且つ疎水性のある極めて石炭に近いパーム椰子殻(PKS)由来の半炭化物であるバイオマス半炭化物にすることができる。 On the other hand, a part of the palm coconut shell (PKS) separated in the coconut nucleus separation step S14 is sold as a valuable fuel having marketability as it is, but there are cases where the water content is not constant and it dries. However, there are problems such as subsequent moisture absorption and an increase in drying cost. In the present embodiment, the palm coconut shell (PKS) may be added to the pellet manufacturing process S6 for fuel derived from palm branches and leaves (OPF) or manufactured independently, and the manufacturing cost is lower than that of the current dried product. Moreover, it can be made into a biomass semi-carbide which is a semi-carbide derived from palm coconut shell (PKS) which is very hydrophobic and very close to coal.
また、エネルギー生成工程S16で得られた蒸気は、脱果工程S11で生鮮果房(FFB)を蒸すための飽和蒸気として用いることができる。また、電力は、燃料用ペレット製造工程S6における半炭化工程S6Bでの熱処理炉の駆動力として用いたり、圧縮成形工程S6Dでのペレット成形装置の稼働エネルギー源、および後述するバイオマス改質炭製造プロセス14である各工程(褐炭乾燥工程S21、褐炭粉砕工程S22、混合工程S23、圧縮成型工程S24)の稼働エネルギー源として用いることができる。 Further, the steam obtained in the energy generation step S16 can be used as saturated steam for steaming the fresh fruit bunch (FFB) in the fruit removal step S11. Further, the electric power is used as a driving force of the heat treatment furnace in the semi-carbonization step S6B in the fuel pellet manufacturing step S6, the operating energy source of the pellet molding apparatus in the compression molding step S6D, and the biomass reformed coal manufacturing process described later. It can be used as an operating energy source for each step (brown coal drying step S21, brown charcoal crushing step S22, mixing step S23, compression molding step S24).
また、この椰子核分離工程S14で分離されたパーム椰子殻(PKS)の他の一部は、前述した半炭化プロセス12における第2破砕工程S5に導入し、パーム枝葉破砕物の一部として半炭化工程S6Bを経てバイオマス半炭化物にして、後述するバイオマス改質炭製造プロセス14である混合工程S23に送られ、バイオマス改質炭の製造に用いることができる。これにより、木質廃棄物の削減、有効利用を図ることができる。これらはパーム繊維(Fiber)、空果房(EFB)もまた同様である。
Further, another part of the palm coconut shell (PKS) separated in the coconut kernel separation step S14 was introduced into the second crushing step S5 in the
次に、バイオマス改質炭製造プロセス14について説明する。
バイオマス改質炭製造プロセス14では、原料として褐炭を用いる。こうした褐炭は、前述した技術的背景でも説明したように、例えば、インドネシアなどにおいて多く産出する石炭化度の低い(例えば、炭素含有量70wt%以下)の低品位炭である。以下のバイオマス改質炭製造プロセス14は、前述した半炭化プロセス12やパーム油生産プロセス13などを実施するパーム椰子産業の近傍に存在する炭鉱から得られる褐炭を用いることが好ましい。これにより、褐炭の輸送コストや褐炭の乾燥に伴う発火性の官能基による自然発火を抑制できる。
低品位炭の改質技術は脱水改質技術の開発を中心に、発熱量の改善や自然発火性への対策が進められ、既に実用化段階にあり、商業化の計画も進めれれているが、多くの技術が経済的理由から商業化に至っていない。
Next, the biomass reformed
In the biomass reformed
Low-grade coal reforming technology is already in the stage of practical use, with measures to improve calorific value and spontaneous ignition, centered on the development of dehydration reforming technology, and commercialization plans are underway. , Many technologies have not been commercialized for economic reasons.
褐炭は通常暗褐色から帯褐色を呈する。より高品位な瀝青炭に比べ暗炭が多く、水分、腐植酸、酸素に富む。灰分の(ミネラル)の割合は産炭地によって様々である。水分が重量の半分以上(多い場合は66%)を占めるのが特徴である。これは褐炭の細孔容積が大きい(隙間が多い)ため、水分が浸み込みやすいからである。まず、こうした水分を効率的かつ安全に蒸発させることで褐炭を乾燥させる(褐炭乾燥工程S21)。なお、採掘された褐炭が大きな塊状である場合、褐炭破砕工程によって、所定の大きさになるまで褐炭を予め破砕しておくことが好ましい。 Lignite is usually dark brown to brownish. It has more dark coal than the higher grade bituminous coal and is rich in water, humic acid and oxygen. The proportion of ash (minerals) varies depending on the coal-mining region. It is characterized by the fact that water accounts for more than half of the weight (66% in the case of a large amount). This is because the pore volume of lignite is large (there are many gaps), so that water easily penetrates. First, the lignite is dried by efficiently and safely evaporating such water (lignite drying step S21). When the mined lignite is in the form of a large lump, it is preferable to crush the lignite in advance until it reaches a predetermined size by the lignite crushing step.
褐炭乾燥工程S21では、褐炭に含まれる発火性の官能基が水分の蒸発によって自然発火することを防止しつつ、褐炭の水分量を低減させる。具体的には、褐炭の乾燥に間接加熱方式を用いる。熱源としては飽和スチームを用いる。こうした褐炭乾燥工程S21消費する熱量を減らすため、乾燥機からの復水に熱回収ユニットで排熱をさらに回収し、スチーム発生ユニットに戻す構成が好ましい。例えば、空気、または窒素ガスを乾燥機に送り込み、水分蒸発速度を調整する。乾燥機の出口ガスはスチーム、空気(または窒素)、褐炭の微粉を含んでおり、大気に放出する前にバグフィルタを使用し褐炭の微粉を除去する。 In the lignite drying step S21, the amount of water in the lignite is reduced while preventing the flammable functional groups contained in the lignite from spontaneously igniting due to the evaporation of water. Specifically, an indirect heating method is used to dry the lignite. Saturated steam is used as the heat source. In order to reduce the amount of heat consumed in the lignite drying step S21, it is preferable that the waste heat is further recovered by the heat recovery unit in the condensate from the dryer and returned to the steam generation unit. For example, air or nitrogen gas is sent to the dryer to adjust the rate of water evaporation. The outlet gas of the dryer contains steam, air (or nitrogen), and lignite fines, and a bag filter is used to remove the lignite fines before they are released into the atmosphere.
次に、褐炭乾燥工程S21で乾燥させた褐炭を粉砕して、所定サイズの微粉末状の粉状褐炭を製造する(褐炭粉砕工程S22)。粉砕によって得られる粉状褐炭の粒子径分布と水分は、後工程で得られるバイオマス改質炭の品質に大きく影響するため、制御には細心の注意を払って行う。燃焼性ガスやイナートガスを循環させ、粉砕雰囲気の酸素濃度を制御することによって粉砕、乾燥による発火を抑制し、安全性を向上させる。 Next, the lignite dried in the lignite drying step S21 is crushed to produce fine powdered lignite of a predetermined size (lignite crushing step S22). Since the particle size distribution and water content of the powdered lignite obtained by crushing greatly affect the quality of the biomass-modified coal obtained in the subsequent process, care must be taken in controlling it. By circulating flammable gas and inert gas and controlling the oxygen concentration in the crushing atmosphere, ignition due to crushing and drying is suppressed, and safety is improved.
この褐炭乾燥工程S21で得られた粉状褐炭は、一部がバイオマス改質炭の製造に用いられ、また残りの一部は後述する水蒸気改質水素生成プロセス15による水素製造に用いられる。
A part of the powdered lignite obtained in the lignite drying step S21 is used for the production of biomass reformed coal, and the remaining part is used for hydrogen production by the steam reformed
次に、褐炭粉砕工程S22を経て得られた粉状褐炭と、半炭化プロセス12の半炭化工程S6Bにおいてパーム枝葉(OPF)やパーム古木(OPT)を原料として得られたバイオマス半炭化物とを混合して混合体を得る(混合工程S23)。
Next, the powdered lignite obtained through the lignite crushing step S22 and the biomass semi-carbide obtained from palm branches and leaves (OPF) and old palm trees (OPT) in the semi-carbonization step S6B of the
この混合工程S23では、粉体用の混合装置(ミキサー)を用いて、粉状褐炭と粉砕したバイオマス半炭化物とを、所定の混合比率で混合する。本実施形態では、粉状褐炭とバイオマス半炭化物とを、重量比で50:50で混合した混合体を形成している。 In this mixing step S23, the powdered brown charcoal and the crushed biomass semi-carbide are mixed at a predetermined mixing ratio by using a mixing device (mixer) for powder. In the present embodiment, a mixture of powdered lignite and biomass semi-carbide is mixed at a weight ratio of 50:50 is formed.
次に、混合工程S23で得られた粉状褐炭とバイオマス半炭化物との混合体を圧縮成形し、ブリケット状のバイオマス改質炭を得る(圧縮成型工程S24)。圧縮成型工程S24では、例えばブリケットマシンを使用して圧縮成形する。ブリケットの形状・サイズ、ロール回転数、ロール支持圧力を最適設定することにより、バインダーを使用せず、高強度、高密度のブリケット状のバイオマス改質炭が製造でき、同時に電力消費を抑えることができる。 Next, the mixture of the powdered lignite obtained in the mixing step S23 and the biomass semi-carbide is compression-molded to obtain a briquette-shaped biomass-modified coal (compression molding step S24). In the compression molding step S24, for example, a briquette machine is used for compression molding. By optimally setting the shape and size of the briquette, the roll rotation speed, and the roll supporting pressure, it is possible to produce high-strength, high-density briquette-shaped biomass reformed charcoal without using a binder, and at the same time reduce power consumption. it can.
これら一連のバイオマス改質炭製造プロセス14では、搾汁工程S3で得られた搾汁液から生成した第1稼働用エネルギー、空果房(EFB)や、パーム椰子殻(PKS)やパーム繊維(Fiber)から得られた第2稼働用エネルギー、および分離水(POME)から得られた第3稼働用エネルギーを、各工程(褐炭乾燥工程S21、褐炭粉砕工程S22、混合工程S23、圧縮成型工程S24)の稼働エネルギー源として用いることができる。これによって、外部から新たなエネルギー(電力、蒸気等)を追加することなく、低コストにバイオマス改質炭を製造することができる。
In these series of biomass reformed
次に、水蒸気改質水素生成プロセス15について説明する。
水蒸気改質水素生成プロセス15は、バイオエタノール製造工程S4で得られたバイオエタノールをガス化させる第1ガス化工程S31と、褐炭粉砕工程S22を経て得られた粉状褐炭から炭化水素ガスを発生させる第2ガス化工程S32と、水蒸気改質工程S33とを備えている。
Next, the steam reformed
In the steam reforming
第1ガス化工程S31は、パーム古木(OPT)・パーム枝葉(OPF)の搾汁液を発酵させたバイオエタノール製造工程S4で得られたバイオエタノールを、例えば気化器などを通してエタノールガスにする。
第2ガス化工程S32は、褐炭粉砕工程S22で得られた粉状褐炭を加熱器によってするなどして一酸化炭素や二酸化炭素を得る。
In the first gasification step S31, the bioethanol obtained in the bioethanol production step S4 obtained by fermenting the juice of old palm trees (OPT) and palm branches and leaves (OPF) is converted into ethanol gas through, for example, a vaporizer.
In the second gasification step S32, carbon monoxide and carbon dioxide are obtained by heating the powdered lignite obtained in the lignite crushing step S22 with a heater.
水蒸気改質工程S33では、エネルギー生成工程S16で得られた水蒸気(高温蒸気)と、油水分離工程S13の分離水(POME)を用いてメタン製造工程(発酵工程)S17で生成させたメタン、第1ガス化工程S31で得られたエタノールガス、第2ガス化工程S32で得られた一酸化炭素などを水蒸気改質法によって改質し、水素を発生させる。これに水蒸気と、炭化水素(エタノール、メタノール)ガス、一酸化炭素から水素を生成する反応は以下のようなものである。
(1)CnHm+nH2O→nCO+(n+m/2)H2
(2)CO+H2O→CO2+H2
In the steam reforming step S33, the steam (high temperature steam) obtained in the energy generation step S16 and the methane generated in the methane production step (fermentation step) S17 using the separated water (POME) in the oil-water separation step S13, the first The ethanol gas obtained in the first gasification step S31, the carbon monoxide obtained in the second gasification step S32, and the like are reformed by a steam reforming method to generate hydrogen. The reaction to generate hydrogen from water vapor, hydrocarbon (ethanol, methanol) gas, and carbon monoxide is as follows.
(1) C n H m + nH 2 O → nCO + (n + m / 2) H 2
(2) CO + H 2 O → CO 2 + H 2
こうした水蒸気改質工程S33では、反応のための熱エネルギーとして、エネルギー生成工程S16で得られる再生可能な熱エネルギーを用いることができる。以上のような工程を経て、パーム産業由来の未利用バイオマス資源や、パーム椰子農園の近傍から産出する褐炭を用いて、効率的に、かつ極めて低コストに水素を生産することができる。こうして得られた水素は輸送が容易な液化状態にして、幅広い産業の熱エネルギー源や原料ガスとして用いることができる。 In such a steam reforming step S33, the renewable heat energy obtained in the energy generation step S16 can be used as the heat energy for the reaction. Through the above steps, hydrogen can be produced efficiently and at extremely low cost by using unused biomass resources derived from the palm industry and lignite produced in the vicinity of palm palm plantations. The hydrogen thus obtained can be put into a liquefied state for easy transportation and used as a heat energy source or a raw material gas in a wide range of industries.
次に、水電解水素生成プロセス16について説明する。
水電解水素生成プロセス16では、エネルギー生成工程S16で得られた熱エネルギーを用いて発電した電力によって、水を電気分解する電解工程S34を備えている。この電解工程S34では、パーム産業由来の未利用バイオマス資源を原料として製造した再生可能エネルギーである電力を用いて水を電気分解することによって、極めて低コストに水素を生産することができる。こうして得られた水素は輸送が容易な液化状態にして、幅広い産業の熱エネルギー源や原料ガスとして用いることができる。
Next, the water electrolysis
The water electrolysis
以上、説明したように、本発明のバイオマス資源を用いた水素の製造方法によれば、従来は有効利用されていなかったパーム枝葉(OPF)、あるいはパーム古木(OPT)、空果房(EFB)、単純焼却していたパーム椰子殻(PKS)、パーム繊維(Fiber)、パーム椰子排水(POME)を用いてメタンやバイオエタノールを製造し、また、余剰エネルギーを利用して水蒸気を生成し、これらから水蒸気改質法によって水素を生成するので、新規に外部から原料やエネルギー供給することなく、極めて低コストに水素を得ることが可能になる。また、従来は有効利用されていなかったパーム産業由来の未利用バイオマス資源を用いた再生可能エネルギーである電力によって水を電気分解して水素を生成するので、新規に外部から原料やエネルギー供給することなく、極めて低コストに水素を得ることが可能になる。 As described above, according to the method for producing hydrogen using the biomass resource of the present invention, palm branches and leaves (OPF), palm old trees (OPT), and empty fruit bunches (EFB), which have not been effectively used in the past, are used. , Simple incinerated palm coconut shell (PKS), palm fiber (Fiber), palm coconut effluent (POME) are used to produce methane and biomass, and surplus energy is used to generate steam. Since hydrogen is generated from the steam by the steam reforming method, it is possible to obtain hydrogen at extremely low cost without newly supplying raw materials and energy from the outside. In addition, since water is electrolyzed to generate hydrogen by electric power, which is a renewable energy using unused biomass resources derived from the palm industry, which has not been effectively used in the past, new raw materials and energy should be supplied from the outside. It is possible to obtain hydrogen at extremely low cost.
そして、パーム椰子産業で生じる未利用バイオマス資源が廃棄物として排出されることなく再利用されることにより、排水の浄化・温暖化ガスの発生抑制が可能なため、環境保全に適合したパーム椰子農園の持続的な運営に寄与する。 And by reusing unused biomass resources generated in the palm palm industry without being discharged as waste, it is possible to purify wastewater and suppress the generation of greenhouse gases, so palm palm farms that are suitable for environmental conservation. Contribute to the sustainable operation of.
1 パーム椰子
2 樹幹
3 パーム枝葉(OPF:リサイクル原料)
4 果実
4A 外果皮
4B 果肉(中果皮)
4C パーム椰子核(排出物)
6 葉部(Rachis)
7 葉柄(Petiole)
10 バイオマス資源を用いた水素の製造方法(バイオマス資源および褐炭利用エネルギーシステム)
11 収穫、分別プロセス
12 半炭化プロセス
13 パーム油生産プロセス
14 バイオマス改質炭製造プロセス
15 水蒸気改質水素生成プロセス
16 水電解水素生成プロセス
17 水素製造プロセス
1
4
4C palm coconut core (emissions)
6 Leaf (Rachis)
7 Petiole
10 Hydrogen production method using biomass resources (biomass resources and energy system using lignite)
11 Harvesting and sorting
Claims (9)
前記水素製造プロセスは、前記パーム油生産プロセスで生じた排出物を用いて生成した再生エネルギーを稼働エネルギー源として用いることを特徴とするバイオマス資源を用いた水素の製造方法。 In the palm oil production process of obtaining palm oil from palm palm trees, the separation process of obtaining recycled raw materials from palm palm trees, the semi-carbonized process of producing biomass semi-carbohydrate and bioethanol from the recycled raw materials, and the palm oil production process. It has a hydrogen production process in which methane is produced using the generated emissions and hydrogen is obtained by steam reforming together with the above-mentioned biomass.
The hydrogen production process is a method for producing hydrogen using biomass resources, which comprises using renewable energy generated by using the emissions generated in the palm oil production process as an operating energy source.
前記半炭化プロセスは、前記パーム枝葉を搾汁し、搾汁液および第1固形残渣に分離する搾汁工程と、前記搾汁液を発酵させ、バイオエタノールを製造するバイオエタノール製造工程と、前記第1固形残渣を半炭化させバイオマス半炭化物を得る半炭化工程と、を備え、
前記パーム油生産プロセスは、前記果房から果実を脱果させ、該果実および脱果後の空果房に分離する脱果工程と、前記果実を搾油し、粗パーム油および第2固形残渣に分離する搾油工程と、前記粗パーム油に加水して懸濁させた後、油水分離してパーム油および分離水を得る油水分離工程と、を備え、
前記水素製造プロセスは、前記バイオエタノールをガス化させる第1ガス化工程と、前記分離水を発酵させてメタンを製造するメタン製造工程と、前記搾油工程で得られた前記第2固形残渣であるパーム椰子殻およびパーム繊維から、水蒸気、電力、および熱エネルギーを生成するエネルギー生成工程と、前記バイオエタノールガス、前記メタン、および前記エネルギー生成工程で得られた水蒸気から、水蒸気改質法によって水素を生成する水蒸気改質水素生成工程と、を備えたことを特徴とする請求項1記載のバイオマス資源を用いた水素の製造方法。 The sorting process comprises a harvesting step of separating and harvesting the fruit cluster and the palm branches and leaves growing around the fruit cluster from the palm palm tree.
The semi-carbonization process includes a squeezing step of squeezing the palm branches and leaves and separating them into a squeezed liquid and a first solid residue, a bioethanol production step of fermenting the squeezed liquid to produce bioethanol, and the first. A semi-carbonization step of semi-carbonizing the solid residue to obtain a biomass semi-carbonized product is provided.
The palm oil production process includes a fruit removal step of removing fruits from the fruit bunches and separating them into empty fruit bunches after fruit removal, and squeezing the fruits into crude palm oil and a second solid residue. It comprises an oil squeezing step for separating and an oil-water separation step for obtaining palm oil and separated water by oil-water separation after adding water to the crude palm oil and suspending the oil.
The hydrogen production process is a first gasification step of gasifying the bioethanol, a methane production step of fermenting the separated water to produce methane, and the second solid residue obtained in the oil extraction step. Hydrogen is produced by a steam reforming method from an energy generation step of generating steam, electric power, and heat energy from palm coconut shells and palm fibers, and from the biomass gas, the methane, and the steam obtained in the energy generation step. The method for producing hydrogen using a biomass resource according to claim 1, further comprising a steam reformed hydrogen generation step for producing.
前記一酸化炭素を前記水蒸気改質水素生成工程に更に加えることを特徴とする請求項2ないし4いずれか一項記載のバイオマス資源を用いた水素の製造方法。 Biomass reforming including a lignite drying step of drying lignite, a lignite crushing step of crushing the dried lignite to obtain lignite powder, and a second gasification step of generating carbon monoxide from the lignite powder. With more lignite production process
The method for producing hydrogen using a biomass resource according to any one of claims 2 to 4, wherein the carbon monoxide is further added to the steam reformed hydrogen production step.
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