JP2021170961A - Organic substance manufacturing method and organic substance manufacturing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、合成ガスを原料として有機物質を製造する有機物質の製造方法、及び合成ガスを原料として有機物質を製造する有機物質製造装置に関する。 The present invention relates to a method for producing an organic substance using synthetic gas as a raw material, and an organic substance manufacturing apparatus for producing an organic substance using synthetic gas as a raw material.
産業廃棄物、一般廃棄物などの各種廃棄物は、完全燃焼されることが一般的である。完全燃焼により排出される排ガスは、高温でありボイラーなどの熱交換器により熱回収され、回収された熱エネルギーが発電などに利用されている。廃棄物には、雑多な成分が多く含まれ、排ガスには、塩素、硫黄、重金属類等を含む小粒径のダストが多く含まれ、ダスト分がボイラーなどの熱交換器に付着して、性能低下を引き起こすことがある。そのため、例えば特許文献1、2に開示されるように、ボイラーに付着したダストを除去する除塵装置が設けられることが知られている。
Various types of waste such as industrial waste and general waste are generally completely burned. The exhaust gas discharged by complete combustion has a high temperature and is heat-recovered by a heat exchanger such as a boiler, and the recovered heat energy is used for power generation and the like. Waste contains a lot of miscellaneous components, and exhaust gas contains a lot of dust with a small particle size including chlorine, sulfur, heavy metals, etc., and the dust adheres to heat exchangers such as boilers. May cause performance degradation. Therefore, for example, as disclosed in
また、ガス化炉において廃棄物を熱分解によりガスを生成した後、改質炉で生成されたガスを改質して合成ガスを得る技術が広く知られている。得られた合成ガスは、発電などに利用されたることが多い。さらに、近年、合成ガスが化学合成原料に利用されることも試みられており、例えば、微生物触媒、金属触媒などの触媒によりエタノールなどの有機物質に変換することが試みられている(例えば、特許文献3参照)。 Further, a technique is widely known in which a gas is generated by thermal decomposition of waste in a gasification furnace and then reformed to obtain a synthetic gas by reforming the gas generated in the reforming furnace. The obtained synthetic gas is often used for power generation and the like. Further, in recent years, attempts have been made to use synthetic gas as a raw material for chemical synthesis, and for example, it has been attempted to convert it into an organic substance such as ethanol by a catalyst such as a microbial catalyst or a metal catalyst (for example, a patent). Reference 3).
合成ガスにより触媒を用いてエタノールなどの有機物質を得る場合、合成ガスは、例えば200℃以下の温度に冷却する必要がある。そのため、合成ガスについても、完全燃焼ガスと同様に、ボイラーなどの熱交換器により熱回収する必要がある。
合成ガスを生成する場合には完全燃焼を行わず、そのため、ガス中にSO2、SO3などの腐食性ガスが多く存在する。腐食性ガスは、熱交換器により冷却されると、露点を下回って液化し、H2SO4などとなって熱交換器の腐食を引き起こす原因となる(例えば、非特許文献1参照)。
When an organic substance such as ethanol is obtained from a synthetic gas using a catalyst, the synthetic gas needs to be cooled to a temperature of, for example, 200 ° C. or lower. Therefore, it is necessary to recover the heat of the synthetic gas by a heat exchanger such as a boiler as in the case of the complete combustion gas.
When synthetic gas is generated, complete combustion is not performed, and therefore, a large amount of corrosive gas such as SO 2 and SO 3 is present in the gas. Corrosive gases, when cooled by the heat exchanger, is liquefied below the dew point, the cause of corrosion of the heat exchanger becomes like H 2 SO 4 (e.g., see Non-Patent Document 1).
熱交換器の腐食を回避するために、樹脂やセラミックを熱交換器の担体として用いることも考えられるが、樹脂は高温での熱回収に使用できず、また、セラミックは熱回収効率及び耐衝撃性が低く、いずれも合成ガスの冷却に実用的に用いることは難しい。 In order to avoid corrosion of the heat exchanger, it is conceivable to use resin or ceramic as a carrier of the heat exchanger, but the resin cannot be used for heat recovery at high temperature, and the ceramic has heat recovery efficiency and impact resistance. It has low properties, and it is difficult to use any of them practically for cooling synthetic gas.
そこで、本発明は、廃棄物から生成された合成ガスより有機物質を製造する有機物質の製造方法、及び有機物質製造装置において、合成ガスに含まれる腐食性ガスによる熱交換器の腐食を適切に防止することを課題とする。 Therefore, according to the present invention, in a method for producing an organic substance from a synthetic gas generated from waste and an organic substance manufacturing apparatus, corrosion of a heat exchanger by a corrosive gas contained in the synthetic gas is appropriately applied. The challenge is to prevent it.
本発明者らは、鋭意検討の結果、合成ガスに含まれる腐食性ガスによる熱交換器の腐食は、熱交換器の温度が低い連続運転立ち上げ時に顕著に生じことを見出した。そして、その知見に基づきさらに検討した結果、熱交換器に合成ガスを通過させる前に、予め熱交換器を所定温度以上に加熱させておくことで上記課題を解決できることを見出し、以下の本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[16]を提供する。
[1]ガス化装置において廃棄物をガス化して合成ガスを生成する工程と、
前記ガス化装置から排出された合成ガスを、熱交換器を通過させることにより冷却する工程と、
少なくとも前記熱交換器を通過した合成ガスを触媒に接触させて有機物質を生成する工程と、
前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記熱交換器を加熱する工程と
を備える有機物質の製造方法。
[2]廃棄物を完全燃焼させ、完全燃焼ガスを生成する工程をさらに備え、
前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記完全燃焼ガスの熱エネルギーにより、前記熱交換器を加熱させる上記[1]に記載の有機物質の製造方法。
[3]前記熱交換器が、前記合成ガスを通過させるガス流路と、前記合成ガスを冷却する冷却媒体を通過させる冷却媒体流路とを備え、
前記完全燃焼ガスを前記ガス流路及び冷却媒体流路のいずれかを通過させることで前記熱交換器を加熱させる上記[2]に記載の有機物質の製造方法。
[4]前記熱交換器が、合成ガスを通過させるガス流路と、前記合成ガスを冷却する冷却媒体を通過させる冷却媒体流路を備え、
加熱用熱交換器において、前記完全燃焼ガスの熱エネルギーにより熱媒体を加熱させ、
前記加熱させた熱媒体を前記ガス流路及び冷却媒体流路のいずれかを通過させることで前記熱交換器を加熱させる上記[2]に記載の有機物質の製造方法。
[5]燃焼装置で廃棄物を完全燃焼させ、前記完全燃焼ガスを生成する上記[2]〜[4]のいずれか1項に記載の有機物質の製造方法。
[6]前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記熱交換器を200℃以上に加熱する上記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の有機物質の製造方法。
[7]前記触媒が微生物触媒である上記[1]〜[6]のいずれか1項に記載の有機物質の製造方法。
[8]前記有機物質がエタノールを含む上記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の有機物質の製造方法。
[9]廃棄物をガス化して合成ガスを生成するガス化装置と、
前記ガス化装置から排出された合成ガスを通過させて、冷却する熱交換器と、
前記熱交換器を少なくとも通過した合成ガスを、触媒に接触させて有機物質を生成する有機物質生成部とを備え、
前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記熱交換器を加熱可能である、有機物質製造装置。
[10]廃棄物を完全燃焼させることで得られた完全燃焼ガスの熱エネルギーにより前記熱交換器を加熱可能である、上記[9]に記載の有機物質製造装置。
[11]前記熱交換器が、合成ガスを通過させるガス流路と、前記合成ガスを冷却させる冷却媒体を通過させる冷却媒体流路を備え、
廃棄物を完全燃焼させることで得る完全燃焼ガスを、前記ガス流路及び冷却媒体流路のいずれかを通過させることで、前記熱交換器を加熱する上記[10]に記載の有機物質製造装置。
[12]前記熱交換器が、合成ガスを通過させるガス流路と、前記合成ガスを冷却させる冷却媒体を通過させる冷却媒体流路を備え、
前記有機物質製造装置が、前記完全燃焼ガスの熱エネルギーにより熱媒体を加熱させる加熱用熱交換器をさらに備え、
前記加熱された熱媒体を、前記ガス流路及び冷却媒体用流路のいずれかを通過させることで、前記熱交換器を加熱する上記[10]に記載の有機物質製造装置。
[13]前記廃棄物を完全燃焼して前記完全燃焼ガスを生成する燃焼装置をさらに備える上記[10]〜[12]のいずれか1項に記載の有機物質製造装置。
[14]前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記熱交換器を200℃以上に加熱可能である上記[9]〜[13]のいずれか1項に記載の有機物質製造装置。
[15]前記触媒が微生物触媒である上記[9]〜[14]のいずれか1項に記載の有機物質製造装置。
[16]前記有機物質がエタノールを含む上記[9]〜[15]のいずれか1項に記載の有機物質製造装置。
As a result of diligent studies, the present inventors have found that corrosion of the heat exchanger by the corrosive gas contained in the synthetic gas occurs remarkably at the start of continuous operation when the temperature of the heat exchanger is low. Then, as a result of further studies based on the findings, it was found that the above problem can be solved by preheating the heat exchanger to a predetermined temperature or higher before passing the synthetic gas through the heat exchanger. Was completed.
That is, the present invention provides the following [1] to [16].
[1] A process of gasifying waste to generate syngas in a gasifier,
A step of cooling the synthetic gas discharged from the gasifier by passing it through a heat exchanger.
At least the step of bringing the synthetic gas that has passed through the heat exchanger into contact with the catalyst to generate an organic substance, and
A method for producing an organic substance, which comprises a step of heating the heat exchanger before passing the synthetic gas through the heat exchanger.
[2] Further provided with a process of completely burning waste to generate complete combustion gas.
The method for producing an organic substance according to the above [1], wherein the heat exchanger is heated by the heat energy of the complete combustion gas before the synthetic gas is passed through the heat exchanger.
[3] The heat exchanger includes a gas flow path through which the synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
The method for producing an organic substance according to the above [2], wherein the heat exchanger is heated by passing the complete combustion gas through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
[4] The heat exchanger includes a gas flow path through which a synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
In the heat exchanger for heating, the heat medium is heated by the heat energy of the complete combustion gas, and the heat medium is heated.
The method for producing an organic substance according to the above [2], wherein the heat exchanger is heated by passing the heated heat medium through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
[5] The method for producing an organic substance according to any one of the above [2] to [4], wherein the waste is completely burned by a combustion device to generate the complete combustion gas.
[6] The method for producing an organic substance according to any one of [1] to [5] above, wherein the heat exchanger is heated to 200 ° C. or higher before the synthetic gas is passed through the heat exchanger.
[7] The method for producing an organic substance according to any one of the above [1] to [6], wherein the catalyst is a microbial catalyst.
[8] The method for producing an organic substance according to any one of the above [1] to [7], wherein the organic substance contains ethanol.
[9] A gasifier that gasifies waste to generate synthetic gas,
A heat exchanger that allows synthetic gas discharged from the gasifier to pass through and cools it.
It is provided with an organic substance generating unit that produces an organic substance by contacting a synthetic gas that has passed at least the heat exchanger with a catalyst.
An organic substance manufacturing apparatus capable of heating the heat exchanger before passing the syngas through the heat exchanger.
[10] The organic substance manufacturing apparatus according to the above [9], wherein the heat exchanger can be heated by the heat energy of the complete combustion gas obtained by completely burning the waste.
[11] The heat exchanger includes a gas flow path through which a synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
The organic substance manufacturing apparatus according to the above [10], wherein the heat exchanger is heated by passing the complete combustion gas obtained by completely burning the waste through either the gas flow path or the cooling medium flow path. ..
[12] The heat exchanger includes a gas flow path through which a synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
The organic substance manufacturing apparatus further includes a heat exchanger for heating that heats a heat medium with the thermal energy of the complete combustion gas.
The organic substance manufacturing apparatus according to the above [10], wherein the heat exchanger is heated by passing the heated heat medium through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
[13] The organic substance manufacturing apparatus according to any one of [10] to [12] above, further comprising a combustion apparatus that completely burns the waste to generate the complete combustion gas.
[14] The organic substance manufacturing apparatus according to any one of [9] to [13] above, wherein the heat exchanger can be heated to 200 ° C. or higher before the synthetic gas is passed through the heat exchanger. ..
[15] The organic substance manufacturing apparatus according to any one of the above [9] to [14], wherein the catalyst is a microbial catalyst.
[16] The organic substance manufacturing apparatus according to any one of the above [9] to [15], wherein the organic substance contains ethanol.
本発明によれば、廃棄物から生成された合成ガスにより有機物質を製造する有機物質の製造方法、及び有機物質製造装置において、合成ガスに含まれる腐食性ガスによる熱交換器の腐食を適切に防止することができる。 According to the present invention, in a method for producing an organic substance by producing an organic substance from a synthetic gas generated from waste and an organic substance manufacturing apparatus, corrosion of a heat exchanger by a corrosive gas contained in the synthetic gas is appropriately performed. Can be prevented.
次に、本発明について図面を参照しつつ実施形態を用いて説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る有機物質製造装置を示す。以下、第1の実施形態を参照しつつ、本発明の実施形態に係る有機物質製造装置、及び有機物質の製造方法について詳細に説明する。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 shows an organic substance manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. Hereinafter, the organic substance manufacturing apparatus and the method for producing an organic substance according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the first embodiment.
第1の実施形態において有機物質製造装置10は、ガス化装置11、熱交換器14、燃焼装置15、完全燃焼ガス用熱交換器16、及び有機物質生成部17を備える。
In the first embodiment, the organic
(ガス化装置)
ガス化装置11は、廃棄物をガス化して合成ガスG1を生成する。廃棄物としては、産業固形廃棄物などの産業廃棄物でもよいし、都市固形廃棄物(MSW)などの一般廃棄物でもよく、プラスチック廃棄物、生ゴミ、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、食料廃棄物、建築資材、木材、木質チップ、繊維、紙類等の可燃性物質が挙げられる。これらのなかでは、都市固形廃棄物(MSW)が好ましい。
(Gasifier)
The
ガス化装置11は、ガス化炉12と改質炉13とを備える。ガス化炉12としては、特に限定されないが、キルンガス化炉、固定床ガス化炉、流動床ガス化炉、シャフト式炉、プラズマガス化炉、炭化炉等が挙げられる。ガス化炉12には、廃棄物以外にも、酸素又は空気、更には必要に応じて水蒸気が投入される。ガス化炉12は、廃棄物を例えば500〜700℃で加熱することにより、熱分解し、適宜部分酸化してガス化する。熱分解ガスは、一酸化炭素、水素のみならず、気体状のタール、粉体のチャー等も含む。熱分解ガスは、改質炉13へ供給される。なお、ガス化炉12において不燃物として発生する固形物などは、適宜回収される。
The
改質炉13では、ガス化装置11で得られた熱分解ガスが改質され合成ガスG1が得られる。改質炉13では、熱分解ガスにおける水素及び一酸化炭素の少なくともいずれかの含有率が増加し、合成ガスG1として排出される。改質炉13では、例えば、熱分解ガスに含まれるタール、チャーなどが、水素及び一酸化炭素などに改質される。
改質炉13内の合成ガスG1の温度は、特に限定されないが、例えば900℃以上、好ましくは900℃以上1300℃、より好ましくは1000℃以上1200℃以下である。改質炉13における温度を上記範囲内とすることで、一酸化炭素及び水素の含有率が高い合成ガスG1が得られやすくなる。
In the reforming
The temperature of the synthetic gas G1 in the reforming
改質炉13(すなわち、ガス化装置11)から排出される合成ガスG1の温度は、上記合成ガスG1の温度と同様であり、例えば900℃以上、好ましくは900℃以上1300℃、より好ましくは1000℃以上1200℃以下である。
改質炉13(すなわち、ガス化装置11)から排出される合成ガスG1は、一酸化炭素および水素を含む。また、合成ガスG1は、例えば一酸化炭素を0.1体積%以上80体積%以下、水素を0.1体積%以上80体積%以下含む。
合成ガスG1における一酸化炭素濃度は、好ましくは10体積%以上70体積%以下であり、より好ましくは20体積%以上55体積%以下である。また、合成ガスG1における水素濃度は、好ましくは10体積%以上70体積%以下であり、より好ましくは20体積%以上55体積%以下である。
The temperature of the synthetic gas G1 discharged from the reformer 13 (that is, the gasifier 11) is the same as the temperature of the synthetic gas G1, for example, 900 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher and 1300 ° C., more preferably. It is 1000 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower.
The synthetic gas G1 discharged from the reformer 13 (that is, the gasifier 11) contains carbon monoxide and hydrogen. Further, the synthetic gas G1 contains, for example, carbon monoxide in an amount of 0.1% by volume or more and 80% by volume or less, and hydrogen in an amount of 0.1% by volume or more and 80% by volume or less.
The carbon monoxide concentration in the synthetic gas G1 is preferably 10% by volume or more and 70% by volume or less, and more preferably 20% by volume or more and 55% by volume or less. The hydrogen concentration in the synthetic gas G1 is preferably 10% by volume or more and 70% by volume or less, and more preferably 20% by volume or more and 55% by volume or less.
合成ガスG1は、水素、一酸化炭素以外にも、二酸化炭素、窒素、酸素などを含んでもよい。合成ガスG1中の二酸化炭素濃度は、特に限定されないが、好ましくは0.1体積%以上40体積%以下、より好ましくは0.3体積%以上30体積%以下である。二酸化炭素濃度は、微生物触媒により、エタノール生成を行う場合に低くすることが特に好ましく、そのような観点から、より好ましくは0.5体積%以上25体積%以下である。
合成ガスG1中の窒素濃度は、通常50体積%以下であり、好ましくは1体積%以上20体積%以下である。
また、合成ガスG1中の酸素濃度は、通常5体積%以下であり、好ましくは1体積%以下である。また、酸素濃度は、低ければ低い方がよく、0体積%以上であればよい。ただし、一般的には不可避的に酸素が含有されることが多く、酸素濃度は実用的には0.01体積%以上である。
Syngas G1 may contain carbon dioxide, nitrogen, oxygen and the like in addition to hydrogen and carbon monoxide. The carbon dioxide concentration in the synthetic gas G1 is not particularly limited, but is preferably 0.1% by volume or more and 40% by volume or less, and more preferably 0.3% by volume or more and 30% by volume or less. The carbon dioxide concentration is particularly preferably lowered when ethanol is produced by using a microbial catalyst, and from such a viewpoint, it is more preferably 0.5% by volume or more and 25% by volume or less.
The nitrogen concentration in the synthetic gas G1 is usually 50% by volume or less, preferably 1% by volume or more and 20% by volume or less.
The oxygen concentration in the synthetic gas G1 is usually 5% by volume or less, preferably 1% by volume or less. Further, the oxygen concentration should be as low as possible, and may be 0% by volume or more. However, in general, oxygen is inevitably contained in many cases, and the oxygen concentration is practically 0.01% by volume or more.
合成ガスG1における一酸化炭素、二酸化炭素、水素、窒素及び酸素の濃度は、廃棄物の種類、ガス化炉12、改質炉13の温度、ガス化炉11に供給される供給ガスの酸素濃度等の燃焼条件を適宜変更することで、所定の範囲とすることができる。例えば、一酸化炭素や水素濃度を変更したい場合は、廃プラ等の炭化水素(炭素および水素)の比率が高い廃棄物に変更し、窒素濃度を低下させたい場合はガス化炉12において酸素濃度の高いガスを供給する方法等がある。
さらに、合成ガスG1は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の各成分の濃度調整を適宜行ってもよい。濃度調整は、これら成分の少なくとも1種を合成ガスG1に添加して行うとよい。
なお、上記した合成ガスG1における各物質の体積%は、ガス化装置11から排出される合成ガスG1における各物質の体積%を意味する。
The concentrations of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and oxygen in the synthetic gas G1 are the type of waste, the temperature of the
Further, the concentration of each component of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and nitrogen may be appropriately adjusted in the synthetic gas G1. The concentration may be adjusted by adding at least one of these components to the synthetic gas G1.
The volume% of each substance in the above-mentioned synthetic gas G1 means the volume% of each substance in the synthetic gas G1 discharged from the
なお、以上では、ガス化装置11は、ガス化炉12と改質炉13を備える態様を説明したが、ガス化装置11の構成は、これらに限定されず、ガス化炉と改質炉が一体となった装置であってもよいし、合成ガスG1を生成できる限りいかなる方式のガス化装置であってもよい。
また、本実施形態では、ガス化装置11からの合成ガスG1の供給は、後述する通り、熱交換器14が、燃焼装置15により生成された完全燃焼ガスG2により加熱された後で開始されるとよいので、ガス化装置11の運転開始は、後述する燃焼装置15の運転開始よりも後で行ってもよい。
In the above, the mode in which the
Further, in the present embodiment, the supply of the synthetic gas G1 from the
(熱交換器)
熱交換器14には、ガス化装置11から排出された合成ガスG1が通過する。熱交換器14は、媒体を使用して合成ガスG1を冷却する装置である。熱交換器14は、合成ガスG1の熱エネルギーを媒体(以下、「冷却媒体M1」ともいう)に移動させることで、合成ガスG1を冷却する。熱交換器14は、例えば隔壁方式が使用され、合成ガスG1を通過させるガス流路14Aと、合成ガスG1を冷却する冷却媒体M1を通過させる冷却媒体流路14Bとを備える。ガス流路14Aの内面は、金属により形成されるとよい。金属としては、ステンレス鋼などの鋼材、その他の合金が使用できる。ステンレス鋼としては、オーステナイト系、フェライト系、マルテンサイト系などが挙げられる。また、ハステロイなども使用できる。さらに、ガス流路の内面には適宜保護膜により被膜されてもよい。
冷却媒体M1は、気体、液体のいずれでもよく、また、気体と液体との相変化を伴うものでもよい。また、冷却媒体流路14Bは、管状、プレート状などのいかなる形状でもよい。冷却媒体M1は、冷却媒体流路14Bを通された状態で、ガス流路14Aを通される合成ガスG1からの熱エネルギーが移動させられる。
(Heat exchanger)
The synthetic gas G1 discharged from the gasifier 11 passes through the
The cooling medium M1 may be either a gas or a liquid, or may be accompanied by a phase change between the gas and the liquid. Further, the cooling
熱交換器14としては好ましくはボイラーを使用する。ボイラーは、冷却媒体流路14B内部に冷却媒体M1としての水を流通させ、流通させた水を、合成ガスG1の熱エネルギーにより加熱して、蒸気とする装置である。熱交換器14としてボイラーを使用すると、ボイラーで発生した蒸気により、他の装置を容易に加熱することなどが可能になり、合成ガスG1の熱エネルギーを容易に再利用できる。
A boiler is preferably used as the
熱交換器14は、上記のとおり、例えば900℃以上の高温で供給された合成ガスG1を冷却し、好ましくは200℃以上の温度にする。合成ガスG1には、SO2、SO3などの腐食性ガスが含まれるが、冷却温度を200℃以上とすることで、熱交換器14の温度も、200℃以上に維持される。したがって、腐食性ガスが露点以下にならずに熱交換器14が腐食性ガスによって腐食することを防止できる。また、200℃以上の温度とすることで、有機物質生成部17において、金属触媒により有機物質を合成する場合でも、後段の処理装置において余計な加熱を行うことを防止できる。
As described above, the
熱交換器14において合成ガスG1は、240℃以上の温度に冷却することがより好ましい。合成ガスG1が240℃以上の温度に冷却されることで、熱交換器14の温度も240℃以上に維持され、熱交換器14におけるタール分の析出を有効に防止できる。廃棄物をガス化すると、合成ガスG1には大量のタール分が含まれるが、タール分の析出を防止することで熱交換器14においてタール分による詰まりを防止できる。
In the
また、熱交換器14では、合成ガスG1を冷却して、400℃以下の温度にすることが好ましい。400℃以下の温度とすると、後段の処理装置(後段処理装置18)において必要以上に冷却することなく、合成ガスG1を有機物質生成部17に供給しても、有機物質生成部17において、適切に有機物質を生成できる。また、合成ガスG1に含まれる塩素等によって、熱交換器14が腐食されることを防止できる。また、後段の処理装置(後段処理装置18)における冷却工程をさらに簡略化する観点から、熱交換器14では、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは280℃以下の温度に合成ガスG1を冷却する。
Further, in the
熱交換器14を通過した合成ガスG1は、有機物質生成部17に送られる。合成ガスG1は、図1に示すとおり、通常、後段処理装置18において適宜処理された後に有機物質生成部17に送られる。
本実施形態において、有機物質生成部17は連続運転される。すなわち、ガス化装置11では、連続的に廃棄物が燃焼され、熱交換器14にも継続的に合成ガスG1が通過させられ、その間、合成ガスG1は熱交換器14によって上記温度範囲内に維持されるように冷却され、熱交換器14から排出される。そして、熱交換器14から排出された合成ガスG1は、有機物質生成部17に継続的に供給され、有機物質生成部17で継続的に有機物質が生成される。
The synthetic gas G1 that has passed through the
In the present embodiment, the organic
(燃焼装置)
燃焼装置15は、廃棄物を完全燃焼して完全燃焼ガスを生成する装置であり、例えばガス化炉19と燃焼炉20とを備える。
ガス化炉19は、特に限定されないが、キルンガス化炉、固定床ガス化炉、流動床ガス化炉等が挙げられる。ガス化炉19には、廃棄物以外にも、酸素又は空気、更には必要に応じて水蒸気が投入される。ガス化炉19は、廃棄物を例えば400〜2000℃で加熱することにより、熱分解し、適宜部分酸化してガス化する。熱分解ガスは、二酸化炭素、一酸化炭素、水素、メタン、エタンなどの可燃性有機ガスなどを含むが、これらに限定されず、気体状のタール、粉体のチャー等も含む。熱分解ガスは、燃焼炉20に供給される。なお、ガス化炉19において不燃物として発生する固形物などは、適宜回収される。
(Combustion device)
The
The
燃焼炉20は、ガス化炉19から供給された熱分解ガスを燃焼して、完全燃焼できる装置であれば限定されないが、公知の焼却炉を使用すればよい。燃焼炉20は、酸素又は空気が供給され、熱分解ガスを完全燃焼させるとよい。
燃焼炉20は、廃棄物から得られた熱分解ガスを完全燃焼できる限り特に限定されないが、例えば300〜2000℃、好ましくは600〜1300℃の温度で熱分解ガスを燃焼させるとよい。燃焼炉20から排出されるガスは、二酸化炭素、酸素、水蒸気などを主成分とするとよい。
なお、本明細書において、完全燃焼とは、一酸化炭素が全く発生しない燃焼のみならず、一酸化炭素が少量のみ発生するような燃焼も完全燃焼に含まれるものとする。燃焼装置15から排気される排気ガス(以下、「完全燃焼ガスG2」ともいう)において、一酸化炭素の含有量は、ガス化装置11に排気される合成ガスG1における一酸化炭素より少なく、例えば15体積%以下であってもよく、好ましくは10体積%以下、より好ましくは5体積%以下であり、よりさらに好ましくは3体積%以下、最も好ましくは0体積%である。
The
The
In addition, in this specification, complete combustion includes not only combustion in which carbon monoxide is not generated at all but also combustion in which only a small amount of carbon monoxide is generated. In the exhaust gas exhausted from the combustion device 15 (hereinafter, also referred to as “complete combustion gas G2”), the content of carbon monoxide is less than that in the synthetic gas G1 exhausted to the
(加熱用熱交換器)
燃焼装置15から排気される完全燃焼ガスG2は、加熱用熱交換器16に供給される。加熱用熱交換器16は、完全燃焼ガスG2が有する熱エネルギーを媒体(以下、「熱媒体M2」ともいう)に移動させることで、熱媒体M2を加熱する装置である。
加熱用熱交換器16は、例えば隔壁方式が使用され、完全燃焼ガスG2を通過させる完全燃焼ガス用流路16Aと、熱媒体M2を通過させる熱媒体流路16Bとを備える。熱媒体M2は、気体、液体のいずれでもよく、また、気体と液体との相変化を伴うものでもよい。
(Heat exchanger for heating)
The complete combustion gas G2 exhausted from the
The
熱媒体流路16Bは、管状、プレート状などのいかなる形状でもよい。熱媒体M2は、熱媒体流路16Bを通された状態で、完全燃焼ガス用流路16Aを通される完全燃焼ガスG2からの熱エネルギーが移動させられることで加熱される。
なお、完全燃焼ガスG2は、廃棄物由来のガスであるが、完全燃焼されているため、腐食性ガスの含有率が低い。したがって、完全燃焼ガスG2が加熱用熱交換器16を通過しても、加熱用熱交換器16は腐食性ガスによって腐食されにくい。
The heat
The complete combustion gas G2 is a gas derived from waste, but since it is completely burned, the content of corrosive gas is low. Therefore, even if the complete combustion gas G2 passes through the
加熱用熱交換器16において、加熱された熱媒体M2は、熱交換器14に供給できる。具体的には、加熱用熱交換器16と熱交換器14とを接続する熱媒体供給流路21が設けられ、熱媒体M2は、熱媒体供給流路21を介して加熱用熱交換器16から熱交換器14に供給される。
熱交換器14に供給された熱媒体M2は、本実施形態では、熱交換器14内部のガス流路14Aを通過させる。これにより、熱交換器14のガス流路14Aの内面を容易に加熱できる。また、後述するように、熱交換器14に対して、熱媒体M2の供給から合成ガスG1の供給に切り替えるとき、一旦加熱された熱交換器14を大気などにより冷却させることなく、熱媒体M2、引き続いて合成ガスG1により、継続的に熱交換器14の温度を一定以上に維持することができる。
熱交換器14に供給される熱媒体M2の温度は、好ましくは200℃以上、より好ましくは240℃以上であり、また、好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは280℃以下である。
In the
In this embodiment, the heat medium M2 supplied to the
The temperature of the heat medium M2 supplied to the
熱媒体M2は、気体、液体のいずれでもよいが、気体であることが好ましく、中でも、加熱用熱交換器16がボイラーであり、熱媒体M2が蒸気であることが好ましい。熱媒体M2は、気体、特に蒸気とすることで、熱媒体流路16Bのみならず、熱交換器14のガス流路14A内部においても滞留などすることなく、効率的かつ容易に熱交換器14を加熱することができる。
The heat medium M2 may be either a gas or a liquid, but is preferably a gas. Among them, the
ガス化装置11は連続運転され、その連続運転により合成ガスG1が継続的に熱交換器14を通過させられる。本実施形態では、このように合成ガスG1を熱交換器14を通過させる前に、加熱用熱交換器16において加熱された熱媒体M2を、熱交換器14に供給し、熱交換器14を通過させる。
熱交換器14は、加熱された熱媒体M2が通過することで、一定温度以上に加熱される。熱交換器14は、具体的には、好ましくは200℃以上、より好ましくは240℃以上に加熱される。そして、一定温度以上に加熱された後に、熱交換器14に合成ガスG1の供給が開始され、合成ガスG1が熱交換器14を通過させられ、有機物質生成部17の連続運転が開始される。
すなわち、連続運転時に合成ガスG1の通過が開始される時点において、熱交換器14の温度は、既に一定温度以上(好ましくは200℃以上、より好ましくは240℃以上)に加熱されている。
なお、熱交換器14は、加熱された熱媒体M2が通過することで、好ましくは400℃以下、より好ましくは300℃以下、さらに好ましくは280℃以下の温度に加熱される。熱交換器14の温度を400℃以下とすることで、熱交換器14を熱媒体M2により必要以上に加熱することを防止できる。
ここで、熱交換器14の温度とは、合成ガスG1が接触する位置における熱交換器14の温度を意味し、上記のとおり熱交換器14がガス流路14Aを有する場合、ガス流路14Aの内面の温度である。
The
The
That is, at the time when the passage of the synthetic gas G1 is started during continuous operation, the temperature of the
The
Here, the temperature of the
合成ガスG1や熱媒体M2の通過前において、熱交換器14の温度は、一般的に常温付近(例えば、0〜40℃程度)となっている。そのような常温付近の熱交換器14に対して、ガス化装置11から供給される合成ガスG1を通過させると、SO2、SO3などの腐食性ガスが大量に液体物質(例えばH2SO4)となって、熱交換器14を腐食させる。しかし、本実施形態では、予め熱交換器14を加熱しておくことで、合成ガスG1の通過が開始される時点においても腐食性ガスが液体物質となることが抑制され、それにより、熱交換器14が腐食性ガスによって腐食することを適切に防止できる。
Before passing through the synthetic gas G1 and the heat medium M2, the temperature of the
燃焼装置15及び加熱用熱交換器16は、上記のとおり、有機物質生成部17の連続運転時に熱交換器14に合成ガスG1が供給される前において、熱媒体M2を熱交換器14に供給するために使用されるものである。したがって、有機物質生成部17の連続運転が開始されると、燃焼装置15の運転を停止してもよいが、停止しなくてもよい。運転を停止しなくても、燃焼装置15で生成された完全燃焼ガスG2は、加熱用熱交換器16において熱媒体M2を加熱し、その加熱した熱媒体M2を、熱交換器14以外の装置に供給して、発電などの別の用途に使用するとよい。
As described above, the
また、以上の説明において、燃焼装置15は、ガス化炉19と燃焼炉20を備える態様を説明したが、燃焼装置15の構成は、これらに限定されず、ガス化炉と燃焼炉が一体となった装置であってもよいし、完全燃焼ガスG2を生成できる限りいかなる方式の燃焼装置であってもよい。例えば、燃焼装置15は、廃棄物を燃焼してガスを発生させる第1燃焼室と、発生させたガスを二次燃焼させて、完全燃焼ガスを生成させる第2燃焼室とを備える一体型の燃焼装置を使用してもよい。
なお、冷却媒体流路14Bへの冷却媒体M1の供給は、完全燃焼ガスG2の熱エネルギーにより、熱交換器14を加熱する際(すなわち、熱交換器14に熱媒体M2が供給される際)には行われず、合成ガスG1が熱交換器14に供給されるのに合わせて開始されるとよい。
Further, in the above description, the mode in which the
The cooling medium M1 is supplied to the cooling
(有機物質生成部)
有機物質生成部17には、熱交換器14を通過した合成ガスG1が供給される。有機物質生成部17は、供給された合成ガスG1を微生物触媒、金属触媒などの触媒に接触させて有機物質を生成する。触媒としては、微生物触媒が好ましい。微生物触媒を使用することで、低温度下において高収率で有機物質を得ることが可能になる。また、微生物触媒は好ましくはガス資化性微生物が使用される。ガス資化性微生物は、エタノールを生成できる微生物が好ましい。
有機物質生成部17は、水と微生物触媒を含む培養液が充填された発酵槽(反応器)を備える。発酵槽の内部には、合成ガスG1が供給され、発酵槽内部において合成ガスG1は有機物質に変換される。有機物質は、好ましくはエタノールを含む。
(Organic substance generator)
The synthetic gas G1 that has passed through the
The organic
発酵槽は、連続発酵装置とすることが好ましく、撹拌型、エアリフト型、気泡塔型、ループ型、オープンボンド型、フォトバイオ型のいずれでもよい。
発酵槽には、合成ガスG1と培養液とが連続的に供給されてもよいが、合成ガスG1と培養液とを同時に供給する必要はなく、予め培養液を供給した発酵槽に合成ガスG1を供給してもよい。 合成ガスG1は一般的にスパージャーなどを介して発酵槽に吹き込まれる。
微生物触媒を培養する際に用いる培地は、菌に応じた適切な組成であれば特に限定されないが、主成分の水と、この水に溶解または分散された栄養分(例えば、ビタミン、リン酸等)とを含有する液体である。
微生物触媒を使用する場合、有機物質生成部17では、微生物触媒の微生物発酵により有機物質が生成され、有機物質含有液が得られる。
The fermenter is preferably a continuous fermentation apparatus, and may be any of a stirring type, an air lift type, a bubble tower type, a loop type, an open bond type, and a photobio type.
The synthetic gas G1 and the culture solution may be continuously supplied to the fermenter, but it is not necessary to supply the synthetic gas G1 and the culture solution at the same time, and the synthetic gas G1 is supplied to the fermenter to which the culture solution has been supplied in advance. May be supplied. Syngas G1 is generally blown into a fermenter via a sparger or the like.
The medium used for culturing the microbial catalyst is not particularly limited as long as it has an appropriate composition according to the bacterium, but is limited to water as the main component and nutrients dissolved or dispersed in the water (for example, vitamins, phosphoric acid, etc.). It is a liquid containing and.
When a microbial catalyst is used, the organic
発酵槽の温度は、好ましくは40℃以下に制御される。40℃以下に制御されることで発酵槽中の微生物触媒が死滅することなく、合成ガスが微生物触媒に接触することでエタノールなどの有機物質が効率良く生成される。
発酵槽の温度は、より好ましくは38℃以下であり、また、触媒活性を高めるために、好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上、さらに好ましくは30℃以上である。
The temperature of the fermenter is preferably controlled to 40 ° C. or lower. By controlling the temperature to 40 ° C. or lower, the microbial catalyst in the fermenter does not die, and the synthetic gas comes into contact with the microbial catalyst to efficiently generate an organic substance such as ethanol.
The temperature of the fermenter is more preferably 38 ° C. or lower, and in order to enhance the catalytic activity, it is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher, still more preferably 30 ° C. or higher.
金属触媒としては、水素化活性金属、又は水素化活性金属と助活性金属との集合物が挙げられる。水素化活性金属としては、例えば、混合ガスからエタノールを合成できる金属として知られているものであればよく、例えば、リチウム、ナトリウム等のアルカリ金属、マンガン、レニウム等、周期表の第7族に属する元素、ルテニウム等、周期表の第8族に属する元素、コバルト、ロジウム等の周期表の第9族に属する元素、ニッケル、パラジウム等の周期表の第10族に属する元素等が挙げられる。
これらの水素化活性金属は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。水素化活性金属としては、CO転化率のさらなる向上、エタノールの選択率が向上する点から、ロジウム、マンガン及びリチウムを組み合わせたものや、ルテニウム、レニウム及びナトリウムを組み合わせたもの等、ロジウム又はルテニウムとアルカリ金属とその他の水素化活性金属とを組み合わせたものが好ましい。
Examples of the metal catalyst include a hydroactive metal or an aggregate of a hydroactive metal and a coactive metal. The hydride active metal may be, for example, a metal known as a metal capable of synthesizing ethanol from a mixed gas. For example, alkali metals such as lithium and sodium, manganese, renium and the like are included in Group 7 of the periodic table. Examples thereof include elements belonging to Group 8 of the periodic table such as ruthenium, elements belonging to Group 9 of the periodic table such as cobalt and rhodium, and elements belonging to Group 10 of the periodic table such as nickel and palladium.
One of these hydrogenated active metals may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Examples of the hydrogenated active metal include rhodium or ruthenium, such as a combination of rhodium, manganese and lithium, and a combination of ruthenium, renium and sodium, from the viewpoint of further improving the CO conversion rate and improving the selectivity of ethanol. A combination of an alkali metal and another hydroactive metal is preferable.
助活性金属としては、例えば、チタン、マグネシウム、バナジウム等が挙げられる。水素化活性金属に加えて助活性金属が担持されていることで、CO転化率やエタノール選択率などをより高めることができる。
金属触媒としては、ロジウム系触媒が好ましい。ロジウム系触媒は、ロジウム系触媒以外の他の金属触媒を併用してもよい。他の金属触媒としては、銅単独又は銅と銅以外の遷移金属とが担体に担持された触媒が挙げられる。
金属触媒を使用する場合も、有機物質生成部17は反応器を備え、反応器内部で合成ガスG1を金属触媒に接触させることで有機物質を生成するとよい。反応器内部の温度は、例えば100〜400℃、好ましくは100〜300℃に維持されるとよい。
Examples of the coactive metal include titanium, magnesium, vanadium and the like. Since the coactive metal is supported in addition to the hydrogenated active metal, the CO conversion rate, the ethanol selectivity, and the like can be further increased.
As the metal catalyst, a rhodium-based catalyst is preferable. As the rhodium-based catalyst, a metal catalyst other than the rhodium-based catalyst may be used in combination. Examples of other metal catalysts include copper alone or a catalyst in which copper and a transition metal other than copper are supported on a carrier.
Even when a metal catalyst is used, it is preferable that the organic
(精製装置)
有機物質製造装置10は、有機物質生成部17で製造された有機物質を精製するための精製装置(図示しない)を有してもよい。
例えば、金属触媒を使用してエタノールなどを目的物として生成する場合には、通常はエタノールに加えてアセトアルデヒド、酢酸などのエタノール以外の有機物質を含む生成物が得られる。そのため、蒸留装置などの公知の精製装置を使用して、目的物となる有機物質(例えば、エタノール)を精製して目的物を得てもよい。
(Refining equipment)
The organic
For example, when ethanol or the like is produced as a target product using a metal catalyst, a product containing an organic substance other than ethanol such as acetaldehyde and acetic acid in addition to ethanol is usually obtained. Therefore, a known purification device such as a distillation device may be used to purify the target organic substance (for example, ethanol) to obtain the target product.
また、微生物触媒を使用する場合には、上記のとおり、有機物質含有液が得られるが、有機物質含有液から少なくとも水を分離する分離装置(図示しない)を備えてもよい。分離装置としては、固液分離装置、蒸留装置、分離膜などが挙げられるが、固液分離装置と蒸留装置とを組み合わせて使用することが好ましい。以下、固液分離装置と蒸留装置を組み合わせて行う分離工程について具体的に説明する。
ただし、有機物質生成部17で製造された有機物質を精製する必要がない場合や、有機物質含有液から水を分離する必要がない場合などには、分離装置は省略されてもよい。
When a microbial catalyst is used, an organic substance-containing liquid can be obtained as described above, but a separation device (not shown) that separates at least water from the organic substance-containing liquid may be provided. Examples of the separation device include a solid-liquid separation device, a distillation device, a separation membrane, and the like, and it is preferable to use the solid-liquid separation device and the distillation device in combination. Hereinafter, the separation step performed by combining the solid-liquid separation device and the distillation device will be specifically described.
However, the separation device may be omitted when it is not necessary to purify the organic substance produced by the organic
有機物質生成部17において得られた有機物質含有液は、固液分離装置において、微生物を主とする固体成分と、有機物質を含む液体成分とに分離するとよい。有機物質生成部17において得られた有機物質含有液には、目的物である有機物質の他、発酵槽中に含まれていた微生物やその死骸等が固体成分として含まれるので、これらを除去するために固液分離をするとよい。固液分離装置としては、フィルタ、遠心分離機、溶液沈殿法を利用した装置などがある。また、固液分離装置は、有機物質含有液から有機物質を含む液体成分を蒸発させ、固体成分と分離させる装置(例えば、加熱乾燥装置)であってもよい。この際、目的物である有機物質を含む液体成分の全てを蒸発させてもよいし、目的とする有機物質が優先的に蒸発するように液体成分を部分的に蒸発させてもよい。
The organic substance-containing liquid obtained in the organic
固液分離により分離された液体成分は、蒸留装置において、さらに目的物である有機物質を分離するための蒸留を行うとよい。蒸留による分離により、単純な操作で有機物質を大量に高純度に精製するができる。
蒸留を行う場合、蒸留塔などの公知の蒸留装置を使用すればよい。また、蒸留では、例えば、留出液に目的物である有機物質(例えば、エタノール)が高い純度で含まれる一方で、缶出液(すなわち、蒸留残渣)に水が主成分(例えば、70質量%以上、好ましくは90質量%以上)として含まれるように操作するとよい。このように操作することで、目的物である有機物質と、水とを概ね分離することができる。
The liquid component separated by solid-liquid separation may be further distilled in a distillation apparatus to further separate the target organic substance. By separation by distillation, a large amount of organic substances can be purified with high purity by a simple operation.
When distilling, a known distillation apparatus such as a distillation column may be used. In distillation, for example, the distillate contains the target organic substance (for example, ethanol) with high purity, while the canned liquid (that is, the distillation residue) contains water as the main component (for example, 70 mass by mass). % Or more, preferably 90% by mass or more). By operating in this way, the organic substance, which is the target substance, and water can be roughly separated.
有機物質(例えばエタノール)の蒸留時における蒸留器内の温度は、特に限定されないが、100℃以下であることが好ましく、70〜95℃程度であることがより好ましい。蒸留装置内の温度を前記範囲に設定することにより、必要な有機物質と水などのその他の成分との分離を確実に行うことができる。
有機物質の蒸留時における蒸留装置内の圧力は、常圧であってもよいが、好ましくは大気圧未満、より好ましくは60〜150kPa(ゲージ圧)程度である。蒸留装置内の圧力を前記範囲に設定することにより、有機物質の分離効率を向上させ、有機物質の収率を向上させることができる。
なお、分離装置において分離された水は、再利用することが好ましく、例えば後述する後段処理装置18のガス冷却塔に供給され、ガス冷却塔において水噴霧に使用されるとよい。
The temperature inside the still during distillation of an organic substance (for example, ethanol) is not particularly limited, but is preferably 100 ° C. or lower, and more preferably about 70 to 95 ° C. By setting the temperature in the distillation apparatus to the above range, it is possible to surely separate the necessary organic substance from other components such as water.
The pressure in the distillation apparatus during distillation of the organic substance may be normal pressure, but is preferably less than atmospheric pressure, more preferably about 60 to 150 kPa (gauge pressure). By setting the pressure in the distillation apparatus within the above range, the separation efficiency of the organic substance can be improved and the yield of the organic substance can be improved.
The water separated in the separation device is preferably reused. For example, it is preferable that the water is supplied to the gas cooling tower of the
(後段処理装置)
後段処理装置18では、合成ガスG1に含まれる不純物の除去、合成ガスG1の温度調整などが適宜行われる。合成ガスG1は、後述する有機物質生成部17において触媒として微生物触媒を使用する場合には40℃以下、好ましくは38℃以下に冷却されて有機物質生成部17に供給されるとよい。また、合成ガスG1は、後述する有機物質生成部17において触媒として金属触媒を使用する場合には、金属触媒を活性化できる温度に温度調整されて、有機物質生成部17に供給されるとよく、例えば100〜400℃、好ましくは100〜300℃程度に温度調整されて有機物質生成部17に供給されるとよい。
(Post-stage processing device)
In the
後段処理装置18としては、ガス冷却塔、ろ過式集塵器、水スクラバ、ガスチラーなどよりなる水分分離装置、低温分離方式(深冷方式)の分離装置、各種フィルタから構成される微粒子分離装置、脱硫装置(硫化物分離装置)、膜分離方式の分離装置、脱酸素装置、圧力スイング吸着方式の分離装置(PSA)、温度スイング吸着方式の分離装置(TSA)、圧力温度スイング吸着方式の分離装置(PTSA)、活性炭を用いた分離装置、脱酸素触媒、具体的には、銅触媒またはパラジウム触媒を用いた分離装置等の処理装置が挙げられる。これら処理装置は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
The
後段処理装置18は、触媒として微生物触媒が使用される場合には、上記の中では、少なくともガス冷却塔、ろ過式集塵器、及び水スクラバを前段側からこの順に備えることが好ましい。
なお、本明細書において、「前段」とは、合成ガスG1の供給流れに沿う前段を意味する。また、「後段」とは、合成ガスG1の供給流れに沿う後段を意味する。合成ガスG1の供給流れとは、ガス化装置11で合成ガスG1が生成され、合成ガスG1が有機物質生成部17に導入するまでの合成ガスG1の一連の流れを意味する。
When a microbial catalyst is used as the catalyst, the
In addition, in this specification, the "pre-stage" means the pre-stage along the supply flow of the synthetic gas G1. Further, the “second stage” means a rear stage along the supply flow of the synthetic gas G1. The supply flow of the synthetic gas G1 means a series of flows of the synthetic gas G1 until the synthetic gas G1 is generated by the
熱交換器14から排出された合成ガスG1は、さらにガス冷却塔を通過させるとよく、合成ガスG1はガス冷却塔を通過することでさらに冷却させられる。
ガス冷却塔は、例えばその上部側から導入され、下降気流となるように内部を通過させられた合成ガスG1が、内部を通過する間に、冷却塔の内周面に設けられた水噴霧口より噴霧された水により冷却される。ガス冷却塔で冷却された合成ガスG1は、ガス冷却塔の下部側から排出されるとよい。
The synthetic gas G1 discharged from the
The gas cooling tower is, for example, a water spray port provided on the inner peripheral surface of the cooling tower while the synthetic gas G1 introduced from the upper side thereof and passed through the inside so as to become a downdraft passes through the inside. Cooled by more sprayed water. The synthetic gas G1 cooled by the gas cooling tower may be discharged from the lower side of the gas cooling tower.
ガス冷却塔に導入される合成ガスG1は、100℃より十分に高い温度である一方、水噴霧口より噴霧される水は100℃よりも低い。したがって、合成ガスG1は、その温度差により冷却され、また、水噴霧口より噴霧された水が気化する際の気化熱によっても冷却される。合成ガスG1には、気化された水の一部が水蒸気として混入されるとよい。なお、水噴霧口より噴霧される水は、噴霧されるときに一部又は全部がすでに気化していてもよい。 The temperature of the synthetic gas G1 introduced into the gas cooling tower is sufficiently higher than 100 ° C., while the temperature of the water sprayed from the water spray port is lower than 100 ° C. Therefore, the synthetic gas G1 is cooled by the temperature difference thereof, and is also cooled by the heat of vaporization when the water sprayed from the water spray port is vaporized. It is preferable that a part of vaporized water is mixed as water vapor in the synthetic gas G1. The water sprayed from the water spray port may be partially or wholly vaporized at the time of spraying.
ガス冷却塔において、合成ガスG1は好ましくは100℃以上200℃以下、より好ましくは120℃以上180℃以下、さらに好ましくは130℃以上170℃以下の温度までガス冷却塔にて冷却して、これら温度まで冷却されてガス冷却塔の外部に排出されるとよい。
合成ガスを200℃以下まで冷却することで、後述するろ過式集塵器を損傷させたり、集塵性能を低下させたりすることなく、ろ過式集塵器にて合成ガスを精製できる。また、100℃以上とすることで、噴霧された水は、大部分が気化して、合成ガス中に混入されることになる。したがって、ガス冷却塔において、噴霧された水が大量に排水されないので、ガス冷却塔に大掛かりな排水設備を導入する必要がない。
In the gas cooling tower, the synthetic gas G1 is preferably cooled in the gas cooling tower to a temperature of 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 120 ° C. or higher and 180 ° C. or lower, and further preferably 130 ° C. or higher and 170 ° C. or lower. It is preferable that the gas is cooled to a temperature and discharged to the outside of the gas cooling tower.
By cooling the synthetic gas to 200 ° C. or lower, the synthetic gas can be purified by the filtration type dust collector without damaging the filtration type dust collector described later or deteriorating the dust collection performance. Further, when the temperature is set to 100 ° C. or higher, most of the sprayed water is vaporized and mixed in the synthetic gas. Therefore, in the gas cooling tower, a large amount of sprayed water is not drained, so that it is not necessary to install a large-scale drainage facility in the gas cooling tower.
ろ過式集塵器は、いわゆるバグフィルタと呼ばれるものを使用でき、ガス冷却塔で冷却された合成ガスを通過させることで、タール、チャーなどの固形不純物を除去させる。固形不純物を除去することで、ろ過式集塵器の後段の各装置において固形不純物が詰まることを防止できる。
なお、本明細書において、「除去」とは、合成ガスから除去対象物質の少なくとも一部を除去することで、ガス中の対象物質の濃度を低減させることを意味し、除去対象物質を完全に除去することに限定されない。
A so-called bag filter can be used as the filtration type dust collector, and solid impurities such as tar and char are removed by passing synthetic gas cooled by a gas cooling tower. By removing the solid impurities, it is possible to prevent the solid impurities from being clogged in each device in the subsequent stage of the filtration type dust collector.
In the present specification, "removal" means removing at least a part of the target substance to be removed from the synthetic gas to reduce the concentration of the target substance in the gas, and completely removes the target substance to be removed. Not limited to removal.
ろ過式集塵器を通過した合成ガスは、さらに水スクラバを通過させるとよい。水スクラバは、スクラバ内部を通過する合成ガスを水に接触させることで、合成ガスに含まれる不純物を除去する。水スクラバにおいては、硫化水素、塩化水素、青酸などの酸性ガス、アンモニアなどの塩基性ガス、NOx、SOxなどの酸化物などの水溶性不純物が除去される。また、BTEX(ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン)、ナフタレン、1−ナフトール、2−ナフトール等の油性不純物なども適宜除去されてもよい。 The synthetic gas that has passed through the filtration type dust collector should be further passed through the water scrubber. The water scrubber removes impurities contained in the synthetic gas by bringing the synthetic gas passing through the inside of the scrubber into contact with water. In the water scrubber, acid gases such as hydrogen sulfide, hydrogen chloride and blue acid, basic gases such as ammonia, and water-soluble impurities such as oxides such as NOx and SOx are removed. Further, oil impurities such as BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, xylene), naphthalene, 1-naphthol, 2-naphthol and the like may be appropriately removed.
水スクラバは、合成ガスG1と水を接触させる構成を有する限り特に限定されないが、例えば、上部に設けられたノズルより噴霧された水(以下、便宜上「洗浄水」ともいう)が、水スクラバの内部を下部から上部に向けて通過する合成ガスG1に接触させる構成を有するとよい。
また、水スクラバは、合成ガスG1を洗浄水に接触させることで、合成ガスG1を冷却させるとよい。上記したように、合成ガスG1は、ガス冷却塔で冷却され、所定の温度まで冷却された状態で水スクラバに導入される一方で、水スクラバにおいて合成ガスに接触する洗浄水の温度は、100℃未満であり、好ましくは0℃以上40℃以下、より好ましくは5℃以上30℃以下である。
合成ガスG1は、水スクラバにおいて、上記温度の水と接触することで、水スクラバにおいて例えば100℃未満、好ましくは40℃以下、より好ましくは38℃以下の温度まで冷却される。また、水スクラバにおいて洗浄水と接触することで合成ガスG1は、例えば0℃以上の温度まで冷却されるとよく、好ましくは5℃以上の温度まで冷却される。合成ガスG1は、40℃以下となることで、その温度のまま有機物質生成部17に供給されても、微生物触媒を死滅させることがない。
さらに、合成ガスG1は、水スクラバを通過させることで、水スクラバにおいて合成ガスG1を洗浄かつ冷却しつつ、ガス冷却塔で合成ガスG1に混入された水を除去することもできる。
The water scrubber is not particularly limited as long as it has a configuration in which the synthetic gas G1 and water are brought into contact with each other. It is preferable to have a configuration in which the inside is brought into contact with the synthetic gas G1 passing from the lower part to the upper part.
Further, the water scrubber may cool the synthetic gas G1 by bringing the synthetic gas G1 into contact with the washing water. As described above, the synthetic gas G1 is cooled by the gas cooling tower and introduced into the water scrubber in a state of being cooled to a predetermined temperature, while the temperature of the washing water in contact with the synthetic gas in the water scrubber is 100. It is less than ° C., preferably 0 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and more preferably 5 ° C. or higher and 30 ° C. or lower.
The synthetic gas G1 is cooled in the water scrubber to, for example, less than 100 ° C., preferably 40 ° C. or lower, and more preferably 38 ° C. or lower by contacting with water at the above temperature in the water scrubber. Further, the synthetic gas G1 is preferably cooled to a temperature of, for example, 0 ° C. or higher, preferably to a temperature of 5 ° C. or higher, by coming into contact with the washing water in the water scrubber. When the temperature of the synthetic gas G1 is 40 ° C. or lower, even if the synthetic gas G1 is supplied to the organic
Further, by passing the synthetic gas G1 through the water scrubber, the synthetic gas G1 can be washed and cooled in the water scrubber, and the water mixed in the synthetic gas G1 can be removed in the gas cooling tower.
ろ過式集塵器又は水スクラバから排出された合成ガスは、さらに、ガス冷却塔、ろ過式集塵器、及び水スクラバ以外の上記した処理装置の1つ又は2つ以上の処理装置を通過させ、合成ガスを適宜精製、冷却などしてもよい。
なお、以上の説明では、熱交換器14の後段に、ガス冷却塔、ろ過式集塵器、及び水スクラバの全てが設けられる構成を説明したが、これらのうちの一部又は全部を省略してもよい。例えば水スクラバを省略しても、その後段に別の冷却装置を設けて合成ガスG1を冷却して、例えば40℃以下として有機物質生成部17に供給するとよい。また、ガス冷却塔、及びろ過式集塵器の少なくとも1つ以上を省略してもよいし、ガス冷却塔、ろ過式集塵器及び水スクラバ以外の処理装置のみによって合成ガスを精製、冷却などしてもよい。
The syngas discharged from the filter-type dust collector or water scrubber is further passed through one or more of the above-mentioned treatment devices other than the gas cooling tower, the filter-type dust collector, and the water scrubber. , Syngas may be appropriately purified and cooled.
In the above description, the configuration in which all of the gas cooling tower, the filtration type dust collector, and the water scrubber are provided in the subsequent stage of the
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について図2を用いて説明する。なお、以下の説明においては、第1の実施形態と同様の構成要素については同じ符号を付し、その説明は省略する。
以上の第1の実施形態では、完全燃焼ガスG2は、加熱用熱交換器16に供給され、加熱用熱交換器16において完全燃焼ガスG2によって加熱された熱媒体が、熱交換器14に供給され、その熱媒体により熱交換器14が加熱された。それに対して、第2の実施形態の有機物質製造装置25では、図2に示すように、加熱用熱交換器16が省略され、完全燃焼ガスG2そのものを熱交換器14に供給できるようにするとよい。具体的には、完全燃焼ガスG2を熱交換器14に供給するための完全燃焼ガス流路26を設けるとよい。そして、熱交換器14に供給された完全燃焼ガスG2によって熱交換器14を、第1の実施形態と同様に一定温度以上に加熱する。
<Second embodiment>
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the following description, the same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
In the above first embodiment, the complete combustion gas G2 is supplied to the
本実施形態では、完全燃焼ガスG2は、熱交換器14内部のガス流路14Aを通過させ、それにより、熱交換器14のガス流路14Aの内面を加熱する。そして、完全燃焼ガスG2によって熱交換器14が一定温度以上に加熱された後に、熱交換器14に供給されるガスを、燃焼装置15で生成された完全燃焼ガスG2から、ガス化装置11で生成された合成ガスG1に切り替え、合成ガスG1を熱交換器14に通過させるとよい。熱交換器14を通過した合成ガスG1は、第1の実施形態と同様に、有機物質生成部17に供給される。
一方で、熱交換器14を通過した完全燃焼ガスG2は、後段処理装置18により、処理、廃棄などが適宜されるとよく、有機物質生成部17に供給されなくてもよい。
In the present embodiment, the complete combustion gas G2 passes through the
On the other hand, the complete combustion gas G2 that has passed through the
完全燃焼ガスG2は、腐食性ガスの含有率が低いので、合成ガスG1が熱交換器14を通過する前の十分に加熱されていない熱交換器14を通過しても、熱交換器14を腐食性ガスによって腐食させにくい。一方で、合成ガスG1は、腐食性ガスの含有率が高いが、合成ガスG1は加熱後の熱交換器14を通過するので、熱交換器14において腐食性ガスが液化しにくくなる。したがって、本実施形態でも、合成ガスG1に含まれる腐食性ガスによって熱交換器14の腐食を適切に防止できる。
Since the complete combustion gas G2 has a low content of corrosive gas, even if the synthetic gas G1 passes through the
以上の第2の実施形態の説明では、加熱用熱交換器16は省略される態様を説明したが、加熱用熱交換器16は省略しなくてもよい。加熱用熱交換器16を省略しない場合には、完全燃焼ガスG2によって熱交換器14を一定温度以上に加熱した後も、継続して燃焼装置15を運転させ、燃焼装置15で生成した完全燃焼ガスG2を加熱用熱交換器16に供給するとよい。加熱用熱交換器16では、完全燃焼ガスG2により熱媒体を加熱し、その加熱された熱媒体を、他の装置に供給して発電などに利用するとよい。
In the above description of the second embodiment, the mode in which the
また、以上の第1及び第2の実施形態では、熱交換器14に供給された熱媒体M2、又は完全燃焼ガスG2は、熱交換器14のガス流路14Aを通過させることで熱交換器14を加熱したが、合成ガスを熱交換器14に通過させる前に、完全燃焼ガスG2の熱エネルギーにより、熱交換器14を加熱する限りいかなる構成を採用してもよい。例えば、熱媒体M2、又は完全燃焼ガスG2を、熱交換器14の冷却媒体流路14Bに通過させることで、熱交換器14を加熱してもよい。さらに、合成ガスを熱交換器14に通過させる前の加熱は、完全燃焼ガスG2の熱エネルギー以外により行ってもよい。
Further, in the first and second embodiments described above, the heat medium M2 or the complete combustion gas G2 supplied to the
さらに、以上の第1及び第2の実施形態の有機物質製造装置10、25では、ガス化装置11及び燃焼装置15は、それぞれ、ガス化炉12、19を有する態様を示したが、それぞれがカス化炉を有する必要はなく、ガス化装置11及び燃焼装置15のガス化炉を共通にしてもよい。
すなわち、合成ガスG1を熱交換器14に通過させる前において、まず、ガス化炉で生成した熱分解ガスを燃焼炉20に供給し、燃焼炉20で完全燃焼ガスG2を生成して、その完全燃焼ガスG2を、加熱用熱交換器16又は熱交換器14に供給するとよい。そして、完全燃焼ガスG2の熱エネルギーにより熱交換器14が一定以上の温度に加熱された後は、ガス化炉で生成した熱分解ガスを改質炉13に供給し、改質炉13で合成ガスG1を生成して、合成ガスG1を熱交換器14に供給するとよい。
Further, in the organic
That is, before passing the synthetic gas G1 through the
<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態について図3を参照しながら説明する。以上の第1及び第2の実施形態では、ガス化装置11及び燃焼装置15が設けられる態様を示したが、第3の実施形態では、燃焼装置15が省略される。また、加熱用熱交換器16も省略される。以下、本実施形態について、第1の実施形態との相違点について説明する。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the above first and second embodiments, the
本実施形態では、熱交換器14を加熱するための完全燃焼ガスG2、及び有機物質生成部17に供給されるための合成ガスG1のいずれもが、ガス化装置11にて生成される。
すなわち、本実施形態では、まず、ガス化炉12にて廃棄物から熱分解ガスが生成され、その熱分解ガスが改質炉13に供給され、改質炉13では完全燃焼ガスG2が生成される。ここで、改質炉13では、供給された熱分解ガスを公知の方法により完全燃焼させるとよい。具体的には、後述する合成ガスG1生成時よりも単位時間当たりの酸素供給量を多くするなどして完全燃焼させるとよい。そして、得られた完全燃焼ガスG2は、熱交換器14に供給され、熱交換器14が完全燃焼ガスG2により加熱されるとよい。なお、完全燃焼ガスG2は、熱交換器14内部のガス流路14Aを通過させ、それにより、熱交換器14を加熱させるとよい。なお、熱交換器14を通過した完全燃焼ガスG2は、後段処理装置18により、処理、廃棄などが適宜されるとよい。
In the present embodiment, both the complete combustion gas G2 for heating the
That is, in the present embodiment, first, pyrolysis gas is generated from the waste in the
上記した完全燃焼ガスG2による加熱によって、熱交換器14の温度が、第1の実施形態と同様に一定温度以上になると、次に、改質炉13では熱分解ガスより、合成ガスG1が生成され、その生成された合成ガスG1が、引き続き、熱交換器14に供給される。合成ガスG1は、熱交換器14において、熱交換器14に供給される冷却媒体M1により冷却され、その後、有機物質生成部17に供給され、有機物質が生成される。
When the temperature of the
以上のように、本実施形態においても、合成ガスG1通過前に予め熱交換器14を加熱しておくことで、合成ガスG1の通過が開始される時点においても腐食性ガスが液体物質となることが抑制され、それにより、熱交換器14が腐食性ガスによって腐食することを適切に防止できる。
また、本実施形態では、燃焼装置15が省略され、ガス化装置11において、合成ガスG1及び完全燃焼ガスG2の両方が生成されたので、有機物質製造装置30の構成を簡略化できる。さらに、合成ガスG1及び完全燃焼ガスG2のいずれもが、熱交換器14のガス流路14Aを通過するので、熱交換器14にガスを供給する流路の切り替えをしなくてもよいので、それによっても、有機物質製造装置30の構成を簡略化できる。
As described above, also in the present embodiment, by heating the
Further, in the present embodiment, since the
ただし、第3の実施形態でも、完全燃焼ガスG2は、熱交換器14のガス流路14Aを通過させる代わりに、冷却媒体流路14Bを通過させることで熱交換器14を加熱してもよい。
また、第3の実施形態でも第1の実施形態で示したように加熱用熱交換器16を設け、完全燃焼ガスG2を加熱用熱交換器16に通過させることで、熱媒体M2を加熱させ、その熱媒体M2によって、熱交換器14を加熱させてもよい。熱媒体M2は、ガス流路14Aを通過させて熱交換器14を加熱させてもよいし、冷却媒体流路14Bを通過させることで熱交換器14を加熱してもよい。
However, also in the third embodiment, the complete combustion gas G2 may heat the
Further, also in the third embodiment, as shown in the first embodiment, the
10、25、30 有機物質製造装置
11 ガス化装置
12 ガス化炉
13 改質炉
14 熱交換器
14A ガス流路
14B 冷却媒体流路
15 燃焼装置
16 加熱用熱交換器
16A 完全燃焼ガス用流路
16B 熱媒体流路
17 有機物質生成部
18 後段処理装置
19 ガス化炉
20 燃焼炉
21 熱媒体供給流路
26 完全燃焼ガス流路
G1 合成ガス
G2 完全燃焼ガス
M1 冷却媒体
M2 熱媒体
10, 25, 30 Organic
Claims (16)
前記ガス化装置から排出された合成ガスを、熱交換器を通過させることにより冷却する工程と、
少なくとも前記熱交換器を通過した合成ガスを触媒に接触させて有機物質を生成する工程と、
前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記熱交換器を加熱する工程と
を備える有機物質の製造方法。 The process of gasifying waste to generate syngas in a gasifier,
A step of cooling the synthetic gas discharged from the gasifier by passing it through a heat exchanger.
At least the step of bringing the synthetic gas that has passed through the heat exchanger into contact with the catalyst to generate an organic substance, and
A method for producing an organic substance, which comprises a step of heating the heat exchanger before passing the synthetic gas through the heat exchanger.
前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記完全燃焼ガスの熱エネルギーにより、前記熱交換器を加熱させる請求項1に記載の有機物質の製造方法。 Further equipped with a process to completely burn waste and generate complete combustion gas,
The method for producing an organic substance according to claim 1, wherein the heat exchanger is heated by the heat energy of the complete combustion gas before the synthetic gas is passed through the heat exchanger.
前記完全燃焼ガスを前記ガス流路及び冷却媒体流路のいずれかを通過させることで前記熱交換器を加熱させる請求項2に記載の有機物質の製造方法。 The heat exchanger includes a gas flow path through which the synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
The method for producing an organic substance according to claim 2, wherein the heat exchanger is heated by passing the complete combustion gas through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
加熱用熱交換器において、前記完全燃焼ガスの熱エネルギーにより熱媒体を加熱させ、
前記加熱させた熱媒体を前記ガス流路及び冷却媒体流路のいずれかを通過させることで前記熱交換器を加熱させる請求項2に記載の有機物質の製造方法。 The heat exchanger includes a gas flow path through which a synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
In the heat exchanger for heating, the heat medium is heated by the heat energy of the complete combustion gas, and the heat medium is heated.
The method for producing an organic substance according to claim 2, wherein the heat exchanger is heated by passing the heated heat medium through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
前記ガス化装置から排出された合成ガスを通過させて、冷却する熱交換器と、
前記熱交換器を少なくとも通過した合成ガスを、触媒に接触させて有機物質を生成する有機物質生成部とを備え、
前記合成ガスを前記熱交換器に通過させる前に、前記熱交換器を加熱可能である、有機物質製造装置。 A gasifier that gasifies waste to generate syngas,
A heat exchanger that allows synthetic gas discharged from the gasifier to pass through and cools it.
It is provided with an organic substance generating unit that produces an organic substance by contacting a synthetic gas that has passed at least the heat exchanger with a catalyst.
An organic substance manufacturing apparatus capable of heating the heat exchanger before passing the syngas through the heat exchanger.
廃棄物を完全燃焼させることで得る完全燃焼ガスを、前記ガス流路及び冷却媒体流路のいずれかを通過させることで、前記熱交換器を加熱する請求項10に記載の有機物質製造装置。 The heat exchanger includes a gas flow path through which a synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
The organic substance manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the heat exchanger is heated by passing the complete combustion gas obtained by completely burning the waste through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
前記有機物質製造装置が、前記完全燃焼ガスの熱エネルギーにより熱媒体を加熱させる加熱用熱交換器をさらに備え、
前記加熱された熱媒体を、前記ガス流路及び冷却媒体用流路のいずれかを通過させることで、前記熱交換器を加熱する請求項10に記載の有機物質製造装置。 The heat exchanger includes a gas flow path through which a synthetic gas is passed and a cooling medium flow path through which a cooling medium for cooling the synthetic gas is passed.
The organic substance manufacturing apparatus further includes a heat exchanger for heating that heats a heat medium with the thermal energy of the complete combustion gas.
The organic substance manufacturing apparatus according to claim 10, wherein the heat exchanger is heated by passing the heated heat medium through either the gas flow path or the cooling medium flow path.
The organic substance manufacturing apparatus according to any one of claims 9 to 15, wherein the organic substance contains ethanol.
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