(57)【要約】【課題】水溶性タールの経時的な重合を抑制し、タールの燃料としての質を維持したまま該タールを回収するバイオマス液化物回収装置および回収方法を提供する。【解決手段】バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する装置において、バイオマス液化物回収装置は、処理槽４１に貯留されているタールにメタノールを添加する添加部４２と、メタノールが添加された液化物を回収するタールタンク４３とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する装置において、上記液化物に低級アルコールまたはアセトンを添加する添加部と、該低級アルコールまたはアセトンが添加された液化物を回収する回収部と、を備えることを特徴とするバイオマス液化物回収装置。
【請求項２】
バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する方法において、上記液化物に低級アルコールまたはアセトンを添加する添加工程と、該低級アルコールまたはアセトンが添加された液化物を回収する回収工程と、を備えることを特徴とするバイオマス液化物回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する装置および該液化物を回収する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の防止対策として、バイオマスエネルギーの有効利用に注目が集まっている。バイオマスエネルギーの中でも植物由来のバイオマスエネルギーは、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素から変換された炭素資源を有効利用できるため、資源のライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない、いわゆる、カーボンニュートラルという性質をもつ。
【０００３】
化石資源ではない、再生可能な、生物由来の有機性資源をバイオマスと呼ぶ。バイオマスは太陽エネルギーを使い、水と二酸化炭素から生物が生成するものなので、持続的に再生可能な資源である。バイオマスは有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかし、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、バイオマスを使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。バイオマスは林業系（製材廃棄物、間伐材、製紙廃棄物等）、農業系（稲わら、麦わら、サトウキビ糠、米糠、草木等）、畜産系（家畜廃棄物等）、水産系（水産加工残滓等）、廃棄物系（生ごみ、庭木、建築廃材、下水汚泥等）等に分類される。
【０００４】
近年、地球温暖化問題に関連してバイオマスエネルギーの役割が強調されている。バイオマスからのエネルギー回収、転換として、バイオマスを熱分解してガス燃料、タールなどを製造することが開発検討されている。
【０００５】
特許文献１には、バイオマスを急速熱分解することにより、該バイオマスを、ガスと、タールと、固定炭素を主体としたチャーとを生成するバイオマス熱分解方法が開示されている。上記急速熱分解により生成された該ガス、タールおよびチャーの混合物たる熱分解生成物は、まず、バイオマスを急速熱分解する熱分解反応部よりも下流に設けられた固気分離部でチャーのみが分離され、次に、さらに下流に設けられた液分離器でタールとガスとに分離されることとしている。
【特許文献１】特開２００３−２６８３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
バイオマスを急速熱分解して得られる熱分解生成物に含まれるタールには、軽質の水溶性タールおよび重質の非水溶性タールの二種類のタールが含まれている。該非水溶性タールは該水溶性タールよりも比重が大きいので、上記タールがある程度の期間放置されると、水溶性タールを含む水溶性相が上層、非水溶性タールを含む非水溶性相が下層となって二層に相分離される。二つの層は通常の撹拌程度では容易に均一相とされない。該上層の水溶性タールと該下層の非水溶性タールは粘度や燃焼特性が異なっているので、このように二種類のタールが相分離した状態のままでは、該タールを安定した燃料として利用することができない。
【０００７】
また、上層を形成する上記水溶性相は、該水溶性相に水分が含まれていること、そして水溶性タールを構成する分子に酸素原子を多く含んでいることに起因して発熱量が低い。また、該酸素原子は活性が高い官能基に含まれているので、上記水溶性タールは重合しやすい。すなわち、該水溶性タールは経時的に重質化しやすい。このように水溶性タールが重合する結果、該水溶性タールの粘度が高くなり該水溶性タールの燃料としての質が低下する。重質化した水溶性タールは、下層である非水溶性相に沈下して、該下層にてさらに重合する。
【０００８】
一方、下層を形成する上記非水溶性相は、非水溶性タールを構成する分子における酸素原子の含有量が少ないので、発熱量が比較的高く、経時的な重質化も進みにくい。したがって、非水溶性タールは水溶性タールよりも燃料として良質である。
【０００９】
しかし、上記非水溶性タールが存在する非水溶性相には、既述したとおり、重質化した水溶性タールが沈下するので、該水溶性タールの混在によりタール全体として粘度が高くなり、該非水溶性相を燃料として用いることが困難となる。
【００１０】
上記特許文献１では、上記液分離器において、水溶性タールと非水溶性タールが混合された状態でタールがガスから分離される。この分離されたタールは、その後何ら処理がされていないので、既述したように、いずれ水溶性相と非水溶性相に相分離した後、水溶性相に含まれる水溶性タールの重合ひいては重質化に起因して、タールの燃料としての質が経時的に低下してしまうこととなる。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑み、タールの相分離および水溶性タールの経時的な重合を抑制し、タールの燃料としての質を維持したまま該タールを回収するバイオマス液化物回収装置および回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
＜第一発明＞
本発明に係るバイオマス液化物回収装置は、バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する。
【００１３】
かかるバイオマス液化物回収装置において、本発明は、上記液化物に低級アルコールまたはアセトンを添加する添加部と、該低級アルコールまたはアセトンが添加された液化物を回収する回収部とを備えることを特徴としている。
【００１４】
上記バイオマス液化物回収装置では、添加部が上記液化物に低級アルコールまたはアセトンを添加する。該低級アルコールまたはアセトンは水溶性タールおよび非水溶性タールの両方に対して相溶性を持つ極性を有し、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方と親和し、二相の相溶性を改善する。この結果、水溶性タールと非水溶性タールとの相分離が抑制または緩和され、タールは均一相を形成する。または簡易な撹拌操作のみで容易にエマルション化するようになる。また、該低級アルコールまたはアセトンが該水溶性タールと親和することにより、該水溶性タールの重合が抑制される。これは、水溶性タールの重合を生じる部位に該低級アルコールまたはアセトンが反応し、水溶性タール分子間の重合を生じさせないためと考えられる。
【００１５】
＜第二発明＞
本発明に係るバイオマス液化物回収方法では、バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する。
【００１６】
かかるバイオマス液化物回収方法において、本発明は、上記液化物に低級アルコールまたはアセトンを添加する添加工程と、該低級アルコールまたはアセトンが添加された液化物を回収する回収工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、以上のように、液化物に低級アルコールまたはアセトンが添加されることにより、該低級アルコールまたはアセトンが水溶性タールおよび非水溶性タールの両方と親和し、二相の相溶性を改善するので、水溶性タールと非水溶性タールとの相分離が抑制または緩和され、タールは均一相を形成する。また、該低級アルコールまたはアセトンが該水溶性タールと親和することにより、該水溶性タールの重合が抑制される。この結果、該タールの相分離および該水溶性タールの重合による変質を抑制し、水溶性タールおよび非水溶性タールを含むタール全体の燃料としての質の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係るバイオマス液化物回収装置の構成を示すブロック図である。該バイオマス液化物回収装置は、バイオマスを急速熱分解する急速熱分解部１０と、該急速熱分解部１０に原料としてのバイオマスを供給するバイオマス供給部２０と、急速熱分解部１０で生成された熱分解生成物を熱分解生成ガス（気体）、チャーなどの固体物、タール（液体）に分離する気固液分離部３０と、該気固液分離部３０で分離されたタールを処理するタール処理部４０と、上記気固液分離部３０で分離された熱分解生成ガスを洗浄して精製ガスを生成する洗浄部５０とを有している。
【００２０】
急速熱分解部１０は、既述したようにバイオマス供給部２０から供給された原料としてのバイオマスを急速熱分解する。該急速熱分解部１０は、例えば、気流層熱分解装置を用いて５００〜７５０℃程度まで昇温した不活性ガス雰囲気で該不活性ガスの顕熱によりバイオマスを急速に昇温して短時間加熱して急速に熱分解させる構成とすることができる。また、バイオマス供給部２０は、例えば、ロータリーフィーダーと気流搬送の組み合わせや、スクリューフィーダー等によって構成されている。
【００２１】
気固液分離部３０は、急速熱分解部１０で生成された固体と気体（熱分解生成ガスとガス状タール）の混合物である熱分解生成物から固体物である主としてチャーを分離する固体物分離部３１と、該熱分解生成物中の気体を冷却し該気体から主としてタールを含む液化物を凝縮させて分離する間接急冷部３２と、該間接急冷部３２で液化物が分離された気体中にミスト状に存在する主としてタールを含む液化物をさらに分離させて熱分解生成ガスを生成するデミスタ３３と、該間接急冷部３２およびデミスタ３３で得られた液化物から主として不純物たる残留固体物を分離する残留固体物分離部３４とを有している。
【００２２】
上記固体物分離部３１は、例えば、遠心力で固体物たるチャーを分離する公知のサイクロンセパレータで構成されている。また、間接急冷部３２は、直列に接続された二つの水冷サイクロン３２Ａ，３２Ｂで構成されている。本実施形態では、該間接急冷部３２は、水冷サイクロンで構成されていることとしたが、これに代えて、多管型熱交換器で構成されていても良い。
【００２３】
デミスタ３３は、直列に接続された二つのデミスタ３３Ａ，３３Ｂで構成されている。各デミスタ３３Ａ，３３Ｂは、内部に衝突板（図示せず）等を有しており、間接急冷部３２から得られた気体を該衝突板に衝突させて、該気体中にミスト状で存在していたタールを液滴として付着させることにより、該気体から液化物として分離する。該液化物が分離された気体は熱分解生成ガスとして洗浄部５０へ送られる。また、間接急冷部３２およびデミスタ３３で分離された液化物は、残留固体物分離部３４へ送られる。残留固体物分離部３４は、該液化物を濾過するストレーナとして構成されており、該液化物をタール（液体）と上記固体分離部３１で分離しきれなかった主として不純物たる残留固体物とに分離する。
【００２４】
タール処理部４０は、残留固体物分離部３４で分離されたタールを貯留する処理槽４１と、該処理槽４１に貯留された該タールに添加剤としてメタノールを添加する添加部４２と、該メタノールが添加されたタールを回収するタールタンク４３とを有している。
【００２５】
洗浄部５０は、デミスタ３３で分離された熱分解生成ガスを洗浄液で洗浄し、燃料として利用可能な精製ガスと、水に酸性ガス成分や低沸点のタール成分等が混ざった廃液とに分離する。該洗浄部５０は、例えば、該洗浄部５０の上部から下方へ向けて洗浄液としての水を散水して被洗浄物を洗浄する公知のスクラバーで構成されている。
【００２６】
このような構成を有する本実施形態に係るバイオマス液化物回収装置では、以下の要領でタールを回収する。
【００２７】
まず、原料であるバイオマスがバイオマス供給部２０から急速熱分解部１０に供給される。該急速熱分解部１０では、該バイオマスが急速熱分解されて熱分解生成物が生成される。該熱分解生成物は、チャーからなる固体物と、主として熱分解生成ガスおよび気化したタールから成る気体を含んでいる。該熱分解生成物は固体物分離部３１で固体物と気体に分離される。分離された該固体物、すなわちチャーは燃焼させることにより熱源として利用可能である。
【００２８】
固体物分離部３１で分離された気体は、間接急冷部３２で冷却され主としてタールを含む液化物を凝縮させて、該液化物と、主として熱分解生成ガスを含む気体とに分離される。さらに、液化物が分離された該気体は、デミスタによって、該気体中にミスト状に存在するタールが液滴化されて液化物として分離される。間接急冷部３２およびデミスタ３３で分離された液化物は、残留固体物分離部３４で残留固体物が除去される。該残留固体物が除去された液化物、すなわちタールは処理槽４１へ送られる。
【００２９】
処理槽４１に貯留されたタールには、添加部４２によって添加剤としてメタノールが添加される。処理槽４１には撹拌機（図示せず）が備えられ、タールに添加されたメタノールが混合される。該メタノールは、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方に対して相溶性を持つ極性を有し、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方と親和し、二相の相溶性を改善する。この結果、水溶性タールと非水溶性タールとの相分離が抑制または緩和され、タールは均一相を形成する。または簡易な撹拌操作のみで容易にエマルション化するようになる。そして、該メタノールが該水溶性タールと親和することにより、該水溶性タールの重合が抑制され、変質を抑制する。また、該非水溶性タールも水溶性タールほど多くはないが分子内に重合部位を有しており、顕著ではないが一部に重合が生じ得るところ、該メタノールが該非水溶性タールと親和することにより、該非水溶性タールの重合も抑制される。
【００３０】
メタノールの添加率は、タールの含水率や貯留期間により調整するが、タール重量に対して３〜２０ｗｔ％程度とすることが好ましい。メタノールの添加率が３ｗｔ％より少ないと水溶性タールと非水溶性タールとの相分離を防止する作用が十分でないし、メタノールを２０ｗｔ％より多く添加しても相分離を防止する作用に大きな差はなく、メタノールの添加量を過大に多くするとタールを燃料として使用する場合のコストが高くなるので好ましくない。
【００３１】
また、タールの含水率が大きいと、水溶性タールと非水溶性タールとの相溶性改善の効果を得るために必要なメタノール添加率を多くする必要が生じるため、タールの総含水率を１０ｗｔ％程度以下に低下させることが望ましい。タールの含水率を低下させるためには、急速熱分解部１０において水蒸気発生量を低く抑制する条件や、熱分解生成物とともに排出される水蒸気量を低く抑制する条件でバイオマスを急速熱分解させたり、残留固体物分離部３４で残留固体物を除去したタールを加熱脱水処理した後に、処理槽４１へ送りメタノールを添加するようにする。
【００３２】
処理槽４１にてメタノールが添加されたタールは、タールタンク４３に貯留される。該タールは、液体燃料や化学品原料、すなわちバイオマス液化油として利用することが可能である。
【００３３】
デミスタ３３で分離された熱分解生成ガスは、洗浄部５０で洗浄され、精製ガスと廃液とに分離される。該精製ガスは、気体燃料として利用することが可能である。
【００３４】
本実施形態では、既述のように、処理槽４１に貯留されたタールにメタノールを添加することにより、既述したように、タールが水溶性タールと非水溶性タールとに相分離することなく均一相を形成するようにした。そして、メタノールが水溶性タールと親和することにより、水溶性タールの重合が抑制されるので、重合による水溶性タールの経時的な変質、すなわち、水溶性タールの粘度の増大を抑制し、また、水溶性タール重合物が非水溶性タール相へ沈降・混入して非水溶性タールの粘度を増大させることを抑制し、さらに、ガム状物質が形成されて非水溶性タール相の下に沈殿することを抑制できる。このように本実施形態により、タールの相分離および水溶性タールの重合による変質を抑制し、水溶性タールおよび非水溶性タールを含むタール全体の燃料としての質の低下を抑制することができる。また、該タールは経時的に粘度が高くなることが抑制されるので、該タールの長時間の貯留が容易となる。
【００３５】
本実施形態では、処理槽４１に貯留されたタールにメタノールが添加剤として添加されることとしたが、添加される物質はこれに限られず、例えば、エタノールやイソプロパノール等の低級アルコールであってもよい。また、該低級アルコールに代えて、アセトンを添加することとしてもよい。また、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール及びアセトンのうち少なくとも二つの混合物を添加剤として添加してもよい。
【００３６】
タールの含水率が高い場合、添加剤による水溶性タールと非水溶性タールとの相溶性改善の効果が出にくくなるため、添加剤の添加量を多くしなければならないが、添加剤増量はアセトンが最も少なくてよく、イソプロピルアルコール、エタノール、メタノールの順に添加剤増量が多く必要になる。また、水溶性タールの重合を抑制して経時劣化を抑制するには、メタノールまたはアセトンを添加することが特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施形態に係るバイオマス液化物回収装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
４２  添加部
４３  タールタンク（回収部）
【図１】
2010106146.tif 000003