(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に触媒が収容され、グリセリンと、水蒸気、酸素もしくは空気を含む反応用ガスとの間で前記触媒を用いて反応を生じさせ、前記グリセリンを改質する改質反応器と、
前記反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器と、
前記グリセリンを導入するための複数のグリセリン導入配管と、
前記水蒸気を導入するための水蒸気導入配管と、
前記酸素もしくは空気を導入するための複数の酸素・空気導入配管と、を備え、
前記改質反応器内において、前記グリセリンと前記水蒸気とによる水蒸気改質反応が主に生じる水蒸気改質反応領域と、前記グリセリンと前記酸素もしくは前記空気とによる酸化改質反応が主に生じる酸化改質反応領域とが隣接するように、前記グリセリンおよび前記反応用ガスが供給され、
前記水蒸気導入配管が前記改質反応器の一端に接続されるとともに、前記複数のグリセリン導入配管の各々と前記複数の酸素・空気導入配管の各々とが前記改質反応器の内部に交互に配置されていることを特徴とするグリセリン改質装置。
【請求項２】
前記グリセリン導入配管のうち、前記改質反応器の内部に位置する部分に他の部分よりも伝熱面積が大きいグリセリン予熱部が設けられ、前記グリセリンが前記グリセリン予熱部を流れる間に前記改質反応器内の熱により前記グリセリンの予熱を行うことを特徴とする請求項１に記載のグリセリン改質装置。
【請求項３】
前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して前記反応用ガスの予熱を行うことを特徴とする請求項１または２に記載のグリセリン改質装置。
【請求項４】
前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、前記水蒸気を生成することを特徴とする請求項３に記載のグリセリン改質装置。
【請求項５】
前記冷却・熱回収器によって冷却された前記改質後ガスの精製を行うガス精製器を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のグリセリン改質装置。
【請求項６】
前記ガス精製器が、前記改質後ガスに含まれるアルカリを除去する機能を有することを特徴とする請求項５に記載のグリセリン改質装置。
【請求項７】
前記触媒が、貴金属を担持させた酸化物触媒であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のグリセリン改質装置。
【請求項８】
前記改質後ガス中に含まれる水素ガスの一部が前記改質反応器に供給されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載のグリセリン改質装置。
【請求項９】
改質反応器内でグリセリンと、水蒸気、酸素もしくは空気を含む反応用ガスとの間で触媒を用いて反応を生じさせ、前記グリセリンを改質するとともに、前記反応後に生じた改質後ガスを冷却して前記改質後ガスから熱を回収し、
前記改質反応器内において、前記グリセリンと前記水蒸気とによる水蒸気改質反応が主に生じる水蒸気改質反応領域と、前記グリセリンと前記酸素もしくは前記空気とによる酸化改質反応が主に生じる酸化改質反応領域とが隣接するように、前記グリセリンおよび前記反応用ガスを供給し、
前記水蒸気を導入するための水蒸気導入配管が前記改質反応器の一端に接続されるとともに、前記グリセリンを導入するための複数のグリセリン導入配管の各々と前記酸素もしくは空気を導入するための複数の酸素・空気導入配管の各々とが前記改質反応器の内部に交互に配置されていることを特徴とするグリセリン改質方法。
【請求項１０】
前記水蒸気の供給量に対する前記酸素もしくは前記空気の供給量を調節することにより前記改質反応器内の温度を調節することを特徴とする請求項９に記載のグリセリン改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グリセリン改質装置および改質方法に関し、例えば植物油などからバイオディーゼル燃料を生産する際の副生成物であるグリセリンを有価物に改質する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大豆油、菜種油、ひまわり油等の植物性油脂を原料として、バイオディーゼル燃料を生産する方法が提案されている。バイオディーゼル燃料の一般的な生産方法として、油脂にメタノールとアルカリ触媒を加えてエステル交換反応を起こさせた後、これに酸を加えて中和させ、脂肪酸メチルエステルとグリセリンに分離する。分離した脂肪酸メチルエステルから触媒を取り除き、さらにメタノールを除去すると、バイオディーゼル燃料となる。このように、アルカリ触媒を用いた方法では、原理的にグリセリンの発生を抑制することは難しく、原料油脂の１０％程度のグリセリンが副生する。
【０００３】
グリセリンは現在、医薬品分野や化粧品、樹脂、塗料などといった分野で消費されているが、その消費量は限定されている。一方、地球温暖化対策として期待が高まっているバイオディーゼル燃料の生産量増加に伴い、副生グリセリンが余剰となることが予測される。現在、副生グリセリンはその多くが焼却処分により熱回収されているのが現状である。以上の背景の下、副生グリセリンの市場において、グリセリンの余剰量がますます拡大すること、焼却処分によって資源の利用価値が低下すること、などが課題となっている。
【０００４】
そこで、下記の特許文献1には、副生した粗グリセリンとこれを更に精製した精製グリセリンを加熱気化させて水素ガスを発生させる水素ガス発生装置を備えた廃棄物処理システムが開示されている。この特許文献１によれば、この廃棄物処理システムの使用により、バイオディーゼル燃料を生産できるとともに、副生グリセリンから水素ガスを生成でき、水素燃料電池として有効利用できる、と記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２０９４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１には、グリセリンを加熱気化させて水素ガスを発生させる水素ガス発生装置と記載されているだけであって、水素ガス発生装置の具体的な構成については記載されていない。したがって、グリセリンを改質して有価ガスに転換するための具体的な装置及び方法の提供が望まれている。
【０００６】
さらに、特許文献1には、水素ガス発生装置内でグリセリンの加熱気化に用いる熱源として、油脂を含む廃棄物の残部を高温溶融させる還元ガス化溶融炉の排熱を利用することで電力を削減できる、と記載されている。ただし、これは還元ガス化溶融炉と水素ガス発生装置が一体化したバイオディーゼル燃料製造システム全体として得られる効果である。したがって、グリセリン改質装置単体としても、エネルギー利用効率の高い装置の提供が求められている。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高いエネルギー利用効率をもってグリセリンの改質が図れ、有価ガスに転換することが可能なグリセリン改質装置および改質方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のグリセリン改質装置は、内部に触媒が収容され、グリセリンと、水蒸気、酸素もしくは空気を含む反応用ガスとの間で前記触媒を用いて反応を生じさせ、前記グリセリンを改質する改質反応器と、前記反応後に生じた改質後ガスを冷却し、前記改質後ガスから熱を回収する冷却・熱回収器と、を備え、前記改質反応器内において、前記グリセリンと前記水蒸気とによる水蒸気改質反応が主に生じる水蒸気改質反応領域と、前記グリセリンと前記酸素もしくは前記空気とによる酸化改質反応が主に生じる酸化改質反応領域とが隣接するように、前記グリセリンおよび前記反応用ガスが供給されることを特徴とする。
【０００９】
本発明のグリセリン改質装置において、グリセリンおよび反応用ガスを供給する具体的な方法として、前記グリセリンを導入するための複数のグリセリン導入配管と、前記水蒸気を導入するための水蒸気導入配管と、前記酸素もしくは空気を導入するための複数の酸素・空気導入配管と、を備え、前記水蒸気導入配管が前記改質反応器の一端に接続されるとともに、前記複数のグリセリン導入配管の各々と前記複数の酸素・空気導入配管の各々とが前記改質反応器の内部に交互に配置されている構成が採用できる。
【００１０】
本発明のグリセリン改質装置において、前記グリセリン導入配管のうち、前記改質反応器の内部に位置する部分に他の部分よりも伝熱面積が大きいグリセリン予熱部が設けられ、前記グリセリンが前記グリセリン予熱部を流れる間に前記改質反応器内の熱により前記グリセリンの予熱を行う構成が採用できる。
【００１１】
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して前記反応用ガスの予熱を行う構成が採用できる。
【００１２】
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、前記水蒸気を生成する構成が採用できる。
【００１３】
本発明のグリセリン改質装置において、前記冷却・熱回収器によって冷却された前記改質後ガスの精製を行うガス精製器を更に備えた構成が採用できる。
【００１４】
本発明のグリセリン改質装置において、前記ガス精製器が、前記改質後ガスに含まれるアルカリを除去する機能を有する構成が採用できる。
【００１５】
本発明のグリセリン改質装置において、前記触媒が、貴金属を担持させた酸化物触媒である構成が採用できる。
【００１６】
本発明のグリセリン改質装置において、前記改質後ガス中に含まれる水素ガスの一部が前記改質反応器に供給される構成が採用できる。
【００１７】
本発明のグリセリン改質方法は、改質反応器内でグリセリンと、水蒸気、酸素もしくは空気を含む反応用ガスとの間で触媒を用いて反応を生じさせ、前記グリセリンを改質するとともに、前記反応後に生じた改質後ガスを冷却して前記改質後ガスから熱を回収し、前記改質反応器内において、前記グリセリンと前記水蒸気とによる水蒸気改質反応が主に生じる水蒸気改質反応領域と、前記グリセリンと前記酸素もしくは前記空気とによる酸化改質反応が主に生じる酸化改質反応領域とが隣接するように、前記グリセリンおよび前記反応用ガスを供給することを特徴とする。
【００１８】
本発明のグリセリン改質方法において、前記水蒸気の供給量に対する前記酸素もしくは前記空気の供給量を調節することにより前記改質反応器内の温度を調節する構成が採用できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のグリセリン改質装置によれば、改質反応器内において、触媒の作用によりグリセリンと反応用ガスとの間で反応が生じる。具体的には、グリセリンと水蒸気との間の水蒸気改質反応、グリセリンと酸素もしくは空気との間の酸化改質反応の双方が起こる。これらの反応を経てグリセリンが改質され、水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。このようにグリセリンを有価ガスに転換することにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。
【００２０】
また、副生グリセリンを水素や一酸化炭素等のガスとして回収することによって、これらのガスを水素燃料や化学合成品の原料として利用できる。例えば水素ガスを燃料として利用することで燃料電池による高効率発電が可能となる。その他、水素利用分野への転用が可能となる。
【００２１】
上述の水蒸気改質反応と酸化改質反応のうち、水蒸気改質反応は吸熱反応であるため、反応を進行させるためには熱を供給する必要がある。一方、酸化改質反応は発熱反応である。したがって、改質反応器内で双方の反応を生じさせ、酸化改質反応によって発生した熱を水蒸気改質反応に供給するのがエネルギー利用効率の観点から有効である。酸化改質反応によって発生する熱は、改質後ガスや触媒に顕熱として現れる。そのため、水蒸気改質反応が主に生じる水蒸気改質反応領域と、酸化改質反応が主に生じる酸化改質反応領域とが隣接するようにグリセリンおよび反応用ガスを供給することが望ましい。この構成によって、任意の手段を用いて熱を輸送する必要がなく、熱の供給が効率良く行われ、各反応が円滑に進行してグリセリンの改質が十分に行われる。
【００２２】
また、水蒸気導入配管を改質反応器の一端に接続し、グリセリン導入配管と酸素・空気導入配管を改質反応器の内部に交互に配置する構成とすれば、改質反応器の内部を一端側から他端側に向けて水蒸気が流れていき、グリセリンと水蒸気が全体にわたり接触する中で、グリセリンと酸素もしくは空気が接触する領域が局所的に間隔をおいて生じることになる。これにより、水蒸気改質反応領域と酸化改質反応領域とが交互に隣接する構成を実現できる。
【００２３】
また、グリセリン導入配管のうち、改質反応器の内部に位置する部分に伝熱面積が大きいグリセリン予熱部を設けた構成であれば、グリセリンの予熱を効率良く行うことができ、予熱のための外部のエネルギーを削減できる。
【００２４】
また、上記の改質反応は例えば数百℃といった高温で進行するため、相当の高温の改質後ガスが改質反応器から排出される。ここで、本発明のグリセリン改質装置によれば、冷却・熱回収器を用いて高温の改質後ガスを冷却するとともに、熱を回収することによってこの熱を本装置内で有効利用できるため、グリセリン改質装置単体としてエネルギー利用効率の高い装置を実現できる。
【００２５】
例えば冷却・熱回収器で回収した熱を利用して反応用ガスの予熱を行う構成とすれば、反応用ガスの予熱を行うために外部から供給する熱を削減できる。あるいは、予熱用の熱源を不要とすることができる。例えば、冷却・熱回収器が回収した熱を利用して水を蒸発させ、反応用ガスである水蒸気を生成することができる。
【００２６】
また、改質後ガスの精製を行うガス精製器を更に備えた構成とすれば、より高純度の有価ガスを得ることができる。バイオディーゼル燃料の製造時に用いる油脂原料によっては副生グリセリンにアルカリが含まれ、改質後ガス中にもアルカリが含まれる場合がある。その場合、ガス精製器がアルカリを除去する機能を有していれば、アルカリフリーの高純度の有価ガスを得ることができる。
【００２７】
また、グリセリンの水蒸気改質反応では、触媒上に炭素が析出し、触媒が劣化することが一つの問題となっている。その対策として、貴金属を担持させた酸化物触媒を用いることで炭素の析出を抑制することができる。
【００２８】
また、改質後ガス中の水素ガスの一部を改質反応器に供給する構成とすれば、自身が生成した水素ガスを再利用してグリセリンの熱分解改質反応に寄与させることができる。
【００２９】
本発明のグリセリン改質方法によれば、上述したように、グリセリンを改質して水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。これにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。さらに、水蒸気改質反応領域と酸化改質反応領域とが隣接するようにグリセリンおよび反応用ガスを供給することで、任意の手段を用いて熱を輸送する必要がなく、熱の供給が効率良く行われ、各反応が円滑に進行してグリセリンの改質が十分に行われる。
【００３０】
また、水蒸気の供給量に対する酸素もしくは空気の供給量を調節することにより、吸熱反応である水蒸気改質反応と発熱反応である部分酸化改質反応との間の熱収支バランスを調整できるため、改質反応器内の温度を最適化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
［第1実施形態］
以下、本発明の第1実施形態のグリセリン改質装置および改質方法について図1を参照して説明する。
図1は、本実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
【００３２】
本実施形態のグリセリン改質装置１は、図1に示すように、改質反応器２と、冷却・熱回収器３と、ガス精製器４と、を概略備えている。改質反応器２の底面に、改質反応器２内に水蒸気を導入するための水蒸気導入配管６が接続されている。また、改質反応器２内にグリセリンを導入するためのグリセリン導入配管７は、改質反応器２の外部で複数（図1の例では３本）の配管７ａ，７ｂ，７ｃに分岐しており、各配管７ａ，７ｂ，７ｃが所定の間隔をおいて改質反応器２の側面から内部に装入されている。改質反応器２内に空気を導入するための空気導入配管８は、グリセリン導入配管７と同様、改質反応器２の外部で複数（図１の例では３本）の配管８ａ，８ｂ，８ｃに分岐しており、1本の配管８ａは改質反応器２の底面に接続され、残りの２本の配管８ｂ，８ｃは各々が所定の間隔をおいてグリセリン導入配管７ａ，７ｂ，７ｃの間の位置に配置されている。
【００３３】
上記の配管の構成により、水蒸気は、水蒸気導入配管６から改質反応器２内に導入され、改質反応器２内を底部側から頂部側に向けて流れる。また、各グリセリン導入配管７ａ，７ｂ，７ｃからはグリセリンが改質反応器２内の頂部側から底部側に向けて（下向きに）噴射される。一方、各空気導入配管８ａ，８ｂ，８ｃからは空気が改質反応器２内の底部側から頂部側に向けて（上向きに）噴射される。したがって、水蒸気は改質反応器２内の全体にわたって底部側から頂部側に向けて流れる一方、グリセリンと空気は改質反応器２内の空間に局所的に供給され、グリセリンと空気とが改質反応器２内を逆向きに流れる。そして、互いに逆向きに流れるグリセリンと水蒸気、グリセリンと空気がそれぞれ接触し、グリセリンの改質反応が生じる。なお、本実施形態では、グリセリンの酸化改質反応を生じさせるための反応用ガスとして空気を用いるが、空気に代えて酸素を用いても良い。また、グリセリンの沸点は２９０℃程度であり、グリセリンは改質反応器内に液体状（霧状）で供給しても良いし、グリセリン蒸気の状態で供給しても良い。
【００３４】
改質反応器２の内部では、グリセリン（Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３）と上記の反応用ガスにより、グリセリンの水蒸気改質反応（下記の反応式（１））、部分酸化改質反応（下記の反応式（２））、完全酸化改質反応（下記の反応式（３））の３種類の改質反応が同時に生じ、グリセリンと上記反応用ガスが水素、一酸化炭素、二酸化炭素等を含む改質後ガスに変換される。改質反応器２での反応温度は、使用する触媒によって異なるが、２００℃〜９００℃に調整されている。なお、空気（もしくは酸素）の供給量によっては部分酸化改質反応のみが起こり、完全酸化改質反応が起こらない場合もあるが、それでも差し支えない。なお、本明細書では、部分酸化改質反応、完全酸化改質反応の双方を含む概念として「酸化改質反応」と総称する。
Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３＋Ｈ２Ｏ  →  ５Ｈ２＋２ＣＯ＋ＣＯ２  …（１）
Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３＋２Ｏ２  →  ４Ｈ２Ｏ＋３ＣＯ       …（２）
２Ｃ３Ｈ５（ＯＨ）３＋７Ｏ２  →  ８Ｈ２Ｏ＋６ＣＯ２    …（３）
【００３５】
上記の改質反応には触媒が必要であるため、改質反応器２内には触媒が収容され、触媒層９が形成されている。上述のグリセリン導入配管７ａ，７ｂ，７ｃや空気導入配管８ａ，８ｂ，８ｃは、触媒層９の内部に位置するように設計されている。ここで用いる触媒としては、例えばＮｉ／Ａｌ２Ｏ３、Ｒｈ／ＣｅＯ２／Ａｌ２Ｏ３、Ｎｉ／ＭｇＯ、Ｒｈ／Ｐｔ／ＣｅＯ２、Ｒｕ／Ｙ２Ｏ３などを用いることができる。ただし、グリセリンの水蒸気改質反応を行う際には、触媒上への炭素析出による劣化が一つの問題となっている。したがって、炭素析出が生じにくい触媒として、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ等の貴金属を担持させたＭｇＯ触媒（貴金属／ＭｇＯ触媒）、ＮｉとＭｇＯの固溶体であるＮｉ−ＭｇＯ触媒、貴金属／ＭｇＯ触媒とＮｉ−ＭｇＯ触媒の物理混合触媒などを用いることが望ましい。また、触媒反応を効率良く進めるため、触媒層９は充填層もしくは流動層の形態を取るようにするのが望ましい。
【００３６】
改質反応器２と冷却・熱回収器３とは改質後ガス輸送配管１０で接続されており、改質後ガスは、改質後ガス輸送配管１０を介して改質反応器２の頂部から排出され、冷却・熱回収器３に導入される。改質後ガスは清浄であるため、冷却・熱回収器３の形態としては、シェル＆チューブ型熱交換器、プレートフィン型熱交換器等、周知のものが使用可能である。冷却・熱回収器３には冷媒として水が供給され、水と改質後ガスとの間で熱交換がなされる。すなわち、２００℃〜９００℃の改質反応器２から排出された改質後ガスはまだ相当の高温を保っているため、冷却・熱回収器３によって改質後ガスが冷却されるとともに、冷媒である水によって熱が回収される。このとき、水が蒸発して水蒸気が生成され、この水蒸気が水蒸気導入配管６を経て改質反応器２に導入され、水蒸気改質反応の反応用ガスとして用いられる。
【００３７】
また、水（水蒸気）によって回収された熱は、さらに改質反応器２に導入する前のグリセリンや空気（もしくは酸素）の予熱に用いても良い。したがって、例えばグリセリンを蒸気の状態で改質反応器２内に導入する場合には、液体グリセリンを蒸発させるための熱源として冷却・熱回収器３で回収した熱を用いても良い。
【００３８】
冷却・熱回収器３とガス精製器４とは改質後ガス輸送配管１０で接続されており、冷却・熱回収器３を経て冷却された改質後ガスはガス精製器４に導入される。ガス精製器４も、冷却・熱回収器３と同様、周知のものが使用可能である。ガス精製器４により例えば改質後ガスに含まれる一酸化炭素、二酸化炭素等を吸着除去し、高純度の水素ガスを得ることができる。バイオディーゼル燃料の製造時に用いる油脂原料によっては副生グリセリンにアルカリが含まれ、改質後ガス中にもアルカリが含まれる場合もある。その場合、ガス精製器４がアルカリを除去する機能を有していれば、アルカリフリーの高純度の有価ガスを得ることができる。アルカリの除去方法としては、フィルタ方式、スプレー洗浄方式、溶媒吸収方式等を用いることができる。
【００３９】
本実施形態の場合、ガス精製器４から導出された水素ガス排出配管１１が分岐しており、その一方が水素ガス導入配管１２となって改質反応器２の底面に接続されている。これにより、グリセリンの改質反応によって得られた水素ガスの一部が改質反応器２内に供給され、改質反応に再利用される。すなわち、改質反応器２内に上記の原料とともに水素が導入されることによって、上述した水蒸気改質反応、酸化改質反応の他、水素によるグリセリンの熱分解改質反応が生じる。
【００４０】
改質反応器２の内部では水蒸気改質反応と部分酸化改質反応が主たる反応となるが、水蒸気改質反応は吸熱反応であり、部分酸化改質反応は発熱反応である。また、部分酸化改質反応の反応速度は水蒸気改質反応の反応速度に比べて十分に速い。したがって、改質反応器２内に導入されたグリセリンの一部と酸素とが部分酸化改質反応を起こして水蒸気改質反応に必要な熱が生じ、この熱によって水蒸気改質反応が進行する。
【００４１】
このとき、水蒸気は改質反応器２内の全体にわたって底部側から頂部側に流れているので、水蒸気改質反応は改質反応器２内の触媒層９の全体で起こり得る状態にある。これに対し、空気が最下段の空気導入配管８ａから改質反応器２底部の風箱もしくは予混合部に流れ込む一方、グリセリンが最下段のグリセリン導入配管７ａから改質反応器２底部の風箱もしくは予混合部に向けて下向きに流れる。ここで、グリセリンと空気が接触して酸化改質反応が主として起こり、熱が発生すると、その熱を利用してグリセリンと水蒸気による水蒸気改質反応が起こる。次に、グリセリンと反応用ガスが上向きに流れつつ、水蒸気改質反応の進行により温度が低下するが、再度、下から２段目のグリセリン導入配管７ｂから供給されたグリセリンと下から２段目の空気導入配管８ｂから供給された空気とが接触して酸化改質反応が起こるため、熱が発生し、その熱を利用してグリセリンと水蒸気による水蒸気改質反応が起こる。以下、同様の熱の受け渡しが起こり、水蒸気改質反応と酸化改質反応の双方が生じてグリセリンの改質が進行する。
【００４２】
また、水蒸気の供給量に対する空気の供給量を調整することによって、水蒸気改質反応と部分酸化改質反応の割合を調整できる。これにより、吸熱反応と発熱反応の熱収支バランスを変えることができ、改質反応器２内の温度を２００℃〜９００℃の範囲内の適切な温度に制御することができる。
【００４３】
本実施形態のグリセリン改質装置１によれば、改質反応器２内において、触媒の作用によりグリセリンと水蒸気との間の水蒸気改質反応、グリセリンと酸素との間の酸化改質反応、グリセリンと水素との間の熱分解改質反応が生じる。これらの反応を経てグリセリンが改質され、グリセリンを水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換することができる。このようにグリセリンを有価ガスに転換することにより、焼却処分による熱回収を行っていた従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高めることができる。また、グリセリンを水素や一酸化炭素等の有価ガスとして回収することによって、これらのガスを水素燃料や化学合成品（例えばＦＴ合成油、メタノール、合成天然ガス、化学肥料等）の原料として利用できる。例えば水素ガスを燃料として利用することで燃料電池による高効率発電等、水素利用分野への転用が可能となる。
【００４４】
また、本実施形態のグリセリン改質装置１においては、改質反応器２内で水蒸気改質反応と酸化改質反応の双方を生じさせ、酸化改質反応によって発生した熱を水蒸気改質反応に利用するのがエネルギー利用効率の観点から有効である。その点、本実施形態の場合、グリセリン導入配管７ａ，７ｂ，７ｃおよび空気導入配管８ａ，８ｂ，８ｃの配置を上記のように工夫したことによって、水蒸気改質反応が主に生じる水蒸気改質反応領域と、酸化改質反応が主に生じる酸化改質反応領域とがガスの流れ方向に沿って交互に隣接することになる。この構成によって熱の受け渡しが効率良く行われ、各改質反応が円滑に進行してグリセリンの改質が十分に行われる。
【００４５】
さらに、冷却・熱回収器３を用いて高温の改質後ガスを冷却するとともに、改質後ガスから回収した熱によって水蒸気の生成、グリセリンや空気の予熱等が行え、改質後ガスが持つ熱を本装置内で有効利用できる。これにより、反応用ガスの予熱を行うための外部熱源を削減できる。このようにして、小型のシステムを構築できるとともに、グリセリン改質装置単体としてエネルギー利用効率の高い装置を実現できる。
【００４６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について図２を用いて説明する。
図２は、本実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
本実施形態のグリセリン改質装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、グリセリンの予熱を行うための構成が第１実施形態と異なるのみである。したがって、図２において図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４７】
第１実施形態では、図１に示すように、グリセリン導入配管７ａ，７ｂ，７ｃが改質反応器２の内部に直線状に配置されていた。これに対して、本実施形態のグリセリン改質装置２１では、図２に示すように、グリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃが改質反応器２の側面から内部に導入された後、改質反応器２の外周に沿って旋回しながら底部に向けて螺旋状に引き回されている。この部分をグリセリン予熱部２７ｚと称する。そして、第１実施形態と同様、グリセリンはグリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃから下向きに供給される。すなわち、グリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃを改質反応器２内で螺旋状に引き回したことにより、第１実施形態の構成よりも伝熱面積が大きくなっている。したがって、グリセリンはグリセリン予熱部２７ｚの中を流れていく間に酸化改質反応により生じた熱で予熱され、十分に高温の液状グリセリンまたはグリセリン蒸気となって改質反応器２内に供給される。
【００４８】
ここでは、グリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃを改質反応器２内で螺旋状に引き回し、これをグリセリン予熱部２７ｚとした。グリセリン予熱部としては、この構成に限らず、例えばグリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃにプレートフィンを溶接して表面積を大きくし、伝熱面積を向上させたもの等を用いても良い。
【００４９】
本実施形態のグリセリン改質装置２１においても、グリセリンを改質して水素、一酸化炭素、二酸化炭素等の有価ガスに転換できるため、従来のグリセリンの処理方法に比べてエネルギー利用効率を高められる、といった第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらにグリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃを改質反応器２内で螺旋状に曲げたグリセリン予熱部２７ｚを設けたことでグリセリンの予熱をより効率良く行え、予熱に要するエネルギーを削減することができる。
【００５０】
あるいは、改質反応器２内の熱でグリセリンを予熱することを逆に考えれば、改質反応器２内にグリセリン導入配管２７ａ，２７ｂ，２７ｃを大きい伝熱面積で配置することで、改質反応器２内の触媒層９の温度を下げることができる。したがって、仮に酸化反応が暴発するなどして、突発的な温度上昇が生じた場合等に、グリセリンの供給量を増やして触媒層９の温度上昇を抑制し、温度制御を行うことができる。
【００５１】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば上記実施形態ではグリセリン導入配管と空気導入配管とを複数の配管に分岐し、これらを改質反応器内に交互に配置したが、例えば水蒸気導入配管についても複数の配管に分岐し、改質反応器内に水蒸気導入配管とグリセリン導入配管とを交互に配置してもよい。いずれにしても、水蒸気改質反応領域と酸化改質反応領域とが隣接するようにグリセリンおよび反応用ガスが供給できさえすればよい。その他、装置内の各要素の具体的な構成、配置等に関しては、上記実施形態に限らず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の第１実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態のグリセリン改質装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１，２１…グリセリン改質装置、２…改質反応器、３…冷却・熱回収器、４…ガス精製器、６…水蒸気導入配管、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，２７，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…グリセリン導入配管、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…空気（もしくは酸素）導入配管、９…触媒層、１０…改質後ガス輸送配管、１１…水素ガス排出配管、１２…水素ガス導入配管、２７ｚ…グリセリン予熱部。
【図１】
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【図２】
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