(57)【要約】【課題】従来よりも簡便かつ低コストで不純物を除去した高純度のバイオメタノールを製造するシステムを提供する。【解決手段】バイオメタノール製造システムは、バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスからメタノール含有ガスを生成し、メタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器４と、冷却されたメタノール含有ガス中の水分を水分吸着剤に吸着させて水分を除去する不純物除去設備５と、水分が除去されたメタノール含有ガスを冷却しメタノール溶液とオフガスに分離するガス冷却分離設備６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成反応器と、
前記メタノール合成反応器で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する不純物除去設備と、
前記不純物除去設備で水分が除去されたメタノール含有ガスを冷却し、メタノール溶液とオフガスに分離するガス冷却分離設備と、を備えるバイオメタノール製造システム。
【請求項２】
前記メタノール合成反応器および前記不純物除去設備の各処理は、バッチ処理であって、
前記メタノール合成反応器内の前記メタノール含有ガスを全量取り出し、前記冷却器を介して前記不純物除去設備へ送り込み処理する、請求項１に記載のバイオメタノール製造システム。
【請求項３】
前記不純物除去設備は、第１除去設備および第２除去設備からなる２系列を有し、
前記第１除去設備または前記第２除去設備のいずれか一方で、前記メタノール含有ガス中の水分を前記水分吸着剤で吸着させて水分除去する水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去設備および第２除去設備のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う、請求項１または２に記載のバイオメタノール製造システム。
【請求項４】
前記不純物除去設備は、前記メタノール含有ガス中のメタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着する不純物吸着剤を前記水分吸着剤と共に充填されており、
前記不純物吸着剤で前記メタノール含有ガスから前記メタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着して除去する不純物除去処理をさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のバイオメタノール製造システム。
【請求項５】
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮工程と、
前記ガス圧縮工程で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成工程と、
前記メタノール合成工程で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する不純物除去工程と、
前記不純物除去工程で水分が除去されたメタノール含有ガスを冷却し、メタノール溶液とオフガスに分離するガス冷却分離工程と、を含むバイオメタノール製造方法。
【請求項６】
前記メタノール合成工程および前記不純物除去工程の各処理は、バッチ処理であって、
前記メタノール合成工程において生成された前記メタノール含有ガスを全量取り出され、前記冷却工程を介して前記不純物除去工程へ送り込まれて処理される、請求項５に記載のバイオメタノール製造方法。
【請求項７】
前記不純物除去工程は、第１除去工程および第２除去工程からなる２系列の工程を有し、
前記第１除去工程または前記第２除去工程のいずれか一方で、前記メタノール含有ガス中の水分を前記水分吸着剤で吸着させて水分除去する水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去工程および第２除去工程のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う、請求項５または６に記載のバイオメタノール製造方法。
【請求項８】
前記不純物除去工程は、前記水分除去処理に加え、前記メタノール含有ガス中のメタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着する不純物吸着剤で前記メタノール含有ガスから前記メタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着して除去する不純物除去処理をさらに含む、請求項５７から７のいずれか１項に記載のバイオメタノール製造方法。
【請求項９】
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成反応器と、
前記メタノール合成反応器で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去設備と、
水分除去設備で水分が除去されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱設備とを備えるバイオメタノール製造システム。
【請求項１０】
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮工程と、
前記ガス圧縮工程で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成工程と、
前記メタノール合成工程で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去工程と、
水分除去工程で水分が除去されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱工程とを含むバイオメタノール製造方法。
【請求項１１】
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成反応器と、
前記メタノール合成反応器で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱設備と、
前記メタノール着脱設備で脱着処理された後のメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去設備と、を備えるバイオメタノール製造システム。
【請求項１２】
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮工程と、
前記ガス圧縮工程で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成工程と、
前記メタノール合成工程で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱工程と、
前記メタノール着脱工程で脱着処理された後のメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去工程とを含むバイオメタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオメタノールの製造システムおよびその製造方法に関する。より詳細には、不純物（例えば水分、有機化合物）を効果的に除去した高純度のバイオメタノールを製造するための製造システムおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオスの有効利用として、例えば、バイオマスをガス化した後、水素、一酸化炭素を含むガス化ガスを製造し、そのガス化ガスを燃料や有機溶媒として利用することが知られている。そして、バイオマスから製造したガス化ガスを原料として、メタノールを合成する方法が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、ガス化ガスには、水素や一酸化炭素以外の成分も含まれている。例えば、副生成物として、水分や他の有機化合物が生成されメタノールに混入してしまう。メタノールを燃料や活性汚泥の栄養剤として利用する場合は、これら不純物（水分、他の有機化合物）が混入しても問題になることは少ないが、燃料電池の燃料など付加価値の高いものに利用する場合、これら不純物は利用に際して阻害となる。また、生成したバイオメタノールから、不純物を取り除くにはコストがかかり、流通しているメタノールに対してコスト競争力がなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３４２３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のメタノール合成方法では、メタノール回収率が高いが、メタノール合成器内の温度を、メタノール合成に適した温度に維持する必要があり、より簡便な方法で高純度のバイオメタノールを製造することが要望されている。
【０００６】
また、メタノール合成過程で新たなエネルギーを投入することなく低コストで不純物を除去し、高純度のバイオメタノールを製造することが要求されている。
【０００７】
そこで、上記問題に鑑みて、本発明は、従来よりも簡便かつ低コストで不純物を除去した高純度のバイオメタノールを製造するシステムおよび方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のバイオメタノール製造システムは、
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成反応器と、
前記メタノール合成反応器で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する不純物除去設備と、
前記不純物除去設備で水分が除去されたメタノール含有ガスを冷却し、メタノール溶液とオフガスに分離するガス冷却分離設備とを備える。
【０００９】
この構成によって、従来よりも簡便かつ低コストで不純物（水分）を除去した高純度のバイオメタノールを製造することができる。また、水に溶解する成分を含まないバイオメタノールを得られる。
【００１０】
生成されたメタノール溶液は、メタノール濃度が９４％以上、好ましくは９５％以上、より好ましくは９６％以上、さらに好ましくは９７％以上である。
【００１１】
冷却器の所定温度は、後段の水分吸着剤または後述する他の吸着剤の耐熱温度以下であり、例えば、水分吸着剤が後述するポリオキソメタレート複合体の場合には、１００〜２００℃、好ましくは１１０〜１７０℃、より好ましくは１２０〜１５０℃である。
【００１２】
上記発明の前記不純物除去設備は、前記水分吸着処理を所定回数（例えば、ｎ＝１、２・・１０回など）行った後で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理を行う。間欠運転する場合には、例えば、水分吸着処理を日中に行い、夜間に水分脱着処理をしてもよい。
【００１３】
上記発明の一実施形態として、前記メタノール合成反応器および前記不純物除去設備の各処理は、バッチ処理であって、
前記メタノール合成反応器内の前記メタノール含有ガスを全量取り出し、前記冷却器を介して前記不純物除去設備へ送り込み処理することを特徴とする。
【００１４】
この構成では、メタノール合成反応器から不純物除去設備までの処理をバッチ処理で行う。上記特許文献１のように、メタノール合成反応器内でメタノールを一部凝縮させて抜き出す構成ではないため、全体的に処理工程をより従来よりも簡単に制御できる。
【００１５】
上記発明の一実施形態として、前記不純物除去設備は、第１除去設備および第２除去設備からなる２系列を有し、
前記第１除去設備または前記第２除去設備のいずれか一方で、前記メタノール含有ガス中の水分を前記水分吸着剤で吸着させて水分除去する水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去設備および第２除去設備のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行うことを特徴とする。
【００１６】
この構成では、一方の系列では水分吸着処理をさせ、その他の系列では水分脱着処理をさせることができるため、上記間欠処理とは異なり、連続的に処理を行える。
【００１７】
上記発明の一実施形態として、前記不純物除去設備は、前記メタノール含有ガス中のメタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着する不純物吸着剤を前記水分吸着剤と共に充填されており、
前記不純物吸着剤で前記メタノール含有ガスから前記メタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着して除去する不純物除去処理をさらに有することを特徴とする。
【００１８】
この構成によって、メタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着して除去することができる。
【００１９】
例えば、不純物吸着剤と水分吸着剤とを混合した状態で１層として充填される形態と、前段に水分吸着剤の層を充填し、後段に不純物吸着剤の層を充填するように分離配置される形態がある。
【００２０】
上記発明の一実施形態として、前記水分吸着剤は、水分を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体である。
【００２１】
ポリオキソメタレート複合体は、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレートとマクロカチオンとの結晶性複合体である。結晶性複合体は、下記（１）式で表される。
Ｙａ［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［ＸＷ１２Ｏ４０］・ｎＨ２Ｏ・・・（１）
ここで、（１）式中のＹａはＮａ２、Ｋ３、Ｒｂ４，Ｃｓ５から選択され、ＸはＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ、Ｓｉから選択される。
【００２２】
ポリオキソメタレートの負電荷が大きくなると空隙の割合が減少して、すなわち、負電荷の小さいポリオキソメタレート複合体ほど、炭素数の多いアルコール分子まで吸着できる。
【００２３】
例えば、水分を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体は、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］６−と、マクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋との複合体のＣｓ５［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］・７．５Ｈ２Ｏである。
【００２４】
上記ポリオキソメタレート複合体の製造方法は、例えば、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［ＸＷ１２Ｏ４０］ｎ−とマクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋とをＹイオンの存在下で、酸性条件で混合して結晶性複合体を得る方法である。ＹはＮａ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｋから選択され、ｎは３，４，５，６である。
【００２５】
また、他の水分を選択的に吸着する水分吸着剤としては、例えば、コーングリッツ、シリカゲル、アルミナ、イオン交換樹脂、ゼオライト、多孔性金属錯体（多孔性配位高分子：ＰＣＰ）などが挙げられる。これらは、水分子サイズに応じた空隙を有する構造を備えている。
【００２６】
各種吸着剤は、例えば、温度、加圧、減圧などの条件を設定することで、吸着処理および脱着処理を行える。
【００２７】
上記発明の一実施形態として、前記不純物吸着剤は、メタノール分子よりも大きい有機化合物を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体である。
【００２８】
メタノール分子よりも大きい有機化合物を選択的に吸着する不純物吸着剤は、例えば、ゼオライト、多孔性金属錯体（多孔性配位高分子：ＰＣＰ）、ポリオキソメタレート複合体である。これらは、分子サイズに応じた空隙を有する構造を備えている。
【００２９】
他の本発明のバイオメタノール製造方法は、
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮工程と、
前記ガス圧縮工程で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成工程と、
前記メタノール合成工程で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する不純物除去工程と、
前記不純物除去工程で水分が除去されたメタノール含有ガスを冷却し、メタノール溶液とオフガスに分離するガス冷却分離工程とを含む。
【００３０】
上記発明は、前記不純物除去工程において、水分吸着処理を所定回数（例えば、ｎ＝１、２・・１０回など）行った後で、水分吸着剤から水分を取り外す水分脱着処理（工程）を行う。
【００３１】
上記発明の一実施形態として、前記メタノール合成工程および前記不純物除去工程の各処理は、バッチ処理であって、
前記メタノール合成工程において生成された前記メタノール含有ガスを全量取り出され、前記冷却工程を介して前記不純物除去工程へ送り込まれて処理（不純物除去処理）される。
【００３２】
上記発明の一実施形態として、前記不純物除去工程は、第１除去工程および第２除去工程からなる２系列の工程を有し、
前記第１除去工程または前記第２除去工程のいずれか一方で、前記メタノール含有ガス中の水分を前記水分吸着剤で吸着させて水分除去する水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去工程および第２除去工程のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う。
【００３３】
上記発明の一実施形態として、前記不純物除去工程は、前記水分吸着処理に加え、前記メタノール含有ガス中のメタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着する不純物吸着剤で前記メタノール含有ガスから前記メタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着して除去する不純物除去処理をさらに含む。
【００３４】
他の本発明のバイオメタノール製造システムは、
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成反応器と、
前記メタノール合成反応器で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去設備と、
水分除去設備で水分が除去されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱設備とを備える。
【００３５】
この構成では、水分を除去した後で、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着し、その後にメタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外している。
【００３６】
メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤は、例えば、ゼオライト、多孔性金属錯体（多孔性配位高分子：ＰＣＰ）、ポリオキソメタレート複合体である。これらは、分子サイズに応じた空隙を有する構造を備えている。
【００３７】
他の本発明のバイオメタノール製造方法は、
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮工程と、
前記ガス圧縮工程で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成工程と、
前記メタノール合成工程で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却されたメタノール含有ガスを、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去工程と、
水分除去工程で水分が除去されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱工程とを含む。
【００３８】
他の本発明のバイオメタノール製造システムは、
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮機と、
前記ガス圧縮機で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製設備と、
前記ガス精製設備で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成反応器と、
前記メタノール合成反応器で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却器と、
前記冷却器で冷却されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱設備と、
前記メタノール着脱設備で脱着処理された後のメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去設備と、を備える。
【００３９】
この構成では、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着し、その後にメタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外させ、その後に水分を除去している。
【００４０】
他の本発明のバイオメタノール製造方法は、
バイオマス原料をガス化設備でガス化して得られたガス化ガスを圧縮するガス圧縮工程と、
前記ガス圧縮工程で圧縮されたガス化ガスを精製するガス精製工程と、
前記ガス精製工程で精製された精製ガスからメタノールを合成し、メタノール含有ガスを生成するメタノール合成工程と、
前記メタノール合成工程で生成されたメタノール含有ガスを所定温度まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で冷却されたメタノール含有ガスを、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤に接触させて、当該メタノール含有ガス中の当該メタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を当該メタノール吸着剤に吸着させる吸着処理と、前記吸着処理後に、前記メタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を取り外す脱着処理とを行うメタノール着脱工程と、
前記メタノール着脱工程で脱着処理された後のメタノール分子以下の大きさの有機化合物および水分を、水分を吸着する水分吸着剤に接触させて、当該水分を当該水分吸着剤に吸着させて水分除去する水分除去工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態１に係るバイオメタノール製造システムを説明するための図である。
【図２】実施形態２に係るバイオメタノール製造システムを説明するための図である。
【図３】実施形態３に係るバイオメタノール製造システムを説明するための図である。
【図４】実施形態４に係るバイオメタノール製造システムを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（実施形態１）
本発明に係る実施形態１のバイオメタノール製造システム（製造方法）を図１を参照しながら説明する。図１において、バイオメタノール製造の原料となるガス化ガスはガス化設備で製造される。
【００４３】
ガス化設備は、バイオマス原料からガス化炉（例えば循環流動層ガス化炉）でガス化ガスを生成し、次いで、ガス化ガス中の灰分、アルカリ金属などを高温のまま集塵設備（高温集塵設備）で除塵し、次いで、ガス化ガス中のタールを触媒（タール分解設備）によって接触分解し（タールを一酸化炭素や水素へ転換し）て除去し、次いで、所定温度になるように冷却器（例えば熱回収装置など）で冷却し、次いで、ガス化ガス中のダストを低温集塵設備で除去し、次いで、ガス洗浄設備（例えば湿式洗浄設備）で、アンモニア、塩化水素、硫化水素、硫黄化合物などの有害物を除去し、ガス化ガスを後段のメタノール合成設備へ送る。ガス洗浄設備は、高濃度の硫化化合物や塩化化合物の除去に有効である。なお、ガス化設備はこの構成に限定されず、一部の設備が省略されたり、他の設備で代替されたり、追加の設備を備えていてもよい。
【００４４】
ガス化設備から送られたガス化ガスＧ０は、ガス圧縮機１で圧縮する。ガス圧縮機１は、特に制限されないが、ターボ圧縮機（遠心式圧縮機、軸流式圧縮機）、往復式(レシプロ)圧縮機、回転式圧縮機（ツインスクリュー圧縮機、シングルスクリュー圧縮機）などが例示される。ガス圧縮機１は、ガス化ガスＧ０を４〜６ＭＰａに加圧し、１９０〜２３０℃に加温したガス化ガスＧ１を生成する。
【００４５】
ガス精製設備２は、ガス化ガスＧ１中の硫化物や塩化水素を吸着して除去する機能の脱硫処理（脱硫塔）と、ガス化ガスＧ１中の不飽和炭化水素類をＨ２Ｃ＝ＣＨ２＋Ｈ２→Ｈ３Ｃ−ＣＨ３などの反応を介して無害な飽和炭化水素類へと転換する機能を有する水素添加触媒による乾式精製処理（装置）を備える。ガス精製設備２は、低濃度の硫化化合物や塩化化合物の除去に有効である。
【００４６】
メタノール合成反応器３は、ガス精製設備２で高度に精製されたガス化ガスＧ２（精製ガス）からメタノールを合成し、メタノール含有ガスＧ３を生成する。メタノール合成反応器３は、その内部に配置された触媒により、ＣＯ＋２Ｈ２⇔ＣＨ３ＯＨおよびＣＯ２＋３Ｈ２⇔ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏの反応でメタノールを合成する。メタノール合成反応器３は、例えば、特開２０１０−１３４２２に記載の反応器を用いることができる。
【００４７】
メタノール合成反応器３で合成されたメタノール含有ガスＧ３は、反応器３から全量取り出され、後段の冷却器４で冷却され、次いで冷却後メタノール含有ガスＧ４は後段の不純物除去設備５へ送られる。冷却器４では、後段の水分吸着剤５１または他の吸着剤の耐熱温度以下（例えば、１００〜２００℃、１２０〜１５０℃）まで冷却する。冷却器４は、例えば熱交換器で構成される。
【００４８】
不純物除去設備５は、冷却後メタノール含有ガスＧ４を、水分を吸着する水分吸着剤５１に接触させて、水分を水分吸着剤５１に吸着させて水分除去する。水分が除去されたメタノール含有ガスＧ５は、後段のガス冷却分離設備６へ送られる。
【００４９】
間欠運転する場合に、水分吸着剤から水分を取り外す水分脱着処理を行う。この処理は所定温度以上に水分吸着剤を加温し、水分を蒸気Ｇ６に転換し、真空ポンプＰで吸引し排出する。真空ポンプＰで吸引することで、不純物除去設備５内を大気圧以下（または未満）にして水分吸着剤中の水分を蒸発させやすくすることが好ましい。
【００５０】
実施形態１の水分吸着剤は、ポリオキソメタレート複合体であって、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］６−と、マクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋との複合体のＣｓ５［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］・７．５Ｈ２Ｏである。なお、別の水分吸着剤を用いてもよい。
【００５１】
ガス冷却分離設備６は、不純物除去設備４で水分が除去されたメタノール含有ガスＧ５を冷却し、メタノール溶液ＬＭとオフガスＧ７に分離する。分離されたオフガスＧ７は排出される。
【００５２】
（実施形態２）
本発明に係る実施形態２のバイオメタノール製造システム（製造方法）を図２を参照しながら説明する。以下では、実施形態１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略する場合がある。
【００５３】
実施形態２の不純物除去設備は、第１除去設備５Ａおよび第２除去設備５Ｂからなる２系列を有する。第１除去設備５Ａまたは第２除去設備５Ｂのいずれか一方で、メタノール含有ガス中の水分を水分吸着剤５１Ａまたは５１Ｂで吸着させて水分除去する水分吸着処理をし、その他方で、水分吸着剤５１Ａまたは５１Ｂから水分を取り外す水分脱着処理をし、第１除去設備５Ａおよび第２除去設備５Ｂのそれぞれが交互に水分吸着処理と水分脱着処理とを行う。
【００５４】
この実施形態２では、一方の系列では水分吸着処理をさせ、その他の系列では水分脱着処理をさせることができるため、間欠処理とは異なり、連続的に処理を行える。
【００５５】
（別実施形態）
上記実施形態１，２では、不純物除去設備が水分除去機能を有することを説明したが、これに制限されず、不純物除去設備は、水分吸着剤に加えて、メタノール含有ガス中のメタノール分子よりも大きい有機化合物を吸着する不純物吸着剤を別に備えていてもよい。例えば、不純物吸着剤と水分吸着剤とを混合した状態で１層として充填してもよく、前段に水分吸着剤の層を充填し、後段に不純物吸着剤の層を充填するように分離配置されてもよい。メタノール分子よりも大きい有機化合物を選択的に吸着除去することにより、より高純度のメタノール溶液を得ることができる。
【００５６】
（実施形態３）
本発明に係る実施形態３のバイオメタノール製造システム（製造方法）を図３を参照しながら説明する。以下では、実施形態１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略する場合がある。
【００５７】
実施形態３のバイオメタノール製造システムは、圧縮機１と、ガス精製設備２と、メタノール合成反応器４と、冷却器５とを備える。さらに、システムは、冷却器５で冷却されたメタノール含有ガスＧ４を、水分を吸着する水分吸着剤３５Ａに接触させて、当該メタノール含有ガスＧ４中の水分を水分吸着剤３５Ａに吸着させて水分除去する水分除去設備３５と、水分除去設備３５で水分が除去されたメタノール含有ガスＧ３５を、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤３６Ａに接触させて、当該メタノール含有ガスＧ３５中のメタノール分子以下の大きさの有機化合物をメタノール吸着剤３６Ａに吸着させる（吸着処理）メタノール着脱設備３６とを備える。そしてこの吸着処理後に、メタノール吸着剤３６Ａからメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外す脱着処理（例えば、加温、加圧）を行う。この脱着処理で、高濃度のメタノール含有ガスＧ３６を効果的に抽出できる。メタノール含有ガスＧ３６は、後段のガス冷却分離設備へ送られてメタノール溶液ＬＭとオフガスＧ７へ分離される。
【００５８】
メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤は、例えば、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］６−と、マクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋との複合体のＫ３［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［α−ＳｉＷ１２Ｏ４０］・１６Ｈ２Ｏである。なお、別のメタノール吸着剤を用いてもよい。
【００５９】
上記水分吸着剤は、ポリオキソメタレート複合体であって、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］６−と、マクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋との複合体のＣｓ５［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］・７．５Ｈ２Ｏである。なお、別の水分吸着剤を用いてもよい。
【００６０】
この実施形態３では、水分を除去した後で、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着し、その後にメタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外している。すなわち、メタノール分子より大きい有機化合物を選択的に取り除いている。
【００６１】
（実施形態４）
本発明に係る実施形態４のバイオメタノール製造システム（製造方法）は、実施形態３のメタノール着脱設備３６と水分除去設備３５の配置を前後に入れ替えた構成である。
【００６２】
図４に示す、実施形態４のバイオメタノール製造システムは、圧縮機１と、ガス精製設備２と、メタノール合成反応器４と、冷却器５とを備える。さらに、システムは、メタノール着脱設備３６において、冷却器５で冷却されたメタノール含有ガスＧ４を、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着するメタノール吸着剤３６Ａに接触させて、当該メタノール含有ガスＧ３５中のメタノール分子以下の大きさの有機化合物をメタノール吸着剤３６Ａに吸着させる（吸着処理）。この吸着処理後に、メタノール吸着剤３６Ａからメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外す脱着処理（例えば、加温、加圧）を行う。この脱着処理で得られたメタノール含有ガスＧ３６を後段の水分除去設備３５へ送る。水分除去設備３５において、水分を吸着する水分吸着剤３５Ａに接触させて、当該メタノール含有ガスＧ３６中の水分を水分吸着剤３５Ａに吸着させて水分除去する。水分除去されたメタノール含有ガスＧ３５は、後段のガス冷却分離設備６へ送られてメタノール溶液ＬＭとオフガスＧ７へ分離される。
【００６３】
この実施形態４では、メタノール分子以下の大きさの有機化合物を吸着し、その後にメタノール吸着剤からメタノール分子以下の大きさの有機化合物を取り外し、次いで、それから水分を吸着除去している。
【符号の説明】
【００６４】
１      圧縮機
２      ガス精製設備
３      メタノール合成反応器
４      冷却器
５      不純物除去設備
５１    水分吸着剤
６      ガス冷却分離設備
ＬＭ    メタノール溶液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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