(57)【要約】【課題】従来よりも低温・低圧の処理によって従来よりも高いガス化率を達成できる含水系バイオマスのガス化方法を提供する。【解決手段】含水系バイオマスを圧力３〜１０ＭＰａ、温度２３０〜３００℃の可溶化装置２で可溶化したうえ、その後段に接続された圧力３〜１０ＭＰａ、温度４００〜６００℃の反応器１でガス化させる。本発明では可溶化装置２の入口部分からＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２等の水酸化物と酸素とを供給して含水系バイオマスと反応させ、可溶化を促進する。これによりガス化率を従来の７０％から９０％以上に高めることに成功した。【選択図】図１
2008133333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水系バイオマスを高温高圧の可溶化装置で可溶化したうえ、その後段に接続された高温高圧の反応器でガス化させる含水系バイオマスのガス化方法において、可溶化装置の入口部分から水酸化物と酸素とを供給して含水系バイオマスと反応させ、可溶化を促進することを特徴とする含水系バイオマスのガス化方法。
【請求項２】
可溶化装置は、圧力３〜１０ＭＰａ、温度２３０〜３００℃、反応器は、圧力３〜１０ＭＰａ、温度４００〜６００℃で反応を行わせることを特徴とする請求項１記載の含水系バイオマスのガス化方法。
【請求項３】
水酸化物として、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２の何れかを用いることを特徴とする請求項１記載の含水系バイオマスのガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥、畜産廃棄物、生ゴミなどの水分を含有する廃棄物を高温高圧でガス化処理し、可燃性ガスを回収する含水系バイオマスのガス化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
含水系バイオマスのガス化方法としては、本出願人の特許文献１に記載のように、含水系バイオマスを圧力が５〜３０ＭＰａ、温度が１５０〜水分蒸発温度の可溶化装置で前処理したうえ、その後段に配置された圧力が５〜３０ＭＰａ、温度が４００〜８００℃の反応器でガス化させる方法が知られている。この可溶化はガス化効率を高めるために行われるもので、この特許文献１ではアルカリ触媒または金属触媒を用いて、ガス化反応を促進している。
【０００３】
ところがこの特許文献１の方法は、高温高圧で処理を行うために装置費用が高くなるという問題があった。また未だガス化率が低く、例えば反応器の温度を６００℃、圧力１０ＭＰａとした場合にもガス化率が７０％程度であった。なおガス化率とは、含水系バイオマス中の有機分のうちガスとなったものの割合を意味し、通常は含水系バイオマス中のＣのうち、ガスとなったものの割合（ガス化率）で表示することができる。
【特許文献１】特開２００５−２７２６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、従来よりも低温・低圧のガス化処理によって従来よりも高いガス化率を達成できる含水系バイオマスのガス化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、含水系バイオマスを高温高圧の可溶化装置で可溶化したうえ、その後段に接続された高温高圧の反応器でガス化させる含水系バイオマスのガス化方法において、可溶化装置の入口部分から水酸化物と酸素とを供給して含水系バイオマスと反応させ、可溶化を促進することを特徴とするものである。なお、可溶化装置は、圧力３〜１０ＭＰａ、温度２３０〜３００℃、反応器は、圧力３〜１０ＭＰａ、温度４００〜６００℃で反応を行わせるものであることが好ましい。また水酸化物として、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）２の何れかを用いることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明においては、可溶化装置の入口部分から水酸化物と酸素とを供給して含水系バイオマスと高温高圧条件下で反応させる。水酸化物は含水系バイオマスの分子構造を切断し、高温高圧条件下における低分子化を促進する。また酸素は含水系バイオマスを部分燃焼させ、装置内を高温に維持するとともに、分子構造を切断して可溶化を促進する。これらの水酸化物と酸素とを可溶化装置の入口部分から供給することにより含水系バイオマスとの接触効率を高め、後記する実施例のデータに示すように、従来よりも低温低圧の圧力３〜１０ＭＰａ、温度４００〜６００℃で反応を行わせても、９０％以上のガス化効率を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は本発明に使用される装置構成図であり、１は耐圧構造の反応器、２はその前段に配置された耐圧構造の可溶化装置である。反応器１と可溶化装置２とは連通しており、内部圧力はともに３〜１０ＭＰａに維持されている。反応器１の外周には電熱ヒータ等の加熱手段３が設けられ、その内部を４００〜６００℃に維持している。また可溶化装置２の外周には加熱用ジャケット４が設けられ、反応器１の後端から取り出した高温のガスをガスライン５を介して加熱用ジャケット４内に導入することによって、可溶化装置２の内部を２３０〜３００℃に維持している。なお、加熱方法はこれらに限定されるものではなく、各種の廃熱を利用できることはいうまでもない。
【０００８】
反応器１と可溶化装置２との内部には、それぞれスクリュー式の搬送手段６、７が設けられている。可溶化装置２の搬送手段７は例えば下水汚泥のような含水系バイオマスを確実に搬送できるように、ピッチが小さく内周面との隙間の小さいスクリュー羽根をモータ９によって回転させる構造である。しかし、反応器１に達するまでに反応が進行して内容物は分解されているため、反応器１の搬送手段６はその底部の粉粒状体を搬送できるピッチの大きいスクリュー羽根をモータ８によって回転させる構造となっている。
【０００９】
１０は可溶化装置２の入口に含水系バイオマスを供給する圧入ポンプである。下水汚泥、畜産廃棄物、生ゴミなどの含水系バイオマスは必要に応じて予め破砕されたうえで、圧入ポンプ１０によって加圧され、可溶化装置２内に供給される。これら下水汚泥、畜産廃棄物、生ゴミなどの場合、その含水率は７０〜８０％程度である。下水汚泥や屎尿の場合には問題はないが、ポンプ圧送の支障となるような塊状体を含む木材屑などは、細かく破砕しておくことが好ましい。
【００１０】
図１に示すとおり、可溶化装置２の入口には水酸化物供給配管１１と酸素供給配管１２とが設けられている。水酸化物供給配管１１は可溶化装置２の入口部分に水酸化物を供給するもので、水酸化物としては、ＮａＯＨの溶液、ＮａＯＨの粉末、ＫＯＨの溶液、ＫＯＨの粉末、Ｃａ（ＯＨ）２の粉末などを用いることができる。このように、本発明では酸素と水酸化物とがともに可溶化装置２の入口から供給される。
【００１１】
反応器１の後端部には、反応残渣の取り出し口１３が設けられている。取り出し口１３にはバルブ１４、１５が二重に設けられており、これらのバルブ１４、１５を交互に開閉することによって、反応器１の内部圧力を維持したままで反応残渣を取り出せる構造となっている。
【００１２】
このように構成された装置を用いて含水系バイオマスのガス化処理を行うには、下水脱水汚泥のような含水系バイオマスを、圧力３〜１０ＭＰａ、温度２３０〜３００℃の可溶化装置２の入口部分に供給する。また可溶化装置２の入口部分には、酸素と水酸化物も供給される。含水系バイオマスは酸素による部分燃焼と、高温高圧下における水酸化物による分子構造の切断作用とを受けて可溶化されながら、反応器１に向かって搬送されて行く。温度が２３０℃を下回ると、可溶化が不十分となってガス化率が低下する。
【００１３】
なお実施例のデータに示すとおり、可溶化装置２に酸素のみを供給した場合のガス化率は７０％に留まっており、酸素と水酸化物をともに供給することによって得られる９０％以上のガス化率とは顕著に相違している。これは酸素のみを供給しても可溶化装置２及び反応器１内の固形カーボンとは反応しにくいためである。また、可溶化装置２に水酸化物のみを供給した場合のガス化率も７０％に留まっており、本発明による効果が明らかである。
【００１４】
可溶化装置２において可溶化された含水系バイオマスは反応器１に入り、圧力３〜１０ＭＰａ、温度４００〜６００℃のより高温の条件でガス化される。そのガス化率は９０％以上に達し、従来よりも低温・低圧条件下でより高いガス化率を達成することができる。
【００１５】
反応残渣は搬送手段６によって取り出し口１３から排出される。反応器１内の高温高圧のガスはガスライン５を介して加熱用ジャケット４内に入り、可溶化装置２の内部を加熱したうえで外部に取り出され、固液分離されて回収ガスと排液となる。この回収ガス中には炭酸ガスのほか、メタンガス、水素ガスなどの可燃ガスが含まれているため、燃料として使用することができる。
【実施例】
【００１６】
本発明の効果を確認するため、図２に示すように酸素と水酸化物を反応器１の入口からも供給できるようにした装置を製作し、それらの供給位置を変更してガス化率の変化を測定した。酸素供給位置が（1）、水酸化物供給位置が（3）が本発明である。また特許文献１では、酸素供給位置が（２）、水酸化物供給位置が（3）である。また比較のために酸素供給位置が（1）、水酸化物供給位置が（4）の場合も実験した。このほか、本発明のケースでは圧力と可溶化温度を変えてガス化率に及ぼす影響を測定した。その結果を表１にまとめた。
【００１７】
なお、全ケースについて、含水系バイオマスとしては含水率が８０％の下水脱水汚泥を使用した。また水酸化物としては下水脱水汚泥の５重量％のＮａＯＨを水に溶かし、水溶液として供給した。
【００１８】
【表１】
2008133333.tif 000003
【００１９】
上記の表１のデータに示されるように、可溶化装置の入口部分から水酸化物と酸素とを供給するようにした本発明の場合には、圧力を３〜１０ＭＰａ、反応器温度を６００℃としても９０％以上の高いガス化率を達成することができ、しかも回収ガス組成は可燃成分比率の高いものであった。これに対して可溶化装置の入口部分から水酸化物のみを供給する特許文献１の場合には、ガス化率は７０％に留まり、回収ガス組成は可燃成分比率の低いものであった。また比較例１は可溶化装置の入口部分から酸素のみを供給した例であり、やはりガス化率は７０％であった。なお比較例２は可溶化装置の出口温度が２００℃と低いため、ガス化率が低下した例である。
【００２０】
以上に説明したように、本発明の含水系バイオマスのガス化方法によれば、含水率の高いバイオマスを従来よりも低温低圧の装置を用い、より高いガス化率でガス化することができる。このため装置費用が安価となるとともに、回収できる燃料ガス量を大幅に増加させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に使用される装置の断面図である。
【図２】実施例に使用した装置の断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  反応器
２  可溶化装置
３  加熱手段
４  加熱用ジャケット
５  ガスライン
６  搬送手段
７  搬送手段
８  モータ
９  モータ
１０  圧入ポンプ
１１  水酸化物供給配管
１２  酸素供給配管
１３  反応残渣の取り出し口
１４  バルブ
１５  バルブ
【図１】
2008133333.tif 000004
【図２】
2008133333.tif 000005