(57)【要約】【課題】従来法よりも低い反応温度で高温高圧水によって有機物をガス化する際のガス発生量を高めると共に粘性残渣の発生を抑制することが可能な高温高圧水による有機物ガス化方法を提供することにある。【解決手段】金属触媒を用い有機物を高温高圧水によってガス化する高温高圧水による有機物ガス化方法において、前記金属触媒に少量の炭素触媒を組み合わせて用いることを特徴とする。前記炭素触媒の添加量は、前記金属触媒量に対して、１０重量％〜５０重量％であることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属触媒を用い有機物を高温高圧水によってガス化する高温高圧水による有機物ガス化方法において、前記金属触媒に少量の炭素触媒を組み合わせて用いることを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化方法。
【請求項２】
請求項１記載の高温高圧水による有機物ガス化方法において、前記炭素触媒の添加量は、前記金属触媒量に対して、１０重量％〜５０重量％であることを特徴とする高温高圧水による有機物ガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機物を高温高圧水によりガス化する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高温高圧水処理により有機物を分解して燃焼性ガスに変換する場合、ニッケル等の金属触媒を使用すると、従来法よりも低い３００℃〜３７４℃程度の反応温度で水素ガスを発生することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開平８−５９２０２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、水素ガスの発生量が少なく、しかも粘性の残渣が発生し、高温高圧反応容器の内壁等に付着するため、高温高圧反応容器の洗浄等が必要になるという問題があった。
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、従来法よりも低い反応温度で高温高圧水によって有機物をガス化する際のガス発生量を高めると共に粘性残渣の発生を抑制することが可能な高温高圧水による有機物ガス化方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、金属触媒を用い有機物を高温高圧水によってガス化する高温高圧水による有機物ガス化方法において、前記金属触媒に少量の炭素触媒を組み合わせて用いることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の高温高圧水による有機物ガス化方法において、前記炭素触媒の添加量は、前記金属触媒量に対して、１０重量％〜５０重量％であることを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化方法のフローを示す図である。
原料となる有機物は、槽２内に投入され、槽２内において破砕等の処理によりスラリーとされた後、スラリーポンプ３によって高温高圧反応容器４に送られる。
【０００６】
ここで、有機物としては、主としてセルロース系の有機物を対象とし、葉、茎、根等を含む全草、木材チップ等の植物体、紙などが含まれる。具体的には、刈り草、農業廃棄物、水質浄化に使用した後の水生植物、廃木材、生ごみ、紙ごみ
、有機汚泥等が包含される。
一方、水槽５内の水は、送液ポンプ６によって高温高圧水製造部７に送られ、高温高圧水として高温高圧反応容器４に送られる。高温高圧反応容器４内は外部ヒーターにより所定の温度に保たれている。
【０００７】
高温高圧反応容器４では、例えば、４００℃〜４５０℃、３５ＭＰａの高温高圧水と有機物スラリーとが混合し、速やかにガス化等の反応を起こす。後述するように、反応温度とガス発生量との関係を確認したところ、特許文献１に開示されている反応温度３００℃〜３７４℃より高温の４００℃を超えると、ガス発生量が顕著に増加することが確認できた。
【０００８】
ここで、金属触媒と炭素触媒とを組み合わせた触媒が用いられる。金属触媒としては、ニッケル、クロム、マンガン、チタン、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、およびこれらの組み合わせがある。炭素触媒の添加量は、金属触媒量に対して、１０重量％〜５０重量％である。金属触媒と炭素触媒とを組み合わせた触媒は、高温高圧反応容器４内に固定しておく固定触媒でも、有機物をスラリーにする槽２内に添加する粉末触媒でも良い。
【０００９】
また、後段の背圧調整弁１０により、高温高圧反応容器４内は所定の圧力に保たれている。高温高圧反応容器４から流出した内容物は、フィルタ８で固形残渣が除去された後、冷却部９にて冷却され、背圧調整弁１０を通過して気体と液体の混合物となり、気液分離部１１に送られ、さらに気液分離部１１で気体と液体とに分離される。
【００１０】
本実施形態では、約２００ｍＬ／ｇのガス量を得ることができた。
得られたガスは、水素、メタン等の可燃成分を多量に含んでおり、回収してエネルギー利用することができる。
上述したように、本実施形態によれば、従来法よりも低い反応温度である４００℃〜４５０℃で、多くのガス発生量が得られ、しかも残渣の発生を抑制することができた。
【００１１】
高温高圧で有機物をガス化する技術においては、残渣の発生を抑制することが重要であり、装置化する際の課題であったが、本発明により、４５０℃程度の比較的低温域の処理の実用化が可能となった。
【００１２】
【実施例】
先ず、セルロースを試料として無触媒および触媒を添加して高温高圧水中でガス化したところ、反応温度とガス発生量との関係は図２のような傾向があった。
例えば、特許文献１に記載のように、反応温度が３００℃〜３７４℃のように、できるだけ低温でガス化することが望ましいが、図２から明らかなように、これらの範囲ではガス発生量が乏しく、４００℃を超えた条件でガス発生量が顕著に増加するため、ここでは一例として４４０℃での実験データを示した。また、比較として６００℃におけるデータを示した。ここで、セルロースは、水の量に対して重量で５％であった。
【００１３】
次に、グルコースおよびセルロースを試料として、触媒を用いない場合（無触媒）、炭素触媒を用いた場合、ニッケル触媒（金属触媒）を用いた場合、炭素触媒とニッケル触媒とを用いた場合について、４４０℃または６００℃の高温高圧（超臨界）水中でガス化した。ここで、グルコース、セルロースは、水の量に対してそれぞれ重量で５％であった。
【００１４】
その結果を、図３，図４に示す。
何れの場合も、ニッケル触媒の添加によりガス発生量が著しく増加したが、粘性残渣が多く発生した。
一方、炭素触媒を用いると粘性残渣は発生しないが、水素ガス発生効率はニッケル触媒に劣った。
【００１５】
なお、６００℃以上の高温で処理すれば残渣を抑制できた。
しかし、この場合には、エネルギー消費量が大きくなり、実用上の問題があり、より低温で処理することが望ましい。
そこで、２種類の触媒を組み合わせて使用する方法を検討した。
その結果、ニッケル触媒と炭素触媒の組み合わせが、ガス発生量の増加と粘性残渣発生量の抑制の目的で有効であった。
【００１６】
次に、ニッケル触媒と炭素触媒の組み合わせでグルコースおよびセルロースのガス化を行った場合について具体的に説明する。
図３，図４から明らかなように、ニッケル触媒と炭素触媒を同時に添加した場合には、ニッケル触媒単独に比べて発生量は低下するが、無触媒と比較してガス発生量の増加に効果があった。
【００１７】
このときの粘性残渣の発生状況は、表１のとおりであった。
ニッケル触媒のみでは、多量の粘性残渣が発生したが、ニッケル触媒と炭素触媒とを組み合わせて使用した場合には、粘性残渣は発生しなかった。
【表１】
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次に、４４０℃でのガス化において、ニッケル触媒量を０．８９ｍｇに固定して炭素触媒添加量を変化させたときのガス発生量を図５，図６に示す（４４０℃、３５ＭＰａ）。
【００１８】
図５，図６から明らかなように、炭素触媒の添加量が多すぎると、発生ガス量が少なくなる。
このときの粘性残渣発生量は、図７，図８に示すようになった。
グルコース、セルロースのいずれの場合も、ニッケル触媒量に対して炭素触媒量が２％のときは多量の粘性残渣が発生した。炭素触媒量５％でも、わずかではあるが、粘性残渣が発生した。
【００１９】
この結果から、炭素触媒添加量は、ニッケル触媒添加量に対して１０％〜５０％が適当であることが分かった。
なお、ここでは、金属触媒として、ニッケル触媒について説明したが、チタン触媒およびルテニウム触媒もまた、炭素触媒との組み合わせで粘性残渣の発生を抑制できることが確認できた。その結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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次に、有機物として植物体を用いた場合にも、金属触媒と炭素触媒の混合の効果を確認した。
表３および図９は、水生植物であるボタンウキクサを４４０℃でガス化したときのデータである。ここで、ボタンウキクサは、水を加えずそのまま粒径２ｍｍ以下に粉砕したものを用いた。
【００２１】
【表３】
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一方、金属触媒どうしの組み合わせでは、ガス発生量の増大、粘性残渣発生量の抑制のいずれの効果も認められなかった。
表４および図１０は、ニッケル触媒とチタン触媒の組み合わせ例である。
【表４】
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【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、４００℃〜４５０℃程度の比較的低温において効率よくガスを回収できると共に、高温高圧反応容器内の粘性残渣の発生を抑えることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る高温高圧水による有機物ガス化方法のフローを示す図である。
【図２】セルロースを試料として、無触媒および触媒を添加して高温高圧水中でガス化した際の反応温度とガス発生量との関係を示す図である。
【図３】グルコースを試料として、ニッケル触媒と炭素触媒を同時に添加した場合のガス発生量を示す図である。
【図４】セルロースを試料として、ニッケル触媒と炭素触媒を同時に添加した場合のガス発生量を示す図である。
【図５】グルコースを試料として、４４０℃でのガス化において、ニッケル触媒量を０．８９ｍｇに固定して炭素触媒添加量を変化させたときのガス発生量を示す図である。
【図６】セルロースを試料として、４４０℃でのガス化において、ニッケル触媒量を０．８９ｍｇに固定して炭素触媒添加量を変化させたときのガス発生量を示す図である。
【図７】グルコースを試料として、４４０℃でのガス化において、ニッケル触媒量を０．８９ｍｇに固定して炭素触媒添加量を変化させたときの粘性残渣発生量を示す図である。
【図８】セルロースを試料として、４４０℃でのガス化において、ニッケル触媒量を０．８９ｍｇに固定して炭素触媒添加量を変化させたときの粘性残渣発生量を示す図である。
【図９】水生植物であるボタンウキクサを４４０℃でガス化したときのガス発生量を示す図である。
【図１０】ニッケル触媒とチタン触媒の組み合わせにより、水生植物であるボタンウキクサを４４０℃でガス化したときのガス発生量を示す図である。
【符号の説明】
２  槽
３  スラリーポンプ
４  高温高圧反応容器
５  水槽
６  送液ポンプ
７  高温高圧水製造部
８  フィルタ
９  冷却部
１０  背圧調整弁
１１  気液分離部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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