(57)【要約】【課題】気固反応の反応解析やこれに基づく高度に制御された気固反応を可能とする、新しい気固反応用の装置を提供する。【解決手段】固体原料を移動させつつ連続的に気固反応を行わせる反応装置であって、設定された反応時間ごとの反応生成物を分離回収するための手段が備えられている微分反応装置とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体原料または試料を移動させつつ連続的に気固反応を行わせる反応装置であって、設定された反応時間ごとの反応生成物を分離回収するための手段が備えられていることを特徴とする微分反応装置。
【請求項２】
固体原料または試料の移動経路には、設定された反応時間ごとの独立したコンパートメントが複数配設されており、各々のコンパートメントに反応生成物の分離回収手段が備えられていることを特徴とする請求項１の微分反応装置。
【請求項３】
各々のコンパートメントには反応ガスの供給手段が備えられていることを特徴とする請求項２の微分反応装置。
【請求項４】
固体原料または試料の移動のためのベルトコンベアが配設されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの微分反応装置。
【請求項５】
反応装置の入口部および出口部に装置外部の気体の侵入を妨ぐガスカーテン手段が配設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの微分反応装置。
【請求項６】
反応生成物の分離回収手段には反応生成物の分析手段が連設されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの微分反応装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかの微分反応装置であって、バイオマスの水蒸気ガス化を行わせることを特徴とするバイオマス水蒸気ガス化用微分反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、微分反応装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、気固反応の反応解析やこれに基づく高度に制御された気固反応の実現等のために有用な、新しい微分反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来、気固反応のための装置としては、大量の反応原料や試料を扱うことのできる流動層や落下式の反応装置とともに、少量の反応原料や試料を扱うことで反応速度の解析を可能とした熱天秤が知られている。
【０００３】
しかしながら、大量の原料や試料を扱うことのできる流動層や落下式の反応装置の場合には、反応速度の測定ができないという基本的な制約があり、また一方で、反応解析のための装置として知られている熱天秤においては、回分式のために昇温速度が小さく、また扱う原料試料が少ないためにマスバランスをとることが難しいという問題点がある。
【０００４】
このような事情から、たとえば非常に複雑な反応でその詳細がいまだ明らかになっていないバイオマスのガス化反応のような未知の気固反応の解析やこれに基づく高度な反応制御のための展望がなかなか拓かれないという現状にある。
【０００５】
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの従来の問題点を解消し、気固反応の反応解析やこれに基づく高度に制御された気固反応を可能とする、新しい気固反応用の装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、固体原料または試料を移動させて連続的に気固反応を行わせる反応装置であって、設定された反応時間ごとの反応生成物を分離回収するための手段が備えられていることを特徴とする微分反応装置を提供する。
【０００７】
また、第２には、固体原料または試料の移動経路には、設定された反応時間ごとの独立したコンパートメントが複数配設されており、各々のコンパートメントに反応生成物の分離回収手段が備えられていることを特徴とする前記の微分反応装置を提供し、第３には、各々のコンパートメントには反応ガスの供給手段が備えられていることを特徴とする微分反応装置を提供する。
【０００８】
そして、この出願の発明は、以上の反応装置において、第４には、固体原料または試料の移動のためのベルトコンベアが配設されていることを特徴とする微分反応装置を提供し、第５には、反応装置の入口部および出口部に装置外部の気体の侵入を妨ぐガスカーテン手段が配設されていることを特徴とする微分反応装置を、第６には、反応生成物の分離回収手段には反応生成物の分析手段が連設されていることを特徴とする微分反応装置を提供する。
【０００９】
さらに、この出願の発明は、第７には、上記いずれかの微分反応装置であって、バイオマスの水蒸気ガス化を行わせることを特徴とするバイオマス水蒸気ガス化用微分反応装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、その基本的な構成は、固体原料または固体試料を移動させつつ、連続的に気固反応を行わせるための反応装置であって、設定された反応時間ごとの反応生成物を分離回収するための手段が備えられていることを必須としている。
【００１１】
このような特徴について以下にその実施の形態を説明する。
【００１２】
添付した図面の図１は、バイオマスの水蒸気ガス化反応のために構成したこの出願の発明の微分反応装置を例示した構成概要図である。
【００１３】
この例においては、あらかじめ赤外線イメージ炉（１）によって加熱された石英製の反応器（９）内に試料をフィーダ（８）により連続的に供給し、ベルトコンベア（２）によって試料を搬送するようにしている。反応器（９）はそれぞれ独立した６つのコンパートメントに分かれており、別々に反応生成物を回収することができるようにしている。
【００１４】
反応器（９）におけるコンパートメントの各々には、水（５）がＨＰＬＣポンプ（６）を介して蒸気発生器（７）によって発生された水蒸気として供給されるようにしている。各々のコンパートメントには反応ガスである水蒸気がその上部よりノズルにより供給されるとともに、同様に図示は省略しているが、上部ノズルより各々のコンパートメントにはキャリアガスであるＡｒ（アルゴン）を供給している。そして、各々のコンパートメントより排出されるがガスは、この水蒸気とアルゴンガスの導入とバランスするように、ポンプおよびフローメーターで調整している。
【００１５】
以上のように、ガスの流れは各々のコンハパートメントの上部から下方に流れるようにしていることから、ベルトコンベア（２）の上部には反応ガスとしての水蒸気とアルゴンガスが、またその下部には反応生成ガスが流れることになる。隣接するコンパートメントとの間にはコンパートメント相互の干渉の影響を低減させるように、ベルトコンベア（２）の上側および下側に仕切り板を設け、上側の仕切り板とベルトコンベア（２）との間には、ベルトコンベア（２）に載置されている固体試料が移動できるように隙間が設けられている。
【００１６】
これによって、連続的に反応を行わせているにも関わらず、反応の時間変化を調べることが可能となる。固体生成物は搬送ベルトコンベア（２）の末端に取り付けられた固体サンプラー（１７）によって吸引・回収した。生成した気体生成物は、タール分をタールトラップ（１１）により除去した後、ガスサンプラー（１３）によって、成分を測定する一系統のみをマイクロＧＣ（１５）に導入し、その組成を調べた。
【００１７】
また、図１の例においては、エアシリンダー（３）、マスフローコントローラ（４）、フローメータ（１２）、マススペクトロメーター（１４）、そしてエアーポンプ（１６）が配備されている。
【００１８】
そして、搬送ベルトコンベア（２）の駆動用のモーターが反応温度に耐えられないため、これを反応器外に設置しており、このために空気の侵入が懸念されることから、反応器（９）両端に、外部に向けて大流量のＡｒガスを噴出するガスカーテンを設置した。このガスカーテン（１０）の設置により、反応器（９）内の酸素濃度が２００ｐｐｍ以下まで減少することが確認されている。
【００１９】
回収されたタールおよびチャーはＣＨＮＳ元素分析装置を用いて分析し、その成分の経時変化を調べた。
【００２０】
試料にはバイオマスの主成分であるセルロースを用いて反応を行わせた。
【００２１】
図２は、各々、ベルトコンベアの速度を２５０ｍｍ／ｍｉｎとした場合の気体の生成速度を例示したものである。なお、反応速度は６７３Ｋ前後となるようにしている。
【００２２】
そして表１は、ＣＨＮＳ元素分析（タール）の結果を例示したものである。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
また、図３は、以上のような結果から、各時間における炭素転化率を示したものである。
【００２５】
たとえば以上の例のように、連続的に反応を行わせているにも関わらず、反応時間ごとの生成物を分離回収することができ、気固反応において、連続的・定常的に反応を行わせながら、速度論的情報を得ることができる。
【００２６】
バイオマスの水蒸気ガス化の初期において生成するガスおよびタール組成の経時変化を調べることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、たとえば非常に複雑な反応でその詳細がいまだ明らかになっていないバイオマスのガス化反応のような未知の気固反応の解析やこれに基づく高度な反応制御のための展望がなかなか拓かれないという現状において、従来の問題点を解消し、気固反応の反応解析やこれに基づく高度に制御された気固反応を可能とする、新しい気固反応用の装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この出願の発明の反応装置の構成を例示した概要図である。
【図２】実施例としてのバイオマスの水蒸気ガス化反応における気体生成速度を例示した図である。
【図３】各時間における炭素転化率を例示した図である。
【符号の説明】
１  赤外線イメージ炉
２  ベルトコンベア
３  エアシリンダー
４  マスフローコントローラー
５  水
６  ＨＰＬＣポンプ
７  蒸気発生器
８  試料フィダー
９  反応器
１０  Ａｒガスカーテン
１１  タールトラップ
１２  フローメータ
１３  ガスサンプラー
１４  マススペクトロメーター
１５  マイクロＧＣ
１６  エアポンプ
１７  固体サンプラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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