(57)【要約】  【課題】加熱により発生する揮発物質の捕捉材の捕捉効果の評価をするものとして、容易に低コストで、実機条件に近い環境でラボ評価が行える評価方法を提供する。  【解決手段】揮発物質が発生する試料１０２と、この揮発物質を捕捉するための捕捉材１０３とを揮発物質が捕捉材１０３を流通するように設置し、試料１０２と捕捉材１０３の重量変化より捕捉材１０３の捕捉効果を評価するものであり、試料１０２のみでの同条件時の重量変化との比較により評価するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定温度で揮発物質が発生する試料と前記揮発物質を捕捉する捕捉材とを、前記揮発物質が前記捕捉材を流通するように設置し、前記試料と前記捕捉材の重量変化で評価する捕捉材における捕捉量の評価方法。
【請求項２】
揮発物質は有機成分である請求項１に記載の捕捉材における捕捉量の評価方法。
【請求項３】
捕捉材の雰囲気は水蒸気であり、７００℃以上まで昇温する請求項２記載の捕捉材における捕捉量の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機物を熱分解やガス化した場合に発生する揮発物質であるタール等を捕捉する捕捉材の捕捉効果の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃プラスチック、汚泥、シュレッダーダスト又は都市ゴミ等の廃棄物、或いは、石炭等の固体又は半固体燃料等の有機物を熱分解炉やガス化炉に導入した場合に発生する揮発物質の一成分であるタール物質は、配管部分に付着し、配管閉塞等のタールトラブルの原因となる。そこで、シリカやアルミナからなる多孔質材料を捕捉材として用いてタールを吸着し、タールトラブルを回避している。
【０００３】
これらの捕捉材の従来評価方法としては、実際の装置に入れて評価していた（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
この方法によれば、ガス化炉に試料として木屑を入れて加熱し、発生した揮発物質をアルミナ球を入れた改質炉へ流通させ、このとき、捕捉材を改質炉に入れて、改質炉の入口と出口から各々揮発物質をサンプリングし、捕集瓶で捕集し、入口と出口の質量差を比較することで捕捉材で捕捉したタール量を測定しており、捕捉効果を評価するだけで多量の捕捉材の量が必要となるだけでなく、評価装置が大がかりでイニシャルコスト及びランニングコストが非常にかかるものである。更に、評価した捕捉材がどの温度で発生した揮発物質をよく捕捉したかを評価することは困難である。
【０００５】
また、最近では、熱分析装置を利用して評価しているものがある（例えば、非特許文献２参照）。
【０００６】
この方法によれば、揮発物質の発生源となる試料と捕捉材を混合して熱重量分析を行い、捕捉材を入れている場合と入れていない場合とで、その捕捉材が捕捉したタール量を推測している。この方法は、先に述べた非特許文献１の方法と比較して評価する捕捉材の量は少量で良く、昇温過程の重量比較から、どの温度帯で発生した揮発分を捕捉できるのかを評価はできるが、捕捉したものがタールか否かが不明である。更に、流動層ガス化用の捕捉材評価としては良いが、非特許文献１のように、流動層ではなく、固定床ガス化等のようなものが対象で、試料のガス化炉の後段で揮発物質を捕捉するような場合では、揮発物質のガス流通方向の下流部に捕捉材を設置する場合の評価としては適さない。なぜならば、試料と捕捉材との接触部は実際には無い又は少ないため、この方法のように混合させた場合は試料と捕捉材との接触部が非常に多くなるためである。
【非特許文献１】２００３−１０、廃棄物学会発行「第１４回廃棄物学会研究発表会講演論文集  ２００３」Ｐ８４２〜８４４「小型廃棄物ガス化発電システムにおけるガス化炉への水蒸気投入の効果」
【非特許文献２】日本混相流学会発行「年会講演会２００２  講演論文集」２００２−７．２９〜３１，名古屋
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の方法では、実機での評価で行っており、多量の捕捉材が必要で、評価に伴う捕捉材の交換やタールの捕集が非常に面倒である。また、他の方法では、試料との接触状況が異なり、実際の効果評価とは異なる可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、所定温度で揮発物質が発生する試料と前記揮発物質を捕捉する捕捉材とを、前記揮発物質が前記捕捉材を流通するように設置し、前記試料と前記捕捉材の重量変化で評価する捕捉材の捕捉量の評価方法である。このことから、実際の使用条件に近い条件で捕捉材の揮発物質の捕捉効果を評価できると共に、容易に低コストで評価できる評価方法を提案する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の加熱方法によれば、評価する捕捉材において、試料から発生した揮発物質を後段または下流で捕捉する場合の捕捉材における捕捉効果の評価が可能であり、捕捉材の有無の昇温過程でも重量比較から、評価した捕捉材がどの温度で発生した揮発分を捕捉できるのかを評価でき、容易に低コストで行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、所定温度で揮発物質が発生する試料と前記揮発物質を捕捉する捕捉材とを前記揮発物質が前記捕捉材を流通するように設置し、前記試料と前記捕捉材の重量変化で評価する捕捉材における捕捉量の評価方法である。
【００１１】
これによって、試料から発生した揮発分を後段または下流で捕捉する場合の捕捉材における捕捉効果の評価が可能であり、捕捉材の有無の昇温過程でも重量比較から、評価した捕捉材がどの温度で発生した揮発分を捕捉できるのかを評価でき、容易に低コストで行える。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の揮発物質を、有機成分とした捕捉材における捕捉量の評価方法である。
【００１３】
これによって、請求項１に加えて、試料を加熱した場合の発生する有機成分は、温度帯によって変化するので、どの温度帯に発生した有機成分を多く捕捉できる捕捉材なのかを容易に低コストでより精度よく評価できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の捕捉材の雰囲気を水蒸気とし、７００℃以上まで昇温する捕捉材における捕捉量の評価方法である。
【００１５】
これによって、７００℃を越えると、水性ガス化反応が起こることから、７００℃以上で重量変化が激しくなった場合に捕捉された揮発物質がタール等の有機成分であることが予測され、更に精度よく評価が可能となる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は本実施の形態１における評価方法に用いる熱分析装置の断面図、図２は熱重量分析装置を用いて得られた結果のグラフである。
【００１８】
図１において、試料を有機物とし、高温水蒸気雰囲気下において、有機物が４００℃〜６００℃での熱分解において、揮発成分の一成分であるタールを捕捉する捕捉材の捕捉効果を評価する場合について、熱重量分析装置（ＴＧ）を応用した例について説明する。
【００１９】
試料室用ガスは水蒸気、予備室用ガスは窒素である。試料皿１０１は熱重量測定用の試料を入れるアルミナ製の上部が開放している容器であり、試料１０２は食品等の有機物固体、捕捉材１０３は試料１０２を加熱した時に発生するタールを捕捉する材料であり、試料１０２と、試料１０２の上層に捕捉材１０３を積層させて試料皿１０１に投入されている。
【００２０】
試料室１０４内には試料皿１０１が設置されており、加熱手段１０５はカンタル線を用いた電気管状炉であり、試料室１０４の周囲に設置されている。予備室１０６は石英からなる管状のものであり、内部にバネ１０７が設置され、試料室１０４の上方に設置され試料室１０４とは第１の連通口１０８でつながっている。バネ１０７は石英からなるもので、上方の一端が予備室１０６の上部中心に取り付けされ、他端は石英からなる細線１０９と接続されている。細線１０９は一端がバネ１０７と接合し、第１の連通口１０８の中心を通って、他端が試料室１０４の中央に設置されえた試料皿１０１と取り外し可能なように接続されており、第１の連通口１０８部分に位置する細線１０９部には差動トランス１１０用のコア１１１が取り付けられている。
【００２１】
差動トランス１１０とコア１１１は、例えば、新光電機株式会社製の差動変圧器１５０３−９−１５形等のものであり、コア１１１は石英で覆われて密閉されている。試料室１０４は石英からなる管状のものであり、水蒸気を試料室１０４内に供給するための第２の連通口１１２が試料室１０４の上方に設置され、下方に水蒸気と試料から発生したガスとを外部に排出する第３の連通口１１３が設けられている。予備室１０６は上方に予備室用ガスを供給する第５の連通口１１５が設置されている。第２の連通口１１２から第４の連通口１１４の間は、水蒸気が液化しないように凝縮温度を越える温度でリボンヒーター等からなるヒーター１１６が周囲に設置されている。試料皿１０１の下方近傍には、加熱手段１０５の発熱量を制御するための温度センサー１１８が設置されている。また、第２の連通口１１２には第１の開閉バルブ１１９が設置されている。また、図中の矢印は流体の流通方向を示している。
【００２２】
図２において、縦軸左は温度センサー１１８の測定温度、縦軸右はコア１１１の移動距離から重量変化に換算して初期重量に対する減量率、つまり、減少した量を初期重量で割った値に１００を乗じたもの、横軸は時間である。
【００２３】
以上のように構成された熱分析装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２４】
試料皿１０１に試料１０２及び捕捉材１０３をそれぞれ１０ｍｇ程度入れた後、試料室１０４の図示しない開閉部を開け、試料皿１０１を細線１０９に取り付け、図示しない開閉部を閉じてシールする。
【００２５】
次に、第１の開閉バルブ１１９及び第２の開閉バルブ１２０を閉じると同時に第５の連通口１１５から窒素を５０ｍｌ／ｍｉｎで流入させ、数秒後に加熱手段１０５とヒーター１１６を動作させて発熱を開始し、温度センサー１１８の値から試料室１０４内の温度が一定速度で昇温するように加熱手段１０５を制御し、ヒーター１１６は図示しない温度センサーにより１８０℃となるように制御される。このときの加熱手段１０５やヒーター１１６の制御は入力電圧を変化させることで発熱量を変化させて行っている。
【００２６】
そして、温度センサー１１８が１８０℃となると、差動トランス１１０からの出力値の変化率つまり重量変化が無くなるまで１８０℃で一定時間保持し、その時の重量を測定する。その後、第１の開閉バルブ１１９及び第２の開閉バルブ１２０を開放して１５０℃の水蒸気を第２の連通口１１２より流入させ、それと同時に温度センサー１１８が１８０℃一定となるように任意の時間保持し、差動トランス１１０からの出力値の変化率つまり重量変化がなくなるまで１８０℃を維持し、そのときの重量を測定する。この測定値と先程に水蒸気を入れる前の重量測定値とが同じになるように補正を行う。これは、水蒸気の影響を考慮するためである。その後、一定速度で試料室１０４内を加熱するように加熱手段１０５の電圧を調整することで発熱量を制御する。このとき、第２の連通口１１２から流入した水蒸気は試料皿１０１を通って第３の連通口１１３から排出される。
【００２７】
そして、昇温に伴い、試料１０２から可燃性ガスやタール等の炭化水素を主成分とする揮発分が揮発する。つまり、熱分解である。この熱分解により発生した揮発物質は、捕捉材１０３を流通して揮発物質の一部、特にタールは捕捉材１０３で捕捉され、その他の成分は捕捉材１０３を通過して水蒸気及び窒素と共に第３の連通口１１３から排出される。
【００２８】
このとき、試料１０２の熱分解による揮発で重量は軽くなり、バネ１０７の力により上部に上がると共にコア１１１も上方に移動し、この移動距離を差動トランス１１０で検知し測定する。ここで、あらかじめ、昇温しても重量変化が非常に少ない、もしくは無い物質を用いて重量を変化させて同じ条件でコア１１１の位置を検出し、重量変化に対するコア１１１の移動距離を把握し、つまり、検量した測定値を用いて試料１０２を入れた場合のコア１１１の移動距離から重量変化に換算している。
【００２９】
タールが多く捕捉材１０３に捕捉されると、その分だけ重量変化は少なくなり、捕捉材１０３の捕捉効果が評価できる。そして、昇温させて、各温度における重量変化を測定するので、評価する捕捉材１０３が、どの温度で揮発する成分を多く捕捉できるかが把握できる。これによって、目的とする捕捉に対して、どの捕捉材が有効であるかの目処を相対的に比較でき、定量化が可能となる。
【００３０】
このようにして、測定した結果である図２において、捕捉材１０３を使用した場合と未使用の場合とを比較すると、捕捉材１０３を入れていない場合は３００℃から７００℃の間で熱分解ガスやタール発生に伴い重量が減少している。しかし、捕捉材１０３を使用した場合は未使用に比べて重量減少が少ない。この分だけタールを捕捉していることになる。その後、８００℃手前から８００℃に至る昇温過程で、捕捉材１０３が無い場合はやや重量が減少し、捕捉材１０３がある場合はそれと比して大きく減少している。そして、最終的には同じ重量まで減少している。これは、８００℃近辺で水蒸気ガス化反応、つまり、炭素分と水蒸気が反応してガス生成しているためと考えられ、最終的には投入した重量に対して同じ重量％相当する残留物だけが残留する。
【００３１】
この残留物は、初期重量に対して捕捉材１０３の有無に関わらず同じ重量％で残留すること、更に、初期の試料１０２の成分分析結果からの無機物の重量％に相当することから、無機物であると説明できる。また、７００℃までで捕捉材３が捕捉したものがタールであることは、捕捉材１０３を使用した場合と未使用の場合との７００℃までの重量変化の差分が、８００℃近辺での差に相当することから、炭素を主成分とする物質、つまり、タールであると説明ができる。
【００３２】
以上のことから、非常に少量で捕捉材の捕捉効果を評価でき、操作が容易で低コストで、その捕捉効果が試料のどの温度帯から発生した揮発物質を捕捉したのかの評価も可能となり、揮発成分の有機成分がどの程度捕捉したのかも実機に近い環境で精度よく評価ができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明の捕捉材の評価方法は、バイオマス、プラスチック、石炭などの有機物固体、有機汚泥、石油、廃油などの有機液体等の熱化学的変換による燃料ガス生成時のタール捕捉材の捕捉効果の評価として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１における捕捉材を用いた加熱装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における捕捉材を用いた場合の熱重量分析結果の特性図
【符号の説明】
【００３５】
１０１  試料皿
１０２  試料
１０３  捕捉材
１０４  試料室
１０５  加熱手段
【図１】
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【図２】
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