(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物としてのバイオマスや有機性廃棄物をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理することを特徴とする有機物のガス化処理方法。
【請求項２】
有機物としてのバイオマスや有機性廃棄物をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理するときに、該ガス化炉に、所要量の酸素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼させることを特徴とする有機物のガス化処理方法。
【請求項３】
有機物としてのバイオマスや有機性廃棄物をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理させ、上記ガス化炉より残渣を上記ガス化ガスより分離して取り出した後、該残渣を水と混合し、しかる後、固液分離を行うことにより、アルカリ分を水溶液として回収することを特徴とする有機物のガス化処理方法。
【請求項４】
有機物としてのバイオマスや有機性廃棄物をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理させるときに、該ガス化炉に、所要量の酸素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼させ、上記ガス化炉より残渣を上記ガス化ガスより分離して取り出した後、該残渣を水と混合し、しかる後、固液分離を行うことにより、アルカリ分を水溶液として回収することを特徴とする有機物のガス化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバイオマスや、木質系廃棄物、農産廃棄物、畜産廃棄物、水産廃棄物、食品加工廃棄物、厨芥等の厨房系廃棄物等の植物・動物性廃棄物や、し尿処理場や下水処理場から排出される汚泥等の有機性廃棄物の如き有機物を熱分解ガス化して、燃料ガスや合成用原料ガスとして利用可能なガス化ガスを製造する有機物のガス化処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭や重質油等の化石燃料を使用する手法の１つとしてガス化処理がある。これは、上記化石燃料をガス化炉に供給すると共に、該ガス化炉にガス化剤としての水蒸気（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）を供給した状態において、上記化石燃料を加熱することにより、該化石燃料の熱分解反応と、該熱分解反応生成物の上記ガス化剤によるガス化反応を進行させ、これにより一酸化炭素（ＣＯ）や水素（Ｈ２）等を含有する可燃性のガス化ガスを製造して、該ガス化ガスを燃料ガス又は合成用原料ガスとして使用できるようにするものである。
【０００３】
この種の化石燃料のガス化処理方法に用いられるガス化炉は、原料となる化石燃料の供給形態や炉内での化石燃料の流動状態、及び、灰の排出形態から、固定層方式、流動層方式、噴流層方式に大別され、使用する化石燃料やガス化剤、その他の反応方式によって多少異なるが、上記熱分解ガス化反応には、ガス化炉が固定層方式又は流動層方式の場合には９００〜１０００℃程度、又、噴流層方式の場合には１３００〜１４００℃の高温条件がそれぞれ必要とされる。そのため上記各種ガス化炉の内部温度を、上記熱分解ガス化反応に必要な高温条件に保つことができるようにするために、化石燃料の熱分解ガス化反応を行わせる際に、ガス化炉に酸素あるいは空気を所要量供給して上記化石燃料の一部を燃焼させ、その燃焼熱により上記高温条件を得るようにした手法も開発されてきており、試験・実証のための設備、又は、商業規模の設備が稼動している。
【０００４】
又、近年では、上記技術を応用して、バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物を原料として熱分解ガス化処理することにより、燃料ガスや合成用原料ガスとして使用可能なガス化ガスを製造する技術の研究も進められてきている。
【０００５】
ところで、一般に、製紙・パルプ業におけるパルプ製造プロセスでは、黒液（チップ蒸解工程で排出される脱リグニン用アルカリ液）が廃棄物として排出され、該黒液は、主として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及び硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）からなる大量のアルカリ分を含み、且つ常温以上に加熱すると、液体となる性状を有することが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した如く、通常、固定層方式、流動層方式又は噴流層方式のガス化炉を用いて熱分解ガス化処理するには、ガス化過程で９００〜１０００℃程度あるいは１３００〜１４００℃といった高温条件が必要であり、このため酸素や空気を大量に消費し、特に酸素を使用する場合には、酸素を製造するために大きな動力を要すると共に、この場合、原料となるバイオマスや有機性廃棄物は、その大部分が燃焼によって消費されるため、発生するガス化ガスの発熱量が小さくなるという問題、すなわち、ガス化ガス中の可燃成分である一酸化炭素や水素の収率が減少し、燃焼に関わらない二酸化炭素の割合が多くなるという問題がある。
【０００７】
又、熱分解ガス化反応のために要求される温度条件が比較的低い固定層方式や流動層方式のガス化炉を用いる場合には、より高温条件を必要とする噴流層方式のガス化炉に比して酸素や空気の消費量が少なくてすみ、発生するガス化ガスの発熱量が高くはなるが、この場合、タール（高沸点化合物）が多く発生するため、製造されるガス化ガス中のタール除去（回収又は改質）が必要になり、タールの回収又は改質を行なう装置を付設しなければならないという問題がある。
【０００８】
したがって、上記従来の化石燃料のガス化処理方法を、そのままバイオマスや有機性廃棄物の如き有機物のガス化処理に適用するには、設備費、運転費が嵩むという問題があり、普及の妨げとなっているのが実状である。
【０００９】
そこで、本発明は、バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物を、より低い温度条件の下でも効率よく熱分解ガス化処理することができる有機物のガス化処理方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、有機物としてのバイオマスや有機性廃棄物をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理するようにする。
【００１１】
ガス化炉における有機物の熱分解ガス化反応は、黒液に由来するアルカリ分の存在の下で進行するため、上記アルカリ分により、上記熱分解ガス化反応が促進されるようになる。これにより、より低い温度で上記有機物の熱分解ガス化反応を進行させることが可能になると共に、生成するガス化ガスは、可燃成分である水素や一酸化炭素の収率が高められ、且つタール発生が抑制されるようになる。
【００１２】
又、ガス化炉にて有機物と黒液の混合物を熱分解ガス化処理するときに、該ガス化炉に、所要量の酸素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼させるようにすると、発生する燃焼熱を、上記熱分解ガス化反応の吸熱反応により消費される熱の熱源とすることができるため、上記熱分解ガス化反応を行わせるための運転費を削減できる。
【００１３】
更に、有機物と黒液との混合物を上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理させる際に発生する残渣を、ガス化ガスより分離して取り出した後、該残渣を水と混合し、しかる後、固液分離を行うことにより、アルカリ分を水溶液として回収させるようにすると、黒液中に含まれていたアルカリ分を回収でき、該回収されたアルカリ分を、パルプ製造プロセスに戻してチップ蒸解工程における脱リグニン用のアルカリ物質として再使用すれば、アルカリ分を循環使用することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の有機物のガス化処理方法の実施に用いる装置の一形態を示すもので、バイオマスや有機性廃棄物の如き有機物１の供給部２に、下流側の粉砕混合機３にて黒液４と混合させる有機物１を予め粗粉砕するための粗粉砕機５を接続し、該粗粉砕機５の下流側を、スクリューフィーダの如き定量供給装置６を介して上記粉砕混合機３に接続する。又、該粉砕混合機３には、図示しないパルプ製造プロセスから排出される黒液４を一旦貯留できるようにしてある黒液タンク７を、途中に図示しない供給量制御手段を備えた黒液供給ライン８を介し接続して、該粉砕混合機３にて、上記定量供給装置６から供給される粗粉砕後の有機物１と黒液タンク７より黒液供給ライン８を通して導かれる黒液４とを所要の混合比で混合して、スラリー又はペースト状又は固形の混合物９を調製できるようにする。更に、上記粉砕混合機３の下流側に、スクリューフィーダの如き定量供給装置１０の入口側を接続すると共に、該定量供給装置１０の出口側をガス化炉１１に接続する。該ガス化炉１１は、所要位置にガス化剤供給部１２がガス化剤供給ライン１４を介し接続してあって、該ガス化剤供給部１２より水蒸気及び又は二酸化炭素がガス化剤１３として供給できるようにしてあると共に、上記定量供給装置１０より炉内に定量供給される有機物１と黒液４との混合物９を、上記ガス化剤供給部１２より供給されるガス化剤１３の存在下で５００〜１０００℃程度まで加熱するための図示しない加熱手段が備えてあり、更に、上記所要温度までの加熱により進行する上記混合物９の熱分解ガス化反応に伴って発生するガス化ガス１５と、灰分等を含む残渣（熱分解残渣）１６とを分離してそれぞれ回収できるようにしてある。
【００１６】
なお、上記ガス化炉１１としては、固定層方式、流動層方式、噴流層方式のいずれの形式のものを採用してもよいが、熱分解ガス化反応を比較的低温で行う場合は固定層方式や流動層方式が適しており、高温で行う場合は噴流層方式が適している。なかでも噴流層方式は、大容量化が容易で、負荷追従性に優れている。１７は黒液タンク７に装備したヒータの如き加熱手段であり、該加熱手段１７により黒液タンク７内の黒液４を常温以上に加熱することにより、該黒液４を、液体、すなわち、流動性を確保した状態で粉砕混合機３へ供給して、有機物１と効率よく混合させることができるようにしてある。
【００１７】
有機物１のガス化処理を行う場合は、有機物供給部２より供給される有機物１を粗粉砕機５で粗粉砕した後、該粗粉砕された有機物１と、黒液タンク７から供給される黒液４とを、粉砕混合機３にて所要の混合比で混合させてスラリー又はペースト状又は固形の混合物９を調整する。この際、上記有機物１と黒液４との混合比としては、使用する有機物１の性状や黒液４の性状、アルカリ分の含有率等によって変化するが、スラリー状の混合物９を調製する場合には、固形分が７０％、水分が３０％程度の割合となるように有機物１と黒液４との混合比を１：１〜２：１程度とすればよく、又、ペースト状の混合物９を調整する場合には、混合比を２：１〜３：１程度とすればよく、固形の混合物９を調整する場合には、３：１〜５：１程度の混合比とすればよい。特に、上記混合比を５：１程度とした場合に調整される固形の混合物９は、有機物１のみの場合と同様の固形物として取り扱うことが可能になる。
【００１８】
しかる後、該混合物９をガス化炉１１に供給して、該ガス化炉１１内にて、上記混合物９を、ガス化剤供給部１２より供給される水蒸気及び又は二酸化炭素からなるガス化剤１３の存在の下で所要温度まで加熱することにより、有機物１と黒液４の混合物９を熱分解ガス化処理させ、発生するガス化ガス１５と残渣１６を分離させて回収する。
【００１９】
上記有機物１は、アルカリ分を大量に含んでいる液体である黒液４と予め混合され、スラリー又はペースト状又は固形の混合物９とされた状態でガス化炉１１に供給されるため、ガス化炉１１内における有機物１の熱分解ガス化反応は、常に上記黒液４が一緒に存在した状態、すなわち、該黒液４由来のアルカリ分が効率よく接触されて存在した状態で進行させられることになり、該アルカリ分の触媒効果により上記有機物１の熱分解ガス化反応の進行が促進させられ、効率よくガス化ガス１５が発生させられる。この際、黒液４に含有されていた有機成分も促進された状態で熱分解ガス化処理されるようになる。
【００２０】
このように、本発明の有機物のガス化処理方法によれば、有機物１の熱分解ガス化反応の進行を促進させることができるため、後述する図４及び図５の結果からも明らかなように、上記熱分解ガス化反応を、より低温の条件で効率よく進行させることができ、ガス化炉１１として噴流層方式のものを採用した場合であっても、反応に必要な温度条件を８００〜１０００℃程度と比較的低温の温度条件とすることができるため、要求される温度条件を、従来の１３００〜１４００℃という高温条件から大幅に緩和することができる。固定層方式、流動層方式では低温の５００〜８００℃でのガス化が可能になるため、要求される温度条件を従来の９００〜１０００℃より引き下げることができる。又、有機物１の熱分解ガス化反応の促進に伴って、可燃成分である一酸化炭素や水素の収率の高いガス化ガス１５を発生させて回収できると共に、タールの発生も抑制することができるため、タールの回収又は改質を行なう装置を付設する必要をなくすことができる。したがって、有機物１のガス化処理に要する設備費、運転費の削減が可能になる。
【００２１】
次に、図２は本発明の実施の他の形態を示すもので、図１に示したものと同様な構成において、ガス化炉１１に、酸素又は空気２０の供給部１８を供給ライン１９を介し接続して、上記ガス化炉１１にて有機物１と黒液４との混合物９を熱分解ガス化させるときに、該ガス化炉１１に、上記供給部１８から供給ライン２０を通し所要量の酸素又は空気２０を供給して上記有機物１と黒液４の混合物９の一部を燃焼させるようにしたものである。
【００２２】
その他の構成は図１に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００２３】
本実施の形態によれば、ガス化炉１１にて有機物１と黒液４との混合物９の一部を燃焼させるので、燃焼熱が発生する。これにより、吸熱反応である上記混合物９の熱分解反応生成物のガス化反応を進行させるための熱源として、上記混合物９の燃焼熱を利用できるため、ガス化炉１１の運転費を削減することができる。
【００２４】
次いで、図３は本発明の実施の更に他の形態を示すもので、図２に示したものと同様な構成において、ガス化炉１１より回収される残渣１６中のアルカリ分を分離して回収するための回収装置２１をガス化１１炉の下流側に設けたものである回収装置２１としては、たとえば、上記残渣１６を水と混合した後、固液分離を行うことによりアルカリ分２２を水溶液として、又、灰分２３を固体としてそれぞれ回収できるようにしたものである。
【００２５】
その他の構成は図２に示したものと同様であり、同一のものには同一符号が付してある。
【００２６】
本実施の形態によれば、ガス化炉１１にて有機物１と黒液４の混合物９の熱分解ガス化反応を進行させると、上記黒液４に含まれていたアルカリ分は、ほとんどガス化されることなく灰分と共に残渣１６に含まれることとなり、この残渣１６を水と混合するとアルカリ分は水中に溶解される一方、灰分は溶解しないので、その後、固液分離することでアルカリ分２２を水溶液として、固体の灰分２３と分離して回収できるようになる。したがって、上記回収したアルカリ分２２の水溶液を、パルプ製造プロセスに返送してチップ蒸解工程における脱リグニン用のアルカリ分２２として使用すれば、アルカリ２２分を循環使用することが可能になる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、有機物１と黒液４の混合物９を加熱して熱分解ガス化処理できれば、ガス化炉の形式はいかなる形式のものを採用してもよいこと、上記各実施の形態では、有機物１と黒液４を予め粉砕混合機３にて混合し、スラリー又はペースト状又は固形の混合物９としてガス化炉１１に供給させるものとして示したが、ガス化炉１１内にて有機物１と黒液４を効率よく撹拌して混合させながら熱分解ガス化処理を行うことができれば、有機物１と黒液４をガス化炉１１に個別に供給させるようにしてもよいこと、図１の装置において、ガス化炉１１の下流側に図３に示したものと同様に分離装置２１を備えて、該分離装置２１により、ガス化炉１１から回収した残渣１６中のアルカリ分２２を回収させるようにしてもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２８】
【実施例】
有機物１としての木質系バイオマスについて、黒液４と混合することによるガス化処理反応の促進効果を検証した。使用した木質系バイオマス及び使用した黒液４の分析値は以下のとおりである。
木質系バイオマス：水分６％、揮発分７９％、灰分１％、固定炭素１４％
黒液：水分３３％、揮発分２２％、灰分３７％、固定炭素８％
実験では、上記木質系バイオマスと黒液との混合ガス化には、木質系バイオマス原料と木質系バイオマスを炭化処理したバイオマスチャーを用い、バイオマスチャー重量を基準として、黒液を１：１で混合し、ガス化剤１３としては二酸化炭素を使用してガス化した。処理温度は７５０℃とした。
（１）
先ず、上記木質系バイオマスのバイオマスチャーと黒液４とを上記１：１の混合比で混合してなる混合物９のガス化処理を行った。
その結果、図４に線ａで示す如く、上記混合物９の固定炭素転化率は、処理時間の経過と共に上昇し、２０分で固定炭素の８７％の転化率が得られることが判明した。この混合物９の転化率は、黒液４（図４の線ｂ）とバイオマスチャー（図４の線ｃ）が相互作用なしにそれぞれ単独でガス化処理した場合の値に比して転化率は著しく高く、黒液４がバイオマスチャーのガス化を促進することが明らかとなった。
（２）
次に、木質系バイオマス原料と黒液４を上記１：１の混合比で混合してなる混合物９についてガス化処理を行った。
その結果、図５に線ａ´で示す如く、上記混合物９の固定炭素転化率は、黒液４（図５の線ｂ）と木質系バイオマス原料（図５の線ｃ´）が相互作用なしにそれぞれ単独でガス化処理した場合の値に比して転化率は著しく高く、上記したバイオマスチャーと黒液４とを混合した場合の結果に比して促進効果は若干小さかったが、木質系バイオマス原料の場合も黒液４の混合でガス化を促進することが明らかとなった。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の有機物のガス化処理方法によれば以下の如き優れた効果を発揮する。
(1) 有機物としてのバイオマスや有機性廃棄物をガス化炉に供給し、水蒸気又は二酸化炭素のいずれか一方又は双方の存在下で加熱することにより熱分解ガス化処理してガス化ガスを発生させるようにしてある有機物のガス化処理方法において、上記有機物に黒液を所要の比率で混合した後、該混合物を、上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理するようにしてあるので、比較的低温で上記有機物の熱分解ガス化反応を進行させることができる。又、上記熱分解ガス化反応により発生するガス化ガスは、可燃成分である水素や一酸化炭素の収率が高められ、且つタール発生が抑制されるようになる。したがって、有機物のガス化処理を行うための設備に要する設備費、運転費の削減が可能になる。
(2) ガス化炉にて有機物と黒液の混合物を熱分解ガス化処理するときに、該ガス化炉に、所要量の酸素又は空気を供給して、上記有機物の一部を燃焼させるようにすると、発生する燃焼熱を、上記熱分解ガス化反応の吸熱反応により消費される熱の熱源とすることができるため、上記熱分解ガス化反応を行わせるための運転費を削減できる。
(3) 有機物と黒液との混合物を上記ガス化炉にて熱分解ガス化処理させる際に発生する残渣を、ガス化ガスより分離して取り出した後、該残渣を水と混合し、しかる後、固液分離を行うことにより、アルカリ分を水溶液として回収させるようにすると、黒液中に含まれていたアルカリ分を回収でき、該回収されたアルカリ分を、パルプ製造プロセスに戻してチップ蒸解工程における脱リグニン用のアルカリ物質として再使用すれば、アルカリ分を循環使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の有機物のガス化処理方法の実施に用いる装置の一形態を示す概要図である。
【図２】本発明の実施の他の形態を示す概要図である。
【図３】本発明の実施の更に他の形態を示す概要図である。
【図４】木質系バイオマスのバイオマスチャーと黒液との混合物を熱分解ガス化処理したときの固定炭素転化率を示すグラフである。
【図５】木質系バイオマスと黒液との混合物を熱分解ガス化処理したときの固定炭素転化率を示すグラフである。
【符号の説明】
１  有機物
４  黒液
９  混合物
１１  ガス化炉
１３  ガス化剤（水蒸気又は二酸化炭素）
１５  ガス化ガス
１６  残渣
２０  酸素又は空気
２２  アルカリ分
【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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