(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応器(10)内部を７〜２５ＭＰａの圧力にするとともに前記反応器(10)内部の２００〜５００℃の原料処理領域(12)に硫黄分を含む化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物(16)を導入して前記化石燃料を活性化する工程と、
前記原料処理領域(12)で活性化した化石燃料を含む前記原料混合物(16)を酸化剤(21)とＣＯ2吸収剤(22)とともに前記反応器(10)内部の部分燃焼領域(13)に導入して前記化石燃料を部分燃焼して前記部分燃焼領域(13)を８００〜１２００℃にする工程と、
前記反応器(10)内部の部分燃焼領域(13)に続く１２００〜５００℃のガス化・ＣＯ2固定化領域(14)に部分燃焼物を導入して水素、メタン、水蒸気及び二酸化炭素を主成分とするガスを生成するとともに前記二酸化炭素を前記ＣＯ2吸収剤(22)で固定化する工程と、
前記反応器(10)の排出口(24)より水素とメタンと水蒸気を主成分とするガス及びＣＯ2吸収体からなる反応生成物を排出する工程と、
前記反応器(10)から排出される反応生成物より固気分離器(36)によって前記ＣＯ2吸収体を分離し水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスを取出す工程と、
前記取出された水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスの温度を５０〜１５０℃に下げて前記水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを得る工程と
を含む高カロリーガスの製造方法。
【請求項２】
反応器(10)内部を７〜２５ＭＰａの圧力にするとともに前記反応器(10)内部の２００〜５００℃の原料処理領域(12)に硫黄分を含む化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物(16)を導入して前記化石燃料を活性化する工程と、
前記原料処理領域(12)で活性化した化石燃料を含む前記原料混合物(16)を酸化剤(21)とともに前記反応器(10)内部の部分燃焼領域(13)に導入して前記化石燃料を部分燃焼して前記部分燃焼領域(13)を８００〜１２００℃にする工程と、
前記反応器(10)内部の部分燃焼領域(13)に続く１２００〜５００℃のガス化・ＣＯ2固定化領域(14)に部分燃焼物をＣＯ2吸収剤(22)とともに導入して水素、メタン及び二酸化炭素を主成分とするガスを生成するとともに前記二酸化炭素を前記ＣＯ2吸収剤(22)で固定化する工程と、
前記反応器(10)の排出口(24)より水素とメタンと水蒸気を主成分とするガス及びＣＯ2吸収体からなる反応生成物を排出する工程と、
前記反応器(10)から排出される反応生成物より固気分離器(36)によって前記ＣＯ2吸収体を分離し水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスを取出す工程と、
前記取出された水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスの温度を５０〜１５０℃に下げて前記水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを得る工程と
を含む高カロリーガスの製造方法。
【請求項３】
原料処理領域(12)が部分燃焼領域(13)及びガス化・ＣＯ2固定化領域(14)とそれぞれ熱交換する請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
ガス化促進剤がアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物、又はアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の炭酸塩、或いはこれらの混合物である請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項５】
両端が封止されかつ水の超臨界状態を維持可能に構成された管状の反応器(10)と、
前記反応器(10)の外周に設けられ前記反応器(10)を保温又は加熱するヒータ(11)と、
前記反応器(10)の内部に前記反応器(10)と同心状にかつ前記反応器(10)の一端に先端が密着し前記反応器(10)の他端と基端が離間して設けられた熱良導性と耐熱性を有する筒体(18)と、
前記反応器(10)の一端に設けられ前記反応器(10)の内面と前記筒体(18)の外面で囲まれる原料処理領域(12)に化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物(16)を導入するための導入口(17)と、
前記原料混合物(16)を前記導入口(17)に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第１ポンプ(27)と、
前記反応器(10)の他端側の前記筒体(18)内部の部分燃焼領域(13)に延びて設けられた第１導入パイプ(23)と、
前記酸化剤(21)とＣＯ2吸収剤(22)を前記第１導入パイプ(23)に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第２ポンプ(31)と、
前記反応器(10)の一端に設けられ前記部分燃焼領域(13)に続く前記筒体(18)内部のガス化・ＣＯ2固定化領域(14)を通過した反応生成物を排出する排出口(24)と、
前記反応器(10)から排出される反応生成物の圧力を減じる減圧弁(33)と、
前記反応生成物の圧力を減じかつ前記反応生成物の温度を下げて前記反応生成物からＣＯ2吸収体を分離して水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスを取出す固気分離器(36)と、
前記固気分離器(36)から取出された水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスの温度を下げて水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを取出す気液分離器(39)と
を備えた高カロリーガスの製造装置。
【請求項６】
両端が封止されかつ水の超臨界状態を維持可能に構成された管状の反応器(10)と、
前記反応器(10)の外周に設けられ前記反応器(10)を保温又は加熱するヒータ(11)と、
前記反応器(10)の内部に前記反応器(10)と同心状にかつ前記反応器(10)の一端に先端が密着し前記反応器(10)の他端と基端が離間して設けられた熱良導性と耐熱性を有する筒体(18)と、
前記反応器(10)の一端に設けられ前記反応器(10)の内面と前記筒体(18)の外面で囲まれる原料処理領域(12)に化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物(16)を導入するための導入口(17)と、
前記原料混合物を前記導入口(17)に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第１ポンプ(27)と、
前記反応器(10)の他端側の前記筒体(18)内部の部分燃焼領域(13)に延びて設けられた第１導入パイプ(23)と、
前記部分燃焼領域(13)に続く前記筒体(18)内部のガス化・ＣＯ2固定化領域(14)に延びて設けられた第２導入パイプ(41)と、
前記酸化剤(21)を前記第１導入パイプ(23)に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第２ポンプ(31)と、
前記ＣＯ2吸収剤(22)を前記第２導入パイプ(41)に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第３ポンプ(43)と、
前記反応器(10)の一端に設けられ前記部分燃焼領域(13)に続く前記筒体(18)内部のガス化・ＣＯ2固定化領域(14)を通過した反応生成物を排出する排出口(24)と、
前記反応器(10)から排出される反応生成物の圧力を減じる減圧弁(33)と、
前記反応生成物の圧力を減じかつ前記反応生成物の温度を下げて前記反応生成物からＣＯ2吸収体を分離して水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスを取出す固気分離器(36)と、
前記固気分離器(36)から取出された水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスの温度を下げて水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを取出す気液分離器(39)と
を備えた高カロリーガスの製造装置。
【請求項７】
原料処理領域(12)が部分燃焼領域(13)及びガス化・ＣＯ2固定化領域(14)とそれぞれ熱交換する請求項５又は６記載の製造装置。
【請求項８】
ガス化促進剤がアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物、又はアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の炭酸塩、或いはこれらの混合物である請求項５又は６記載の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は石炭、重質油等の化石燃料から水素及びメタンを主成分とする高カロリーガスを製造する方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石炭及び超重質油等の資源は今後とも石油代替エネルギーの一翼を担うものと期待されているが、単位発熱量当たりの二酸化炭素排出量が多く環境負荷が大きいため、利用の効率化、クリーン化が大きな課題である。上記課題を解決する一方法として、ガス化炉により石炭をガス化する方法が行われている。一般に、石炭等に代表される化石燃料をガス化させる場合には、化石燃料の炭素に水蒸気を作用させて下記の反応式（１）〜（３）によりガスを製造する。
Ｃ  ＋  ＣＯ2  ＝  ２ＣＯ              ……  （１）
Ｃ  ＋  Ｈ2Ｏ  ＝  ＣＯ  ＋  Ｈ2       ……  （２）
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ  ＝  ＣＯ2  ＋  Ｈ2    ……  （３）
上記式（１）及び（２）では、反応が吸熱反応であるため、８００〜１８００℃の高温で加熱することにより反応を促進し、また必要に応じて触媒を利用することにより炭素質を完全にガス化している。
【０００３】
しかしながらガス化炉で上記式（１）〜（３）の反応を進行させて水素ガスを製造する場合、式（３）に基づく水性ガスシフト反応が十分に進行しないため、生成物中に未反応の一酸化炭素ガスが残留する。そのため、高価な触媒を使用したシフトコンバータを通し、式（３）の反応を進ませる必要がある。また原料の化石燃料には数％〜十数％の灰分、金属不純物、硫黄、窒素等が含まれているため、これらを取除くには生成物の精製を行う必要がある。また高温反応ではコーキング現象によって生じたコークスにより反応装置の一部が閉塞される、反応装置に高価な耐熱材料が必要となる等の不具合がある。更に副産物である二酸化炭素ガスは回収が困難であるため、大気中に放出されており、環境上問題がある。
【０００４】
そこで活性化した石炭を生成するＢＴＣ法(Battelle Treated Coal法)が提案されている。この方法では、微細に粉砕した石炭にＣａＯとＮａＯＨを添加混合してスラリーを調製し、このスラリーを２５０℃で処理し、ＮａＯＨを仲介としてＣａＯを石炭に化学的に結合させた後、固液分離して固形分を取出し、これを洗浄乾燥して活性化した石炭を生成する。このＢＴＣ法で生成された石炭を石炭ガス化原料として利用することにより、石炭に化学的結合しているＣａが触媒として作用して石炭のガス化を促進するとともに、Ｃａにより石炭の脱硫を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこのＢＴＣ法はバッチ処理であって生産性に劣るうえ、石炭をガス化するまでに中間生成物を洗浄乾燥する必要があり、工程数が多く複雑であった。
【０００６】
本発明の目的は、複雑なプロセスを要することなく、水素及びメタンを主成分とする高カロリーガスを効率良く連続して製造する方法及び装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、二酸化炭素を大気中に放出することなく、固定化させて回収する高カロリーガスの製造方法及びその装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は、熱効率の高い、連続型で小型の高カロリーガス製造装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、反応器１０内部を７〜２５ＭＰａの圧力にするとともに反応器１０内部の２００〜５００℃の原料処理領域１２に硫黄分を含む化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物１６を導入して化石燃料を活性化する工程と、原料処理領域１２で活性化した化石燃料を含む原料混合物１６を酸化剤２１とＣＯ2吸収剤２２とともに反応器１０内部の部分燃焼領域１３に導入して化石燃料を部分燃焼して部分燃焼領域１３を８００〜１２００℃にする工程と、反応器１０内部の部分燃焼領域１３に続く１２００〜５００℃のガス化・ＣＯ2固定化領域１４に部分燃焼物を導入して水素、メタン、水蒸気及び二酸化炭素を主成分とするガスを生成するとともに二酸化炭素を添加物中のＣＯ2吸収剤２２で固定化する工程と、反応器１０の排出口２４より水素とメタンと水蒸気を主成分とするガス及びＣＯ2吸収体からなる反応生成物を排出する工程と、反応器１０から排出される反応生成物より固気分離器３６によってＣＯ2吸収体を分離し水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスを取出す工程と、取出された水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスの温度を５０〜１５０℃に下げて水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを得る工程とを含む高カロリーガスの製造方法である。
【０００８】
請求項２に係る発明は、図２に示すように、反応器１０内部を７〜２５ＭＰａの圧力にするとともに反応器１０内部の２００〜５００℃の原料処理領域１２に硫黄分を含む化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物１６を導入して化石燃料を活性化する工程と、原料処理領域１２で活性化した化石燃料を含む原料混合物１６を酸化剤２１とともに反応器１０内部の部分燃焼領域１３に導入して化石燃料を部分燃焼して部分燃焼領域１３を８００〜１２００℃にする工程と、反応器１０内部の部分燃焼領域１３に続く１２００〜５００℃のガス化・ＣＯ2固定化領域１４に部分燃焼物をＣＯ2吸収剤２２とともに導入して水素、メタン及び二酸化炭素を主成分とするガスを生成するとともに二酸化炭素を添加物中のＣＯ2吸収剤２２で固定化する工程と、反応器１０の排出口２４より水素とメタンと水蒸気を主成分とするガス及びＣＯ2吸収体からなる反応生成物を排出する工程と、反応器１０から排出される反応生成物より固気分離器３６によってＣＯ2吸収体を分離し水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスを取出す工程と、取出された水素、メタン及び水蒸気を主成分とするガスの温度を５０〜１５０℃に下げて水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを得る工程とを含む高カロリーガスの製造方法である。
【０００９】
請求項１又は２に係る発明では、図１〜図４に示すように、原料混合物を原料処理領域でガス化促進剤中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属を原料の官能基に化学的結合をさせてガス化を促進し、部分燃焼領域で酸化剤と原料混合物を部分的に燃焼させ、ガス化・ＣＯ2固定化領域でガス化反応させ水素と二酸化炭素を生成する。二酸化炭素はＣＯ2吸収剤で吸収、固定化して固体化する。これらの工程で化石燃料を処理することによりＣＯ2及び硫黄を固体として回収し水素及びメタンからなる高カロリーガスを効率よく製造することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明であって、原料処理領域１２が部分燃焼領域１３及びガス化・ＣＯ2固定化領域１４とそれぞれ熱交換する製造方法である。請求項３又は７に係る発明では、部分燃焼領域１３及びガス化・ＣＯ2固定化領域１４で発生した熱が筒体を介して原料処理領域１２へ伝わるので原料処理領域１２を加熱する熱エネルギーを低減することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、請求項８に係る発明は、請求項５又は６に係る発明であって、ガス化促進剤がアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の酸化物、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物、又はアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の炭酸塩、或いはこれらの混合物である製造方法である。
請求項４又は８に係る発明では、ガス化促進剤を原料に加えることにより、前述した式（２）の水性ガス化反応と、式（３）の水性ガスシフト反応がより効率的に行われ、水素ガス及び二酸化炭素ガスを主成分とするガスがより多く生成される。
【００１２】
請求項５に係る発明は、図１に示すように、両端が封止されかつ水の超臨界状態を維持可能に構成された管状の反応器１０と、反応器１０の外周に設けられ反応器１０を保温又は加熱するヒータ１１と、反応器１０の内部に反応器１０と同心状にかつ反応器１０の一端に先端が密着し反応器１０の他端と基端が離間して設けられた熱良導性と耐熱性を有する筒体１８と、反応器１０の一端に設けられ反応器１０の内面と筒体１８の外面で囲まれる原料処理領域１２に化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物１６を導入するための導入口１７と、原料混合物１６を導入口１７に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第１ポンプ２７と、反応器１０の他端側の筒体１８内部の部分燃焼領域１３に延びて設けられた第１導入パイプ２３と、酸化剤２１とＣＯ2吸収剤２２を第１導入パイプ２３に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第２ポンプ３１と、反応器１０の一端に設けられ部分燃焼領域１３に続く筒体１８内部のガス化・ＣＯ2固定化領域１４を通過した反応生成物を排出する排出口２４と、反応器１０から排出される反応生成物の圧力を減じる減圧弁３３と、反応生成物の圧力を減じかつ反応生成物の温度を下げて反応生成物からＣＯ2吸収体を分離して水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスを取出す固気分離器３６と、固気分離器３６から取出された水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスの温度を下げて水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを取出す気液分離器３９とを備えた高カロリーガスの製造装置である。
請求項５に係る発明では、このような構造を持つ製造装置を用いることにより二酸化炭素を固体化して回収し、メタン及び水素を主成分とする高カロリーガスを効率良く連続して製造することができる。
【００１３】
請求項６に係る発明は、図２に示すように、両端が封止されかつ水の超臨界状態を維持可能に構成された管状の反応器１０と、反応器１０の外周に設けられ反応器１０を保温又は加熱するヒータ１１と、反応器１０の内部に反応器１０と同心状にかつ反応器１０の一端に先端が密着し反応器１０の他端と基端が離間して設けられた熱良導性と耐熱性を有する筒体１８と、反応器１０の一端に設けられ反応器１０の内面と筒体１８の外面で囲まれる原料処理領域１２に化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物１６を導入するための導入口１７と、原料混合物１６を導入口１７に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第１ポンプ２７と、反応器１０の他端側の筒体１８内部の部分燃焼領域１３に延びて設けられた第１導入パイプ２３と、部分燃焼領域１３に続く筒体１８内部のガス化・ＣＯ2固定化領域１４に延びて設けられた第２導入パイプ４１と、酸化剤２１を第１導入パイプ２３に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第２ポンプ３１と、ＣＯ2吸収剤２２を第２導入パイプ４１に７〜２５ＭＰａの圧力で圧送する第３ポンプ４３と、反応器１０の一端に設けられ部分燃焼領域１３に続く筒体１８内部のガス化・ＣＯ2固定化領域１４を通過した反応生成物を排出する排出口２４と、反応器１０から排出される反応生成物の圧力を減じる減圧弁３３と、反応生成物の圧力を減じかつ反応生成物の温度を下げて反応生成物からＣＯ2吸収体を分離して水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスを取出す固気分離器３６と、固気分離器３６から取出された水素とメタンと水蒸気とを主成分とするガスの温度を下げて水蒸気を液化して分離し水素とメタンを主成分とするガスを取出す気液分離器３９とを備えた高カロリーガスの製造装置である。
請求項６に係る発明では、請求項５に係る発明と比較してガス化・ＣＯ2固定化領域１４よりＣＯ2吸収剤２２を添加するため、部分燃焼領域１３では高い効率でガス化反応及び部分燃焼によりＣＯ2を発生することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明で原料として用いる化石燃料には、石炭、重質油又はこれらを熱分解して得られる石炭コークス、石油コークス或いは石炭を高温で熱分解したときに生成する炭素分に富む粉末状の固体（チャー）等が挙げられる。石炭としては、草炭、褐炭、亜瀝青炭、瀝青炭、無煙炭等が挙げられる。本発明で処理する化石燃料は硫黄分を含む。この化石燃料は水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物として、反応器に導入される。化石燃料の種類とそのミクロな特性によっては、水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤の混合を省略することもできる。化石燃料に対する水酸化ナトリウム及びガス化促進剤の添加割合は、化石燃料１００重量％に対して、水酸化ナトリウムが５〜２０重量％、ガス化促進剤が５〜３０重量％であることが好ましい。
【００１５】
ガス化促進剤はカリウム、ナトリウム等のアルカリ金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩等や、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩等が挙げられる。ガス化促進剤はこれらの混合物であってもよい。化石燃料が石炭である場合、若い石炭であるほどガス化促進剤を多く添加する必要があり、例えば亜瀝青炭であれば、石炭１００重量％に対して、アルカリ金属を含むガス化促進剤は５〜１５重量％であり、またアルカリ土類金属を含むガス化促進剤は５〜２０重量％程度であることが好ましい。
また酸化剤には、酸素、過酸化水素水等が挙げられる。更にＣＯ2吸収剤には、カリウム、ナトリウム等のアルカリ金属の酸化物、水酸化物や、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物が挙げられる。これらのＣＯ2吸収剤はＣＯ2と反応して炭酸塩（ＣＯ2吸収体）を形成する。
化石燃料は、スラリー又はエマルジョンの形態にすることがコーキング現象の抑制のため好ましい。化石燃料が石炭のような固体の場合には、石炭粉末と水とを混合したスラリーに調製され、化石燃料が重質油のような液体の場合には、重質油と水とを混合したエマルジョンに調製される。
【００１６】
本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の製造装置は、図１に示すように、反応器１０は両端が封止されかつ水の超臨界状態を維持可能に構成された管状に形成される。反応器１０の外周部には保温又は加熱のためのヒータ１１が、また内周部には原料処理領域１２がそれぞれ設けられる。また反応器１０の中心部には部分燃焼領域１３が設けられ、この部分燃焼領域１３に続いて反応器１０の中心部にガス化・ＣＯ2固定化領域１４が設けられる。反応器１０の一端には原料処理領域１２に通じる原料混合物１６を導入する導入口１７が設けられる。原料処理領域１２と部分燃焼領域１３とは筒状の熱良導体からなる耐熱金属、例えばＮｉ−Ｃｒの耐熱合金の筒体１８で区画される。筒体１８は反応器１０の一端に密着し、反応器１０の他端の内壁とは間隔を開けて設けられる。この間隔は原料処理領域１２と部分燃焼領域１３とを連通する連通部１９を構成し、この部分から、熱処理を受けた流体が部分燃焼領域１３に流入する。この筒体１８は高温にさらされ、腐食が大きくなるおそれがあるため、交換可能に構成される。更に反応器１０の他端には酸化剤２１とＣＯ2吸収剤２２とを導入するための第１導入パイプ２３が反応器１０の他端を貫通し、筒体１８の端部から僅かに筒体１８内部に入った部分燃焼領域１３まで延びて設けられる。反応器１０の他端にはガス化・ＣＯ2固定化領域１４で転換した水素、メタン、ＣＯ2吸収体及び超臨界水からなる流体を排出する排出口２４が設けられる。原料混合物１６の導入口１７には、第１タンク２６に貯えられたスラリー状の原料混合物１６が第１ポンプ２７で圧送されて予熱器２８を介して導入される。第１導入パイプ２３には、第２タンク２９に貯えられた酸化剤２１とＣＯ2吸収剤２２とが第２ポンプ３１で圧送され、予熱器３２で加熱されて導入される。排出口２４は中間パイプ３４を介して固気分離器３６の導入口３６ａに接続される。中間パイプ３４の途中には減圧弁３３が設けられる。固気分離器３６の排出口３６ｂは中間パイプ３８を介して水素、メタンと水とを分離する気液分離器３９の導入口３９ａに接続される。中間パイプ３８の途中には開閉弁３７が設けられる。気液分離器３９の排出口３９ｂは水素とメタンを排出する排出管４０が接続され、その途中には開閉弁４１が設けられる。
【００１７】
このように構成された製造装置による反応を化石燃料として石炭を用いた場合について図１及び図３に基づいて説明する。
(a) 原料処理領域
石炭と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤と水とからなる原料混合物１６を第１タンク２６から第１ポンプ２７及び予熱器２８を介して導入口１７より原料処理領域１２に導入する。原料処理領域１２はポンプ２７、予熱器２８及びヒータ１１により温度２００〜５００℃、圧力７〜２５ＭＰａに維持される。２００℃未満又は７ＭＰａ未満であると石炭とガス化剤の化学的結合が促進せず、５００℃を越えるとガス化剤と化学結合を行う前に石炭が重合してしまう不具合を生じる。この温度及び圧力は２００〜３００℃、１５〜２５ＭＰａがそれぞれ好ましい。上記温度及び圧力下において、原料混合物中の水酸化ナトリウムのＮａが石炭の官能基であるＯＨ基又はＣＯＯＨ基の各水素原子と置換して石炭をガス化速度が速まるように変質する。
(b) 部分燃焼領域
原料処理領域１２を通して処理された原料混合物１６は連通部１９を通って部分燃焼領域１３に流入する。ここで酸化剤２１とＣＯ2吸収剤２２とを第２タンク２９から第２ポンプ３１と予熱器３２を介して第１導入パイプ２３より部分燃焼領域１３に導入する。酸化剤２１と処理された原料混合物１６の一部が燃焼し、燃焼熱により部分燃焼領域１３は８００〜１２００℃の高温になる。この結果領域１３全体がガス化を促進する温度条件になる。圧力は原料処理領域と同じである。この部分燃焼領域１３は筒体１８を介して原料処理領域１２と熱交換する。
(c) ガス化・ＣＯ2固定化領域
この領域１４では残渣を主体にしたガス化反応が進行し、水素と二酸化炭素が生成する。また部分燃焼領域１３及びガス化反応により発生した二酸化炭素が部分燃焼領域１３で導入されたＣＯ2吸収剤２２と反応し、二酸化炭素がＣＯ2吸収体となって生成したガスから分離される。この結果、水素、メタンからなる高カロリーのガスが精製される。例えばＣａＯをＣＯ2吸収剤に用いた場合には、ＣＯ2吸収体としてＣａＣＯ3が得られる。ＣＯ2吸収剤がガス化促進剤としても機能するため、ガス化速度も速められる。原料に含有している硫黄もＣＯ2吸収剤２２により吸収され硫黄吸収体としてＣＯ2吸収剤と同様の方法により回収できる。
【００１８】
ガス化・ＣＯ2固定化領域１４の温度は吸熱反応及び筒体１８を介して原料処理領域１２と熱交換されて冷却され、部分燃焼領域１３より低い１２００〜５００℃になる。圧力は原料処理領域と同じである。圧力が７〜２５ＭＰａであればＣＯ2吸収剤が反応できる温度範囲である９００℃以下が好ましい。この条件であればＮａはＮａ2ＣＯ3に、ＣａはＣａＣＯ3になり、ＣＯ2が吸収、固定化される。この温度以上になるとＣＯ2の吸収は低下し、別の安定な化学形態を取る。反応器１０内部で主に存在する二酸化炭素、水素、一酸化炭素及びメタン等の超臨界点を次の表１に示す。
【００１９】
【表１】
0004075281.tif 000002
【００２０】
水の超臨界状態は表１より明らかなように３７４℃、２２．４ＭＰａ以上であるが、それより臨界温度や臨界圧の低い二酸化炭素や水素、一酸化炭素、メタン等を含む混合ガスの状態になると３７４℃、２２．４ＭＰａに達しなくとも水は超臨界状態を有するようになる。
水、水素、メタン及びＣＯ2吸収体をそれぞれ分離する方法について説明する。
ガス化・ＣＯ2固定化領域１４までの工程で生成した水、水素、メタン及びＣＯ2吸収体はまずＣＯ2吸収体を分離するため反応器１０に設けられた排出口２４より減圧弁３３を介して固気分離器３６に送られる。生成物は固気分離器３６でＣＯ2吸収体と生成ガスとに分離される。次に生成ガスより水を水の超臨界点以下で凝縮させ水素、メタンを含む生成ガスのみにする。
【００２１】
本発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。図２において、図１と同一符号は同一構成要素を示す。この実施の形態の製造装置は、次の点が第１の実施の形態と相違する。即ち、反応器１０の他端には酸化剤２１を導入するための第１導入パイプ２３が貫通し、筒体１８の端部から僅かに筒体１８内部に入った部分燃焼領域１３まで延びて設けられる。また反応器１０の他端にはＣＯ2吸収剤２２を導入するための第２導入パイプ４１が貫通し、筒体１８の端部から筒体１８内部に入ったガス化・ＣＯ2固定化領域１４まで延びて設けられる。第１導入パイプ２３には、第２タンク２９に貯えられた酸化剤２１が第２ポンプ３１で圧送され、予熱器３２で加熱されて導入される。第２導入パイプ４１には、第３タンク４２に貯えられたＣＯ2吸収剤２２が第３ポンプ４３で圧送され、予熱器４４で加熱されて導入される。上記以外の構成は第１の実施の形態と同様である。この製造装置による反応は図４に示される。
第１の実施の形態と比較して、第２の実施の形態ではガス化・ＣＯ2固定化領域１４よりＣＯ2吸収剤２２を添加するため、部分燃焼領域１３では高い効率でガス化反応及び部分燃焼によりＣＯ2を発生する。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、反応器内部を７〜２５ＭＰａの圧力にするとともに２００〜５００℃の原料処理領域に硫黄分を含む化石燃料と水酸化ナトリウム水溶液とガス化促進剤を混合した原料混合物を導入して化石燃料を活性化し、活性化した原料混合物を酸化剤とＣＯ2吸収剤とともに部分燃焼領域に導入して原料混合物を部分燃焼して部分燃焼領域を８００〜１２００℃にし、１２００〜５００℃のガス化・ＣＯ2固定化領域に部分燃焼物を導入して水素、メタン、水蒸気及び二酸化炭素を主成分とするガスを生成するとともに二酸化炭素を添加物中のＣＯ2吸収剤で固定化し、部分燃焼領域及びガス化・ＣＯ2固定化領域が原料処理領域への熱交換及び吸熱反応により冷却されるようにしたので、複雑なプロセスを要することなく、メタン及び水素ガスを主成分とする高カロリーガスを効率良く連続して製造することができる。また臨界点の差異を利用して分離器によりＣＯ2を固定化し回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態における高カロリーガス製造装置の構成図。
【図２】本発明の第２実施の形態における高カロリーガス製造装置の構成図。
【図３】本発明の第１実施の形態の高カロリーガスの製造工程を示す図。
【図４】本発明の第２実施の形態の高カロリーガスの製造工程を示す図。
【符号の説明】
１０  反応器
１１  ヒータ
１２  原料処理領域
１３  部分燃焼領域
１４  ガス化・ＣＯ2固定化領域
１６  原料混合物
１７  導入口
１８  筒体
２１  酸化剤
２２  ＣＯ2吸収剤
２３  第１導入パイプ
２４  排出口
２７  第１ポンプ
３１  第２ポンプ
３３  減圧弁
３６  固気分離器
３９  気液分離器
４１  第２導入パイプ
４３  第３ポンプ
【図１】
0004075281.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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