説明

バイオマス液化物回収装置および回収方法

【課題】水溶性タールの経時的な重質化を抑制し、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方の燃料としての質を維持したまま該水溶性タールおよび非水溶性タールを回収するバイオマス液化物回収装置および回収方法を提供する。
【解決手段】バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収するバイオマス液化物回収装置において、該液化物を水溶性タールと該水溶性タールよりも比重が大きい非水溶性タールとに比重分離する比重分離部42と、上記非水溶性タールから比重分離された上記水溶性タールに重合禁止剤を添加する重合禁止剤添加部43と、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールと非水溶性タールとを別けて回収する回収部45とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する装置および該液化物を回収する方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
地球温暖化の防止対策として、バイオマスエネルギーの有効利用に注目が集まっている。バイオマスエネルギーの中でも植物由来のバイオマスエネルギーは、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素から変換された炭素資源を有効利用できるため、資源のライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない、いわゆる、カーボンニュートラルという性質をもつ。
【0003】
化石資源ではない、再生可能な、生物由来の有機性資源をバイオマスと呼ぶ。バイオマスは太陽エネルギーを使い、水と二酸化炭素から生物が生成するものなので、持続的に再生可能な資源である。バイオマスは有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかし、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、バイオマスを使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。バイオマスは林業系(製材廃棄物、間伐材、製紙廃棄物等)、農業系(稲わら、麦わら、サトウキビ糠、米糠、草木等)、畜産系(家畜廃棄物等)、水産系(水産加工残滓等)、廃棄物系(生ごみ、庭木、建築廃材、下水汚泥等)等に分類される。
【0004】
近年、地球温暖化問題に関連してバイオマスエネルギーの役割が強調されている。バイオマスからのエネルギー回収、転換として、バイオマスを熱分解してガス燃料、タールなどを製造することが開発検討されている。
【0005】
特許文献1には、バイオマスを急速熱分解することにより、該バイオマスを、ガスと、タールと、固定炭素を主体としたチャーとを生成するバイオマス熱分解方法が開示されている。上記急速熱分解により生成された該ガス、タールおよびチャーの混合物たる熱分解生成物は、まず、バイオマスを急速熱分解する熱分解反応部よりも下流に設けられた固気分離部でチャーのみが分離され、次に、さらに下流に設けられた気液分離器でタールとガスとに分離されることとしている。
【特許文献1】特開2003−268390号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
バイオマスを急速熱分解して得られる熱分解生成物に含まれるタールには、軽質の水溶性タールおよび重質の非水溶性タールの二種類のタールが含まれている。該非水溶性タールは該水溶性タールよりも比重が大きいので、上記タールがある程度の期間放置されると、水溶性タールを含む水溶性相が上層、非水溶性タールを含む非水溶性相が下層となって二層に相分離される。二つの層は通常の撹拌程度では容易に均一相とされない。該上層の水溶性タールと該下層の非水溶性タールは粘度や燃焼特性が異なっているので、このように二種類のタールが相分離した状態のままでは、該タールを安定した燃料として利用することができない。
【0007】
また、上層を形成する上記水溶性相は、該水溶性相に水分が含まれていること、そして水溶性タールを構成する分子に酸素原子を多く含んでいることに起因して発熱量が低い。また、該酸素原子は活性が高い官能基に含まれているので、上記水溶性タールは重合しやすい。すなわち、該水溶性タールは経時的に重質化しやすい。このように水溶性タールが重質化する結果、該水溶性タールの燃料としての質が低下する。
【0008】
一方、下層を形成する上記非水溶性相は、非水溶性タールを構成する分子における酸素原子の含有量が少ないので、発熱量が比較的高く、経時的な重質化も進みにくい。したがって、非水溶性タールは水溶性タールよりも燃料として良質である。
【0009】
上記特許文献1では、上記液分離器において、水溶性タールと非水溶性タールが混合された状態でタールがガスから分離される。この分離されたタールは、その後何ら処理がされていないので、既述したように、いずれ水溶性相と非水溶性相に相分離するため、二種類のタールが分離した状態のままでは、タールを安定した燃料として利用することができない。さらに、水溶性相に含まれる水溶性タールは経時的に重質化した結果、該水溶性タールの粘度が高くなり該水溶性タールの燃料としての質が低下する。重質化した水溶性タールは、下層である非水溶性相に沈下して、該下層にてさらに重合するため、非水溶性相のタールの燃料としての質が低下する。
【0010】
本発明は、このような事情に鑑み、水溶性タールの経時的な重質化を抑制し、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方の燃料としての質を維持したまま該水溶性タールおよび非水溶性タールを回収するバイオマス液化物回収装置および回収方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
<第一発明>
本発明に係るバイオマス液化物回収装置は、バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する。
【0012】
かかるバイオマス液化物回収装置において、本発明は、液化物を水溶性タールと該水溶性タールよりも比重が大きい非水溶性タールとに比重分離する比重分離部と、上記非水溶性タールから比重分離された上記水溶性タールに重合禁止剤を添加する重合禁止剤添加部と、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールと非水溶性タールとを別けて回収する回収部とを備えることを特徴としている。
【0013】
上記バイオマス液化物回収装置では、比重分離部が液化物を水溶性タールと非水溶性タールを上下二層に比重分離し、分離して得られた該水溶性タールに重合禁止剤添加部が重合禁止剤を添加するので、水溶性タールの重合ひいては該水溶性タールの重質化が抑制される。この結果、水溶性タールの変質が抑制される。さらに、水溶性タールと非水溶性タールとを別けて回収するので、これらを個別に利用することができる。
【0014】
<第二発明>
本発明に係るバイオマス液化物回収方法では、バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する。
【0015】
かかるバイオマス液化物回収方法において、本発明は、液化物を水溶性タールと該水溶性タールよりも比重が大きい非水溶性タールとに比重分離する比重分離工程と、上記非水溶性タールから比重分離された上記水溶性タールに重合禁止剤を添加する重合禁止剤添加工程と、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールと非水溶性タールとを別けて回収する回収工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【0016】
本発明では、以上のように、比重分離された水溶性タールには重合禁止剤が添加されるので、水溶性タールの重合ひいては該水溶性タールの重質化が抑制される。したがって、水溶性タールの変質が抑制され、該水溶性タールの燃料としての質の低下を回避することができる。この結果、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方の燃料としての質を維持したまま該水溶性タールおよび非水溶性タールを回収することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。
【0018】
図1は、本実施形態に係るバイオマス液化物回収装置の構成を示すブロック図である。該バイオマス液化物回収装置は、バイオマスを急速熱分解する急速熱分解部10と、該急速熱分解部10に原料としてのバイオマスを供給するバイオマス供給部20と、急速熱分解部10で生成された熱分解生成物を熱分解生成ガス(気体)、チャーなどの固体物、タール(液体)に分離する気固液分離部30と、該気固液分離部30で分離されたタールを処理するタール処理部40と、上記気固液分離部30で分離された熱分解生成ガスおよび上記タール処理部40で生成された水蒸気を洗浄して精製ガスを生成する洗浄部50とを有している。
【0019】
急速熱分解部10は、既述したようにバイオマス供給部20から供給された原料としてのバイオマスを急速熱分解する。該急速熱分解部10は、例えば、気流層熱分解装置を用いて500〜750℃程度まで昇温した不活性ガス雰囲気で該不活性ガスの顕熱によりバイオマスを急速に昇温して短時間加熱して急速に熱分解させる構成とすることができる。また、バイオマス供給部20は、例えば、ロータリーフィーダーと気流搬送の組み合わせや、スクリューフィーダー等によって構成されている。
【0020】
気固液分離部30は、急速熱分解部10で生成された固体と気体(熱分解生成ガスとガス状タール)の混合物である熱分解生成物から固体物である主としてチャーを分離する固体物分離部31と、該熱分解生成物中の気体を冷却し該気体から主としてタールを含む液化物を凝縮させて分離する間接急冷部32と、該間接急冷部32で液化物が分離された気体中にミスト状に存在する主としてタールを含む液化物をさらに分離させて熱分解生成ガスを生成するデミスタ33と、該間接急冷部32およびデミスタ33で得られた液化物から主として不純物たる残留固体物を分離する残留固体物分離部34とを有している。
【0021】
上記固体物分離部31は、例えば、遠心力で固体物たるチャーを分離する公知のサイクロンセパレータで構成されている。また、間接急冷部32は、直列に接続された二つの水冷サイクロン32A,32Bで構成されている。本実施形態では、該間接急冷部32は、水冷サイクロンで構成されていることとしたが、これに代えて、多管型熱交換器で構成されてもよい。
【0022】
デミスタ33は、直列に接続された二つのデミスタ33A,33Bで構成されている。各デミスタ33A,33Bは、内部に衝突板(図示せず)等を有しており、間接急冷部32から得られた気体を該衝突板に衝突させて、該気体中にミスト状で存在していたタールを液滴として付着させることにより、該気体から液化物として分離する。該液化物が分離された気体は熱分解生成ガスとして洗浄部50へ送られる。また、間接急冷部32およびデミスタ33で分離された液化物は、残留固体物分離部34へ送られる。残留固体物分離部34は、該液化物を濾過するストレーナとして構成されており、該液化物をタール(液体)と上記固体分離部31で分離しきれなかった主として不純物たる残留固体物とに分離する。
【0023】
タール処理部40は、残留固体物分離部34で分離されたタールを後述の比重分離部42へ送るポンプ41と、該ポンプ41から送られたタールを軽質の水溶性タールと重質の非水溶性タールとに比重分離する比重分離部42と、該水溶性タールに重合禁止剤を添加する重合禁止剤供給部43と、該水溶性タールから該水溶性タールに含まれている水分を除去する加熱脱水部44と、上記比重分離部42で分離された非水溶性タールおよび加熱脱水部44で水分が除去された水溶性タールを回収する回収部45とを有している。
【0024】
上記比重分離部42は、下流へ向けて下がる方へ傾斜し間隔をもって配された複数のコルゲート板42Aを有しており、各コルゲート板42A上に沿って流下するタールは軽質の水溶性タールと重質の非水溶性タールとに比重分離しながら下流へ流れる。該比重分離部42には、コルゲート板42Aよりも下流側に上下方向に延びる隔壁42Bが設けられている。該隔壁42Bは、上下二箇所にタール排出口42C,42Dが形成されており、上側の排出口42Cからは水溶性タールが排出され、下側の排出口42Dからは非水溶性タールが排出されるようになっている。
【0025】
重合禁止剤供給部43は、上記比重分離部42の上側の排出口42Cから排出された水溶性タールに重合禁止剤を添加する。該重合禁止剤としては、例えば、粉末状のヒドロキノンやヒドロキノン誘導体が用いられる。
【0026】
加熱脱水部44は、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールを受けてこれを加熱して該水溶性タールに含まれている水分を蒸発させて水蒸気を発生させる熱交換部46と、該熱交換部46で発生した該水蒸気を除去する気液分離部47とを有している。上記熱交換部46は、内部にスチーム等の加熱流体が流通する加熱管46Aを有しており、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールを該加熱管46Aにより約100度に加熱して、該水溶性タールに含まれている水分を蒸発させる。該水分を除去する気液分離部47は、例えば、公知のフラッシュセパレータで構成されている。
【0027】
回収部45は、水溶性タールを貯留する水溶性タール48と、非水溶性タールを貯留する非水溶性タールタンク49とを有している。水溶性タールタンク48は、上記加熱脱水部44の気液分離部47で水蒸気が除去された水溶性タールを貯留する。また、該非水溶性タールタンク49は、上記比重分離部42の下側の排出口42Dから排出される非水溶性タールを貯留する。
【0028】
洗浄部50は、デミスタ33で分離された熱分解生成ガスおよび上記気液分離部47で除去された水蒸気を洗浄液で洗浄し、燃料として利用可能な精製ガスと、水に酸性ガス成分や低沸点のタール成分等が混ざった廃液とに分離する。該洗浄部50は、例えば、該洗浄部50の上部から下方へ向けて洗浄液としての水を散水して被洗浄物を洗浄する公知のスクラバーで構成されている。
【0029】
このような構成を有する本実施形態に係るバイオマス液化物回収装置では、以下の要領で水溶性タールおよび非水溶性タールを回収する。
【0030】
まず、原料であるバイオマスがバイオマス供給部20から急速熱分解部10に供給される。該急速熱分解部10では、該バイオマスが急速熱分解されて熱分解生成物が生成される。該熱分解生成物は、チャーからなる固体物と、主として熱分解生成ガスおよび気化したタールから成る気体を含んでいる。該熱分解生成物は固体物分離部31で固体物と気体に分離される。分離された該固体物、すなわちチャーは燃焼させることにより熱源として利用可能である。
【0031】
固体物分離部31で分離された気体は、間接急冷部32で冷却され主としてタールを含む液化物を凝縮させて、主として熱分解生成ガスを含む気体とに分離される。さらに、液化物が分離された該気体は、デミスタによって、該気体中にミスト状に存在するタールが液滴化されて液化物として分離される。間接急冷部32およびデミスタ33で分離された液化物は、残留固体物分離部34で残留固体物が除去される。該残留固体物が除去された液化物、すなわちタールはポンプ41へ送られる。
【0032】
ポンプ41は、残留固体物分離部34から送られたタールを比重分離部42へ供給する。該タールは、該比重分離部42にて複数のコルゲート板42Aに沿って該コルゲート板42Aの間隙を下流へ向けて流れながら、軽質の水溶性タールと重質の非水溶性タールとに比重分離する。この比重分離の結果、該タールは、水溶性タールからなる上層と非水溶性タールからなる下層との二層に分離される。そして、二層に分離したタールは、上記コルゲート板42Aの間隙を通過した後、上層の水溶性タールが浮上し、下層の非水溶性タールが沈下することによって完全に分離する。該水溶性タールは比重分離部42の上側の排出口42Cから排出され、該非水溶性タールは下側の排出口42Dから排出される。
【0033】
上記比重分離部42の上側の排出口42Cから排出された水溶性タールには、重合禁止剤添加部43によって重合禁止剤が添加される。該重合禁止剤が添加されると、水溶性タール分子内に発生したラジカルを該重合禁止剤がトラップし、ラジカルおよび酸素原子を含む活性の高い官能基が関与して生ずる水溶性タールの重合が抑制される。この結果、加熱脱水部44で水溶性タールから水分を除去する際や貯留中の水溶性タールの重質化による変質が抑制され、該水溶性タールの燃料としての質の低下を回避することが可能となる。重合禁止剤の添加率は、加熱脱水条件や貯留期間により調整するが、水溶性タール重量に対して0.1〜1wt%程度とすることが好ましい。
【0034】
重合禁止剤が添加された水溶性タールは、加熱脱水部44の熱交換部46で約100度に加熱され、該水溶性タールに含まれている水分が蒸発され気泡状の水蒸気になる。そして、気液分離部47にて水溶性タールから該気泡状の水蒸気が除去される。このように加熱脱水部44で水溶性タールから水分を除去することにより、水溶性タールの発熱量が高くなり、水溶性タールの燃料としての質が向上する。
【0035】
気液分離部47で水分が除去された水溶性タールは、回収部45の水溶性タールタンク48に貯留される。水溶性タールには重合禁止剤が含まれているため、貯留中の重質化による変質が抑制され、該水溶性タールの燃料としての質の低下を回避することが可能である。また、比重分離部42の下側の排出口42Dから排出された非水溶性タールは、非水溶性タールタンク49に貯留される。水溶性タールおよび非水溶性タールは、それぞれ単独で液体燃料や化学品原料、すなわちバイオマス液化油として利用することが可能である。
【0036】
デミスタ33で分離された熱分解生成ガスは、上記加熱脱水部44の気液分離部47で除去された水分、すなわち水蒸気とともに洗浄部50で洗浄され、精製ガスと廃液とに分離される。該精製ガスは、気体燃料として利用することが可能である。
【0037】
本実施形態では、重合禁止剤添加部43が比重分離部42で非水溶性タールから比重分離された水溶性タールに重合禁止剤を添加することにより、該水溶性タールの重合ひいては該水溶性タールの重質化が抑制される。したがって、水溶性タールの変質が抑制され、該水溶性タールの燃料としての質の低下を回避することができる。この結果、水溶性タールおよび非水溶性タールの両方の燃料としての質を維持したまま該水溶性タールおよび非水溶性タールを回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】実施形態に係るバイオマス液化物回収装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0039】
42 比重分離部
43 重合禁止剤添加部
45 回収部
48 水溶性タールタンク
49 非水溶性タールタンク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する装置において、該液化物を水溶性タールと該水溶性タールよりも比重が大きい非水溶性タールとに比重分離する比重分離部と、上記非水溶性タールから比重分離された上記水溶性タールに重合禁止剤を添加する重合禁止剤添加部と、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールと非水溶性タールとを別けて回収する回収部と、を備えることを特徴とするバイオマス液化物回収装置。
【請求項2】
バイオマスを急速熱分解して得られた熱分解生成物に含まれる液化物を回収する方法において、該液化物を水溶性タールと該水溶性タールよりも比重が大きい非水溶性タールとに比重分離する比重分離工程と、上記非水溶性タールから比重分離された上記水溶性タールに重合禁止剤を添加する重合禁止剤添加工程と、上記重合禁止剤が添加された水溶性タールと非水溶性タールとを別けて回収する回収工程と、を備えることを特徴とするバイオマス液化物回収方法。

【図1】
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【公開番号】特開2010−106145(P2010−106145A)
【公開日】平成22年5月13日(2010.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−279597(P2008−279597)
【出願日】平成20年10月30日(2008.10.30)
【出願人】(000004123)JFEエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Fターム(参考)】