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JP2961247B2 - Gasification method for cellulosic biomass - Google Patents

Gasification method for cellulosic biomass

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Publication number
JP2961247B2
JP2961247B2 JP9339555A JP33955597A JP2961247B2 JP 2961247 B2 JP2961247 B2 JP 2961247B2 JP 9339555 A JP9339555 A JP 9339555A JP 33955597 A JP33955597 A JP 33955597A JP 2961247 B2 JP2961247 B2 JP 2961247B2
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JP
Japan
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cellulosic biomass
gasification
reaction
water
biomass
Prior art date
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Application number
JP9339555A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH11172262A (en
Inventor
智朗 美濃輪
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はセルロース系バイオ
マスのガス化方法に関するものである。本発明は、木材
等のガス化によるエネルギー生産、固形状の有機性廃棄
物のガス化によるエネルギー回収及び処理等の廃棄物処
理等の分野で利用される。
The present invention relates to a method for gasifying cellulosic biomass. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is used in fields such as energy production by gasification of wood and the like, waste recovery such as energy recovery and treatment by gasification of solid organic waste.

【0002】[0002]

【従来の技術】通常、ガス化と呼ぶプロセスは、乾燥し
た原料を用い、高温(800〜1200℃)、常圧(大
気圧〜数気圧)で、酸化剤として空気や酸素、水蒸気を
用いてガス化するものである。一方、セルロース系バイ
オマスは、通常、水を多く含み、特に有機性廃棄物は多
くの水を含むため、原料の乾燥のために大量の水の蒸発
潜熱が必要であり、エネルギー収支の観点から好ましく
ない。特開平5−213778号、特開平8−5920
2号、United States Patent5,
019,135には、セルロース系バイオマスを水性媒
体の存在下、水素活性化金属触媒を用いて、高温高圧に
保持することにより、セルロース系バイオマスをガス化
する方法が示されている。水の蒸発を伴わない高圧プロ
セスは、水の蒸発潜熱が不要であることから、エネルギ
ー収支の観点から好ましく、水を多く含むバイオマスに
適したプロセスである。さらに、水性媒体存在下でのガ
ス化方法は、通常のガス化よりも非常に低温(350〜
400℃)で実施可能であることから、よりエネルギー
効率が向上する。
2. Description of the Related Art Generally, a process called gasification uses a dry raw material at a high temperature (800 to 1200 ° C.), a normal pressure (atmospheric pressure to several atmospheric pressures), and uses air, oxygen, and water vapor as an oxidizing agent. It gasifies. On the other hand, cellulosic biomass usually contains a large amount of water, and in particular, organic waste contains a large amount of water.Therefore, a large amount of latent heat of vaporization of water is required for drying the raw material, which is preferable from the viewpoint of energy balance. Absent. JP-A-5-213778, JP-A-8-5920
No. 2, United States Patent 5,
019 and 135 show a method for gasifying cellulosic biomass by maintaining the cellulosic biomass at a high temperature and a high pressure using a hydrogen-activated metal catalyst in the presence of an aqueous medium. The high-pressure process without water evaporation is preferable from the viewpoint of energy balance since latent heat of water evaporation is unnecessary, and is a process suitable for biomass containing a large amount of water. Furthermore, the gasification method in the presence of an aqueous medium is much lower (350-
(400 ° C.), so that the energy efficiency is further improved.

【0003】しかしながら、低温でのガス化は反応速度
が遅いため、触媒の添加量が大量になる、あるいは低濃
度の有機性廃水しか処理できないなどの課題がある。ま
た、このガス化方法をセルロース系バイオマスに応用す
る場合、バッチ操作では問題とならないが、連続化する
際、セルロース系バイオマスは通常固形状であるため、
高圧で固形物を圧入するという技術的な課題がある。さ
らに、セルロース系バイオマスの反応中間体は反応性に
富むものであり、炭状生成物を生成する重合反応が競合
的に起きるため、炭状生成物による触媒の被毒や連続装
置とした際には反応プロセスの閉塞などの問題を引き起
こす可能性がある。
[0003] However, gasification at low temperature has a problem that the reaction rate is slow, so that the amount of catalyst added becomes large, or that only low-concentration organic wastewater can be treated. In addition, when this gasification method is applied to cellulosic biomass, there is no problem in batch operation, but when continuous, the cellulosic biomass is usually in a solid state,
There is a technical problem of injecting solids at high pressure. Furthermore, the reaction intermediate of cellulosic biomass is highly reactive, and the polymerization reaction to produce carbonaceous products occurs competitively. Can cause problems such as blockage of the reaction process.

【0004】上述の課題の一つである「固形物を高圧で
取り扱う」と言う技術的課題に対しては、固形状のセル
ロース系バイオマスを、ガス化する前に流動化処理ある
いは可溶化処理すれば解決できる。水を含んだセルロー
ス系バイオマスを200℃以上で加熱することで流動化
する方法が特開平5−337497号と特開平7−24
6378号に示されている。流動化の場合、固形状のバ
イオマスが見かけ流動性を持ったスラリーに変化するも
のであり、必ずしも原料バイオマス中の可溶性成分の量
が増えるとは限らない。積極的に可溶化するためにはア
ルカリ性物質を添加して可溶性成分の量を増やした方
が、ガス化の前処理としては好ましいと思われる。水を
含んだセルロース系バイオマスをアルカリ性物質の存在
下、高温高圧で保持して液化する方法が特開昭60−2
62888号と特開昭61−73793号に示されてい
る。液化の場合、目的物は液状油(オイル)であるが、
この反応で有機物が高濃度溶けている水溶液が副生する
ことが知られている。これら、流動化あるいは液化を、
ガス化の前処理としての可溶化処理として利用すれば、
水溶液は高圧でハンドリング可能であるので、「固形物
を高圧で取り扱う」と言う技術的課題を解決することが
できる。
[0004] In order to solve the technical problem of "handling solids at high pressure", which is one of the above-mentioned problems, solid cellulose-based biomass must be fluidized or solubilized before gasification. Can be solved. JP-A-5-337497 and JP-A-7-24 disclose a method of fluidizing a cellulosic biomass containing water by heating it at 200 ° C. or higher.
No. 6378. In the case of fluidization, solid biomass changes into a slurry having apparent fluidity, and the amount of soluble components in the raw biomass does not always increase. In order to positively solubilize, increasing the amount of the soluble component by adding an alkaline substance seems to be preferable as a pretreatment for gasification. A method of liquefying a cellulosic biomass containing water at a high temperature and a high pressure in the presence of an alkaline substance is disclosed in JP-A-60-2.
No. 62888 and JP-A-61-73793. In the case of liquefaction, the target substance is liquid oil (oil),
It is known that by this reaction, an aqueous solution in which organic substances are dissolved at a high concentration is by-produced. These fluidization or liquefaction,
If used as a solubilization treatment as a pretreatment for gasification,
Since the aqueous solution can be handled at high pressure, the technical problem of "handling solids at high pressure" can be solved.

【0005】ところで、セルロース系バイオマスをガス
化することは、上述したように可能であるが、セルロー
ス系バイオマスを一旦可溶化処理して得た水溶液がガス
化処理可能であるかどうかは不明である。一旦熱処理を
受けるので、水溶液中の有機物はバイオマスの様々な分
解物及び重合物の混合物である。本発明の実施例で詳述
するが、本発明者は、このように熱履歴受けた有機物
(水溶液)がガス化処理可能であることを見出した。さ
らに、水溶液をガス化した際には、炭状の副生成物が僅
かであり、「炭状生成物による触媒の被毒、反応プロセ
スの閉塞」の課題も同時に解決できることが示唆され
た。
[0005] Gasification of cellulosic biomass is possible as described above, but it is unclear whether aqueous solutions obtained by solubilizing cellulosic biomass once can be gasified. . Once subjected to heat treatment, the organic matter in the aqueous solution is a mixture of various degradants and polymers of biomass. As will be described in detail in Examples of the present invention, the present inventor has found that an organic substance (aqueous solution) subjected to such heat history can be gasified. Furthermore, when the aqueous solution was gasified, the amount of carbonaceous by-products was small, suggesting that the problem of "poisoning of the catalyst by the carbonaceous product and blocking of the reaction process" could be solved at the same time.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明はセルロース系
バイオマスをガス化するための工業的に有利な方法を提
供することをその課題とする。
An object of the present invention is to provide an industrially advantageous method for gasifying cellulosic biomass.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、セルロ
ース系バイオマスを、水性媒体の存在下、反応温度を1
50〜350℃、反応圧力を反応温度における水の飽和
蒸気圧以上に保持して可溶化処理する工程と、この工程
で得られた該セルロース系バイオマスの可溶化物を含む
水溶液を水素活性化用金属触媒に接触させて該バイオマ
ス可溶化物をガス化する工程とからなることを特徴とす
るセルロース系バイオマスのガス化方法が提供される。
According to the present invention, a cellulosic biomass is reacted with a reaction temperature of 1 in the presence of an aqueous medium.
Water saturation at 50-350 ° C, reaction pressure at reaction temperature
A step of solubilizing while maintaining the vapor pressure or higher, and gasifying the biomass solubilized product by contacting the aqueous solution containing the solubilized product of the cellulosic biomass obtained in this process with a metal catalyst for hydrogen activation . A gasification method for cellulosic biomass, comprising the steps of:

【0008】本発明でいうセルロース系バイオマスと
は、セルロースを含む種々の物質、例えば、木材(チッ
プ、粉)、樹皮、葉、バガス、古紙、泥炭、農産廃棄
物、林産廃棄物、セルロースを含む各種有機性廃棄物
(例えば、食品産業からの有機性廃棄物、アルコール製
造工程からの有機性廃棄物、都市ゴミ、有機性汚泥等)
等が包含される。
The cellulosic biomass referred to in the present invention includes various substances including cellulose, for example, wood (chips, powder), bark, leaves, bagasse, waste paper, peat, agricultural waste, forest waste, and cellulose. Various organic wastes (eg, organic waste from food industry, organic waste from alcohol production process, municipal waste, organic sludge, etc.)
Etc. are included.

【0009】可溶化処理工程は、セルロース系バイオマ
スを、水性媒体の存在下、必要に応じてアルカリ性物質
を用い、高温高圧に保持して反応させることにより実施
される。アルカリ性物質としては、各種のアルカリ性物
質、例えばナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウ
ム等の水酸塩、炭酸塩、蟻酸塩等を用いることができ
る。アルカリ性物質の添加量は、原料の乾燥物基準で0
〜100重量%の範囲である。水性媒体としては、通
常、水が用いられ、その使用量は、セルロース系バイオ
1重量部(絶乾重量)当り、1〜100重量部、好まし
くは3〜6重量部である。例えば有機性廃棄物の場合、
通常60〜99重量%の水を含んだ状態で排出される
が、このようなものはそのまま可溶化処理可能である。
熱収支やハンドリングの観点からは水性媒体の含有率は
75〜85重量%に調節した方が好ましい。可溶化処理
は高温高圧下で行われるが、この場合、反応温度は15
0〜350℃、好ましくは200〜300℃、反応圧力
は、水性媒体の蒸発を抑えるため、反応温度における
飽和蒸気圧力以上(例えば、200℃では16気圧、
300℃では88気圧以上)が採用される。反応時間
は、反応温度あるいは原料の反応性あるいはアルカリ性
物質の添加量などに依存するが、装置の設計や制御の観
点からは5〜180分の範囲が好ましい。
The solubilization step is carried out by reacting the cellulosic biomass in the presence of an aqueous medium, if necessary, using an alkaline substance at a high temperature and a high pressure. As the alkaline substance, various alkaline substances, for example, salts of sodium, potassium, lithium, calcium and the like, carbonates, formate and the like can be used. The amount of the alkaline substance added is 0 based on the dry matter of the raw material.
-100% by weight. As the aqueous medium, water is usually used, and the amount of use is 1 to 100 parts by weight, preferably 3 to 6 parts by weight, per 1 part by weight (absolute dry weight) of the cellulosic bio. For example, in the case of organic waste,
Usually, it is discharged in a state containing 60 to 99% by weight of water, but such a substance can be solubilized as it is.
From the viewpoint of heat balance and handling, the content of the aqueous medium is preferably adjusted to 75 to 85% by weight. The solubilization treatment is performed under a high temperature and a high pressure.
0 to 350 ° C., preferably 200 to 300 [° C., the reaction pressure, in order to suppress the evaporation of the aqueous medium, water at the reaction temperature
Saturated steam pressure or more (for example, 200 ° C. At 16 atm,
At 300 ° C., 88 atm or more) is employed. The reaction time depends on the reaction temperature, the reactivity of the raw materials, the amount of addition of the alkaline substance, and the like.

【0010】ガス化工程は、前記可溶化工程で得られた
セルロース系バイオマスの可溶化物を含む水溶液を、
素活性化用触媒の存在下、高温高圧に保持して反応させ
ることにより実施される。水素活性化用金属触媒として
は、通常の工業用のニッケル、コバルト、モリブデン、
銅、タングステン、白金、鉄等の水素活性化用の金属触
媒各種を用いることができる。ガス化の反応温度は30
0〜450℃、反応圧力は、水の蒸発を抑えるため、反
応温度における水の飽和蒸気圧力以上が採用される。な
お、反応温度374℃以上では水は超臨界流体となるの
で、この場合の反応圧力は臨界圧力226気圧以上を採
用する。反応時間は、反応温度あるいは得られた可溶化
水溶液中の有機物濃度や処理量(水素活性化用金属触媒
の量との比率)などに依存するが、装置の設計や制御の
観点からは5〜180分の範囲が好ましい。
In the gasification step, an aqueous solution containing the solubilized cellulosic biomass obtained in the solubilization step is treated with water.
The reaction is carried out by maintaining the catalyst at a high temperature and a high pressure in the presence of a catalyst for elemental activation . Examples of the metal catalyst for hydrogen activation include ordinary industrial nickel, cobalt, molybdenum,
Various metal catalysts for activating hydrogen, such as copper, tungsten, platinum, and iron, can be used. The gasification reaction temperature is 30
The reaction pressure is set at 0 to 450 ° C. or higher than the saturated vapor pressure of water at the reaction temperature in order to suppress the evaporation of water . Since water becomes a supercritical fluid at a reaction temperature of 374 ° C. or higher, a reaction pressure of 226 atm or more is adopted as the reaction pressure in this case. The reaction time depends on the reaction temperature, the concentration of organic substances in the obtained solubilized aqueous solution and the amount of treatment (ratio to the amount of the metal catalyst for hydrogen activation ), and the like. Is preferably in the range of 5 to 180 minutes.

【0011】次に、本発明を図面を参照して具体的に説
明する。但し、本発明はこれらに限定されない。
Next, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these.

【0012】図1は本発明を行う場合のフローシートの
1例を示す。1は可溶化処理装置であり、原料がライン
8を通して供給される。なお、このフローシートには原
料の調整工程を含めていないが、含水率等の調整が必要
であれば、事前に行う。アルカリ性物質はライン9を通
して、同時に可溶化処理装置1に供給される。可溶化処
理装置1の加熱は熱媒体で行われ、熱媒体はライン23
を介して供給され、可溶化処理装置1を加熱した後、ラ
イン25を介して熱媒体を回収する。可溶化処理装置の
型式としては 例えば、特開昭62−225586号に
示されているような熱交換型スクリューフィーダ式の装
置や特開平7−246378号に示されているような半
連続式装置を用いることができるが、特に限定されな
い。可溶化処理を受けた生成物はライン10を介して抜
き出され、2の固液分離装置に送られる。固液分離装置
2では可溶化処理を受けた生成物が固体生成物と水溶液
に分離されて、固体生成物はライン11を介して抜き出
され、一方、水溶液はライン12を介して抜き出され
る。固液分離装置2の型式は可溶化処理を受けた生成物
の固液分離性に依存し、かつ熱処理を受けた生成物の固
液分離性はその反応条件に依る。固液分離性が良い場合
は、重力分離(静置分離)等の簡単な方法で分離が可能
であるし、一方、固液分離性が良くない場合は、ベルト
プレスや遠心分離等の分離方法が採用される。ライン1
1から抜き出された固体生成物は含水率が低いので固体
燃料として利用価値があり、本プロセスのエネルギー源
の一部として利用できる。即ち、前記固体生成物は、前
記可溶化処理に必要とされる熱源及び/又は、後記のガ
ス化処理に必要とされる熱源として利用することができ
る。ライン12から抜き出された水溶液は3の圧入ポン
プで加圧され、ライン13を通して4のガス化反応装置
に送られる。ガス化反応装置4の加熱は熱媒で行われ、
熱媒はライン19を通して供給される。さらにライン2
0を介して回収された熱媒はガス化反応装置4の予熱に
利用することもできる。ライン23を介して回収された
熱媒は、さらに可溶化処理装置1の加熱のために利用す
ることもでき、足りない熱量をライン24を介して供給
する。ガス化反応装置4の内部には触媒が詰められてお
り、触媒作用によりガス化される。ガス化反応装置4で
ガス化されたガス化生成物はライン14を介して抜き出
され、5の冷却器に送られる。冷却器5はライン21か
ら熱媒あるいは冷却水を供給して冷却され、回収された
熱媒あるいは冷却水はライン22を介して回収される。
回収された熱媒あるいは温水はガス化処理装置4の予熱
あるいは可溶化処理装置1の加熱のために利用できる。
冷却されたガス化生成物はライン15を通って6の減圧
弁に送られ、大気圧まで減圧される。減圧されたガス化
生成物はライン16を通って7の気液分離装置に送られ
る。気液分離装置7では気体生成物と処理された水溶液
に分離され、気体生成物はライン17を介して回収さ
れ、処理された水溶液はライン18を介して回収され
る。気体生成物は気体燃料あるいは化学原材料として利
用され、一方、処理された水溶液はさらに廃水処理等の
処理を受ける。処理された水溶液の一部は、原料の含水
率調節のために利用することもできる。
FIG. 1 shows an example of a flow sheet for carrying out the present invention. Reference numeral 1 denotes a solubilization apparatus, and raw materials are supplied through a line 8. Note that this flow sheet does not include a raw material adjustment step, but if adjustment of water content or the like is necessary, the adjustment is performed in advance. The alkaline substance is simultaneously supplied to the solubilization apparatus 1 through the line 9. The heating of the solubilization apparatus 1 is performed by a heating medium,
After heating the solubilization apparatus 1, the heat medium is recovered through a line 25. Examples of the type of the solubilizing apparatus include a heat exchange type screw feeder type apparatus as disclosed in JP-A-62-225586 and a semi-continuous type apparatus as disclosed in JP-A-7-246378. Can be used, but there is no particular limitation. The solubilized product is withdrawn via line 10 and sent to the second solid-liquid separator. In the solid-liquid separation device 2, the product subjected to the solubilization treatment is separated into a solid product and an aqueous solution, and the solid product is withdrawn via a line 11, while the aqueous solution is withdrawn via a line 12. . The type of the solid-liquid separation device 2 depends on the solid-liquid separation property of the product subjected to the solubilization treatment, and the solid-liquid separation property of the product subjected to the heat treatment depends on the reaction conditions. When solid-liquid separation is good, separation can be performed by a simple method such as gravity separation (static separation). On the other hand, when solid-liquid separation is not good, separation methods such as belt press and centrifugation are used. Is adopted. Line 1
The solid product extracted from 1 is of value as a solid fuel because of its low moisture content and can be used as part of the energy source of the process. That is, the solid product can be used as a heat source required for the solubilization treatment and / or a heat source required for the gasification treatment described later. The aqueous solution withdrawn from the line 12 is pressurized by the pressure pump 3 and sent to the gasification reactor 4 via the line 13. Heating of the gasification reactor 4 is performed with a heating medium,
The heating medium is supplied through a line 19. Further line 2
The heat medium recovered via the heat exchanger 0 can be used for preheating the gasification reactor 4. The heat medium recovered via the line 23 can be further used for heating the solubilization apparatus 1, and supplies the insufficient amount of heat via the line 24. The inside of the gasification reaction device 4 is packed with a catalyst, and is gasified by a catalytic action. The gasification product gasified by the gasification reactor 4 is withdrawn via the line 14 and sent to the cooler 5. The cooler 5 is cooled by supplying a heating medium or cooling water from a line 21, and the recovered heating medium or cooling water is recovered via a line 22.
The recovered heat medium or hot water can be used for preheating the gasification treatment device 4 or heating the solubilization treatment device 1.
The cooled gasification product is sent through line 15 to a pressure reducing valve at 6, where it is depressurized to atmospheric pressure. The decompressed gasification product is sent to a gas-liquid separator 7 through a line 16. In the gas-liquid separator 7, the gas product and the treated aqueous solution are separated, and the gas product is recovered via a line 17, and the processed aqueous solution is recovered via a line 18. The gaseous products are used as gaseous fuels or chemical raw materials, while the treated aqueous solution undergoes further treatment such as wastewater treatment. Part of the treated aqueous solution can also be used for adjusting the water content of the raw material.

【0013】このプロセスは、特開平9−241001
号に示されているようなガス化反応装置に気液分離機能
を備えた装置を採用することもでき、この場合、ガス化
効率が向上すると共に水素を選択的に製造することがで
きると期待される。また、冷却器5と減圧弁6の間に高
圧の気液分離装置を採用することもでき、この場合、気
体の溶解度の差異から高濃度の水素、メタンを回収する
ことができると期待される。また、特開平9−2553
03号に示されているように、プロセスに必要な熱の全
部あるいは一部に太陽熱を利用することも可能であり、
この場合、得られた気体生成物を全てあるいは大部分を
有効利用することができると期待される。いずれにせ
よ、図1のフローシートは、本発明の実施態様の一例で
あり、これに限定されるものではない。
This process is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-241001.
It is also possible to adopt a device equipped with a gas-liquid separation function in the gasification reactor as shown in the above item, and in this case, it is expected that gasification efficiency can be improved and hydrogen can be selectively produced. Is done. Further, a high-pressure gas-liquid separation device can be employed between the cooler 5 and the pressure reducing valve 6, and in this case, it is expected that high-concentration hydrogen and methane can be recovered from the difference in gas solubility. . Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-2553
As shown in No. 03, it is also possible to use solar heat for all or part of the heat required for the process,
In this case, it is expected that all or most of the obtained gaseous products can be effectively used. In any case, the flow sheet of FIG. 1 is an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明は水を含んだセルロース系バイオ
マスをガス化する新しい基本プロセスを提案するもので
ある。通常、セルロース系バイオマスは固形状であり、
高温高圧条件下でのハンドリングは困難であり、このこ
とがそのガス化反応の実用化を困難にする大きな要因と
なっている。本発明によれば、可溶化処理工程を採用す
ることでハンドリング上の問題を解決することができ、
そのガス化反応の実用化を図ることが可能となる。さら
に、セルロース系バイオマスの可溶化処理物を含有する
水溶液を原料とした場合、副反応である重合反応が僅か
となり、炭状生成物がほとんど生成しないので、触媒の
被毒や反応プロセスの閉塞等の問題も同時に解決でき
る。
The present invention proposes a new basic process for gasifying water-containing cellulosic biomass. Usually, cellulosic biomass is solid,
Handling under high temperature and high pressure conditions is difficult, and this is a major factor that makes it difficult to commercialize the gasification reaction. According to the present invention, it is possible to solve the handling problem by employing the solubilization treatment step,
The gasification reaction can be put to practical use. Furthermore, when an aqueous solution containing a solubilized product of cellulosic biomass is used as a raw material, the polymerization reaction, which is a side reaction, is small, and almost no carbonaceous product is generated. Can be solved at the same time.

【0015】[0015]

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。本実施例では、セルロース系バイオマスのモデル
物質として市販の微結晶性セルロースを、水素活性化金
属触媒として市販の工業用ニッケル触媒(使用前に水素
で還元)をそれぞれ用いた。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples. In this example, a commercially available microcrystalline cellulose was used as a model substance of cellulosic biomass, and a commercially available industrial nickel catalyst (reduced with hydrogen before use) was used as a hydrogen activating metal catalyst.

【0016】実施例1 一旦熱処理(熱履歴)を受けた生成物(バイオマスの可
溶化処理物を含む水溶液)がガス化可能かどうかを確認
するため、セルロース5gを水30ml、アルカリ性物
質として炭酸ナトリウム0.25gと混合し、回分式の
加圧反応容器中で、まず可溶化処理した。水の蒸発を抑
えるために、予め窒素ガスで30気圧まで加圧した後、
電気炉で約10℃/分の昇温速度で300℃まで加熱
し、この温度で30分間保持した。この場合、反応圧力
は水の飽和蒸気圧力以上に保たれた。冷却、減圧後、可
溶化処理生成物を取り出した。可溶化処理生成物は非常
に固液分離性が良く、タール状の固体が加圧反応容器の
底部に、黄褐色透明な水溶液が加圧反応容器の上方に分
離していた。水溶液は約32g回収され、全有機炭素濃
度(TOC)22,000pm、pH4の性状であっ
た。タール状の固体は約1.5gであり、炭素含有率7
3重量%、水素含有率7重量%、酸素含有率20重量
%、高位発熱量(Dulong式による計算値)31k
J/gと石炭並みの発熱量を有しており、固体燃料とし
て利用可能なものであった。得られた水溶液に、ニッケ
ル触媒1gを混合し、回分式の同じ加圧反応容器中で、
ガス化処理した。水の蒸発を抑えるために、予め窒素ガ
スで30気圧まで加圧した後、電気炉で約10℃/分の
昇温速度で350℃まで加熱し、この温度に到達したら
直ちに冷却した。この場合、反応圧力は水の飽和蒸気圧
力以上に保たれた。冷却後、生成ガスを回収し、ガスク
ロマトグラフで分析した。さらに、処理水溶液と触媒を
回収した。生成ガス(予め加圧した窒素ガスを除いて)
は水素と二酸化炭素を主成分とする気体で約1g(60
mmol)生成した。ガス組成は水素55容積%、二酸
化炭素34容積%、メタン10容積%、炭素数2以上の
炭化水素ガス1容積%であった。ガス化率は炭素基準で
約50%であった。処理水溶液はTOC5600pp
m、pH7の性状であり、TOC除去率としては75%
であった。残り25%の炭素分は処理水溶液中に無機炭
素(溶解炭酸ガス等)として溶解していた。さらに、回
収された触媒にはタールや炭状生成物の析出はほとんど
無かった。これらの結果は、セルロース系バイオマスを
一旦熱処理して可溶化して得た水溶液が、水素活性化金
属触媒を用いてガス化可能であること示しており、ま
た、タールや炭など反応器の閉塞を引き起こす恐れのあ
る副生成物がほとんど生成しないことを示している。
Example 1 To confirm whether a product (an aqueous solution containing a biomass solubilized product) once subjected to a heat treatment (thermal history) can be gasified, 5 g of cellulose was added to 30 ml of water, and sodium carbonate was used as an alkaline substance. The mixture was mixed with 0.25 g and first subjected to a solubilization treatment in a batch-type pressurized reaction vessel. After pressurizing to 30 atm with nitrogen gas in advance to suppress the evaporation of water,
It was heated to 300 ° C. at a rate of about 10 ° C./min in an electric furnace, and kept at this temperature for 30 minutes. In this case, the reaction pressure was kept above the saturated vapor pressure of water. After cooling and reducing the pressure, the solubilized product was taken out. The solubilized product had very good solid-liquid separation properties, and a tar-like solid was separated at the bottom of the pressurized reaction vessel, and a yellow-brown transparent aqueous solution was separated above the pressurized reaction vessel. About 32 g of the aqueous solution was recovered and had a property of a total organic carbon concentration (TOC) of 22,000 pm and a pH of 4. The tar-like solid weighs about 1.5 g and has a carbon content of 7
3% by weight, hydrogen content 7% by weight, oxygen content 20% by weight, high calorific value (calculated by Dulong formula) 31k
It had a calorific value of J / g, comparable to that of coal, and was usable as a solid fuel. The obtained aqueous solution was mixed with 1 g of a nickel catalyst, and mixed in the same batch-type pressurized reaction vessel.
It was gasified. In order to suppress the evaporation of water, the pressure was previously increased to 30 atm with nitrogen gas, and then heated to 350 ° C at a rate of about 10 ° C / min in an electric furnace, and cooled immediately when the temperature was reached. In this case, the reaction pressure was kept above the saturated vapor pressure of water. After cooling, the product gas was collected and analyzed by gas chromatography. Further, the treatment aqueous solution and the catalyst were recovered. Generated gas (excluding pre-pressurized nitrogen gas)
Is a gas mainly composed of hydrogen and carbon dioxide, about 1 g (60
mmol). The gas composition was 55% by volume of hydrogen, 34% by volume of carbon dioxide, 10% by volume of methane, and 1% by volume of a hydrocarbon gas having 2 or more carbon atoms. The gasification rate was about 50% on a carbon basis. Treatment solution is TOC5600pp
m, pH7, TOC removal rate 75%
Met. The remaining 25% of the carbon was dissolved as inorganic carbon (such as dissolved carbon dioxide) in the treatment aqueous solution. Furthermore, the recovered catalyst had almost no precipitation of tar or carbonaceous products. These results show that the aqueous solution obtained by once heat-treating and solubilizing the cellulosic biomass can be gasified using a hydrogen-activated metal catalyst. This indicates that almost no by-products may be formed, which may cause the following.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を実施する場合のフローシートの一例で
ある。
FIG. 1 is an example of a flow sheet for implementing the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 可溶化処理装置 2 固液分離装置 3 圧入ポンプ 4 ガス化反応装置 5 冷却器 6 減圧弁 7 気液分離装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solubilization apparatus 2 Solid-liquid separator 3 Press-in pump 4 Gasification reactor 5 Cooler 6 Pressure reducing valve 7 Gas-liquid separator

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】セルロース系バイオマスを、水性媒体の存
在下、反応温度を150〜350℃、反応圧力を反応温
度における水の飽和蒸気圧以上に保持して可溶化処理す
る工程と、この工程で得られた該セルロース系バイオマ
スの可溶化物を含む水溶液を水素活性化用金属触媒に接
触させて該バイオマス可溶化物をガスする工程とからな
ることを特徴とする、セルロース系バイオマスのガス化
方法。
1. A method for preparing a cellulosic biomass in the presence of an aqueous medium at a reaction temperature of 150 to 350 ° C. and a reaction pressure of the reaction temperature.
And carrying out a solubilization treatment while maintaining the saturated vapor pressure of water at or above the water level , and contacting the aqueous solution containing the solubilized product of the cellulosic biomass obtained in this step with a metal catalyst for hydrogen activation to thereby remove the biomass. A method for gasifying a cellulosic biomass, comprising the step of gasifying a solubilized product.
【請求項2】可溶化処理工程において、更にアルカリ性2. The method according to claim 1, wherein the solubilizing step further comprises adding
物質を存在させることを特徴とする請求項1記載のセルThe cell according to claim 1, wherein a substance is present.
ロース系バイオマスのガス化方法。Gasification method of loin biomass.
【請求項3】可溶化処理工程で得られた固体の副生成物3. A solid by-product obtained in the solubilization step.
を該可溶化処理の工程でに必要な熱源及び/又は該ガスHeat source and / or gas required in the step of solubilization
工程に必要な熱源として用いることを特徴とする請求項Use as a heat source required for the process
1又は2記載のセルロース系バイオマスのガス化方法。3. The gasification method for cellulosic biomass according to 1 or 2.
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