1.本发明涉及一种从源自稻壳等硅酸植物的
生物质进行能量回收并以高附加价值的状态分离并回收生物质中包含的二氧化硅的非晶质二氧化硅的制造方法及非晶质二氧化硅的制造装置。
背景技术：
2.专利文献1公开了如下的粒状硅酸质制造方法：通过向干馏稻壳得到的熏炭供给1000℃以下的水蒸气，发生
水煤气反应而得到白的粒状硅酸质。
3.专利文献2提出了一种稻壳气化
残渣的循环利用系统，其目的在于开发一种从含有大量硅酸的稻壳通过热解回收能量后剩余的气化残渣的有效活用方法，并且提供一种在稻田地带完成的稻壳气化残渣的循环利用系统。
4.该稻壳气化残渣的循环利用系统是如下这样的系统：具备对稻壳进行热分解处理而得到分解气体和气化残渣的气化炉、将所述分解气体转换为电、热或者液体燃料等能量源的能量转换设备以及调节所述气化残渣的粒径的粒度调节设备，粒度被调节后的所述气化残渣作为水稻用农药的吸附剂向灌水后的稻田喷洒。
5.专利文献3提出了一种非晶质二氧化硅的制造方法作为不使用硫酸、盐酸、硝酸等无机酸而从农作物、草食、木材等有机系废弃物中获得高纯度的非晶质二氧化硅的方法，该制造方法具备如下工序：以包含氧化硅的有机系废弃物为原始材料进行准备的工序、将所述有机系废弃物浸渍在具有羟基的羧酸水溶液中的工序、接着对有机系废弃物进行水洗处理的工序、以及进一步在大气环境中对所述有机系废弃物进行加热的工序。
6.现有技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本特公昭49-30353号公报
9.专利文献2：日本特开2009-23965号公报
10.专利文献3：wo2008/053711号公报
11.发明所要解决的技术问题
12.专利文献1公开的粒状硅酸质制造方法是通过对干馏稻壳而得到的熏炭进行水煤气反应以除去碳成分来制造粒状硅酸质的方法，获得熏炭时产生的干馏气体不被回收就被无用地排放，从资源回收的角度来看还有进一步改进的余地。另外，由于得到的粒状硅酸质的纯度为90％，纯度并不高，因此也存在用途受限的问题。
13.然而，近年来，对生物质供给水蒸气而发生水煤气反应及水煤气变换反应，将得到的水煤气用作ft合成的原料而生成生物燃料的ft合成技术受到关注。
14.采用稻壳等作为生物质，从对稻壳等供给水蒸气而得到的水煤气生成生物燃料，并且从生物质残渣回收二氧化硅并进行再利用，则能够建立非常高效的资源再生化系统。
15.但是，在这样的资源再生化系统中，由于为了提高气化效率，将水煤气变换反应时的温度设定为950℃左右的高温，因此由于该温度，有发生生物质残渣中包含的二氧化硅的
一部分结晶化而难以进行再利用的状况的担忧。
16.另外，如果碳成分本身结晶化并掺入二氧化硅中，即使随后对生物质残渣进行烧制，碳成分也不会完全去除，二氧化硅的纯度会降低且成为带有灰的二氧化硅。因此，在任何情况下都存在用途受限的问题。
17.专利文献2公开的稻壳气化残渣的循环利用系统是将气化残渣中包含的二氧化硅用于专门的水稻用农药的吸附剂的系统，在将二氧化硅用于其他用途的情况下，需要提高纯度。
18.专利文献3公开的非晶质二氧化硅的制造方法中，不仅需要用于对羧酸水溶液等的处理水进行后处理的水处理设备，而且在大气环境中对处理后的有机系废弃物进行加热处理时会导致能量损失，从经济性的观点来看，还有进一步改进的余地。
技术实现要素：
19.本发明的目的是鉴于上述的问题点而提供一种以源自硅酸植物的生物质为原料而能够有效地进行能量回收并获得高纯度高品质的二氧化硅的非晶质二氧化硅的制造方法及非晶质二氧化硅的制造装置。
20.用于解决技术问题的技术手段
21.为了达成上述的目的，本发明的非晶质二氧化硅的制造方法的第一特征结构是以源自硅酸植物的生物质为原料的非晶质二氧化硅的制造方法，包括如下
步骤：气化步骤，该气化步骤是对所述生物质进行热分解处理并气化的步骤；以及烧制步骤，该烧制步骤是对在所述气化步骤中产生的生物质残渣进行烧制处理的步骤。
22.通过气化步骤，源自硅酸植物的生物质被热分解并作为燃料进行回收，通过对剩余的生物质残渣进行烧制处理，残存于生物质残渣的碳成分等的杂质被去除，从而得到高纯度的二氧化硅。
23.第二特征结构是，在上述第一特征结构的基础上，所述气化步骤是在比非晶质二氧化硅结晶化的相变温度范围低的温度范围进行气化的步骤。
24.由于在相变温度范围以下的温度范围进行气化，因此非晶质的二氧化硅不会结晶化。另外，碳成分本身不会结晶化，不被二氧化硅吸收，而在随后的烧制步骤中得到高纯度的二氧化硅。
25.第三特征结构是，在上述第二特征结构的基础上，在所述气化步骤中，所述生物质残渣的停留时间被调节为规定时间以下。
26.通过调节生物质残渣的停留时间，能够降低生物质残渣中包含的二氧化硅的结晶化的概率，并且降低碳成分自身结晶化并被吸收到二氧化硅的概率。其结果是，能够在随后的烧制步骤中得到高纯度的二氧化硅。
27.第四特征结构是，在上述第二或者第三特征结构的基础上，具备燃料生成步骤，该燃料生成步骤是从在所述气化步骤得到的气体生成燃料的步骤。
28.通过以燃料生成步骤将在气化步骤得到的气体转换为燃料，能够扩展作为燃料的用途。
29.第五特征结构是，在上述第一至第四中任一项特征结构的基础上，具备粉碎步骤，该粉碎步骤是在执行所述烧制步骤前，对在所述气化步骤产生的生物质残渣进行粉碎处理
的步骤。
30.通过对在气化步骤产生的生物质残渣进行粉碎处理后执行烧制步骤，能够通过烧制有效地进行杂质的分离，并且得到粒径均匀的二氧化硅。
31.第六特征结构是，在上述第一至第五中任一项特征结构的基础上，所述烧制步骤包括：第一烧制步骤，该第一烧制步骤是在碳的燃烧温度范围对所述生物质残渣进行规定时间烧制的步骤；以及第二烧制步骤，该第二烧制步骤是在所述第一烧制步骤后在比所述相变温度范围低的温度范围进行规定时间烧制的步骤。
32.通过在碳的燃烧温度范围进行规定时间烧制的第一烧制步骤，能够使生物质残渣中包含的碳成分有效地燃烧而去除源自碳的黑成分，通过在相变温度范围以下的温度范围进行规定时间烧制的第二烧制步骤，能够不引起二氧化硅的结晶化地去除杂质而提高纯度。
33.本发明的非晶质二氧化硅的制造装置的第一特征结构是，用于权利要求1至6中任一项所述的非晶质二氧化硅的制造方法，具备：气化炉，该气化炉对包含硅酸植物的生物质进行热分解处理；分离机构，该分离机构从由所述气化炉排出的热分解气体与生物质残渣的混合物分离出生物质残渣；以及烧制炉，该烧制炉对在所述分离机构分离出的生物质残渣进行烧制而得到非晶质二氧化硅。
34.包含硅酸植物的生物质在气化炉被热分解，热分解气体和生物质残渣在离心分离机被分离，然后生物质残渣在烧制炉被烧制而得到二氧化硅。
35.第二特征结构是，在上述第一特征结构的基础上，还具备粉碎机，该粉碎机对在所述分离机构分离出的生物质残渣进行粉碎。
36.通过粉碎机对在离心分离机分离出的生物质残渣进行粉碎并进行粒度调节，从而能够在烧制炉对生物质残渣有效地进行烧制。
37.第三特征结构是，在上述第一或第二特征结构的基础上，在所述气化炉的后段具备反应装置，该反应装置从在所述气化炉生成且被所述分离机构分离掉了所述生物质残渣的热分解气体生成燃料。
38.通过反应装置从在气化炉得到的热分解气体生成燃料，从而能够对生物质所保有的能量有效地再利用。
39.发明的效果
40.如以上说明的那样，根据本发明，提供一种以源自硅酸植物的生物质作为原料，能够高效地进行能量回收并获得高纯度高品质的二氧化硅的非晶质二氧化硅的制造方法及非晶质二氧化硅的制造装置。
附图说明
41.图1是表示本发明的非晶质二氧化硅的制造方法的一例的说明图。
42.图2是构成btl装置的气化炉及ft合成反应器的说明图。
43.图3是表示非晶质二氧化硅的制造装置的一例的说明图。
44.图4是表示非晶质二氧化硅的制造装置的另一例的说明图。
45.图5的(a)是实验no.3的气化灰的热重量分析结果的说明图，图5的(b)是基本条件下的气化灰的热重量分析结果的说明图。
46.图6是对于生物质残渣的低温燃烧实验的结果说明图。
47.图7是白灰的成分分析结果的说明图。
具体实施方式
48.以下，对本发明的非晶质二氧化硅的制造方法及非晶质二氧化硅的制造装置的一例进行说明。
49.图1表示本发明的非晶质二氧化硅的制造方法的一方式。农民生产的水稻被运到稻米中心或贮存于乡村谷仓，脱壳后的大量的稻壳作为原料被搬入btl(biomass to liquid/生物质转化为液体)装置。
50.在btl装置设置有气化炉和ft合成反应器，稻壳在气化炉分解出的合成气体向ft合成反应器(也称为“ft合成炉”。)供给并通过ft合成而生成生物燃料(轻油、喷气燃料等)的液体燃料。
51.生成的生物燃料用于输送用燃料、农业作业用燃料，并且在btl装置产生的废热被提供给园艺设施、温泉等的保温用热源。另外，在ft合成反应器中通过ft合成得到的废气被供给至燃气发电机、锅炉等热源利用设备，由热源利用设备产生的发电电力在设施内被利用。
52.在气化炉被热分解出的稻壳的残渣中包含的大量的二氧化硅成分的一部分作为肥料被提供至田地，剩余的部分作为吸附剂等的原料而在工业上被利用。
53.图2表示btl装置100的基本结构。
54.该btl装置100具备：气化炉10，该气化炉10从生物质生成作为液体燃料的原料的合成气体；气体净化装置20，该气体净化装置20具备从生成出的合成气体去除灰分等固形物、硫化氢气体、氯化氢气体、氨等的旋风分离器、洗涤器、活性炭吸附塔等；以及ft合成反应器30，该ft合成反应器30从经过气体净化装置20净化后的合成气体合成燃料。
55.气化炉10具备反应塔，该反应塔在炉温为500℃以上且1000℃以下的高温下通过水蒸气或者过热水蒸气对生物质进行还原加热而生成合成气体(h2、co)。
56.例如，通过高频加热等而在常压下被加热至约500℃左右的水蒸气和生物质在反应塔的内部进行水煤气反应、水煤气变化反应，并且从反应塔上部的排气口被排气并经过排气管而被导向气体净化装置20。水煤气反应主要在反应塔的下部发生，水煤气变换反应主要在反应塔上升的过程中发生。在气体净化装置20设置有引风机，反应塔内部维持负压，并且在反应塔内生成的气体被引入气体净化装置20而被净化。
57.生物质供给装置由螺旋输送机构构成，该螺旋输送机构具有一端与反应塔的下方法兰连接的筒状的外壳和收容于筒状的外壳的螺旋叶片，在另一端侧设置有定量供给机构。将粉碎成数mm左右的稻壳等干燥系的生物质填充于料斗中，通过螺旋叶片紧凑地输送而装入反应塔。从设置于生物质供给装置下方的水蒸气供给部的喷嘴顶端供给的水蒸汽，从而形成喷流床，该喷流床供生物质在反应塔的内部流动。
58.供喷流床形成的区域是主要进行水煤气反应的第一区域r1。进一步，在第一区域r1的上方形成有主要进行水煤气变换反应的第二区域r2。
59.如下式所示，水煤气反应是指在500℃以上的高温环境下从作为生物质的固体碳c和水蒸气h2o生成一氧化氮co和氢气h2的吸热反应。除了水蒸气供给部以外，还设置有向反
应塔供给少量的氧气或者空气的氧气供给部，并且通过生物质的一部分的燃烧来提供必要的反应热。
60.c+h2o
→
co+h261.如下式所示，水煤气变换反应是指通常在800℃左右的高温环境下从一氧化碳co和水蒸气h2o生成二氧化碳co2和氢气h2的放热反应。
62.co+h2o
→
co2+h263.在第一区域r1从生物质生成的合成气体及炭、灰上升到该气体流动方向下游侧的第二区域r2，从而促进上述的水煤气变换反应。此外，从水蒸气供给部供给水煤气变换反应所需的水蒸气，并且在第一区域r1消耗未参与水煤气反应的水蒸气。
64.在反应塔得到的合成气体在后段的气体净化装置20被净化，在去除了杂质后经由加热器及压缩机被加热并加压至高温高压并投入ft合成反应器30，进行ft合成。
65.ft合成是fischer-tropsch合成的缩写，也称为“ft法”、“ft反应”，是指从一氧化碳和氢气使用催化反应而合成液态烃的一系列的合成反应过程。
66.被投入至ft合成反应器30的合成气体被投入到分散有催化剂的溶剂中，合成为期望的烃。氢气与一氧化碳的比率h2/co根据催化剂的种类、性质而变化，例如在合成甲醇的情况下，氢气与一氧化碳的比率h2/co优选为大致2。另外，在本实施方式中，在合成轻油的情况下，氢气与一氧化碳的比率h2/co优选为大致1。
67.即，为了通过ft合成有效地得到期望的烃，需要调节氢气与一氧化碳的比率h2/co，即使在得到相同种类的烃的情况下，该比率还取决于ft合成中使用的催化剂的种类。
68.稻壳在气化炉被热分解时的温度需要是至少比稻壳中包含的二氧化硅结晶化的相变温度范围低的温度范围，从二氧化硅结晶化对健康的影响的观点来看，不适合利用于工业。另外，即使是非晶质二氧化硅，由于纯度低且含有碳成分，会成为被染成黑的状态，因此不能用于粉底等化妆品、食品添加剂、医药品添加剂、树脂添加剂、涂料添加剂、橡胶填充剂等材料，用途受到限制。
69.根据本发明的非晶质二氧化硅的制造方法，能够从稻壳再生能量并有效地得到高纯度的非晶质二氧化硅。此外，作为农业废弃物之一的稻壳中约70％为纤维素、半纤维素、木质素等碳水化合物，约15～20％为二氧化硅，其余的大部分为水分并含有少量碱杂质。本发明优选在再生这样的含有二氧化硅的生物质作为资源时使用。因此，本发明的应用对象并不限定于稻壳，而是源自稻草、麦草、竹子、玉米、甘蔗、芒草、木贼草等硅酸植物的生物质。
70.以下，对非晶质二氧化硅的制造方法进行详细描述。
71.以源自硅酸植物的生物质为原料的非晶质二氧化硅的制造方法包括在气化炉对生物质进行热分解处理的气化步骤和在烧制炉对在气化步骤产生的生物质残渣进行烧制处理的烧制步骤。通过气化步骤，源自硅酸植物的生物质热分解为氢气和一氧化碳并作为燃料被回收，通过对剩余的生物质进行烧制处理，残存于生物质残渣中的碳成分等的杂质被去除，从而得到高纯度的二氧化硅。
72.如上所述，在采用对生物质供给水蒸气而引起水煤气反应和水煤气变换反应以生成氢气、一氧化碳气体这样的合成气体的过程的结构中，优选的是在比生物质残渣中包含的二氧化硅结晶化的相变温度范围低的温度范围内，例如800℃以下的温度范围内进行水
煤气变换反应。由于在相变温度范围以下的温度范围内进行进行水煤气变换反应，因此非晶质的二氧化碳不会结晶化。另外，碳成分本身不会结晶化，不会被掺入二氧化硅，在随后的烧制步骤中碳成分被有效地除去，从而得到高纯度的二氧化硅。
73.优选的是，气化步骤调节水蒸气的供给量或者氧气与水蒸气的混合量，以使生物质残渣的流动时间即被投入反应塔的生物质通过水煤气反应而灰化的生物质残渣从反应塔朝向气体净化装置20流出为止的时间为规定时间以下。
74.生物质一边通过水蒸气流动，一边通过水煤气反应被热分解，进一步引起水煤气变换反应而留下生物质残渣。通过调节此时的水蒸气的供给量或者氧气与水蒸气的混合量，从而调节生物质残渣的停留时间。其结果是，能够降低生物质残渣中包含的二氧化硅的结晶化的概率，并且降低碳成分自身结晶化并被掺入到二氧化硅的概率。通过这样的调节，能够在随后的烧制步骤中得到高纯度的二氧化硅。
75.从不消耗外部能量地生成水蒸气的观点来看，优选的是具备水蒸气过热步骤，该水蒸气过热步骤是利用在气化步骤得到的热分解气体的保有热而进行热交换，从而对水蒸气进行加热的步骤，这能够提高经济效率。
76.另外，优选的是具备生物燃料生成步骤，该生物燃料生成步骤是以在气化步骤得到的气体为原料进行ft合成处理而生成生物燃料的步骤，从能量的有效利用的观点来看，能够扩展作为燃料的用途。
77.优选的是，具备粉碎步骤，该粉碎步骤在执行烧制步骤前，对在气化步骤产生的生物质残渣进行粉碎处理，能够通过烧制有效地进行杂质的分离，并且得到粒径均匀的二氧化硅，由此能够实现烧制步骤中的白化的促进和均质化。
78.在烧制步骤中，优选的是，包括第一烧制步骤和第二烧制步骤，该第一烧制步骤是在碳的燃烧温度范围对生物质残渣进行规定时间烧制的步骤，该第二烧制步骤是在第一烧制步骤后在比第一烧制温度高的温度且比相变温度范围低的温度范围进行规定时间烧制的步骤。
79.通过在碳的燃烧温度范围、具体而言400～600℃的温度范围进行规定时间烧制的第一烧制步骤，能够使生物质残渣中包含的碳成分有效地燃烧而去除源自碳的黑成分，通过在相变温度范围以下的温度范围、具体而言800℃以下的温度范围进行规定时间烧制的第二烧制步骤，能够不引起二氧化硅的结晶化地去除杂质而提高纯度。
80.此外，在气化步骤中，除了水煤气反应以外，也可以是采用在低氧浓度环境化中对生物质进行加热、干馏处理的热分解过程。
81.图3表示使用上述的非晶质二氧化硅的制造方法的晶质二氧化硅的制造装置的一例。
82.该非晶质二氧化硅的制造装置具备：对包含硅酸植物的生物质进行热分解处理并气化的气化炉；从由气化炉排出的热分解气体与生物质残渣的混合物分离出生物质残渣的分离机构、例如离心分离机旋风过滤器等；对在分离机构分离出的生物质残渣进行粉碎的粉碎机；以及对粉碎后的生物质残渣进行烧制而得到非晶质二氧化硅的烧制炉。作为烧制炉，能够适当使用电烧制炉、气体烧制炉等。
83.气化炉由喷流床炉构成，该喷流床炉通过水蒸气使生物质流动并进行水煤气反应及水煤气变换反应，并且气化炉还具备反应装置，该反应装置从通过分离机构从由喷流床
炉排出的热分解气体与生物质残渣的混合物分离出生物质残渣的热分解气体来生成燃料。
84.由使用灯油等化石燃料或者生物质的锅炉来生成的过热水蒸气和在氧气发生装置psa(pressure swing adsorption/压力转换吸附)生成的氧气与生物质一同被投入气化炉，通过在气化炉发生的水煤气反应和水煤气变换反应而生成的合成气体中包含的生物质残渣通过旋风分离器分离，并在粉碎机粉碎至规定的粒径后被投入烧制炉，通过进行烧制而得到高纯度的非晶质二氧化硅。
85.在旋风分离器被去除了生物质残渣的合成气体被导向空气预热用的热交换器，随后在洗涤器被清洗而去除氨气、氯化氢气体等。通过co2吸附塔从在气体净化部被净化后的合成气体去除co2，并且将在升温升压器被升温升压后的合成气体投入ft合成反应器。通过ft反应而合成了油且作为气体成分而气化后的气体在冷凝器被液化，从而得到作为燃料的液体燃料。通过冷凝器后的低级烃气体作为废气被提供至气体发动机。
86.图4表示使用上述的非晶质二氧化硅的制造方法的晶质二氧化硅的制造装置的另一例。以生物质为原料在气化炉进行气化，在粉碎机对在旋风分离器分离出的生物质残渣进行粉碎，并且在烧制炉进行烧制，从而生成非晶质二氧化硅的结构与图3相同。在通过旋风分离器后的合成气体不进行ft合成而用作气体发电机的燃料这一点上与图3不同。
87.实施例
88.应用上述的非晶质二氧化硅的制造方法，进行了从稻壳制造能够用作化妆品原料(粉底原料)的二氧化硅的制造条件的配方实验。
89.二氧化硅作为化妆品原料所需的品质是其为非晶质，粒径为10μm左右以及二氧化硅纯度为97％以上这三点。如果二氧化硅纯度为97％以上，则能够评价为呈白且不含有害物质。
90.在使气化炉的运转条件即作为主要进行水煤气变换反应的第二区域r2(参照图2)的温度的气化炉的上部温度(运转条件1)、水蒸气/碳之比(运转条件2)、空气/纯氧置换率(运转条件3)以及处理量(运转条件4)相对于基本条件进行变化的情况下，进行实验来检测气化率、生物质残渣的组成、粒度等如何变化。
91.基本条件是使用生物质进行ft合成的情况下能够以最大效率得到生物燃料的条件，设定为气化炉的上部温度为950℃、水蒸气/碳之比为1.7、空气/纯氧置换率为0％(纯氧100％)、处理量1t/天。此外，第一区域r1的温度被设定为约500～600℃。
92.在各种运转条件下进行实验的结果是，对于在运转条件1被设定为800℃(基本条件950℃)、运转条件2被设定为1.7(基本条件1.7)、运转条件3被设定为100％(基本条件0％)、运转条件4被设定为1t/d(基本条件1t/d)的特定运转条件下的生物质残渣，可知在800℃进行烧制的情况下灰白化(具体而言，浅粉)，在600℃以及550℃进行烧制的情况下灰几乎为白(具体而言，极浅的灰)，并且在其他运转条件下的实验结果表明，即使在同样的烧制条件下，也只能得到灰或黑灰的灰。
93.图5的(a)、(b)表示热重量分析结果。如图5的(b)所示，在对基本条件下气化处理后的生物质残渣进行加热(烧制)的情况下，存在两个碳燃烧的放热峰值(时间为41.55min.和44.13min.)，然而如图5的(a)所示，在实验no.3中，发现一个碳燃烧的放热峰值(时间为42.83min.)。
94.在基本条件下的气化处理中，在950℃的高温下进行气化时，碳成分的一部分结晶
化而难以燃烧，但是在实验no.3中，在800℃进行气化这样的温和的条件下，由于碳仅为软碳即具有许多官能团的易燃碳，因此认为碳几乎完全地燃烧且白化。
95.在以sem图像进行观察时，燃烧实验后的灰主体为二氧化硅，并且是稍微扁平的形状，但没有熔化，并保持了源自稻壳的复杂的结构。但是，虽然800℃
×
3小时燃烧后的二氧化硅为微量，但鉴定出结晶质的二氧化硅(方石英0.6％，石英0.3％)。
96.接着，在对基本条件(气化炉的上部温度为950℃)下进行气化处理后的生物质残渣的灰(样本no.1、2、3)及特定运转条件(气化炉的上部温度为800℃)下进行气化处理后的生物质残渣(样本no.1～10)进行粉碎处理后，使用电马弗炉(空气环境)在以下的各种条件下进行加热而燃烧碳，并对粒子的外观(碳的去除情况)进行了观察。
97.将燃烧的升温速度设为急速(投入设定温度的炉内)和低速(放入炉内并以200℃/小时的速度进行升温)这两种，将燃烧温度设为600～800℃[800℃以上进行结晶化]之间的温度，并且将燃烧时间设为1～5小时，以1小时为单位变化的时间。
[0098]
图6表示实验结果。
[0099]
对于基本条件(气化炉的上部温度为950℃)下进行气化处理后的生物质残渣的灰，即使改变升温速度、燃烧温度、燃烧时间，也不会白化。
[0100]
在特定运转条件(气化炉的上部温度为作为二氧化硅进行结晶化的相变温度范围以下的温度范围的800℃)下进行气化处理后的生物质残渣(样本no.1～10)的灰容易白化。认为这是由于气化温度的降低，二氧化硅没有结晶化，另外碳没有干馏而成为易燃的软碳。
[0101]
而且，如样本no.2、3、6、8的结果所示，能够确认，通过使燃烧的升温速度成为低速，容易白化，通过在800℃进行2小时以上的燃烧、在750℃进行4小时的燃烧、在700℃进行5小时的燃烧，使气化灰白化。
[0102]
如样本no.1、4、5、7、9、10的结果所示，确认了当急速升温时难以进行白化。这是由于二氧化硅的一部分熔化并覆盖碳，使其难以燃烧。
[0103]
图7表示对于样本no.6的白灰的成分分析结果。通过低温燃烧，白灰的碳(c)浓度为0.1％以下，二氧化硅(sio2)高纯度化而成为97％以上。
[0104]
另外，作为除了二氧化硅以外的成分，微量含有钾(k)、钠(na)、钙(ca)、铁(fe)、磷(p)等。
[0105]
但是，确认了作为有害元素而被限制的铅(pb)和砷(as)的浓度为标准值以下。另外，作为二氧化硅结晶的石英、方石英、鳞石英小于定量下限，即使低温燃烧后二氧化硅仍为非结晶。此外，确认了通过调节预先粉碎的条件(粉碎量、粉碎介质的种类和数量、粉碎时间)，粒度分布可以粉碎至10μm左右。
[0106]
以上的实验的结果是，在通过水蒸气使生物质流动而进行水煤气反应及水煤气变换反应的气化步骤中，优选的是，在生物质残渣中包含的二氧化硅进行结晶化的相变温度范围以下的温度范围内，进行水煤气变换反应，在气化步骤中，优选的是调节水蒸气的供给量或者氧气与水蒸气的混合量，以使生物质残渣的流动时间成为规定时间以下。
[0107]
此外，优选的是具备粉碎步骤，该粉碎步骤是在执行烧制步骤前，将在气化步骤产生的生物质残渣粉碎处理成5～15μm左右的步骤，优选的是在烧制步骤中，包括第一烧制步骤和第二烧制步骤，该第一烧制步骤是在碳的燃烧温度范围对生物质残渣进行规定时间烧
制的步骤，该第二烧制步骤是在第一烧制步骤后在相变温度范围以下的温度范围进行规定时间烧制的步骤。
[0108]
通过以100～200℃/小时的速度缓慢升温至作为碳的燃烧温度范围的400～600℃，并且在400～600℃保持2～3小时，能够使生物质残渣中包含的碳成分有效地燃烧并去除源自碳的黑成分，随后通过在700～800℃的高温进行1～3小时加热，能够不引起二氧化硅的结晶化地去除杂质而提高纯度。
[0109]
上述的各种实施方式仅对本发明的气化炉、气化炉的运转方法及生物质气化处理方法的一具体例进行了说明，并不通过该记载来限定本发明的范围，并且能够在发挥本发明的作用效果的范围内对各部分的具体结构适当进行变更设计，这是不言而喻的。
[0110]
符号说明
[0111]
10：气化炉
[0112]
20：气体净化装置
[0113]
30：ft合成反应器
[0114]
100：btl装置
[0115]
r1：第一区域
[0116]
r2：第二区域
技术特征：
1.一种非晶质二氧化硅的制造方法，是以源自硅酸植物的生物质为原料的非晶质二氧化硅的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：气化步骤，该气化步骤是对所述生物质进行热分解处理并气化的步骤；以及烧制步骤，该烧制步骤是对在所述气化步骤中产生的生物质残渣进行烧制处理的步骤。2.根据权利要求1所述的非晶质二氧化硅的制造方法，其特征在于，所述气化步骤是在比非晶质二氧化硅结晶化的相变温度范围低的温度范围进行气化的步骤。3.根据权利要求2所述的非晶质二氧化硅的制造方法，其特征在于，在所述气化步骤中，所述生物质残渣的停留时间被调节为规定时间以下。4.根据权利要求2或3所述的非晶质二氧化硅的制造方法，其特征在于，具备燃料生成步骤，该燃料生成步骤是从在所述气化步骤得到的气体生成燃料的步骤。5.根据权利要求1至4中任一项所述的非晶质二氧化硅的制造方法，其特征在于，具备粉碎步骤，该粉碎步骤是在执行所述烧制步骤前，对在所述气化步骤产生的生物质残渣进行粉碎处理的步骤。6.根据权利要求1至5中任一项所述的非晶质二氧化硅的制造方法，其特征在于，所述烧制步骤包括：第一烧制步骤，该第一烧制步骤是在碳的燃烧温度范围对所述生物质残渣进行规定时间烧制的步骤；以及第二烧制步骤，该第二烧制步骤是在所述第一烧制步骤后在比所述相变温度范围低的温度范围进行规定时间烧制的步骤。7.一种非晶质二氧化硅的制造装置，用于权利要求1至6中任一项所述的非晶质二氧化硅的制造方法，该非晶质二氧化硅的制造装置的特征在于，具备：气化炉，该气化炉对包含硅酸植物的生物质进行热分解处理；分离机构，该分离机构从由所述气化炉排出的热分解气体与生物质残渣的混合物分离出生物质残渣；以及烧制炉，该烧制炉对在所述分离机构分离出的生物质残渣进行烧制而得到非晶质二氧化硅。8.根据权利要求7所述的非晶质二氧化硅的制造装置，其特征在于，还具备粉碎机，该粉碎机对在所述分离机构分离出的生物质残渣进行粉碎。9.根据权利要求7或8所述的非晶质二氧化硅的制造装置，其特征在于，在所述气化炉的后段具备反应装置，该反应装置从在所述气化炉生成且被所述分离机构分离掉了所述生物质残渣的热分解气体生成燃料。
技术总结
一种以源自硅酸植物的生物质为原料的非晶质二氧化硅的制造方法，包括对所述生物质进行热分解处理并气化的气化步骤和对在所述气化步骤产生的生物质残渣进行烧制处理的烧制步骤，所述气化步骤是在小于非晶质二氧化硅结晶化的相变温度范围的温度范围进行气化的步骤。骤。骤。
技术研发人员：
釜田阳介 阿部刚士 仓田雅人 谷直人 森田崇圣
受保护的技术使用者：
株式会社久保田
技术研发日：
2020.03.11
技术公布日：
2022/10/25
