JP2005179509A - 加熱方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高含水有機物を高効率に熱分解やガス化をし、炭化水素や水素といった燃料となるガスを生成する。
【解決手段】原料１０２を加熱容器１０１に連続的または一定時間毎に断続的に供給し、後から投入される原料１０２から発生する水蒸気を、先に投入した原料１０２の熱分解ガスの改質や、炭素化物のガス化に利用し、原料１０２の加熱量制御を（生成）排気ガスの組成により行うことにより、原料１０２が保有している含有水から水蒸気を得、この水蒸気を熱分解ガスの改質剤や炭化物のガス化剤として利用し、さらに生成ガスの成分を分析して目的に応じて最適な加熱量を与えるので、原料１０２の乾燥、熱分解または改質とガス化を同じ加熱容器１０１内で同時に行うことから、熱分解ガス改質や炭化物のガス化のガス化剤として有効に利用でき、小型で乾燥時の水蒸気発生時のエネルギーを無駄にせず高効率となり、臭気成分も高温で分解して低減できる。
【選択図】図１

Description

本発明は水分を含んだ有機物を主成分とする燃料や廃棄物を加熱してガスを発生させる加熱方法に関するものである。

従来、この種の加熱方法は廃プラスチック、汚泥、シュレッダダスト又は都市ゴミ等の廃棄物、或いは、石炭等の固体又は半固体燃料を熱分解炉に導入し、無酸素又は低酸素状態の高温還元性雰囲気において燃料を熱分解して熱分解ガスを生成する。

熱分解炉として、廃棄物ガス化溶融炉、石炭ガス化炉、ロータリーキルン式熱分解炉（外部加熱式熱分解炉）又は一括投入型熱分解炉（自燃式熱分解炉）などの様々な形式の燃焼炉又は焼成炉が、一般に使用される。

近年において、８００℃を超える高温の空気を連続的に供給可能な高温空気発生装置と、多数の球形セラミックスを内蔵した廃棄物ガス化溶融炉とを含む廃棄物ガス化溶融システムが開発されている。

高温空気発生装置の高温空気は、廃棄物ガス化炉に導入され、球形セラミックス（ペブル）上の廃棄物は、溶融スラグ化する。廃棄物の熱分解により生成した熱分解ガスは、炉外に導出され、洗浄・浄化装置に導入される。

洗浄・浄化装置は、熱分解ガスの塩素分、硫黄分、重金属又は微量残留物等の環境汚染物質を除去するとともに、熱分解ガスを急冷し、ダイオキシンの再合成等を防止する。

洗浄・浄化され且つ冷却した熱分解ガスは、比較的良質の燃料ガスとしてボイラ又は工業炉等の加熱炉、ガスエンジン、ガスタービン又はディーゼルエンジン等の内燃機関、或いは、各種の熱サイクル機関等の如く、任意の燃焼設備又は熱機関に供給される。

また、近年の熱分解ガス化システムとして、例えば、熱分解ガスを生成する熱分解炉と、クラッキング装置等の高温分解処理装置と、熱分解ガスを洗浄・冷却するガス洗浄装置とを備えた構成のものが知られている。

熱分解炉は、廃棄物又は石炭等の有形燃料を低酸素又は無酸素状態の炉内焼成雰囲気において熱分解する。高温分解処理装置は、熱分解ガスのタール分及びオイル分等を高温分解し、ガス洗浄装置は、熱分解ガスの硫黄分、ダスト、塩素分等を除去するとともに、熱分解ガスを急冷する。

高温分解処理及び洗浄・冷却処理を受けた熱分解ガスは、精製燃料ガスとして各種の燃焼設備又は熱機関に供給される。

しかしながら、一般生ゴミ等の生活廃棄物、食品工場等の湿潤な廃棄物、或いは、下水汚泥等の比較的湿潤な廃棄物を燃料として、この種のガス化システムを運転する場合、廃棄物中の水分の気化熱による熱損失が比較的大きく、これに伴う熱効率の低下は、システム全体のランニングコストを増大する要因となる。

そこで、このような湿潤廃棄物を高効率に乾燥してシステム全体のランニングコストを低減する装置が近年提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の加熱方法を用いたガス化システム及びガス化方法のシステム・フロー図である。

図８に示すように、湿潤燃料ガス化システムは、湿潤廃棄物等の湿潤燃料を乾燥する乾燥装置１と、湿潤燃料を熱分解するガス化装置２と、冷却した粗燃料ガスを精製するガス洗浄・浄化装置３と、高温水蒸気及び高温空気をガス化装置２に供給する水蒸気・空気加熱装置４とを備える。

比較的多量の水分を含有する湿潤燃料が、燃料供給手段５によって乾燥装置１に供給される。乾燥装置１には、ガス化装置２の高温粗ガスが高温ガス給送路６から供給され、高温粗ガスは、乾燥装置１内の湿潤燃料を間接加熱する。

湿潤燃料中の水分は、高温粗ガスより受熱し、臭気成分を多量に含む比較的低温の臭気性水蒸気として気化する。乾燥装置１内に生成した臭気性水蒸気は、水蒸気送出路７に送出され、所望により低温水蒸気供給路８の低温水蒸気と混合した後、水蒸気・空気加熱装置４に供給される。同時に、外気温相当温度の低温空気が、低温空気供給路９を介して水蒸気・空気加熱装置４に供給される。

水蒸気・空気加熱装置４は、低温水蒸気及び低温空気を７００℃以上、好適には、８００℃以上の温度に加熱した後、これを高温水蒸気及び高温空気としてガス供給路１０からガス化装置２に導入する。

乾燥装置１の加熱・乾燥工程により乾燥した燃料は、燃料移送路１１を介してガス化装置２に供給される。７００℃〜８００℃以上の高温空気は、主として、乾燥燃料を熱分解し且つガス化するガス化材として働き、乾燥燃料は、ガス化装置２において熱分解ガス及び残渣に熱分解する。また、７００℃〜８００℃以上の高温水蒸気は、主として、熱分解ガスの改質材として熱分解ガスに作用する。

熱分解ガス中の炭化水素は、高温水蒸気及び高温空気と反応し、熱分解ガスは、炭化水素、一酸化炭素及び水素を含む粗燃料ガスに改質される。

なお、炭化水素及び高温水蒸気の反応は、一般に下式（１）で示される吸熱反応であり、炭化水素及び高温空気の反応は、一般に下式（２）で示される発熱反応である。
ＣｘＨｘ十Ｈ₂Ｏ→ＣＯ十Ｈ₂十Ｈ₂Ｏ……（１）
ＣｘＨｘ十Ｏ₂十Ｎ₂→ＣＯ十ＣＯ₂十Ｈ₂十Ｈ₂Ｏ十Ｎ₂……（２）
高温水蒸気は、乾燥燃料の熱分解により生成した熱分解ガスと改質反応し、熱分解ガスは、比較的多量の一酸化炭素及び水素を含有する高温の改質ガス（高温粗ガス）に改質される。

炭化水素及び高温空気の発熱反応によって発生した熱は、炭化水素及び高温水蒸気の吸熱改質反応に要する熱として消費される。また、反応後のガス化装置２の残渣は残渣排出経路１８よりシステム外へ排出される。

高温粗ガスは、高温ガス給送路６を介して乾燥装置１に供給される。高温粗ガスは、８００℃乃至９００℃以上の温度を有し、乾燥装置１の熱交換器１２を流通する間に湿潤燃料と熱交換して湿潤燃料を間接加熱し、かくして温度降下した粗ガスは、低温粗ガスとして、低温ガス給送路１３に送出される。

低温ガス給送路１３には、水蒸気発生器１４が介装され、水蒸気発生器１４は、低温粗ガスの顕熱により低温水蒸気を生成する。水蒸気発生器１４の熱交換器１２を流通した低温粗ガスは、ガス洗浄・浄化装置３に導入される。

ガス洗浄・浄化装置３は、低温粗ガス中の煤塵、硫黄、塩素及び重金属等の環境汚染物質を除去する除塵装置、脱硫装置、脱塩装置及び重金属除去装置等の各種洗浄・浄化装置３を含み、低温粗ガスを比較的良質の燃料ガスに精製する。ガス浄化装置３の精製ガス（燃料ガス）は、燃料ガス給送路１５を介してエネルギー利用設備１６に供給される。

エネルギー利用設備１６として、ガスタービン装置、ガスエンジン装置、ボイラー、工業炉又はディーゼルェンジン等の各種内燃機関又は燃焼設備を例示し得る。例えば、燃料ガス給送路１５は、ガスタービン発電装置の内燃機関に接続され、ガスタービン装置の発電機は、内燃機関の燃焼作動により発電し、系外の設備又は機器に給電する。

燃料ガスの少なくとも一部は、燃料ガス給送路１７を介して水蒸気・空気加熱装置４に供給され、燃焼する。後述する如く、水蒸気・空気加熱装置４は、蓄熱型熱交換装置（図示せず）を介して燃料ガスの燃焼熱を上記低温水蒸気及び低温空気に伝熱し、該水蒸気及び空気を上記の如く高温に加熱する。

以上より、ガス化設備の熱分解ガスが保有する顕熱を有効利用することにより、湿潤燃料を効果的に加熱・乾燥し得るとともに、加熱・乾燥時に生成した臭気性水蒸気を系内に循環することにより、システム全体の熱バランスを維持しつつ、臭気性水蒸気を確実に脱臭処理することが可能となる。
特開２００２−３８１６５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、乾燥装置１とガス化装置２が分離されているため、乾燥装置１及びガス化装置２の放熱ロスに加えて高温ガス給送路６や水蒸気送出路７等における放熱ロスが発生することで、実際上は効率が低下し、特に水蒸気送出路７ではこの放熱により流通する一部の水蒸気が凝縮して水蒸気・空気加熱装置４に流入し、この凝縮水を再度蒸発させるだけのエネルギーが必要となり、高温粗ガスの顕熱を十分に利用できずに所望の効率に対して低下してしまう。

また、この放熱ロスを極力抑制して上記の効率低下を低減しようとすると各部を強固に断熱せねばならず大型化する。さらに、ガス化装置２から発生する高温粗ガスの顕熱を用いて湿潤燃料の蒸発を行っているが、ガス顕熱に比べて湿潤燃料の水潜熱が大きいことに加えて上記のように放熱ロスが多くなるので湿潤燃料の全ての水分を蒸発するのは困難となり、湿潤燃料の水分の一部しか利用できていない可能性が高く効率が低下する。

つまり、乾燥時に原料の水分を蒸発するエネルギーに加えて、ガス改質用のガス化剤用の水蒸気をつくるのにエネルギーが必要となり効率が低下する。乾燥時に発生する水蒸気をガス化剤として利用できればガス化剤用の水蒸気をつくる分のエネルギーを削減でき、このエネルギーは水の蒸発潜熱を含むことから大きなエネルギー削減につながる。

これは、乾燥時に発生する水蒸気量、つまり、原料が保有している水分量をガス化剤用の水蒸気として利用する量が低下すればするほど効率が悪化することを意味する。このことから、従来では効率向上が思うほど見込まれず、効率向上のためには更なる乾燥時の水蒸気をガス化剤として利用する方策が求められる。

本発明は、高含水有機物を高効率に熱分解やガス化をし、炭化水素や水素といった燃料となるガスを生成する加熱方法及び加熱装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、原料を加熱容器へ連続的または一定時間毎に断続的に供給し、常に後から投入する原料から発生する発生物質や流通物質と反応して生成する生成物質が先に投入した原料に流通するようにし、加熱容器から排出される生成物質の成分を検出して原料の加熱量を可変するものである。

これによって、原料から蒸発した水蒸気を熱分解ガスの改質や炭化物のガス化剤として利用することができ、さらに、原料の乾燥、熱分解または改質とガス化等を同じ容器で行うことから、小型で高効率な有機原料からのガス生成ができる。

本発明の加熱方法によれば、小型で高効率に有機原料からのガス生成ができ、臭気成分も高温で分解して低減できる。

請求項１に記載の加熱方法の発明は、加熱対象物である原料を加熱する加熱体と、原料を投入する加熱容器とを備え、加熱容器への原料の供給は連続的または一定時間毎に断続的に行い、常に後から投入する原料から発生する発生物質や流通物質と反応して生成する生成物質が先に投入した原料に流通するようにし、加熱容器から排出される生成物質の成分を検出して原料の加熱量を可変する。

このことにより、原料が保有している含有水から水蒸気を得、この水蒸気を熱分解ガスの改質剤や炭化物のガス化剤として利用し、さらに生成ガスの成分を分析して目的に応じて最適な加熱量を与えるので、原料の乾燥、熱分解または改質とガス化を同じ容器内で同時に行うことから、熱分解ガス改質や炭化物のガス化（原料有機物と水蒸気の反応により水素と二酸化炭素や一酸化炭素などを生成）のガス化剤として有効に利用でき、小型で乾燥時の水蒸気発生時のエネルギーを無駄にせず高効率となり、臭気成分も高温で分解して低減できる。

また、請求項２に記載の加熱方法の発明は、請求項１に記載の発明の加熱方法を、原料は主成分が水分を含む有機物であるものとし、最初に投入した原料が炭化物になるまで加熱するものである。

これによって、原料の熱分解後の炭化物が水蒸気賦活により多孔質となり、この多孔質の炭化物が水蒸気や熱分解ガスの流動に対して熱分解中の原料より下流側に位置していることから、熱分解中に発生するタール、煤塵、硫黄、塩素、重金属等の環境汚染物質の全成分の全部あるいは一部、または、いずれかの成分の全部または一部を捕捉でき、ガス洗浄浄化装置の低能力小型化あるいは長寿命化することができる。

また、請求項３に記載の加熱方法の発明は、請求項１または２に記載の発明における加熱方法を、加熱体は少なくとも２つの温度帯で加熱量を可変することにより、原料が加熱されて化学的または物理的に変化していく過程で、最適な温度帯を保持するので変化を促進でき、加熱時間を短縮できるので、加熱中の熱ロスを低減し更なる高効率化または小型化ができる。

また、請求項４に記載の加熱方法の発明は、請求項３に記載の発明の加熱方法を複数の加熱体を備え、加熱体の温度を独立して制御することにより、原料の状態に応じてさらに精度良い温度制御が可能であり、更に熱ロスの低減による高効率化または小型化が可能である。

また、請求項５に記載の加熱方法の発明は、請求項３または４に記載の発明の加熱方法を、温度帯は水分蒸発に適した第１の温度帯と、有機物の熱分解に適した第２の温度帯と、炭素と水蒸気がガス化反応するのに適した第３の温度帯からなるようにして、それぞれの加熱目的に応じて適した温度帯で加熱することにより、さらに熱ロスの低減と最適加熱により高効率化または小型化ができる。

また、請求項６に記載の加熱装置の発明は、請求項５に記載の発明の加熱方法を、加熱容器に投入された原料は、第１の温度帯、第２の温度帯、第３の温度帯の順に流通するように、加熱体の温度を調整することにより、原料及び原料から発生する水蒸気は低温から次第に高温になるように加熱される。

このことにより、原料と水蒸気は乾燥、熱分解、ガス化の過程を無駄なく加熱されるので、更なる高効率化または小型化ができる。

また、請求項７に記載の加熱装置の発明は、請求項１〜６に記載の発明の加熱方法を、加熱容器から排出される生成物質は湿度をもつガス状物質であり、除湿後の生成物質の成分のうち水素と炭化水素の少なくとも一つを検出して原料の加熱量を可変する。

このことにより、先に投入された原料と、後から投入された原料から生成される水蒸気が反応して生成されるガスの主成分である水素と炭化水素の片方または両方の成分を検知すれば、反応状態を予測できる。この予測を基にして、反応状態が乾燥、熱分解、ガス化に対して、最適になるように加熱量を制御するので、過剰または過少な加熱を避けることができ、高効率化または小型化ができる。

また、請求項８に記載の加熱装置の発明は、請求項７に記載の発明の加熱方法を、加熱容器から排出される生成物質の成分は、分子ふるいを用いたガスクロマトグラフィーにより検出するので、発生ガス排出口付近の水素、酸素、窒素、メタン、一酸化炭素を一つの検知器で検出ができるので、装置全体の小型化ができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の加熱方法を用いた加熱装置の断面図である。図２は、本発明の実施の形態１における原料の熱天秤分析結果の特性図である。図３は、本発明の実施の形態１における加熱体制御のフローチャートである。図４は、本発明の実施の形態１における生成ガス分析結果の特性図である。

図１において、加熱容器１０１は、耐熱性と耐食性を有する材料、例えば、ステンレス３１６、インコネル、ハステロイ、耐火煉瓦、石英等の材料からなる容器である。加熱容器１０１の下端部には、生ゴミや汚泥等の水分を５０％以上含んだ有機物である原料（含水有機物）１０２を供給する供給口１０３と、上端部にはガスを排気する排気口１０４と、側面には残渣を排出する排出口１０５を備えている。

供給機１０６は、原料１０２を一時的に貯留するホッパー１０７と供給するための動力源となるポンプ１０８とで構成されている。原料１０２の粘性が高く自重で流動するのが困難な場合は、ホッパー１０７の上方から加圧ガスを供給することで流動を促進できる。

また、ポンプ１０８は高粘性やぺ一スト状物質の搬送が可能な仕様が好ましく、例えば、連続供給の場合は一軸偏心ネジポンプ、断続供給の場合はピストン供給機などが使用できる。供給口１０３と供給機１０６は配管１０９により接続されている。

排気口１０４は耐食性配管形状であり、排気ガス中の湿度を除去する除湿器１１０と除湿された排気ガスの成分を検出する検出器１１１が備えられている。

検出器１１１は、分子ふるい式カラムを用いたガスクロマトグラフィーを用い、キャリアガスと排気ガス中の水素、酸素、窒素、メタン、一酸化炭素の熱伝導度差を検出し、この熱伝導度差と各ガス成分の濃度の関係から濃度に換算する。

また、サンプルガスを一定時間毎に自動的に採取し、検出器１１１でガス組成を検出するプロセスガスクロマトグラフィーを使用すると、ガス組成の経時変化も観察でき、加熱容器１０１内の状態把握も推測できる。

排出口１０５から排出される残渣は、最終的に配管１１２で接続された残渣回収器１１３で回収される。配管１１２上には、開閉弁１１４が配置されている。

加熱容器１０１の側面には、カンタルヒーターの第１の加熱体１１５、第２の加熱体１１６、第３の加熱体１１７が備えられ、加熱容器１０１を加熱する。なお、加熱体の外周部は耐熱性断熱材で放熱を抑制することが望ましい。

供給機１０６の供給量と、第１の加熱体１１５、第２の加熱体１１６、第３の加熱体１１７の温度は、検出器１１１で検出されるガス成分の信号を受けた制御装置１１８で演算され制御される。

図２に示すように、原料１０２は加熱されて昇温すると、まず含有水分の蒸発が開始されて重量が減少する。例えば、厨芥や汚泥などは比較的含水率が高く約８０重量％も占める。

水分蒸発に続き、熱分解つまり油分やタール分などの高分子量の炭化水素の揮発が開始される。この油分やタール分は揮発直後はガス状であるが、排気途中で温度が低下すると凝縮して配管壁面などに付着する。

油分やタール分の発生量が多い場合や、発生量は少なくても長期使用後には配管内の付着・堆積量は多くなり、最終的に配管を閉塞してトラブルの原因となる。

そのため、触媒等を利用して揮発した油分やタール分を低分子成分に分解したり、付着したものをアセトン等の溶剤を利用して洗浄することは有効である。

さらに加熱して昇温した状態に水蒸気が存在すると、原料１０２を構成している炭素と水蒸気が反応して水性ガス化が起こる。

このように、原料１０２の昇温による重量変化の傾向は大きく３つの温度帯で顕著に観察される。第１の温度帯は、水分蒸発によるもので約４７３Ｋ以下でみられる。第２の温度帯は、タールなど揮発分の蒸発（熱分解）による重量変化で約４７３〜６７３Ｋの範囲で認められる。第３の温度帯は、炭素と水蒸気のガス化反応によるもので約９７３Ｋ以上の温度で観察される。

以上のように構成された加熱装置を用いた加熱方法について、以下その動作、作用を説明する。

まず、ホッパー１０７に原料１０２を充填する。充填終了後、ポンプ１０８が稼働し、原料１０２が配管１０９内を移動して供給口１０３から加熱容器１０１内に底部から原料１０２を供給する。このとき、原料１０２は初期の高含水量を保持している。

加熱容器１０１底部に供給された原料１０２は、約４７３Ｋの温度帯で第１の加熱体１１５から熱を受けて含有水分が蒸発して乾燥する。

原料１０２はポンプ１０８から連続または断続供給されるので、加熱容器１０１内に先に供給された原料１０２は、後から供給される原料１０２に押されて、加熱容器１０１内を上方に向けて移動する。

第１の加熱体１１５による加熱で乾燥した原料１０２は、続いて第２の加熱体１１６によって加熱される。このときの温度帯は、熱分解に適している約４７３〜６７３Ｋが好ましい。

このとき原料１０２層には、後から供給されて第１の加熱体１１５で加熱されている原料１０２から発生する水蒸気が流通する。よって、原料１０２の熱分解ガスの一部が改質されて、水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などの混合ガスが発生する。

第２の加熱体１１６で加熱された原料１０２は、さらに上方へ押しやられて第３の加熱体１１７で加熱される。このときの温度帯は、炭素と水蒸気が反応する９７３Ｋ以上が好ましい。

熱分解が終了して炭化物となった原料１０２層に、後から供給された原料１０２から発生する水蒸気が流通する。このとき、原料１０２の炭素と水蒸気が反応して、水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などの混合ガスが生成する。

また、第３の加熱体１１７で加熱された原料１０２は灰分と炭素化物を主成分とする残渣として、原料１０２の上部に残る。この炭素化物は、炭化物状の原料１０２と水蒸気との反応（水蒸気賦活）により内部に多くの細孔ができている。

これは従来の水蒸気雰囲気ではない熱分解から得られた炭化物とのＢＥＴ法による比表面積測定結果で３倍以上有するとの実験結果を得ており、これからも説明できる。

この残渣層を下方で発生したタール分が通過するとき炭素化物の細孔に吸着される。さらに、そこへ下方で発生した水蒸気が通過するとき、タール分と接触し、分解反応や改質反応が起こり、水素、メタン、エチレン、一酸化炭素、二酸化炭素などの混合ガスが発生される。

また、加熱容器１０１内の原料１０２量が多くなったときは、開閉弁１１４が解放され、残渣が排出口１０５から配管１１４を通過して残渣回収器１１３に回収される。

このように、加熱容器１０１下方から供給される原料１０２は、第１の加熱体１１５、第２の加熱体１１６、第３の加熱体１１７に加熱されて、乾燥、熱分解、ガス化と加熱形態が変わる。

また、原料１０２から発生するガスは、排気口１０４から排気される。排気ガス中に含まれる水蒸気は、除湿器１１０で除去される。除湿器１１０で除湿された排気ガスは、検出器１１１で水素、酸素、窒素、メタン、一酸化炭素の組成を検出する。

この検出器１１１で検出された信号は、制御装置１１８に送信され、供給機１０６の供給量および第１の加熱体１１５、第２の加熱体１１６、第３の加熱体１１７の入力を調整、制御する。この制御について図３を参照して説明する。

まず、検出開始後、Ｓｔｅｐ１で排気ガスの一部をサンプリングする。サンプリングされたガスは、検出器１１１内でキャリアガスに混入される。このキャリアガスはアルゴンやヘリウムなどを選定する。

次にＳｔｅｐ２では図４に示すように、サンプリングされらガス中の各成分の水素、酸素、窒素、メタン、一酸化炭素の濃度を検出する。

Ｓｔｅｐ３では、Ｓｔｅｐ２で検出された水素濃度が５０体積％と比較して大きいか小さいか判定する。水素濃度が５０体積％未満のとき、水素濃度が低いと判断しＳｔｅｐ３に移行する。水素濃度が５０体積％以上のとき、水素濃度が高いと判断しＳｔｅｐ７に移行する。

Ｓｔｅｐ４では、水素濃度が低いことに加えて、検出されたメタン濃度が５０体積％と比較して大きいか小さいか判定する。メタン濃度が５０体積％未満のとき、メタン濃度が低いと判断しＳｔｅｐ５に移行する。メタン濃度が５０体積％以上のとき、メタン濃度が高いと判断しＳｔｅｐ６に移行する。

Ｓｔｅｐ５では、水素濃度もメタン濃度も低い、つまりガス生成量が少ないとの指令を受け、第１の加熱体（第１ヒーター）、第２の加熱体（第２ヒーター）、第３の加熱体（第３ヒーター）の入力量を増加し、ガス生成量を増加させる（パターン（１））。

Ｓｔｅｐ６では、水素濃度が低く、メタン濃度が高い、つまり炭化物のガス化などを活性化して水素濃度を向上させるべく、第１の加熱体（第１ヒーター）と第３の加熱体（第３ヒーター）の入力量を増加し、第２の加熱体（第２ヒーター）の入力量を減少させる（パターン（２））。

Ｓｔｅｐ７では、水素濃度が高いことに加えて、検出されたメタン濃度が５０体積％と比較して大きいか小さいか判定する。メタン濃度が５０体積％未満のとき、メタン濃度が低いと判断しＳｔｅｐ８に移行する。メタン濃度が５０体積％以上のとき、メタン濃度が高いと判断し、水素濃度＋メタン濃度が１００体積％以上となり、再度Ｓｔｅｐ１に戻り、サンプリングからやり直す。

Ｓｔｅｐ８では、水素濃度が高く、メタン濃度が低い、つまり原料１０２の熱分解を活性化してメタン濃度を向上させるべく、第２の加熱体（第２ヒーター）の入力量を増加させ、第１の加熱体（第１ヒーター）と第３の加熱体（第３ヒーター）の入力量を減少する（パターン（３））。

以上のように、本実施の形態においては、原料１０２を加熱容器１０１に連続的または一定時間毎に断続的に供給し、後から投入される原料１０２から発生する水蒸気を、先に投入した原料１０２の熱分解ガスの改質や、炭化物のガス化に利用する。このとき、原料１０２の加熱量制御を（生成）排気ガスの組成により判断する。

このことにより、原料１０２が保有している含有水から水蒸気を得、この水蒸気を熱分解ガスの改質剤や炭化物のガス化剤として利用し、さらに生成ガスの成分を分析して目的に応じて最適な加熱量を与えるので、原料１０２の乾燥、熱分解または改質とガス化を同じ加熱容器１０１内で同時に行うことから、熱分解ガス改質や炭化物のガス化（原料有機物と水蒸気の反応により水素と二酸化炭素や一酸化炭素などを生成）のガス化剤として有効に利用でき、小型で乾燥時の水蒸気発生時のエネルギーを無駄にせず高効率となり、臭気成分も高温で分解して低減できる。

また、原料１０２は多くの水分を含む有機物であるので、熱分解後の炭化物が水蒸気賦活により多孔質となり、この多孔質の炭化物が水蒸気や熱分解ガスの流動に対して熱分解中の原料１０２より下流側に位置していることから、熱分解中に発生するタール、煤塵、硫黄、塩素、重金属等の環境汚染物質の全成分の全部あるいは一部、または、いずれかの成分の全部または一部を捕捉でき、ガス洗浄浄化装置の低能力小型化あるいは長寿命化することができる。

また、複数の温度帯を設定し、さらに加熱量を可変するので、原料１０２が加熱されて化学的または物理的に変化していく過程で、最適な温度帯を保持するので変化を促進でき、加熱時間を短縮できるので、加熱中の熱ロスを低減し更なる高効率化または小型化ができる。

また、加熱体は第１の加熱体１１５と、第２の加熱体１１６と、第３の加熱体１１７を備え、各加熱体の温度を独立して制御するので、原料１０２の状態に応じてさらに精度良い温度制御が可能であり、更に熱ロスの低減による高効率化または小型化が可能である。

また、加熱体の温度帯は第１の加熱体１１５が乾燥に適した４７３Ｋ以下、第２の加熱体１１６が熱分解に適した４７３〜６７３Ｋ、第３の加熱体１１７が炭化物のガス化に適した９７３Ｋ以上と３つのことなる温度帯を設定し、さらに加熱量を可変するので、原料１０２が加熱されて化学的または物理的に変化していく過程で、最適な温度帯を保持するので変化を促進でき、加熱時間を短縮できるので、加熱中の熱ロスを低減し更なる高効率化または小型化ができる。

また、加熱容器１０１に投入された原料１０２は、第１の加熱体１１５、第２の加熱体１１６、第３の加熱体１１７の順に加熱されるので、原料１０２及び原料１０２から発生する水蒸気は低温から次第に高温になるように加熱される。

このことにより、原料１０２と水蒸気は乾燥、熱分解、ガス化の過程に対して無駄なく加熱されるので、更なる高効率化または小型化ができる。

また、加熱容器１０１から排出される生成物質は湿度をもつガスで、除湿後の生成物質の成分のうち水素とメタンを検出して原料１０２の加熱量を可変する。

このことにより、先に投入された原料１０２と、後から投入された原料１０２から生成される水蒸気が反応して生成されるガスの主成分である水素と炭化水素の片方または両方の成分を検知すれば、反応状態が予測できる。この予測を基にして、反応状態が最適になるように加熱量を制御するので、過剰または過少な加熱を避けることができ、高効率化または小型化ができる。

また、加熱容器１０１から排出される生成物質の成分は、分子ふるいを用いたガスクロマトグラフィーにより検出するので、発生ガス排出口付近の水素、酸素、窒素、メタン、一酸化炭素を一つの検知器で検出ができるので、装置全体の小型化ができる。

以上のように、本発明にかかる加熱方法及び加熱装置は、原料の乾燥、熱分解、ガス化、改質を同じ容器内で行うため、原料の保有している水分の多くが熱分解ガスの改質等の高温水蒸気を利用して発生するガスや原料との分解反応を起こすためのガス化剤としての水蒸気として利用されるため、小型高効率で有機物からのガス生成のための加熱ができるので、バイオマス、プラスチック、石炭などの有機物固体、有機汚泥などの水分の多いもの、石油や廃油などの有機液体等の燃料ガス生成に適用できる。

本発明の実施の形態１の加熱方法を用いた加熱装置の断面図 本発明の実施の形態１における原料の熱天秤分析結果の特性図 本発明の実施の形態１における加熱体制御のフローチャート 本発明の実施の形態１における生成ガス分析結果の特性図 従来の加熱方法を用いたシステムのシステムフロー図

符号の説明

１０１ 加熱容器
１０２ 原料
１１１ 検出器
１１５ 第１の加熱体
１１６ 第２の加熱体
１１７ 第３の加熱体

Claims (8)

1. 加熱対象物である原料を加熱する加熱体と、前記原料を投入する加熱容器とを備え、前記加熱容器への前記原料の供給は連続的または一定時間毎に断続的に行い、常に後から投入する前記原料から発生する発生物質や流通物質と反応して生成する生成物質が先に投入した前記原料に流通するようにし、前記加熱容器から排出される生成物質の成分を検出して前記原料の加熱量を可変する加熱方法。
2. 原料は主成分が水分を含む有機物である請求項１に記載の加熱方法。
3. 加熱体は少なくとも２つの温度帯で加熱量を可変する請求項１または２に記載の加熱方法。
4. 複数の加熱体が備えられ、前記加熱体の温度を独立して制御する請求項３に記載の加熱方法。
5. 温度帯は水分蒸発に適した第１の温度帯と、有機物の熱分解に適した第２の温度帯と、炭素と水蒸気がガス化反応するのに適した第３の温度帯からなる請求項３または４に記載の加熱方法。
6. 加熱容器に投入された原料は、第１の温度帯、第２の温度帯、第３の温度帯の順に流通するように、加熱体の温度を調整する請求項５に記載の加熱方法。
7. 加熱容器から排出される生成物質は湿度をもつガス状物質であり、除湿後の前記生成物質の成分のうち水素と炭化水素の少なくとも一つを検出して原料の加熱量を可変する請求項１から６に記載の加熱方法。
8. 加熱容器から排出される生成物質の成分は、分子ふるいを用いたガスクロマトグラフィーにより検出する請求項７に記載の加熱方法。

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