JP2006045374A

JP2006045374A - 未利用資源処理システムおよび未利用資源処理方法

Info

Publication number: JP2006045374A
Application number: JP2004229105A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Kume; 正一久米
Original assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Current assignee: Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho KK
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】本発明の目的は、未利用資源処理によって発生する生成ガスから資源ガスを高濃度（高純度）で回収して水素燃料電池等の燃料として有効利用できる未利用資源処理システムおよび未利用資源処理方法を提供する。
【解決手段】本発明の未利用資源処理システム１は、バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する溶融炉２と、該溶融炉２内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段３と、圧縮された生成ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離手段４とを具えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、未利用資源処理システムおよび未利用資源処理方法に関するものであって、特に、未利用資源処理によって発生する生成ガスから水素ガスや一酸化炭素ガスの資源ガスを、残ガスと分離した上で高濃度（高純度）で回収して、水素燃料電池やガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスバーナーの燃料として有効利用する技術に関する。
なお、ここでいう「未利用資源」とは、バイオマスや廃棄物の他、有機物を含む物質等が含まれる。

廃棄物処理によって発生するガスを有効利用する例としては、例えば特許文献１に記載するように、溶融炉内で発生した生成ガスを比較的高温で回収し、この回収した高温の生成ガスの熱量を利用して蒸気を発生させ、ガスタービン及び発電機を駆動させて発電する方法がある。

しかしながら、廃棄物処理によって発生する生成ガス中の水素ガスや一酸化炭素ガスの資源ガスだけを、残ガスと分離した上で高濃度（例えば95体積％以上）で回収して、水素燃料電池やガスエンジンの燃料として有効利用する技術は、現状では見当たらない。
特開平２００１−１５２２１５号公報

本発明の目的は、バイオマスや廃棄物のような未利用資源処理によって発生する生成ガスから水素ガスや一酸化炭素ガスの資源ガスを、残ガスと分離した上で高濃度（高純度）で回収して水素燃料電池やガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスバーナーの燃料として有効利用できる未利用資源処理システムおよび未利用資源処理方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する溶融炉と、該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、圧縮された生成ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離手段とを具えることを特徴とする未利用資源処理システム。

（２）前記未利用資源処理システムは、さらに、高濃縮資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、圧縮された高濃縮資源ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し超高濃縮資源ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離手段とを具える上記（１）記載の未利用資源処理システム。

（３）前記資源ガスは水素ガスである上記（１）又は（２）記載の未利用資源処理システム。

（４）前記資源ガスは水素ガスと一酸化炭素ガスの混合ガスである上記（１）又は（２）記載の未利用資源処理システム。

（５）バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する溶融炉と、該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、圧縮された生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、合計で95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離手段と、高濃縮資源ガス中の一酸化炭素ガスを、800〜1000℃の高温下で水蒸気とシフト反応させ、水素ガスと二酸化炭素に変成させて、資源ガス中の水素濃度を高めるシフト反応手段と、水素濃度を高めた資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、圧縮された前記資源ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、水素ガスを残ガスと分離し超高濃縮水素ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離手段とを具えることを特徴とする未利用資源処理システム。

（６）溶融炉内で、バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する無害化処理工程と、該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、圧縮された生成ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離工程とを含むことを特徴とする未利用資源処理方法。

（７）溶融炉内で、バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する無害化処理工程と、該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、圧縮された生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、合計で95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離工程と、高濃縮資源ガス中の一酸化炭素ガスを、800〜1000℃の高温下で水蒸気とシフト反応させ、水素ガスと二酸化炭素に変成させて、資源ガス中の水素濃度を高めるシフト反応工程と、水素濃度を高めた資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮工程と、圧縮された前記資源ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、高濃縮水素ガスを残ガスと分離し超高濃縮水素ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離工程とを含むことを特徴とする未利用資源処理方法。

本発明によれば、不用になった廃棄物を無害化処理することによって得られる生成ガスから、水素ガスや一酸化炭素ガスの資源ガスを、残ガスと分離した上で95体積％以上の高濃度で回収し、この回収した資源ガスを水素燃料電池やガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスバーナーの燃料として用いることができるので、燃料コストが安価である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の基本的な未利用資源処理システムを用いて廃棄物を処理するときのフローチャートを示したものである。

図1に示す未利用資源処理システム１は、水素ガスのみを資源ガスとして回収する場合のものであって、主として、溶融炉２、第１ガス圧縮手段３及び第１ＰＳＡ吸着分離手段４によって構成されている。

溶融炉２は、廃棄物を高温溶融させて高温液状物として最終的にスラグのような物質に無害化するとともに、炉内で発生する酸素含有ガスを、好適には酸素濃度を0.1質量％以下まで低減させて、水素（Ｈ_２）ガスや一酸化炭素（ＣＯ）ガスのような還元ガスを含有する生成ガスが発生する。

第１ガス圧縮手段３は、溶融炉２内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上、好適には０．１ＭＰａ以上、より好適には０．５〜０．８ＭＰａの範囲に高めるためのものであって、具体的にはコンプレッサー等が挙げられる。

第１ＰＳＡ吸着分離手段４は、第１ガス圧縮手段３で圧縮された生成ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収するためのものである。

ここで「ＰＳＡ」とは、圧力変動吸着（Pressure Swing Adsorption）を意味し、「ＰＳＡ吸着分離手段」とは、具体的には、溶融炉から発生した生成ガスを、吸着剤を充填した吸着筒に圧力を加えながら送り込むと、この吸着剤に、生成ガス中の特定ガス（本発明では水素ガス、又は、水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガス以外の残ガスが特定ガスを意味する。）のみが吸着し、生成ガス中の資源ガスについては、吸着筒のガス排出口から排出されることによって、特定ガスと資源ガスが分離され、次に、吸着剤への特定ガスの吸着が飽和する前に、生成ガスの吸着筒への送給を止めて、吸着筒内の圧力を低下させることによって、吸着剤に吸着していた特定ガスが吸着剤から分離させて回収する構成を有する手段を意味する。

なお、図１に示す未利用資源処理システム１は、水素ガスを95体積％以上の高濃縮割合で回収することができるとともに、分離回収した残ガス中には、比較的高体積割合（例えば１５〜４５体積％）の一酸化炭素が含有しているので、かかる残ガスは、ガスエンジン５のほか、ディーゼルエンジンやガスバーナーの燃料として用いることができる。

また、水素燃料電池６の燃料として用いる場合には、より高純度（具体的には99.9体積％以上）にする必要があり、この場合には、図２に示すように、第１ＰＳＡ吸着分離手段４で水素ガスの純度を95体積％以上に高めた後、高濃縮資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段７と、圧縮された高濃縮資源ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し超高濃縮資源ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離手段８とを具えることが好ましい。

第２ガス圧縮手段７と第２ＰＳＡ吸着分離手段８は、それぞれ第１ガス圧縮手段３と第１ＰＳＡ吸着分離手段４と同様に構成すればよい。

また、図３に示す未利用資源処理システム１は、水素ガスと一酸化炭素の双方を資源ガスとして回収する場合のものであって、その構成は、第１ＰＳＡ吸着分離手段４に用いる吸着剤が異なることを除いて、図１に示す構成と基本的には同じ構成を有する。

第１ＰＳＡ吸着分離手段４の吸着剤としては、水素ガスだけを分離回収する場合には、水素ガス以外を吸着するモレキュラーシープを用いることが好ましく、また、水素と一酸化炭素の双方を分離回収する場合には、水素ガスと一酸化炭素ガス以外を吸着するモレキュラーシープを用いることが好ましい。

残ガスとしては、例えば、窒素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気、（資源ガスが水素ガスのみの場合には一酸化炭素ガス）が挙げられる。

なお、図３に示す未利用資源処理システム１は、水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガスを合計で95体積％以上の高濃縮割合で回収して、そのままガスエンジン５のほか、ディーゼルエンジンやガスバーナーの燃料として用いることができる。また、分離回収した残ガスはそのまま排気することができる。

加えて、ガスエンジン５等のエネルギー効率をより一層高める必要がある場合には、図４に示すように、第１ＰＳＡ吸着分離手段４で水素ガスと一酸化炭素ガスの純度を合計で95体積％以上に高めた後、高濃縮資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段７と、圧縮された高濃縮資源ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し超高濃縮資源ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離手段８とを具えることが好ましい。

また、図５に示す未利用資源処理システム１は、水素ガスを99.9体積％以上に高純度化する場合の他の実施形態を示したものである。

図５の実施形態では、図３と同様の構成で、水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガスを、合計で95体積％以上の高濃縮割合で回収した後、この回収した高濃縮資源ガス中の一酸化炭素ガスを、シフト反応手段９によって、800〜1000℃の高温下で水蒸気とシフト反応（すなわち、ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２＋ＣＯ_２）を生じさせ、水素ガスと二酸化炭素に変成させて、資源ガス中の水素濃度を高め、その後は、図２に示すように、第２ガス圧縮手段７と第２ＰＳＡ吸着分離手段８とによって、99.9体積％以上の超高濃縮割合で水素ガスを回収することができる。

なお、図５で行うシフト反応は、800〜1000℃の高温で行うため、特に触媒を必要としない。また、シフト反応の反応温度を800〜1000℃に限定した理由は、800℃未満では、熱量が不足してシフト反応を十分に生じさせることができないからであり、また、1000℃超えでは、エネルギーロスが多くなるとともに、一旦生成した水素ガスがメタンガスや水蒸気に変成してしまうため、水素ガスの回収濃度が低くなる。

加えて、かかるシフト反応を生じさせるための加熱手段としては、溶融炉２からの排熱を利用することが製造コストを低減する点で好ましい。

上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲
において種々の変更を加えることができる。

本発明によれば、不用になった廃棄物を無害化処理することによって得られる生成ガスから、水素ガスや一酸化炭素ガスの資源ガス以外の残ガスを吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させて回収し、この回収した資源ガスを水素燃料電池やガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスバーナーの燃料として用いることができるので、燃料コストが安価である。

本発明に従う未利用資源処理システムの代表的なフローチャートである。本発明に従う未利用資源処理システムの他のフローチャートである。本発明に従う未利用資源処理システムの他のフローチャートである。本発明に従う未利用資源処理システムの他のフローチャートである。本発明に従う未利用資源処理システムの他のフローチャートである。

符号の説明

１未利用資源処理システム
２溶融炉
３第１ガス圧縮手段
４第１ＰＳＡ吸着分離手段
５ガスエンジン
６水素燃料電池
７第２ガス圧縮手段
８第２ＰＳＡ吸着分離手段
９シフト反応手段

Claims

バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する溶融炉と、
該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、
圧縮された生成ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離手段と
を具えることを特徴とする未利用資源処理システム。
前記未利用資源処理システムは、さらに、高濃縮資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、圧縮された高濃縮資源ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し超高濃縮資源ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離手段とを具える請求項１記載の未利用資源処理システム。
前記資源ガスは水素ガスである請求項１又は２記載の未利用資源処理システム。
前記資源ガスは水素ガスと一酸化炭素ガスの混合ガスである請求項１又は２記載の未利用資源処理システム。
バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する溶融炉と、
該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮手段と、
圧縮された生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、合計で95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離手段と、
高濃縮資源ガス中の一酸化炭素ガスを、800〜1000℃の高温下で水蒸気とシフト反応させ、水素ガスと二酸化炭素に変成させて、資源ガス中の水素濃度を高めるシフト反応手段と、
水素濃度を高めた資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮手段と、
圧縮された前記資源ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、水素ガスを残ガスと分離し超高濃縮水素ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離手段とを具えることを特徴とする未利用資源処理システム。
溶融炉内で、バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する無害化処理工程と、
該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、
圧縮された生成ガス中の資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離工程と
を含むことを特徴とする未利用資源処理方法。
溶融炉内で、バイオマスや廃棄物のような未利用資源を高温溶融させて高温液状物として最終的に無害化する無害化処理工程と、
該溶融炉内で発生した生成ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第１ガス圧縮工程と、
圧縮された生成ガス中の水素ガスと一酸化炭素ガスの資源ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、合計で95体積％以上の高濃縮割合の資源ガスを通過させることによって、資源ガスを残ガスと分離し高濃縮資源ガスとして回収する第１ＰＳＡ吸着分離工程と、
高濃縮資源ガス中の一酸化炭素ガスを、800〜1000℃の高温下で水蒸気とシフト反応させ、水素ガスと二酸化炭素に変成させて、資源ガス中の水素濃度を高めるシフト反応工程と、
水素濃度を高めた資源ガスを圧縮して所定圧力以上に高める第２ガス圧縮工程と、
圧縮された前記資源ガス中の水素ガス以外の残ガスを選択的に吸着させ、99.9体積％以上の高濃縮割合の水素ガスを通過させることによって、高濃縮水素ガスを残ガスと分離し超高濃縮水素ガスとして回収する第２ＰＳＡ吸着分離工程と
を含むことを特徴とする未利用資源処理方法。