JP2006105509A - Heating method and heating device - Google Patents

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仁 尾崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heating method and device for efficient gasification by using, in aqueous gasification using a hydrous matter as a raw material, the steam generated in drying of the raw material as a heat source or a gasification agent. <P>SOLUTION: The heating device comprises a heating vessel 103 to which a sample 101 that is the hydrous matter is put, a steam separator 109 separating steam of high concentration from a gas discharged from the heating vessel 103, and a steam circulating passage 107 returning the separated steam to the heating vessel 103. The steam evaporated in the drying process can be effectively used as a heat medium that is a heating source or a reaction agent. Consequently, separate input of steam can be dispensed with to downsize the facilities, and efficient heating can be performed with simplified control. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、含水物を高温水蒸気を用いて乾燥する加熱や、高温水蒸気をガス化剤としてガス化を行うための加熱に関する方法および装置に関するものである。   The present invention relates to a method and apparatus relating to heating for drying a hydrous material using high-temperature steam, and heating for performing gasification using high-temperature steam as a gasifying agent.

含水物の乾燥方法として、過熱蒸気を用いて行う方法がある。この方法では、水蒸気の凝縮潜熱やガス輻射を利用し、すばやく乾燥を行うことで、食品等の乾燥物を生成する場合に、長時間で加熱行うことによる栄養成分の熱劣化、熱分解を防止することができることから、最近注目を浴びている。しかしながら、前記過熱蒸気生成には、多くのエネルギーを要することから、省エネルギー化が要望されている。   As a method for drying a hydrated material, there is a method using superheated steam. This method uses the latent heat of condensation and gas radiation of water vapor to quickly dry and prevent the food from deteriorating and decomposing due to heating for a long time when producing dried foods. Recently, it has attracted attention because it can be done. However, since the production of superheated steam requires a lot of energy, energy saving is desired.

また、近年、有機物を高温水蒸気でガス化して熱分解や水性ガス化反応により、水素等の可燃ガスを得る技術開発が盛んに行われている。   Further, in recent years, technological development has been actively conducted to obtain a combustible gas such as hydrogen by gasifying an organic substance with high-temperature steam and performing thermal decomposition or water gasification reaction.

通常型熱分解ガス化システムは、炭化物を熱分解ガス化炉で部分燃焼させ、熱分解ガス化炉内で水性ガス化反応を起させるために水蒸気を供給する方法である。この水蒸気の供給量は、反応速度が無限大で他の条件も理想的であれば、炭素と等モルでよいが、実機では理想的な条件とはならないため、等モルより20〜50%程度過剰の水蒸気が必要となる。   The normal pyrolysis gasification system is a method in which carbide is partially burned in a pyrolysis gasification furnace and water vapor is supplied to cause a water gasification reaction in the pyrolysis gasification furnace. If the reaction rate is infinite and other conditions are ideal, the amount of water vapor supplied may be equimolar with carbon, but it is not ideal in an actual machine, so it is about 20 to 50% of equimolar. Excess water vapor is required.

従って、熱分解ガス化炉では、水性ガス(H+CO)と呼ばれる可燃性ガスの他に反応に使用されなかった水蒸気が残留している。通常型熱分解ガス化システムでは、得られたガスを一度常温に戻して残留水蒸気を水として除去し、反応に必要な過剰の水蒸気は、別途ボイラにより供給している。 Therefore, in the pyrolysis gasification furnace, water vapor that has not been used for the reaction remains in addition to the combustible gas called water gas (H 2 + CO). In a normal pyrolysis gasification system, the obtained gas is once returned to room temperature to remove residual water vapor as water, and excess water necessary for the reaction is supplied by a separate boiler.

このことから、上述した通常型熱分解ガス化システムでは、得られたガスは一度常温に戻して残留水蒸気を水として除去し、一方で反応に必要な過剰の水蒸気は、別途ボイラにより供給しているため、水蒸気が持っている潜熱を系外へ放出し、一方で系内に供給することになり、熱効率を下げている。   Therefore, in the above-described normal pyrolysis gasification system, the obtained gas is once returned to room temperature to remove residual water vapor as water, while excess water necessary for the reaction is supplied separately by a boiler. Therefore, the latent heat possessed by water vapor is released out of the system, while it is supplied into the system, reducing the thermal efficiency.

このような課題を少しでも解決するために、最近では、熱分解ガス化装置に特化したものとして、炭化物と、水蒸気と、空気とを熱分解ガス化炉内に投入して可燃性ガスを得る熱分解ガス化装置であって、前記熱分解ガス化炉内で生成された可燃性ガス中に含まれている水蒸気を、選択的に分離除去する水蒸気分離膜を設け、該水蒸気分離膜で分離除去された水蒸気を、前記熱分解ガス化炉へ戻して循環させる水蒸気循環経路を形成したガス化装置が知られている。   In order to solve such problems as much as possible, recently, as a specialized pyrolysis gasifier, carbide, water vapor, and air are introduced into a pyrolysis gasifier and combustible gas is introduced. A pyrolysis gasification apparatus is provided, comprising a steam separation membrane for selectively separating and removing water vapor contained in the combustible gas generated in the pyrolysis gasification furnace, There is known a gasifier in which a water vapor circulation path for circulating the separated and removed water vapor back to the pyrolysis gasification furnace is formed.

かかる構成のガス化装置は、熱分解ガス化炉内で生成された可燃性ガス中に含まれている水蒸気を選択的に分離除去する水蒸気分離膜を設け、さらに該水蒸気分離膜で分離除去された水蒸気を、熱分解ガス化炉へ戻して循環させる水蒸気循環経路を形成した構成であるため、熱分解ガス化炉内の水性ガス化反応に必要な水蒸気を凝縮させることなく、排出量を少なくしてリサイクルしながら使用することで熱効率の向上を図っている(例えば、特許文献1参照)。   The gasifier having such a structure is provided with a water vapor separation membrane for selectively separating and removing water vapor contained in the combustible gas generated in the pyrolysis gasification furnace, and further separated and removed by the water vapor separation membrane. The steam is recirculated back to the pyrolysis gasification furnace to form a steam circulation path, which reduces the amount of discharge without condensing the steam required for the water gasification reaction in the pyrolysis gasification furnace. Thus, the thermal efficiency is improved by using the product while recycling (see, for example, Patent Document 1).

図3は、上記特許文献1に記載された従来の加熱方法を用いて熱分解ガス化に特化した加熱装置の構成図である。   FIG. 3 is a configuration diagram of a heating apparatus specialized for pyrolysis gasification using the conventional heating method described in Patent Document 1.

図3において、図中の符号10は炭化装置、20は熱分解ガス化炉である。このように水蒸気分離膜を用いた熱分解ガス化装置は、有機性廃棄物を原料とする炭化装置10から得た炭化物(C)と、水蒸気と、空気とを前記熱分解ガス化炉20の内部へ投入して、水性ガス化反応によって可燃性ガスを得る。   In FIG. 3, reference numeral 10 in the figure is a carbonization apparatus, and 20 is a pyrolysis gasifier. Thus, the pyrolysis gasification apparatus using the steam separation membrane converts the carbide (C) obtained from the carbonization apparatus 10 using organic waste as a raw material, water vapor, and air into the pyrolysis gasification furnace 20. The flammable gas is obtained by water gasification reaction.

前記炭化装置10は、炭化炉内に投入された有機性廃棄物を原料として炭化処理を施し、炭化物を生成するものである。ここで原料となる有機性廃棄物の一例を挙げると、例えば、おからや茶殻等の食品製造副産物、木くず、糞尿、生ゴミ、有機性汚泥、下水汚泥などがある。ここで使用する炭化装置10は、公知の各種装置を採用することが可能であって特に限定されるものではないが、処理過程で発生する揮発分は、ダイオキシン抑制のため850℃以上の高温で燃焼させ、炭化処理の熱源として使用するのが好ましい。   The carbonization apparatus 10 performs carbonization using organic waste charged into a carbonization furnace as a raw material to generate carbide. Here, examples of organic waste as a raw material include food production by-products such as okara and tea husk, wood waste, manure, raw garbage, organic sludge, and sewage sludge. The carbonization apparatus 10 used here can employ various known apparatuses and is not particularly limited. However, the volatile matter generated in the treatment process is a high temperature of 850 ° C. or more for dioxin suppression. It is preferable to burn and use as a heat source for carbonization.

前記熱分解ガス化炉20は、炭化物、水蒸気及び空気を投入して水性ガス化反応を生じさせ、同反応の結果として可燃性ガスを含む水性ガスが生成される。この水性ガス化反応を化学式で示すと、(式1)となる。   The pyrolysis gasification furnace 20 is charged with carbide, water vapor and air to cause a water gasification reaction, and as a result of the reaction, a water gas containing a combustible gas is generated. This water gasification reaction is represented by the following chemical formula (Formula 1).

C+HO → CO+H・・・(式1)
そして、この水性ガス化反応には、熱分解ガス化炉20の炉内温度を800℃以上の高温とする必要がある。
C + H 2 O → CO + H 2 (Formula 1)
For this water gasification reaction, the temperature in the pyrolysis gasification furnace 20 needs to be set to a high temperature of 800 ° C. or higher.

このような水性ガス化反応により生成された水性ガスは、一酸化炭素(CO)及び水素ガス(H)を主成分とする安定した性状の混合ガスであり、いずれも可燃性であることから内燃機関の燃料として使用可能である。 The water gas produced by such a water gasification reaction is a mixed gas having a stable property mainly composed of carbon monoxide (CO) and hydrogen gas (H 2 ), both of which are flammable. It can be used as a fuel for internal combustion engines.

上述した可燃性ガス(水性ガス)を燃料として使用できる内燃機関には、ガスエンジン、ガスタービンなどがある。このような内燃機関はデイリースタート・シャットダウン運転が容易なため、これを駆動源として発電すれば、中小量規模の炭化物を処理して発電する装置として好都合である。   Examples of the internal combustion engine that can use the above-described combustible gas (water gas) as a fuel include a gas engine and a gas turbine. Since such an internal combustion engine is easy to perform daily start / shutdown operation, if power is generated using this as a drive source, it is advantageous as a device for processing small and medium-sized carbides to generate power.

さて、上述した熱分解ガス化炉20では、炉内に投入された炭化物を部分燃焼させて熱を得ることにより、水性ガス化反応に必要な800℃以上の高温を容易に確保することができる。   In the pyrolysis gasification furnace 20 described above, a high temperature of 800 ° C. or higher necessary for the water gasification reaction can be easily ensured by partially burning the carbide charged in the furnace to obtain heat. .

しかし、炭化物を部分燃焼させると、炭化物の燃焼に必要な空気中に窒素が含まれていることから、窒素ガス及び窒素化合物の他にも二酸化炭素(CO)等の燃焼排ガスが水性ガスと共に生成される。 However, if the carbide is partially burned, nitrogen is contained in the air necessary for the combustion of the carbide. Therefore, in addition to nitrogen gas and nitrogen compounds, combustion exhaust gas such as carbon dioxide (CO 2 ) is mixed with water gas. Generated.

また、前記熱分解ガス化炉20で生成された水性ガス等の可燃性ガスを主成分とする排出ガス(以下、「可燃性ガス」と呼ぶ)は、水性ガス化反応と同時に生じるシフト反応により、水蒸気も含んだ混合ガスとして熱分解ガス化炉20から排出される。このシフト反応の化学式を(式2)に示す。   Further, exhaust gas (hereinafter referred to as “combustible gas”) mainly composed of combustible gas such as water gas generated in the pyrolysis gasification furnace 20 is caused by a shift reaction that occurs simultaneously with the water gasification reaction. Then, it is discharged from the pyrolysis gasification furnace 20 as a mixed gas containing water vapor. The chemical formula of this shift reaction is shown in (Formula 2).

CO+H2 → CO+HO・・・(式2)
そして、前記熱分解ガス化炉20で生成された可燃性ガスは、投入用水蒸気熱交換器(以下、「投入熱交」と呼ぶ)21、補充用水蒸気熱交(以下、「補充熱交」と呼ぶ)22、空気熱交23、膜分離装置50、除湿装置24及びドレンタンク25を経てガスホルダー26に貯蔵される。
CO 2 + H 2 → CO + H 2 O (Formula 2)
The combustible gas generated in the pyrolysis gasification furnace 20 is supplied with a steam steam heat exchanger for input (hereinafter referred to as “input heat exchange”) 21, a steam heat exchanger for replenishment (hereinafter referred to as “supplement heat exchange”). 22), air heat exchanger 23, membrane separator 50, dehumidifier 24, and drain tank 25, and are stored in gas holder 26.

前記投入熱交21は、熱分解ガス化炉20で生成された可燃性ガスが保有する廃熱を利用し、炉内へ投入する水蒸気(以下、「投入水蒸気」と呼ぶ)を加熱して昇温させる熱交換器である。この投入水蒸気は、後述する膜分離装置50において可燃性ガス(混合ガス)から分離除去(回収)された後に、ブロアー27で圧送されてくる水蒸気(以下、「回収水蒸気」と呼ぶ)に対して、不足分の水蒸気(以下、「補充水蒸気」と呼ぶ)を補充したものである。すなわち、投入水蒸気は、回収水蒸気に補充水蒸気を加えたものである。   The input heat exchanger 21 uses the waste heat stored in the combustible gas generated in the pyrolysis gasification furnace 20 and heats the steam (hereinafter referred to as “input steam”) to be input into the furnace. Heat exchanger to be heated. The input steam is separated from (recovered from) combustible gas (mixed gas) in the membrane separation device 50 described later, and then is fed by the blower 27 (hereinafter referred to as “recovered steam”). , Supplemented with a deficient amount of water vapor (hereinafter referred to as “replenished water vapor”). That is, the input steam is the recovered steam plus supplemental steam.

この補充水蒸気は、ポンプ30によりボイラ31に供給された水を加熱して生成される。前記ボイラ31の燃料は、ガスホルダー26内に貯蔵されている可燃性ガスを使用する。なお、前記ボイラ31の燃料は、上述した可燃性ガスを利用するだけでなく、専用の燃料系を設けたり、他の加熱源を導入することも可能であり、あるいは、他の用途に設けられているボイラ(図示せず)からの余剰水蒸気の供給を受けるようにしてもよい。   This supplemental steam is generated by heating the water supplied to the boiler 31 by the pump 30. The fuel of the boiler 31 uses a combustible gas stored in the gas holder 26. Note that the fuel of the boiler 31 not only uses the above-described combustible gas, but can also be provided with a dedicated fuel system or other heating source, or provided for other purposes. You may make it receive supply of the surplus steam from the boiler (not shown) which is.

上述した投入水蒸気は、水性ガス化反応に必要となる水蒸気量を確保するため、制御弁28において回収水蒸気に不足分の補充水蒸気を加えることによって得られる。また、補充水蒸気についても、制御弁28の上流側において補充熱交22により加熱して昇温されている。この補充熱交22は、可燃性ガスをガスホルダー26へ導く配管経路において補充熱交22の下流側に位置する熱交換器であり、投入熱交21と同様に可燃性ガスの廃熱を利用して水蒸気を加熱する。なお、上述した投入水蒸気は、たとえば110℃程度に加熱されたものが熱分解ガス化炉20へ投入される。   The above-mentioned input steam is obtained by adding a short amount of supplementary steam to the recovered steam at the control valve 28 in order to secure the amount of steam necessary for the water gasification reaction. Also, the supplemental steam is heated by the supplementary heat exchanger 22 on the upstream side of the control valve 28 and is heated. The supplementary heat exchanger 22 is a heat exchanger located on the downstream side of the supplementary heat exchanger 22 in the piping path that leads the combustible gas to the gas holder 26, and uses the waste heat of the combustible gas in the same manner as the input heat exchanger 21. Then, steam is heated. In addition, as for the input steam mentioned above, the one heated to about 110 ° C., for example, is input to the pyrolysis gasification furnace 20.

熱分解ガス化炉20からガスホルダー26へ可燃性ガスを導く配管経路において、前記補充熱交22の下流側に設置されている空気熱交23は、熱分解ガス化炉20で生成された可燃性ガスが保有する廃熱を利用して、前記熱分解ガス化炉20へ投入する部分燃焼用の空気を予熱する熱交換器である。この場合、空気熱交23で予熱された空気は、後述する膜分離装置50のスイープガスとして使用された後、回収水蒸気と共に制御弁28を経て熱分解ガス化炉20へ投入されている。   In the piping path that leads the combustible gas from the pyrolysis gasifier 20 to the gas holder 26, the air heat exchanger 23 installed on the downstream side of the supplementary heat exchanger 22 is combustible generated in the pyrolysis gasifier 20. It is a heat exchanger that preheats the air for partial combustion to be introduced into the pyrolysis gasification furnace 20 using waste heat possessed by the property gas. In this case, the air preheated by the air heat exchanger 23 is used as a sweep gas for the membrane separation device 50 described later, and then is introduced into the pyrolysis gasification furnace 20 through the control valve 28 together with the recovered steam.

ところで、空気熱交23では、大気をそのまま導入して加熱してもよいが、酸素濃度の高い酸素富化空気(または酸素)を供給することにより、空気に含まれる窒素ガス量が減少する。このため、窒素ガスの減少分だけ、熱分解ガス化炉20から排出される可燃性ガス中の可燃性ガス成分濃度が上昇する。   By the way, in the air heat exchanger 23, the atmosphere may be introduced and heated as it is, but by supplying oxygen-enriched air (or oxygen) having a high oxygen concentration, the amount of nitrogen gas contained in the air decreases. For this reason, the combustible gas component density | concentration in the combustible gas discharged | emitted from the pyrolysis gasification furnace 20 rises by the reduced part of nitrogen gas.

上述した酸素富化空気は、公知技術である圧力スイング吸着装置(Pressure Swing Adsorption:略式呼称PSA)により生成して供給することができる。この圧力スイング吸着装置は、圧力を高くすることにより吸着剤による吸着を行い、圧力を低くすることで脱着を行う。これによって吸脱着サイクルを繰り返し、空気中の脱湿やガスの回収などを行うことができる。   The oxygen-enriched air described above can be generated and supplied by a pressure swing adsorption device (abbreviated as PSA) which is a known technique. This pressure swing adsorption device performs adsorption with an adsorbent by increasing the pressure, and desorbs by decreasing the pressure. Thus, the adsorption / desorption cycle can be repeated to perform dehumidification in the air, recovery of gas, and the like.

酸素富化空気の生成に圧力スイング吸着装置を採用する場合、一般に工場内等にある余剰圧縮空気を使用して消費電力を抑えることが好ましい。これは、通常の圧力スイング吸着装置では、すなわち、余剰圧縮空気の供給を受けない運転では付設の圧縮機を運転して圧縮空気を供給する必要があるので、この圧縮機における消費電力が大きいためである。   When a pressure swing adsorption device is employed for the generation of oxygen-enriched air, it is preferable to suppress power consumption by using surplus compressed air generally in the factory or the like. This is because, in a normal pressure swing adsorption device, that is, in an operation in which supply of excess compressed air is not received, it is necessary to operate the attached compressor and supply compressed air, so the power consumption in this compressor is large. It is.

従って、前記熱分解ガス化炉20で生成した可燃性ガスを燃料として使用し、内燃機関発電機40を運転して発電しても、結局外部へ供給できる発電量が減少してメリットは少ない。   Therefore, even if the combustible gas generated in the pyrolysis gasification furnace 20 is used as fuel and the internal combustion engine generator 40 is operated to generate power, the amount of power generation that can be supplied to the outside is reduced, resulting in little merit.

上述した投入熱交21、補充熱交22及び空気熱交23を設けて廃熱利用を行うと、熱分解ガス化炉20へ投入する水蒸気及び酸素富化空気の温度を高く設定できるので、炉内温度を高温に維持する部分燃焼の割合を低く抑えることができる。また、廃熱を有効利用するため、装置全体としての熱効率を向上させることができる。なお、上述した投入熱交21、補充熱交22及び空気熱交23を設けなくても水蒸気分離膜を用いた熱分解ガス化装置の運転は可能であり、また、少なくとも一つの熱交を設けたり、あるいは設置順序を変えるなど、諸条件に応じて適宜変更が可能である。   When waste heat is used by providing the input heat exchanger 21, the supplementary heat exchanger 22 and the air heat exchanger 23 described above, the temperature of the steam and oxygen-enriched air to be input to the pyrolysis gasification furnace 20 can be set high. The proportion of partial combustion that maintains the internal temperature at a high temperature can be kept low. In addition, since the waste heat is effectively used, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved. Note that it is possible to operate the pyrolysis gasifier using the water vapor separation membrane without providing the input heat exchanger 21, the supplementary heat exchanger 22 and the air heat exchanger 23, and provide at least one heat exchanger. Or can be changed as appropriate according to various conditions, such as changing the installation order.

前述の膜分離装置50は、投入した可燃性ガス(入口ガス)を、可燃性ガス中に含まれる水蒸気(膜透過ガス)と、残りの水素ガスや一酸化炭素等(出口ガス)とに分離する機能を有している。   The membrane separation device 50 described above separates the combustible gas (inlet gas) that has been introduced into water vapor (membrane permeation gas) contained in the combustible gas and the remaining hydrogen gas, carbon monoxide, etc. (outlet gas). It has a function to do.

また、除湿装置24は、可燃性ガス中に含まれる水分を冷却して除湿する冷却手段である。この除湿装置24では、高温の可燃性ガスが冷却されることにより、水分が結露して分離除去される。   The dehumidifier 24 is a cooling unit that cools and dehumidifies moisture contained in the combustible gas. In the dehumidifying device 24, when the high-temperature combustible gas is cooled, moisture is condensed and separated and removed.

従って、可燃性ガスと共に膜分離装置50を通過した残存水蒸気は、前記除湿装置24でほぼ完全に分離除去されてドレンタンク25内に残る。この結果、可燃性ガス中の水分が除去された分だけ、一酸化炭素(CO)及び水素ガス(H)よりなる可燃性ガス成分の濃度が上昇し、燃料としての質が向上する。 Accordingly, the residual water vapor that has passed through the membrane separation device 50 together with the combustible gas is separated and removed almost completely by the dehumidifying device 24 and remains in the drain tank 25. As a result, the concentration of the combustible gas component consisting of carbon monoxide (CO) and hydrogen gas (H 2 ) is increased by the amount of moisture removed from the combustible gas, and the quality of the fuel is improved.

なお、積極的に冷却する除湿装置24を設けなくても、配管中やガスホルダー26内における自然冷却により水分を結露させることも可能である。   In addition, without providing the dehumidifying device 24 that actively cools, moisture can be condensed by natural cooling in the pipe or in the gas holder 26.

また、前記ガスホルダー26に貯蔵された可燃性ガスは、内燃機関発電機40の燃料として使用される。前記内燃機関発電機40は、発電機を駆動して発電するための動力源(内燃機関)が、ガスエンジン、ガスタービンの中から適宜選択される。なお、前記ガスホルダー26に貯蔵した可燃性ガスは、主ボイラ41の燃焼器に供給する燃料として使用してもよい。   The combustible gas stored in the gas holder 26 is used as fuel for the internal combustion engine generator 40. In the internal combustion engine generator 40, a power source (internal combustion engine) for generating electric power by driving the generator is appropriately selected from a gas engine and a gas turbine. The combustible gas stored in the gas holder 26 may be used as fuel supplied to the combustor of the main boiler 41.

上述した構成の水蒸気分離膜を用いた熱分解ガス化装置によれば、炭化物と、水蒸気と、空気(好適には酸素富化空気または酸素)とを投入した熱分解ガス化炉20内で水性ガス化反応が生じ、安定した症状の可燃性ガスを得ることができる。この可燃性ガスは、内燃機関発電機40の燃料として使用できるので、蒸気タービンによる発電を行う場合と比較して、小型で建設費の安価な内燃機関駆動の発電が可能となる。   According to the pyrolysis gasifier using the steam separation membrane having the above-described configuration, the pyrolysis gasifier 20 is charged with water in the pyrolysis gasification furnace 20 charged with carbide, steam, and air (preferably oxygen-enriched air or oxygen). A gasification reaction occurs, and a combustible gas with stable symptoms can be obtained. Since this combustible gas can be used as a fuel for the internal combustion engine generator 40, it is possible to perform power generation driven by an internal combustion engine that is small in size and inexpensive in construction cost as compared with the case where power is generated by a steam turbine.

また、内燃機関発電機40による発電は、必要に応じて発電を行うデイリースタート・シャットダウン運転を容易に実施することができるので、中小量規模の炭化物を処理する装置にとって好都合である。   In addition, the power generation by the internal combustion engine generator 40 can be easily performed in a daily start / shutdown operation in which power generation is performed as necessary, which is advantageous for an apparatus for processing small and medium-sized carbides.

この時、有機性廃棄物が発生する場所、またはその近傍に設置した炭化装置10で炭化物を得た後、これを、水蒸気分離膜を用いた熱分解ガス化装置まで搬送して投入するように構成すれば、例えば、おからのように水分の割合が極めて高い有機性廃棄物をそのまま搬送するのと比較して、減容された炭化物を搬送することで輸送効率を大幅に増すことができる。   At this time, after obtaining the carbide in the carbonization apparatus 10 installed at or near the place where the organic waste is generated, it is transported to the pyrolysis gasification apparatus using the water vapor separation membrane. If configured, for example, compared to transporting organic waste with a very high water content such as okara as it is, transport efficiency can be greatly increased by transporting reduced volume of carbide. .

そして、上述した水蒸気分離膜を用いた熱分解ガス化装置においては、可燃性ガスに含まれている水蒸気を膜分離装置50で分離除去して回収し、熱分解ガス化炉20へ戻す水蒸気循環経路が形成されている。この水蒸気循環経路は、投入熱交21、補充熱交22、空気熱交23を経て可燃性ガスと共に膜分離装置50に流入した水蒸気を分離させて回収し、ブロアー27、制御弁28及び投入熱交21を経て熱分解ガス化炉20へ戻すものである。この水蒸気循環流路を流れる水蒸気は、凝縮されることなく循環するので、凝縮させて系外へ捨てていた従来と比較して凝縮潜熱の損失が減少し、熱効率がよい。   In the pyrolysis gasification apparatus using the above-described steam separation membrane, the steam circulation in which the steam contained in the combustible gas is separated and removed by the membrane separation apparatus 50 and returned to the pyrolysis gasification furnace 20. A path is formed. This steam circulation path separates and collects the steam that has flowed into the membrane separation device 50 together with the combustible gas through the input heat exchanger 21, the supplementary heat exchanger 22, and the air heat exchanger 23, and collects the blower 27, the control valve 28, and the input heat. It returns to the pyrolysis gasification furnace 20 through the cross 21. Since the water vapor flowing through this water vapor circulation channel circulates without being condensed, the loss of condensation latent heat is reduced and the heat efficiency is good as compared with the conventional case where the water vapor is condensed and thrown out of the system.

また、水蒸気をリサイクルしながら使用して水性ガス化反応を行わせるので、系外へ排出される水蒸気量を最小限に抑えることができ、従って、ボイラ31で生成する補充水蒸気量も最小限となる。   Further, since the water gasification reaction is performed by using the water vapor while being recycled, the amount of water vapor discharged to the outside of the system can be minimized, and therefore the amount of supplemental water vapor generated in the boiler 31 is also minimized. Become.

このため、ボイラ31の容量が小さくなって燃料消費量の節約、装置の小型化及び低コスト化に有効である。また、除湿装置24やガスホルダー26の必要容量も小さくできるので、同様に装置の小型化や低コスト化に有効である。   For this reason, the capacity | capacitance of the boiler 31 becomes small, and it is effective for the saving of fuel consumption, size reduction, and cost reduction of an apparatus. Further, since the required capacity of the dehumidifying device 24 and the gas holder 26 can be reduced, it is also effective for reducing the size and cost of the device.

また、熱分解ガス化炉20へ投入する空気に酸素富化空気または酸素を使用し、これを膜分離装置50のスイープガスとして使用するので、水蒸気の膜透過量が増加して回収水蒸気量を増すことができる。なお、このスイープガスには他のガスを使用することも可能であるが、この場合は新たなガス供給系が必要になるなど装置の小型化や低コスト化を阻害する要因となる。   Further, since oxygen-enriched air or oxygen is used as the air to be introduced into the pyrolysis gasifier 20, and this is used as the sweep gas of the membrane separation device 50, the amount of water vapor permeate increases and the amount of recovered water vapor is reduced. Can be increased. It is possible to use other gases as the sweep gas, but in this case, a new gas supply system is required, which hinders downsizing and cost reduction of the apparatus.

さらに、可燃性ガスの廃熱を利用して、投入水蒸気や補充水蒸気、そして部分燃焼用の酸素富化空気や酸素(空気)を加熱して昇温させるので、熱分解ガス化炉20内の温度を維持する部分燃焼を最小限とすることができる。このようにして部分燃焼が最小限に抑えられると、部分燃焼に必要な窒素を含む空気量も減少するので、空気や酸素富化空気を投入する場合には生成される可燃性ガスに含まれる窒素ガス量が減少し、可燃性ガス成分は内燃機関燃料として好都合な高発熱量のガスとなる。
特開2004−43586号公報
Further, the waste heat of the combustible gas is used to heat up the input steam and supplemental steam and the oxygen-enriched air and oxygen (air) for partial combustion to raise the temperature. Partial combustion maintaining temperature can be minimized. When partial combustion is minimized in this way, the amount of air containing nitrogen necessary for partial combustion also decreases, so when air or oxygen-enriched air is introduced, it is included in the generated combustible gas. The amount of nitrogen gas decreases, and the combustible gas component becomes a gas with a high calorific value that is convenient as a fuel for an internal combustion engine.
JP 2004-43586 A

しかしながら、上記熱分解ガス化装置は、炭化物を供給する部分と水蒸気を投入する部分とを必要とすることから、大型化につながると共に、炭化物供給と水蒸気投入を個別で制御する必要が生じるため、制御が複雑化する。   However, since the pyrolysis gasification apparatus requires a part for supplying carbide and a part for supplying steam, it leads to an increase in size, and it is necessary to control the supply of carbide and the input of steam separately. Control becomes complicated.

さらに、含水物を処理する場合、別途炭化処理が必要であり、乾燥時の含水物からの蒸発水蒸気を無駄にすることになる。このことは、トータルで考えると外部から投入するエネルギー消費が増加することになる。   Furthermore, when processing a hydrated substance, a carbonization process is separately required, and the evaporated water vapor from the hydrated substance at the time of drying is wasted. This means that energy consumption from the outside increases in total.

また、熱分解の熱源として酸素富化空気を吸入することで、炭化物の一部を酸化燃焼させて熱源として利用しているが、少なからずともダイオキシンの発生が懸念される。ましてや炭化物ではなく含水物など原料を処理する場合には供給に伴い一時的に温度が低温化し、更にダイオキシン発生の危険性を増すことになる。   Further, by inhaling oxygen-enriched air as a heat source for thermal decomposition, a part of the carbide is oxidized and burned and used as a heat source, but there is a concern that dioxins are generated at least. Furthermore, when raw materials such as hydrated substances are processed instead of carbides, the temperature is temporarily lowered with the supply, and the risk of dioxin generation is further increased.

これを回避するために、酸素導入を行わない方法であれば、ガス化炉を間接的に加熱する方法があるが、これでは内部の炭化物等の原料に温度差が生じてしまい、均温化のために内部に撹拌機構を設けたり、構造面で対応したりと制約が生じる。   In order to avoid this, there is a method of indirectly heating the gasification furnace if it is a method that does not introduce oxygen, but this causes a temperature difference in the raw materials such as internal carbides, so that the temperature is equalized. For this reason, there is a restriction that an agitation mechanism is provided in the interior or the structure is used.

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、含水物または水分調整を行った原料を加熱することで水分を蒸発させる蒸発過程と、前記蒸発過程で蒸発した水蒸気を分離する水蒸気分離過程と、水蒸気を加熱する水蒸気加熱過程とからなる加熱方法であって、前記蒸発過程の熱源を、前記水蒸気加熱過程で生成された水蒸気としたものである。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and includes an evaporation process for evaporating moisture by heating a hydrated product or a moisture-adjusted raw material, and a steam separation process for separating water vapor evaporated in the evaporation process. And a steam heating process for heating steam, wherein the heat source of the evaporation process is steam generated in the steam heating process.

また、本発明は、含水物または水分調整を行った原料を投入する加熱容器と、前記加熱容器から排出されるガスから高濃度の水蒸気を分離する水蒸気分離手段と、前記水蒸気分離手段で分離した水蒸気を前記加熱容器へ導入する水蒸気循環経路を備えた加熱装置としたものである。   The present invention also separates the heating vessel into which the hydrated material or the raw material whose moisture has been adjusted is charged, the water vapor separation means for separating high-concentration water vapor from the gas discharged from the heating container, and the water vapor separation means. The heating apparatus includes a water vapor circulation path for introducing water vapor into the heating container.

したがって、事前に行う直接ガス化処理の乾燥時に蒸発する水蒸気を循環利用することで、外部からの水蒸気の投入を不要とし、乾燥過程で蒸発する水蒸気を、加熱源となる熱媒体や反応剤として有効に利用することができる。そして、別途水蒸気を投入することなく、原料供給のみで行うことから、小型設備、簡易制御で、高効率な加熱を行うことができる。   Therefore, by circulating and using the water vapor that evaporates during the drying of the direct gasification process that is performed in advance, it is not necessary to input water vapor from the outside, and the water vapor that evaporates during the drying process can be used as a heating medium or a reactive agent. It can be used effectively. And since it performs only by raw material supply, without supplying water vapor | steam separately, highly efficient heating can be performed by a small equipment and simple control.

本発明によれば、上記特許文献1と比べると、外部から水蒸気を入れずに原料と同時に入れるか、もしくは、原料が含水物であれば、事前に炭化処理を行わずに直接ガス化処理を行い、その初期過程の乾燥時に蒸発する水蒸気を循環利用することで、外部から水蒸気を投入する必要性がないと共に、水蒸気を熱源として用いることから、含水物の原料をガス化する場合に、乾燥過程で蒸発する水蒸気を、加熱源となる熱媒体や反応剤として有効に利用することができる。その結果、原料供給のみで行うことから、設備の小型、制御の簡易化、さらに高効率な加熱を行うことができ、酸素導入によるダイオキシン発生を極力抑制できると共に原料を均温的に加熱可能であり、一層効率的な処理が行えるものである。   According to the present invention, compared with the above-mentioned Patent Document 1, it is added at the same time as the raw material without introducing water vapor from the outside, or if the raw material is a hydrate, the direct gasification treatment is performed without performing carbonization treatment in advance. It is necessary to circulate and use the water vapor that evaporates at the time of drying in the initial process, so that there is no need to input water vapor from the outside, and water vapor is used as a heat source. Water vapor that evaporates in the process can be effectively used as a heat medium or a reaction agent that serves as a heating source. As a result, since only the raw material supply is performed, the equipment can be downsized, the control can be simplified, and the heating can be performed with high efficiency. Yes, more efficient processing can be performed.

請求項1に記載の発明は、含水物または水分調整を行った原料を加熱することで水分を蒸発させる蒸発過程と、前記蒸発過程で蒸発した水蒸気を分離する水蒸気分離過程と、水蒸気を加熱する水蒸気加熱過程とからなり、前記蒸発過程の熱源を、水蒸気加熱過程で生成された水蒸気としたものである。   The invention according to claim 1 is an evaporation process in which moisture is evaporated by heating a water-containing material or a raw material subjected to moisture adjustment, a water vapor separation process in which water vapor evaporated in the evaporation process is separated, and water vapor is heated. It consists of a steam heating process, and the heat source of the evaporation process is steam generated in the steam heating process.

したがって、乾燥過程で蒸発する水蒸気を、加熱源となる熱媒体や反応剤として有効に利用することができ、別途水蒸気を投入することなく、手間が軽減し、高効率な加熱を行うことができる。また、酸素導入によるダイオキシン発生が極力抑制できると共に、原料加熱を均温的に行うことが可能であるため、一層効率化がはかれる。   Therefore, water vapor that evaporates in the drying process can be effectively used as a heating medium or a reaction agent that serves as a heating source, and labor can be reduced and highly efficient heating can be performed without adding additional water vapor. . In addition, the generation of dioxins due to the introduction of oxygen can be suppressed as much as possible, and the heating of the raw material can be performed in a uniform manner, so that further efficiency can be achieved.

請求項2に記載の発明は、含水物をまたは水分調整を行った原料を投入する加熱容器と、前記加熱容器から排出されるガスから高濃度の水蒸気を分離する水蒸気分離手段と、前記分離手段で分離した水蒸気を加熱容器へ導入する水蒸気循環経路を備えた加熱装置としたものである。   The invention according to claim 2 is a heating container into which a hydrated material or a raw material whose moisture has been adjusted is charged, a water vapor separation means for separating high-concentration water vapor from a gas discharged from the heating container, and the separation means The heating apparatus is provided with a water vapor circulation path for introducing the water vapor separated in step 1 into the heating vessel.

かかる構成とすることにより、乾燥過程で蒸発する水蒸気を加熱源となる熱媒体や反応剤として有効に利用することができ、その結果、別途水蒸気を投入することがなく、設備の小型化がはかれ、また、制御が簡易となり、高効率な加熱を行うことができる。   By adopting such a configuration, water vapor evaporated in the drying process can be effectively used as a heat medium or a reactant as a heating source, and as a result, no additional water vapor is added, and the equipment can be downsized. In addition, the control becomes simple and high-efficiency heating can be performed.

請求項3に記載の発明は、前記水蒸気循環経路に水蒸気加熱手段を設け、加熱容器の熱源を、前記水蒸気加熱手段で加熱された水蒸気を利用するものとしたものである。   According to a third aspect of the present invention, a steam heating means is provided in the steam circulation path, and steam heated by the steam heating means is used as a heat source of a heating container.

したがって、前記加熱容器の外壁は、加熱容器を高温加熱に耐え得る金属等の熱伝導性の良い材料でなければならない等の制約が緩和され、材料の限定範囲が広がることから、安価な材料や耐久性の高い材料が利用できる。これにより、乾燥過程で蒸発する水蒸気を、加熱源となる熱媒体や反応剤として有効に利用することで、別途水蒸気を投入することなく、小型設備で簡易に制御ができ、高効率な加熱を行うことができることに加えて、安価となる。   Therefore, the outer wall of the heating container is relaxed such that the heating container must be a material with good heat conductivity such as a metal that can withstand high-temperature heating, and the limited range of materials is widened. Highly durable materials can be used. As a result, the water vapor evaporated in the drying process can be effectively used as a heating medium or a reaction agent as a heating source, so that it can be easily controlled with a small facility without additional water vapor, and highly efficient heating can be achieved. In addition to being able to do it, it will be cheaper.

請求項4に記載の発明は、前記加熱容器から水蒸気分離手段を経て水蒸気循環経路を断熱したものである。   According to a fourth aspect of the present invention, the water vapor circulation path is insulated from the heating vessel through the water vapor separation means.

この構成により、水蒸気の保有熱の低減が防止でき、より高効率な加熱を行うことができる。   With this configuration, it is possible to prevent reduction of the heat retained by water vapor, and to perform more efficient heating.

請求項5に記載の発明は、前記水蒸気分離手段を、多孔質材より構成したものである。   According to a fifth aspect of the present invention, the water vapor separation means is composed of a porous material.

したがって、上記効果に加えて、他に機器が必要なく、簡単に前記水蒸気分離手段の交換が可能であり、また、コンパクトとなるので、安価でサービス性に優れた加熱装置が得られる。   Therefore, in addition to the above effects, no other equipment is required, the water vapor separation means can be easily replaced, and since it becomes compact, a heating device that is inexpensive and excellent in serviceability can be obtained.

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、従来と同一の構成部材及び差異がない部分については、詳細な説明を省略する。また、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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, detailed description is abbreviate | omitted about the component which is the same as the past, and a part without a difference. Further, the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
図1は本実施の形態1における加熱装置の構成図であり、図2は同実施の形態の加熱装置による加熱方法のフローチャートである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a configuration diagram of a heating device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a flowchart of a heating method by the heating device according to the first embodiment.

図1において、ホッパー100は、サンプル101となるガス化対象物を一時的にストックしておく容器であり、供給機102を介して加熱容器103に連結されている。前記サンプル101としては、例えば、生ゴミ、木屑等のバイオマスや廃プラスチック等の有機物全般を用いるが、本実施の形態では水分調整をあまり必要としない食品廃棄物を例として説明する。このサンプル101は、一般的に含水率が約80%である。前記供給機102は、スクリューフィーダー、ピストンフィーダーであり、ホッパー100からサンプル101を加熱容器103へ定量的に供給可能なものであり、加熱容器103からガスがホッパー100へ流通しないような構造となっている。   In FIG. 1, a hopper 100 is a container for temporarily stocking a gasification object to be a sample 101, and is connected to a heating container 103 via a feeder 102. As the sample 101, for example, biomass such as raw garbage and wood waste, and organic matter such as waste plastic are used in general, but in this embodiment, food waste that does not require much moisture adjustment will be described as an example. The sample 101 generally has a water content of about 80%. The feeder 102 is a screw feeder or a piston feeder, which can quantitatively supply the sample 101 from the hopper 100 to the heating container 103, and has a structure in which no gas flows from the heating container 103 to the hopper 100. ing.

前記加熱容器103は、ステンレスやセラミックの材質から形成され、ガス漏れがない構造となっている。そして、前記加熱容器103の外周には、加熱体104が設けられ、上部には混合ガス排気配管106が、また下部には水蒸気循環経路107がそれぞれ接続され、さらに、内部圧力を検知する圧力センサ108が設けられている。前記加熱体104はカンタルヒーター等の電気抵抗体によるものや、可燃性ガスを酸化燃焼させるもの等であれば特に制限はなく、利用可能である。前記混合ガス排気配管106は、水蒸気分離器109と接続されており、前記加熱容器103からのガスを、前記水蒸気分離器109に導くものである。前記水蒸気分離器109は、内部に多孔質材料からなる水蒸気分離材110が設けられ、この水蒸気分離材110を隔てて2室に区切られている。前記混合ガス排気配管106が接続されている室109aには、水蒸気循環経路107の他端が最も混合ガス排気配管106から離れた位置に設けられ、それ以外の室109bには、ガス配管111が設けられている。前記水蒸気分離材110は、分子の大きさの違いを利用して水素やメタン、二酸化炭素の混合ガスと水蒸気とを分離するものであり、耐熱性を有する無機材料からなり、好ましくは600℃以上の耐熱を有するものである。   The heating container 103 is made of stainless steel or ceramic material and has a structure that does not leak gas. A heating body 104 is provided on the outer periphery of the heating container 103, a mixed gas exhaust pipe 106 is connected to the upper part, and a water vapor circulation path 107 is connected to the lower part, and a pressure sensor for detecting internal pressure. 108 is provided. The heating element 104 is not particularly limited as long as it is an electric resistor such as a Kanthal heater or a substance that oxidizes and burns a combustible gas. The mixed gas exhaust pipe 106 is connected to a steam separator 109, and guides the gas from the heating container 103 to the steam separator 109. The water vapor separator 109 is provided with a water vapor separator 110 made of a porous material, and is divided into two chambers across the water vapor separator 110. In the chamber 109a to which the mixed gas exhaust pipe 106 is connected, the other end of the water vapor circulation path 107 is provided at a position farthest from the mixed gas exhaust pipe 106, and the gas pipe 111 is provided in the other chamber 109b. Is provided. The water vapor separator 110 separates a mixed gas of hydrogen, methane, carbon dioxide and water vapor by utilizing the difference in molecular size, and is made of a heat-resistant inorganic material, preferably 600 ° C. or higher. It has the heat resistance of.

前記ガス配管111には、体積式の流量計112及びガスポンプ113が取り付けられている。   A volumetric flow meter 112 and a gas pump 113 are attached to the gas pipe 111.

前記水蒸気循環経路107における前記水蒸気分離器109から前記加熱容器103の間の前記水蒸気分離器109と近い位置には、分岐管115が接続されている。前記分岐管115の他方は大気に開口しており、該分岐管115に設けた電磁式の開閉弁114の開閉動作により、前記水蒸気循環経路107と大気の連通、遮断が制御される。さらに、前記水蒸気循環経路107における前記分岐管115と前記加熱容器103の間には、該水蒸気循環経路107内の水蒸気の循環を促す水蒸気ポンプ116が設置されている。また、前記水蒸気循環経路107における前記水蒸気ポンプ116の下流で加熱容器103に近い部分には、蒸気加熱体117が設けられている。   A branch pipe 115 is connected to a position near the water vapor separator 109 between the water vapor separator 109 and the heating vessel 103 in the water vapor circulation path 107. The other of the branch pipe 115 is open to the atmosphere, and the opening and closing operation of an electromagnetic on-off valve 114 provided in the branch pipe 115 controls the communication and blocking of the water vapor circulation path 107 and the atmosphere. Further, between the branch pipe 115 and the heating container 103 in the water vapor circulation path 107, a water vapor pump 116 that promotes the circulation of water vapor in the water vapor circulation path 107 is installed. Further, a steam heating body 117 is provided in a portion near the heating container 103 downstream of the steam pump 116 in the steam circulation path 107.

そして、前記水蒸気循環経路107は、全体にわたって断熱材等(図示せず)によって断熱されている。また、前記混合ガス排気配管106についても、必要に応じて同様に断熱されている。   The steam circulation path 107 is thermally insulated by a heat insulating material or the like (not shown) throughout. Further, the mixed gas exhaust pipe 106 is similarly insulated as necessary.

以上のように構成された加熱装置について、以下その動作、作用を説明する。   About the heating apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

まず、サンプル101をホッパー100に投入し、運転を開始する。これにより、加熱体104、ガスポンプ113、水蒸気ポンプ116がそれぞれ動作を開始し、システム内の空気等を外部に排気して減圧すると同時に、加熱容器103を加熱する。そして、加熱容器103の温度が800℃に到達すると、供給機102が動作し、所定量だけ加熱容器103にサンプル101を供給する。この時の所定量とは、加熱により発生する水蒸気及び揮発ガスによる圧力上昇が、圧力センサ108で検知した上限である0.4MPa以下となるような量として決定する。前記加熱容器103内に供給された前記サンプル101は、加熱により水蒸気が蒸発し、炭化水素ガスが揮発する。このとき、水蒸気の一部と炭化水素の一部が反応し、水素と二酸化炭素や一酸化炭素となり、水蒸気と、炭化水素、水素、二酸化炭素、一酸化炭素を主成分とした混合ガスが、前記加熱容器103の上部から混合ガス排気配管106を通じて水蒸気分離器109へ流通する。   First, the sample 101 is put into the hopper 100 and the operation is started. Thereby, the heating body 104, the gas pump 113, and the water vapor pump 116 each start to operate, and the heating container 103 is heated at the same time as the air in the system is exhausted to reduce the pressure. When the temperature of the heating container 103 reaches 800 ° C., the feeder 102 operates to supply the sample 101 to the heating container 103 by a predetermined amount. The predetermined amount at this time is determined as an amount such that the pressure increase due to water vapor and volatile gas generated by heating becomes 0.4 MPa or less which is the upper limit detected by the pressure sensor 108. The sample 101 supplied into the heating container 103 evaporates water vapor and volatilizes hydrocarbon gas by heating. At this time, a part of the water vapor and a part of the hydrocarbon react to become hydrogen and carbon dioxide or carbon monoxide, and the mixed gas containing water vapor and hydrocarbons, hydrogen, carbon dioxide, and carbon monoxide as main components, It flows from the upper part of the heating vessel 103 to the steam separator 109 through the mixed gas exhaust pipe 106.

前記水蒸気分離器109に流入した水蒸気と混合ガスの中で、混合ガスは、前記ガスポンプ113の減圧効果により、水蒸気分離材110の細孔を通ってガス配管111よりガスポンプ113へ吸引され、外部に排出される。このとき、ガス流量を定期的に流量計112で検出し、所定値以下となった場合は、供給機102を作動してサンプル101を供給する。   Among the steam and mixed gas flowing into the steam separator 109, the mixed gas is sucked into the gas pump 113 from the gas pipe 111 through the pores of the steam separator 110 due to the pressure reducing effect of the gas pump 113, and then to the outside. Discharged. At this time, the gas flow rate is periodically detected by the flow meter 112, and when the gas flow rate becomes a predetermined value or less, the supply device 102 is operated to supply the sample 101.

また、水蒸気は、水蒸気ポンプ116の動作により、水蒸気循環経路107を通じて前記加熱容器103へ循環する。このとき、水蒸気分離器109や水蒸気循環経路107が断熱されているため、水蒸気は大部分の熱を保有しているが、一部は放熱して低温化する。その低温化した分を蒸気加熱体117で加熱して800℃の水蒸気とし、加熱容器103に流通させる。   Further, the water vapor is circulated to the heating container 103 through the water vapor circulation path 107 by the operation of the water vapor pump 116. At this time, since the water vapor separator 109 and the water vapor circulation path 107 are insulated, the water vapor retains most of the heat, but a part of the water vapor is dissipated to lower the temperature. The temperature-lowered portion is heated by the steam heating body 117 to form 800 ° C. water vapor, which is circulated through the heating container 103.

また、例えば、予定していたより加熱容器103の圧力が上昇した場合等のように何らかの異常が発生した場合には、常時閉していた開閉弁114を開放し、分岐管115より水蒸気を外部へ放出し、圧力調整を行う。   In addition, for example, when some abnormality occurs, such as when the pressure of the heating container 103 rises more than expected, the normally closed on-off valve 114 is opened, and water vapor is sent to the outside through the branch pipe 115. Release and adjust pressure.

そして、800℃に加熱された水蒸気はサンプル101内を流通するが、これによりサンプル101の乾燥中であれば乾燥を促進し、乾燥が終了していた場合であれば、熱分解や水性ガス化反応のガス化剤として一部が機能し、反応しきれない水蒸気は、反応により生成した水素ガスや熱分解中の揮発成分と共に水蒸気分離器109へ流入する。そして、同様に高濃度の水蒸気が、前記水蒸気循環経路107を流通して再度、ガス化剤として利用される。このとき、加熱体104は800℃を保つように温度コントロールされている。   Then, the water vapor heated to 800 ° C. circulates in the sample 101. Thus, if the sample 101 is being dried, the drying is accelerated, and if the drying is finished, thermal decomposition or water gasification is performed. A part of the water vapor that functions as a gasifying agent for the reaction and cannot be reacted flows into the water vapor separator 109 together with the hydrogen gas generated by the reaction and the volatile component during the thermal decomposition. Similarly, high-concentration water vapor flows through the water vapor circulation path 107 and is used again as a gasifying agent. At this time, the temperature of the heating body 104 is controlled so as to maintain 800 ° C.

上記加熱装置の加熱方法は、その動作についてまとめると、図2に示すようになる。   The heating method of the heating apparatus is summarized as shown in FIG.

すなわち、同図において、STEP1で加熱容器103を800℃まで加熱し、STEP2に進む。   That is, in the figure, the heating container 103 is heated to 800 ° C. in STEP 1 and the process proceeds to STEP 2.

そして、STEP2でサンプル101を加熱容器103に投入し、サンプル101の水分蒸発と熱分解による揮発を行い、水蒸気と熱分解ガスである混合ガスを発生させ、STEP3に移行する。   Then, in STEP 2, the sample 101 is put into the heating container 103, the sample 101 is evaporated by moisture evaporation and pyrolysis, a mixed gas which is water vapor and pyrolysis gas is generated, and the process proceeds to STEP 3.

STEP3では、これらのガスから水蒸気を分離し、STEP4へ進む。   In STEP3, water vapor is separated from these gases, and the process proceeds to STEP4.

STEP4では、前記水蒸気を、分離後の混合ガスの流量を測定して所定値以下、つまり、水性ガス化反応が終了したか否かの目安を判断し、所定値以下ならば終了したと判断してSTEP2に戻り、所定値を越えている場合はSTEP5に進む。   In STEP 4, the flow rate of the mixed gas after separation of the water vapor is measured below a predetermined value, that is, an indication of whether or not the water gasification reaction has been completed. Then, return to STEP2, and if it exceeds the predetermined value, proceed to STEP5.

STEP5では、前記水蒸気を加熱容器103に戻してサンプル101との水性ガス化反応のガス化剤、あるいはタール等の炭化水素の改質に利用し、STEP6へ進む。   In STEP5, the water vapor is returned to the heating vessel 103 and used for gasification of the water gasification reaction with the sample 101 or reforming of hydrocarbons such as tar, and the process proceeds to STEP6.

STEP6では、前述のSTEP5で生成された水素や炭化水素、二酸化炭素、一酸化炭素等の混合ガスと未反応の余剰水蒸気を加熱容器103から排気し、SETP3へ戻るといったステップで、連続的にサンプル101を自らの水分を利用してガス化する。   In STEP 6, the sample gas is continuously sampled by exhausting the mixed gas such as hydrogen, hydrocarbon, carbon dioxide, carbon monoxide and the like and the unreacted surplus water vapor generated in STEP 5 from the heating vessel 103 and returning to SETP3. 101 is gasified using its own moisture.

そして、生成した水素や炭化水素、一酸化炭素等の可燃ガスは、ガス発電機の燃料やボイラ燃料として系外で利用する。   And the produced combustible gas, such as hydrogen, hydrocarbon, and carbon monoxide, is used outside the system as fuel for a gas generator and boiler fuel.

以上のように、本実施の形態による加熱装置は、原料が含有している水分を水性ガス化反応のガス化剤として利用することができるため、外部から別途水蒸気を供給する必要がなくなり、熱源及びガス化剤を有効利用できる。また、原料の含水率が低く、水性ガス化反応に必要なだけの水分を保有していない場合は、原料に水分を足して行うことで、別途水蒸気供給配管を設置する必要がなくなると共に、少ないながらも原料水分を利用するので、その分だけ水分調整として加える水の量を低減でき、熱源及びガス化剤を有効利用できる。   As described above, since the heating device according to the present embodiment can use the water contained in the raw material as a gasifying agent for the water gasification reaction, there is no need to separately supply water vapor from the outside, and the heat source In addition, the gasifying agent can be used effectively. In addition, when the raw material has a low moisture content and does not have sufficient water for the water gasification reaction, adding water to the raw material eliminates the need for a separate water vapor supply pipe and reduces the amount of water. However, since the raw material moisture is used, the amount of water added as moisture adjustment can be reduced by that amount, and the heat source and the gasifying agent can be used effectively.

本発明は、原料保有の水分を自らの熱源や反応剤として利用することから、高効率な加熱が可能であり、好ましくは、生ゴミを含むバイオマス、プラスチック、石炭などの有機物固体、汚泥、石油、廃油などの有機液体等を熱分解や改質、水性ガス化反応により可燃性の燃料ガスを得るガス化用の加熱装置として利用できる。   Since the present invention uses the moisture contained in the raw material as its own heat source and reactant, it can be heated with high efficiency, preferably organic solids such as biomass containing garbage, plastic, coal, sludge, petroleum In addition, it can be used as a gasification heating device that obtains combustible fuel gas by pyrolysis, reforming, or water gasification reaction of organic liquids such as waste oil.

本発明の実施の形態1における加熱装置の構成図Configuration diagram of the heating device in Embodiment 1 of the present invention 同実施の形態における加熱装置の加熱方法のフローチャートFlow chart of heating method of heating device in same embodiment 従来例を示す加熱装置の構成図Configuration diagram of a heating device showing a conventional example

符号の説明Explanation of symbols

103 加熱容器
104 加熱体
106 混合ガス排気配管
107 水蒸気循環経路
109 水蒸気分離器
110 水蒸気分離材
111 ガス配管
115 分岐管
117 蒸気加熱体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 103 Heating container 104 Heating body 106 Mixed gas exhaust piping 107 Water vapor circulation path 109 Water vapor separator 110 Water vapor separator 111 Gas piping 115 Branch pipe 117 Steam heating body

Claims (5)

含水物または水分調整を行った原料を加熱することで水分を蒸発させる蒸発過程と、前記蒸発過程で蒸発した水蒸気を分離する水蒸気分離過程と、水蒸気を加熱する水蒸気加熱過程とからなり、前記蒸発過程の熱源を、前記水蒸気加熱過程で生成された水蒸気とした加熱方法。   The evaporation process includes: an evaporation process for evaporating moisture by heating a hydrated material or a moisture-adjusted raw material; a steam separation process for separating water vapor evaporated in the evaporation process; and a steam heating process for heating water vapor. A heating method in which the heat source of the process is steam generated in the steam heating process. 含水物または水分調整を行った原料を投入する加熱容器と、前記加熱容器から排出されるガスから高濃度の水蒸気を分離する水蒸気分離手段と、前記水蒸気分離手段で分離した水蒸気を前記加熱容器へ導入する水蒸気循環経路を備えた加熱装置。   A heating container for introducing a hydrated material or a water-adjusted raw material, a water vapor separation means for separating high-concentration water vapor from a gas discharged from the heating container, and water vapor separated by the water vapor separation means to the heating container A heating device having a water vapor circulation path to be introduced. 前記水蒸気循環経路に水蒸気加熱手段を設け、前記加熱容器の熱源に、前記水蒸気加熱手段で加熱された水蒸気を利用する請求項2に記載の加熱装置。   The heating apparatus according to claim 2, wherein a steam heating means is provided in the steam circulation path, and steam heated by the steam heating means is used as a heat source of the heating container. 前記加熱容器から水蒸気分離手段を経た水蒸気循環経路を断熱した請求項2または請求項3に記載の加熱装置。   The heating apparatus according to claim 2 or 3, wherein a water vapor circulation path from the heating container through a water vapor separation means is insulated. 水蒸気分離手段を、多孔質材より構成した請求項2から4のいずれか一項に記載の加熱装置。   The heating apparatus according to any one of claims 2 to 4, wherein the water vapor separation means is made of a porous material.
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