JP2007252975A

JP2007252975A - 畜糞堆肥化・無臭化・ガス化・発電システム

Info

Publication number: JP2007252975A
Application number: JP2006076922A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Kubota; 伸彦久保田; Hideto Ikeda; 英人池田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP4710675B2

Abstract

【課題】畜糞をコンポスト化するに際して発生するアンモニアを脱臭でき、しかも得られたコンポストで発電できる畜糞堆肥化・無臭化・ガス化・発電システムを提供する。
【解決手段】投入された畜糞１１を好気性処理して発酵畜糞１３とするコンポスト槽１０と、コンポスト槽１０からの臭気を含む空気で、投入された燃料と流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無害化させる流動層燃焼炉２１と、該流動層燃焼炉２１からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロン２３と、該サイクロン２３で分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記発酵畜糞とをガス化する流動層ガス化炉２２とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、畜糞をコンポスト化する際に発生する臭気を処理しつつガス化しガスエンジンにて発電を行う畜糞堆肥化・無臭化・ガス化・発電システムに関するものである。

畜糞等の処理は、野積みが禁止されて以来、焼却処理していたが、焼却処理では、運転のための電気などの運転コストがかかるため、コンポスト化し肥料としたり、これを燃料として発電することが行われている（特許文献１〜３）。

畜糞等のコンポスト化には、好気性微生物が活動しやすい環境にして好気性処理を施して堆肥とすることが行われているが、畜糞をコンポスト化する際に、アンモニアなどの臭気が大量に発生するため、これを処理する必要がある。

従来、特許文献４〜６に示されるように発生したアンモニアガスを燃料と共に燃焼させて熱分解などにて脱臭している。

特開２００４−７６９６８号公報特開２００３−２５３２７４号公報特開２００２−１７４４１２号公報特開２００３−１４８１８６号公報特開２００２−１７４４１２号公報特開２００３−１７０１４７号公報特開２００５−４１９５９号公報

しかしながら、畜糞の処理と共に発生するアンモニアガスを処理するための装置が別途必要となる問題がある。

また、コンポスト化で得られた肥料を燃料として発電するに際しても外部からの動力を必要とし、特許文献７に示されるように、自己完結で運転できる発電システムは開発されていない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、畜糞をコンポスト化するに際して発生するアンモニアを脱臭でき、しかも得られたコンポストで発電できる畜糞堆肥化・無臭化・ガス化・発電システムを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、投入された畜糞を好気性処理して発酵畜糞とするコンポスト槽と、コンポスト槽からの臭気を含む空気で、投入された燃料と流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無臭化・無害化させる流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロンと、該サイクロンで分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記発酵畜糞又は畜糞とをガス化する流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムである。

請求項２の発明は、コンポスト槽からの臭気を含む空気を、上記流動層燃焼炉の上部に吹き込んで流動層燃焼炉で発生したＮＯｘを脱硝させる請求項１記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムである。

請求項３の発明は、投入された水分の多い有機物或いは水分が多く臭気を発する有機物を、間接加熱して乾燥物とする乾燥機と、該乾燥機からの臭気を含む空気で、投入された上記乾燥物と流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無害化させる流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロンと、該サイクロンで分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記乾燥物及び／又は水分の多い有機物或いは水分が多く臭気を発する有機物とをガス化する流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムである。

請求項４の発明は、乾燥機からの臭気成分を含む空気を上記流動層燃焼炉の上部に吹き込んで流動層燃焼炉で発生したＮＯｘを脱硝させる請求項３記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムである。

請求項５の発明は、投入された臭気を発するバイオマスを好気性発酵させて発酵物とする発酵装置と、該発酵装置からの臭気を含む空気で、投入された上記臭気を発するバイオマスと流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無害化させる流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロンと、該サイクロンで分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記臭気を発するバイオマスとを、ガス化する流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムである。

請求項６の発明は、発酵装置からの臭気成分を含む空気を、上記流動層燃焼炉の上部に吹き込んで流動層燃焼炉で発生したＮＯｘを脱硝させる請求項５記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムである。

請求項７の発明は、請求項１〜６いずれかに記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムにおいて、流動層ガス化炉で生成したガス化ガスでガスエンジンを駆動し、そのガスエンジンで発電機を駆動することを特徴とする自己完結型畜糞堆肥化・無臭化・ガス化・発電システムである。

本発明によれば、畜糞等の水分を含んだり臭気のある有機物を堆肥化したり、これを燃料としてガス化して電気エネルギーとすることができると共に発生する臭気を無害化できるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１において、１０は生畜糞１１を堆肥化するコンポスト槽で、コンポスト槽１０に、コンポスト槽１０内の生畜糞１１を好気性処理するための空気吹込手段１２が接続される。コンポスト槽１０内は、詳細は図示していないが攪拌機が設けられ、生畜糞１１が、空気吹込手段１２からの空気と接触して好気性微生物が活動する環境に維持される。

コンポスト槽１０で好気性処理された生畜糞１１は、発酵畜糞１３として排出され、一部は肥料１４として出荷され、残りは燃料として後述するガス化装置２０の流動層ガス化炉２２に供給される。またコンポスト槽１０から排気される空気には臭気１５を含んでおり、この臭気１５を含んだ空気がガス化装置２０の流動層燃焼炉２１に供給される。

ガス化装置２０は、特許文献７に開示したように流動層燃焼炉２１と流動層ガス化炉２２とサイクロン２３とからなる。流動層燃焼炉２１の底部にブロア２４が接続され、臭気１５を含んだ空気がライン１６から、また一部外気が空気ライン１７からブロア２４を介して流動層燃焼炉２１に吹き込まれる。

流動層燃焼炉２１は、流動層ガス化炉２２からライン２５を介して供給される砂およびチャーなどからなる流動媒体と、必要に応じて投入ライン２６から供給される発酵畜糞とをブロア２４からの空気で高速流動化して炉内を上昇させ、その間に、チャー（或いは発酵畜糞）を部分酸化させる。

この部分酸化により流動媒体が高温に加熱され、またブロア２４から吹き込まれた空気中の臭気成分であるアンモニアは、下式反応で燃焼脱臭される。

４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ → ４ＮＯｘ＋６Ｈ₂ Ｏ
また発生したＮＯｘは、アンモニアで下式の脱硝反応で窒素に還元される。

６ＮＯｘ＋８ＮＨ₃ → ７Ｎ₂ ＋１２Ｈ₂ Ｏ
これらの反応により臭気成分は無害化される。

流動層燃焼炉２１を上昇した未燃燃料と流動媒体はライン２７よりサイクロン２３に導入され、そこで固−気分離され、排ガスが排気ライン２８より排気され、流動媒体と未燃燃料は、ライン２９より、流動層ガス化炉２２に供給される。

サイクロン２３には、サイクロン２３で分離された排ガスと主に熱交換する熱交換器３１が設けられ、その熱交換器３１に給水源３２が接続され、熱交換器３１で発生した蒸気３３が後述するブロア３０に供給される。

流動層ガス化炉２２では、ライン１８より発酵畜糞１３が投入され、ブロア３０からの蒸気で、流動媒体、未燃燃料、発酵畜糞１３が流動化され、流動媒体の持つ顕熱と水蒸気で、未燃燃料と発酵畜糞のガス化反応が行われて、Ｈ₂ ，ＣＯのガス化ガスが生成される。

生成したガス化ガスは、ライン３４からガス精製塔３５に供給され、そのガス精製塔３５で精製された後、ガスエンジン３６に供給されて、燃焼排ガスが排気ライン３７から排気される。同時にガスエンジン３６により発電機３８が駆動されて、発電が行われる。

発電機３８で得られた電気エネルギーは、コンポスト槽１０の攪拌機（図示せず）、ガス化装置２０のブロア２４，３０の駆動に利用され、余剰分は売電４０に回す。また装置の起動時には、市販電源４１でブロア２４，３０等を駆動する。

この図１の実施の形態においては、コンポスト槽１０内でコンポスト化により発生する臭気１５は、アンモニアなどの有機性のガスであり、一部は可燃性があり燃料として使用でき、またアンモニアなどの臭気１５は、ガス化装置２０の流動層燃焼炉２１で酸化反応と還元反応にて無害化でき、また得られた発酵畜糞１３を燃料とし、これをＣＯ、Ｈ₂ 、ＣＨ₄ などの炭化水素からなるガス化ガスに変換し、ガスエンジン３６と発電機３８にて電気エネルギーとすることができる。

図２は、本発明の他の実施の形態を示したもので、水分の多い有機物を処理する例を示したものであり、基本的には図１と同じであるが、水分の多い有機物１１Ａを乾燥機１０Ａに投入し、乾燥機１０Ａで乾燥させるようにしたものである。

図において、乾燥機１０Ａには、伝熱管やジャケット等からなる加熱器４５が設けられ、その加熱器４５に、排ガス供給ライン４６と排気ライン４７が接続される。排ガス供給ライン４６にブロア４８が接続され、ガス化装置２０のサイクロン２３とガスエンジン３６の排気ライン２８，３７からの排ガスが、ブロア４８、排ガス供給ライン４６を介して加熱器４５に供給される。

乾燥機１０Ａに投入された水分の多い有機物１１Ａは、図示しない攪拌機で攪拌されつつ加熱器４５で加熱されると共に空気供給手段１２からの空気により好気性処理と乾燥がなされて乾燥物１３Ａとされ、投入ライン２６よりガス化装置２０の流動層燃焼炉２１に投入されて燃焼される。

乾燥機１０Ａからの臭気成分、水蒸気を含む空気はライン１６から、空気ライン１７の空気と共にブロア２４にて循環式の流動層燃焼炉２１に吹き込まれ、投入ライン２６からの乾燥物１３Ａとライン２５からの流動媒体とを流動化しながら乾燥物１３Ａを部分燃焼させる。またこの際、図１で説明したようにアンモニア等の臭気成分が無害化される。

バブリング式の流動層ガス化炉２２には、投入ライン２６より水分の多い有機物１１Ａまたは乾燥物１３Ａ或いはこれらの混合物を投入してガス化反応を行う。

本実施の形態では水分の多い有機物１１Ａを乾燥しつつ、これを燃料として発電に供することができる。

図３は、本発明のさらに他の実施の形態を示したもので、基本的には図２の実施の形態と同じであるが、水分が多く臭気を発する有機物１１Ｂを処理する例を示したものである。

この図３の実施形態でも水分が多く臭気を発する有機物１１Ｂを乾燥機１０Ｂに投入し、加熱器４５による間接加熱で加熱され、空気供給手段１２からの空気で好気性処理がなされ、水分が水蒸気として、また臭気成分が空気と共にライン１６、ブロア２４にてガス化装置２０の流動層燃焼炉２１に吹き込まれる。

またブロア２４の吐出側のライン１６より分岐して二段吹き込みライン５０が接続され、その二段吹き込みライン５０にて流動層燃焼炉２１の上部にアンモニア等の臭気成分が空気と共に吹き込まれるようになっている。

このように臭気成分を含む空気を流動層燃焼炉２１の底部と上部で吹き込むことで、流動層燃焼炉２１の下部では、
４ＮＨ₃ ＋７Ｏ₂ → ４ＮＯｘ＋６Ｈ₂ Ｏ
の燃焼脱臭が支配的に生じ、上部では、
６ＮＯｘ＋８ＮＨ₃ → ７Ｎ₂ ＋１２Ｈ₂ Ｏ
の脱硝反応が支配的となる。

この場合、二段吹き込みライン５０から吹き込むアンモニア等の臭気成分を含む空気は、発生するＮＯｘに応じてその吹き込み量を調整できるので、臭気成分のより完全な無害化が行える。

また乾燥機１０Ｂで生成した乾燥物１３Ｂは、投入ライン２６より流動層燃焼炉２１に投入し、流動層ガス化炉２２には、水分が多く臭気を発する有機物１１Ｂまたは乾燥物１３Ｂ、或いはこれらの混合物を投入ライン１８より投入する。

この図３の実施の形態では、臭気を発生する有機物１１Ｂを処理するに当たって、流動層燃焼炉２１で、二段燃焼させると共にアンモニア等の窒素系の臭気成分成分を二段で吹き込んで燃焼脱臭と脱硝とを行うことで、より臭気成分の無害化が達成できる。

図４は、本発明のさらに他の実施の形態を示したもので、臭気を発するバイオマス１１Ｃを処理する例を示したものである。

本実施の形態においては、臭気を発するバイオマス１１Ｃを処理する例を示し、臭気を発するバイオマス１１Ｃを発酵装置１０Ｃ内に投入し、その発酵装置１０Ｃ内に空気供給手段１２から空気を吹き込んで好気性発酵を行って発酵物１３Ｃとし、また発酵装置１０Ｃに吹き込んだ空気は、図３の実施の形態で説明したようにブロア２４からライン１６を介して流動層燃焼炉２１の底部から吹き込み、残りをライン５０を介して流動層燃焼炉２１の上部に吹き込んで二段燃焼乃至二段吹き込みを行って臭気成分を燃焼脱臭と脱硝により無害化する。

また臭気を発するバイオマス１１Ｃは、投入ライン２６から流動層燃焼炉２１と投入ライン１８から流動層ガス化炉２２に投入して直接燃料として使用する。

本発明の一実施の形態を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態を示す図である。本発明のさらに他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１０コンポスト槽
１１生畜糞
１３発酵畜糞
２１流動層燃焼炉
２２流動層ガス化炉
２３サイクロン

Claims

投入された畜糞を好気性処理して発酵畜糞とするコンポスト槽と、コンポスト槽からの臭気を含む空気で、投入された燃料と流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無臭化・無害化させる流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロンと、該サイクロンで分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記発酵畜糞又は畜糞とをガス化する流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システム。
コンポスト槽からの臭気を含む空気を、上記流動層燃焼炉の上部に吹き込んで流動層燃焼炉で発生したＮＯｘを脱硝させる請求項１記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システム。
投入された水分の多い有機物或いは水分が多く臭気を発する有機物を、間接加熱して乾燥物とする乾燥機と、該乾燥機からの臭気を含む空気で、投入された上記乾燥物と流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無害化させる流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロンと、該サイクロンで分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記乾燥物及び／又は水分の多い有機物或いは水分が多く臭気を発する有機物とをガス化する流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システム。
乾燥機からの臭気成分を含む空気を上記流動層燃焼炉の上部に吹き込んで流動層燃焼炉で発生したＮＯｘを脱硝させる請求項３記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システム。
投入された臭気を発するバイオマスを好気性発酵させて発酵物とする発酵装置と、該発酵装置からの臭気を含む空気で、投入された上記臭気を発するバイオマスと流動媒体を高速流動化して燃焼させると共に臭気成分を無害化させる流動層燃焼炉と、該流動層燃焼炉からの流動媒体と未燃燃料とを排ガスから分離するサイクロンと、該サイクロンで分離した固形分が導入され、流動媒体の持つ熱と水蒸気の存在下で、未燃燃料と投入される上記臭気を発するバイオマスとを、ガス化する流動層ガス化炉とを備えたことを特徴とする畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システム。
発酵装置からの臭気成分を含む空気を、上記流動層燃焼炉の上部に吹き込んで流動層燃焼炉で発生したＮＯｘを脱硝させる請求項５記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システム。
請求項１〜６いずれかに記載の畜糞堆肥化・無臭化・ガス化システムにおいて、流動層ガス化炉で生成したガス化ガスでガスエンジンを駆動し、そのガスエンジンで発電機を駆動することを特徴とする自己完結型畜糞堆肥化・無臭化・ガス化・発電システム。