JP2018146187A - 過熱蒸気生成装置、及び、それを用いる熱分解システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 効率的に過熱蒸気を生成可能な過熱蒸気生成装置を提供する。【解決手段】 過熱蒸気生成部は、過熱蒸気生成パイプ１２を備える。過熱蒸気生成パイプ１２は、通電によって熱を発生可能な材料から形成される筒部１２０、及び、突部１２１，１２２，１２３，１２４を有する。筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は、蒸気を流通可能な流路１２９を形成し、通電によって発生する熱を流路１２９の水蒸気に伝達し過熱蒸気とする。筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は、流路１２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路１２９の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くなるよう形成されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、過熱蒸気を生成可能な過熱蒸気生成装置、及び、当該過熱蒸気生成装置を用いて炭化水素化合物を含む炭化水素含有物を熱分解可能な熱分解システムに関する。
従来、バイオマスの熱分解によって発生する炭化水素化合物からなる可燃性有価物を回収するバイオマス熱分解システムが知られている。例えば、特許文献１には、石炭、シェールガス、石油、重油などの化石燃料や高炉で発生する高炉ガスなど性状が安定した性状安定燃料の燃焼熱を熱源として、木質バイオマスを熱分解可能なバイオマス熱分解システムが記載されている。
特開２０１４−２０５７３０号公報
しかしながら、特許文献１に記載のバイオマス熱分解システムでは、当該燃焼熱を間接的に木質バイオマスに伝えることによって熱分解するため、木質バイオマスを確実に熱分解するためには比較的多くの熱が必要となる。また、性状安定燃料の燃焼熱を直接木質バイオマスに伝える場合、燃焼熱を有する燃焼排ガスには酸素が含まれるため、木質バイオマスの熱分解が不完全となるおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、効率的に過熱蒸気を生成可能な過熱蒸気生成装置を提供することである。
本発明は、過熱蒸気生成装置であって、過熱蒸気生成パイプ（１２，１３，５２，６２）を備える。過熱蒸気生成パイプは、通電によって熱を発生可能な材料から形成され、水蒸気を流通可能な流路（１２９，５２９，６２９）を有し、当該熱を流路の水蒸気に伝達し過熱蒸気とする。本発明の過熱蒸気生成装置は、過熱蒸気生成パイプの流路を形成する壁面の断面形状の長さが流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長いことを特徴とする。
本発明の過熱蒸気生成装置は、飽和水蒸気をさらに加熱して１００度以上の温度とした高温の水蒸気である過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成パイプを備えている。過熱蒸気生成パイプは、流路を形成する壁面の断面形状の長さが流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くなるよう形成されている。これにより、流路の断面形状が真円の場合に比べ、過熱蒸気生成パイプの壁面と流路を流れる水蒸気との接触面積が大きくなるため、効率的に水蒸気を過熱蒸気とすることができる。
また、本発明は、熱分解システムであって、過熱蒸気供給部（１０）、及び、熱分解部（２０）を備える。
過熱蒸気供給部は、水蒸気を生成可能な蒸気生成部（１１）、及び、蒸気生成部が生成する水蒸気を過熱蒸気とする過熱蒸気生成装置（１２，１３，１８，５２，６２）を有し、過熱蒸気を供給可能である。
熱分解部は、過熱蒸気供給部が供給する過熱蒸気によって炭化水素化合物を含む炭化水素含有物を加熱し当該炭化水素含有物を熱分解可能である。
本発明の熱分解システムでは、炭化水素含有物を熱分解可能な熱分解部に過熱蒸気が供給される。過熱蒸気は、熱容量が比較的大きく、かつ、伝熱特性に優れている。また、過熱蒸気を生成するとき、蒸気に含まれる溶存酸素が体積の膨張によって希薄になるため、過熱蒸気が存在する環境はほぼ無酸素状態となる。これにより、熱分解部において過熱蒸気と炭化水素含有物とを直接接触させると、無酸素の環境下で炭化水素含有物に直接かつ効率的に熱を伝えることができるため、炭化水素含有物を効率的に熱分解することができる。
第一実施形態による過熱蒸気生成装置が適用される熱分解システムの模式図である。 第一実施形態による過熱蒸気生成装置が備える過熱蒸気生成パイプの断面図である。 第一実施形態による熱分解システムが備えるフィルタ部の断面図である。 第二実施形態による過熱蒸気生成装置が備える過熱蒸気生成パイプの断面図である。 第二実施形態による熱分解システムが備えるフィルタ部の断面図である。 第三実施形態による過熱蒸気生成装置が備える過熱蒸気生成パイプの断面図である。
以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第一実施形態）
第一実施形態による「過熱蒸気生成装置」としての過熱蒸気生成部１は、図１に示す「熱分解システム」としてのバイオマス燃料製造システム５に適用される。バイオマス燃料製造システム５は、バイオマスを熱処理することによって発生する流体を可燃性有価物ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＧ１，ＶＧ２であるバイオマス燃料として回収するとともに、固体の残渣を炭素有価物ＶＳ１として回収する。ここで、バイオマスとして、例えば、ヤトロファ（ナンヨウアブラギリ）、綿実、大豆、サフラワ、なたね、亜麻、蓖麻、はぜ、オリーブ、胡麻、椿、落花生、パームヤシ、アブラヤシ、ココヤシ、コーヒー及びひまわりなどの植物資源、魚、クラゲなどの動物資源、野菜屑、廃プラスチック、家庭ゴミなどの炭化水素化合物を含有する廃棄物が挙げられる。
バイオマス燃料製造システム５は、過熱蒸気供給部１０、熱分解部２０、「固体回収部」としての炭化物回収部２５、分離部３０、浄化部３５、及び、貯留部４０を備える。
過熱蒸気供給部１０は、「蒸気生成部」としてのボイラ１１、及び、過熱蒸気生成部１を有する。
ボイラ１１は、ＬＮＧを燃料とする燃焼ボイラであって、水蒸気を生成可能に設けられている。ボイラ１１が生成した水蒸気は、過熱蒸気生成パイプ１２，１３に送られる（図１の白抜き矢印Ｆ１１）。
過熱蒸気生成部１は、過熱蒸気生成パイプ１２，１３、及び、電力制御部１８を有する。
過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、ボイラ１１から送られる水蒸気を過熱蒸気にする。バイオマス燃料製造システム５では、異なる二つの温度領域においてバイオマスを熱処理するため、異なる二つの温度の過熱蒸気が生成可能なよう二つの過熱蒸気生成パイプ１２，１３が設けられている。
過熱蒸気生成パイプ１２，１３の詳細な構成について図２に基づいて説明する。図２（ａ）は、過熱蒸気生成パイプ１２の水蒸気が流れる方向（図２（ａ）の白抜き矢印Ｆ１１，Ｆ１２が示す方向）に沿った断面図であって、図２（ｂ）は、過熱蒸気生成パイプ１２の水蒸気が流れる方向に垂直な断面図である。ここでは、過熱蒸気生成パイプ１２の構成を説明するが、過熱蒸気生成パイプ１３も同じ構成となっている。
過熱蒸気生成パイプ１２は、筒部１２０、及び、四個の突部１２１，１２２，１２３，１２４を有する。筒部１２０と突部１２１，１２２，１２３，１２４とは、通電によって熱を発生可能な材料であるニッケル７０％−クロム２５％をベースとする金属、例えば、インコネル（登録商標）やハステロイ（登録商標）から一体に形成されている。
筒部１２０は、図２（ｂ）に示すように、水蒸気が流れる方向に垂直な断面形状が円環状となるよう形成されている。筒部１２０は、電力制御部１８と電気的に接続している。
突部１２１，１２２，１２３，１２４は、筒部１２０の内壁面１２５に設けられている。突部１２１，１２２，１２３，１２４は、内壁面１２５から筒部１２０の径内方向に突出するよう形成されている。第一実施形態では、突部１２１，１２２，１２３，１２４のそれぞれは、筒部１２０の中心軸Ｃ１２０から見て９０度で等間隔に設けられている。
筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は、ボイラ１１から送られる水蒸気が流れる流路１２９を形成する。筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４の流路１２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路１２９の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くなるよう形成されている。
電力制御部１８は、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に供給される電力を制御可能に設けられている。電力制御部１８が電力を供給すると、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は発熱する。筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に発生する熱は、流路１２９を流れる水蒸気に伝わり、過熱蒸気が生成される。
電力制御部１８は、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に印加される電圧に対する筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４を流れる電流の比が比較的大きくなるよう制御する。具体的には、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に印加される電圧を外部から供給される電力の電圧の４分の１から１０分の１程度にする一方、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４を流れる電流を４倍から１０倍にするといった具合である。例えば、外部から供給される電力の定格電圧が２２０Ｖの場合、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に印加される電圧を４０Ｖ程度にする一方、電力を変更することなく筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４を流れる電流を大きくする。
熱分解部２０は、第一熱処理炉２１、第二熱処理炉２２、及び、バイオマス投入口２３を有する。熱分解部２０は、バイオマスを加熱することによって熱分解することが可能である。
第一熱処理炉２１は、過熱蒸気生成パイプ１２及びバイオマス投入口２３に接続している。第一熱処理炉２１は、内部に一軸スクリューを有しており、バイオマス投入口２３から投入されるバイオマスＢｍ０を攪拌しつつ図１の白抜き矢印Ｆ２１が示す方向に移送することが可能な連続式の熱処理炉である。第一熱処理炉２１では、過熱蒸気生成パイプ１２から図１の白抜き矢印Ｆ１２が示すように送られる過熱蒸気によって、例えば、２５０〜３５０度の範囲でバイオマスを乾燥しつつ熱分解する。第一熱処理炉２１における熱分解によって発生する熱分解ガスは、分離部３０に送られる。第一熱処理炉２１における熱分解によって発生する固体は、第二熱処理炉２２に送られる。
第二熱処理炉２２は、第一熱処理炉２１から排出される固体を受け入れ可能な位置に設けられている。第二熱処理炉２２は、内部に一軸スクリューを有しており、第一熱処理炉２１から送られる固体を攪拌しつつ図１の白抜き矢印Ｆ２２が示す方向に移送することが可能な連続式の熱処理炉である。第二熱処理炉２２では、過熱蒸気生成パイプ１３から図１の白抜き矢印Ｆ１３が示すように送られる過熱蒸気によって、例えば、４００〜７００度の範囲で第一熱処理炉２１から送られる固体を熱分解する。第二熱処理炉２２における熱分解によって発生する熱分解ガスは、分離部３０に送られる。第二熱処理炉２２における熱分解によって発生する固体は、炭化物回収部２５に送られる。
バイオマス投入口２３は、第一熱処理炉２１の重力上方に設けられている。バイオマス投入口２３は、熱処理中の第一熱処理炉２１の気密性を確保可能なスライド開閉式の図示しない開閉扉を二個有する。
炭化物回収部２５は、冷却部２６、及び、炭化物貯留部２７を有する。
冷却部２６は、第二熱処理炉２２から排出される固体を受け入れ可能な位置に設けられている。冷却部２６は、例えば、水冷式の冷却装置であって、第二熱処理炉２２から送られる固体を冷却する。冷却部２６において冷却された固体は、炭化物貯留部２７に送られる。
炭化物貯留部２７は、冷却部２６から図１の白抜き矢印Ｆ２６に沿って送られる冷却された固体を貯留する。炭化物貯留部２７に貯留される固体は、主成分が炭素の炭化物であって、炭素有価物ＶＳ１としての利用が可能である。
分離部３０は、分留塔３１、冷却器３２１，３２２，３２３、セパレータ３３２，３３３を有する。
分留塔３１は、中空筒状に形成されており、内部には複数のメッシュが設けられている。第一熱処理炉２１及び第二熱処理炉２２から送られる熱分解ガスは、分留塔３１の重力方向地側から分留塔３１の内部に導入される。分留塔３１では、メッシュの設置個数や設置位置によって、分留塔３１の内部を重力方向の地側から天側に向けて流れる熱分解ガスの分留タイミングや冷却の度合いを設定可能である。分留塔３１において分留された気体は、冷却器３２１，３２２，３２３に送られる。
冷却器３２１，３２２，３２３は、例えば、コンデンサであって、分留塔３１において分留された気体を冷却する。
冷却器３２１は、分留塔３１の重力方向において分留塔３１の地側の端部の近傍に設けられる。冷却器３２１では、分留塔３１の地側の端部において最初に熱分解ガスから分離された比較的沸点が高い高沸点流体を冷却する。
冷却器３２２は、分留塔３１の重力方向において冷却器３２１の天方向に設けられる。冷却器３２２では、高沸点流体が分離された熱分解ガスから分離された沸点が中程度の中沸点流体を冷却する。
冷却器３２３は、分留塔３１の重力方向において分留塔３１の天側の端部の近傍に設けられる。冷却器３２３では、高沸点流体及び中沸点流体が分離された熱分解ガスである比較的沸点が低い低沸点流体を冷却する。
冷却器３２２，３２３のそれぞれでは、分留塔３１で分離された中沸点流体または低沸点流体を冷却することによって、気体成分として可燃性ガス、及び、液体成分として油と水との混合物が発生する。冷却器３２２，３２３で発生した可燃性ガスは、浄化部３５に送られる（図１の白抜き矢印Ｆ３２２，Ｆ３２３）。冷却器３２２，３２３で発生した油と水との混合物は、セパレータ３３２，３３３に送られる（図１の白抜き矢印Ｆ３３２，Ｆ３３３）。
浄化部３５は、二つのフィルタ部３５２，３５３を有している。二つのフィルタ部３５２，３５３のそれぞれは、冷却器３２２，３２３に接続するよう設けられている。フィルタ部３５２，３５３は、それぞれフィルタケーシング、及び、フィルタを有する。
図３にフィルタ部３５２の詳細な構成を示す。フィルタ部３５２は、フィルタケーシング３６、及び、フィルタ３７を有する。ここでは、フィルタ部３５２の構成を説明するが、フィルタ部３５３も同じ構成となっている。
フィルタケーシング３６は、フィルタ３７を収容可能なよう略筒状に形成されている。
フィルタ３７は、図３の白抜き矢印Ｆ３２２が示す方向に沿って流れる可燃性ガスの流れを妨げるようフィルタケーシング３６内に設けられている。フィルタ３７は、フィルタ３７の外郭となるメッシュ３７１の内部に粒状の活性炭３７２を収容する。
活性炭３７２は、ヤトロファ種子滓から形成されており、細孔直径が０．５〜１．０ｎｍの範囲にあり、微分細孔径分布において０．６ｎｍにピークを有する。活性炭３７２は、相対水蒸気圧０．０５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量と相対水蒸気圧０．４５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量との差が１３０ｍｇ以上であり、相対水蒸気圧０．２５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量と相対水蒸気圧０．４５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量との差が１０１．４ｍｇ以上となる特性を有する。また、活性炭３７２は、相対水蒸気圧０．０５〜０．４５における水蒸気吸着等温線が、下方へ湾曲したカーブを描く特性を有する。
活性炭３７２は、冷却器３２２で発生した可燃性ガスに含まれる環境汚染ガス、例えば、硫黄化合物ガスや窒素酸化物ガスを吸着し、除去する。フィルタ部３５３が有する活性炭は、冷却器３２３で発生した可燃性ガスに含まれる環境汚染ガスを吸着し、除去する。
セパレータ３３２，３３３は、冷却器３２２，３２３のそれぞれにおいて発生した油と水との混合物を油と水とに分離する。セパレータ３３２，３３３は、油と水との混合物が貯留される油水タンクが一体化された構成となっている。セパレータ３３２，３３３内では、比重差によって油と水との混合物を上層の油分層と下層の水層とに分けることによって、油と水とを分離する。
貯留部４０は、三つの油分貯留タンク４１１，４１２，４１３、及び、二つのガス貯留タンク４２２，４２３を有する。
油分貯留タンク４１１は、冷却器３２１に接続している。油分貯留タンク４１１は、冷却器３２１から図１の白抜き矢印Ｆ３２１に沿って送られる沸点が比較的高い可燃性液体を可燃性有価物ＶＬ１として貯留する。油分貯留タンク４１１に貯留される可燃性有価物ＶＬ１は、系外において利用することが可能である。
油分貯留タンク４１２は、セパレータ３３２に接続している。油分貯留タンク４１２は、セパレータ３３２から図１の白抜き矢印Ｆ３３２に沿って送られる沸点が中程度の可燃性液体を可燃性有価物ＶＬ２として貯留する。油分貯留タンク４１２に貯留される可燃性有価物ＶＬ２は、系外において利用することが可能である。
油分貯留タンク４１３は、セパレータ３３３に接続している。油分貯留タンク４１３は、セパレータ３３３から図１の白抜き矢印Ｆ３３３に沿って送られる沸点が比較的低い可燃性液体を可燃性有価物ＶＬ３として貯留する。油分貯留タンク４１３に貯留される可燃性有価物ＶＬ３は、系外において利用することが可能である。
ガス貯留タンク４２２は、フィルタ部３５２に接続している。ガス貯留タンク４２２は、フィルタ部３５２から図１の白抜き矢印Ｆ３５２に沿って送られる可燃性ガスを貯留する。ガス貯留タンク４２２に貯留される可燃性ガスは、可燃性有価物ＶＧ２として系外において利用することが可能である。
ガス貯留タンク４２３は、フィルタ部３５３に接続している。ガス貯留タンク４２３は、フィルタ部３５３から図１の白抜き矢印Ｆ３５３に沿って送られる可燃性ガスを貯留する。ガス貯留タンク４２３に貯留される可燃性ガスは、可燃性有価物ＶＧ３として系外において利用することが可能である。
次に、バイオマス燃料製造システム５におけるバイオマス燃料を製造する方法について説明する。
最初に、ベルトコンベアやバケットコンベアなど、または、ショベルカーや手作業によって、バイオマス投入口２３を介してバイオマスを第一熱処理炉２１へ投入する。
第一熱処理炉２１へ投入されたバイオマスは、過熱蒸気生成パイプ１２から送られる過熱蒸気によって一次加熱される。これにより、バイオマスに含まれている沸点が比較的低い油分などが気化するとともに、水分も蒸発することで乾燥が行われる。すなわち、第一熱処理炉２１での熱処理は、低沸点成分の気化とバイオマスの乾燥とを兼用している。
第一熱処理炉２１において一次加熱されたバイオマスは、第二熱処理炉２２へ搬送される。第二熱処理炉２２では、過熱蒸気生成パイプ１３から送られてきた過熱蒸気によって二次加熱される。これにより、第一熱処理炉２１において気化しなかった成分のほぼ全てを気化させることができるととともにバイオマスが炭化される。すなわち、第二熱処理炉２２での熱処理は、沸点が中程度以上の成分の気化とバイオマスの炭化とを兼用している。第二熱処理炉２２の温度をできるだけ高温にすると、炭化したバイオマスをある程度賦活することも可能である。
第二熱処理炉２２において炭化されたバイオマス由来の炭化物は、冷却部２６へ送られる。冷却部２６において所定時間冷却された後、炭化物貯留部２７に送られる。炭化物貯留部２７に貯留された炭化物は、吸着材、触媒、分子ふるいなどに再利用される。
第一熱処理炉２１及び第二熱処理炉２２において発生する熱分解ガスは、加熱用の過熱蒸気とともに分留塔３１に送られる。分留塔３１に送られた熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスは、複数のメッシュを透過しながら重力方向の地側から天側に向かって流れる間に徐々に冷却される。これにより、熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスは、沸点が異なる複数種の流体に分留される。分留された複数種の流体は、それぞれ異なる貯留タンクに貯留される。
例えば、第一熱処理炉２１及び第二熱処理炉２２から分留塔３１に３５０〜４００度程度の気体が導入されると、最初に、分留塔３１の地側の端部において沸点が比較的高い重油相当の油分が熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスから分離する。分離した油分は、油分貯留タンク４１１に貯留される。
分留塔３１の地側の端部を通過した熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスが分留塔３１内を上昇し約３００度程度に冷却されると、分留塔３１の略中央部において沸点が中程度の気体が分離する。沸点が中程度の気体は、冷却器３２２及びセパレータ３３２によって可燃性ガスと軽油相当の油分と水とに分離される。分離した可燃性ガスは、ガス貯留タンク４２２に貯留され、分離した油分は油分貯留タンク４１２に貯留される。
分留塔３１の略中央部を通過した熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスは、冷却器３２３及びセパレータ３３３によって可燃性ガスとガソリン相当の油分と水とに分離される。分離した可燃性ガスは、ガス貯留タンク４２３に貯留され、分離した油分は油分貯留タンク４１３に貯留される。
第一実施形態による過熱蒸気生成部１は、過熱蒸気を生成可能な過熱蒸気生成パイプ１２，１３を備える。過熱蒸気生成パイプ１２，１３の流路を形成する壁面の断面形状の長さは、流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長い。これにより、流路を流れる水蒸気と筒部及び突部とが接触する面積が流路の断面形状が真円の場合に比べ大きくなるため、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、通電によって発生する熱を効率的に水蒸気に伝えることができる。したがって、第一実施形態は、所望の状態の過熱蒸気を比較的少ないエネルギで生成することができる。
また、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、筒部の内壁に複数の突部を有している。これにより、流路を流れる水蒸気と筒部及び突部とが接触する面積を流路の断面形状が真円の場合に比べさらに大きくすることができる。したがって、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、所望の状態の過熱蒸気をさらに少ないエネルギで生成することができる。
また、過熱蒸気生成パイプ１２，１３に電力を供給する電力制御部１８は、筒部及び突部に印加される電圧に対する筒部及び突部を流れる電流の比が大きくなるよう制御する。これにより、同じ電力に比べ、筒部及び突部における発熱量を大きくすることができる。したがって、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、所望の状態の過熱蒸気をさらに少ないエネルギで生成することができる。
第一実施形態によるバイオマス燃料製造システム５では、熱分解部２０に、バイオマスの熱分解の熱源として熱容量が比較的大きく伝熱特性に優れている過熱蒸気が供給される。過熱蒸気生成パイプ１２，１３において過熱蒸気を生成するとき、水蒸気に含まれる溶存酸素が体積の膨張によって希薄になるため、過熱蒸気が存在する環境はほぼ無酸素状態となる。これにより、熱分解部２０において過熱蒸気とバイオマスとを直接接触させると、無酸素の環境下でバイオマスに直接熱を伝えることできる。したがって、第一実施形態は、バイオマスを効率的に熱分解することができる。
また、バイオマス燃料製造システム５では、浄化部３５にヤトロファ種子滓を原料とする活性炭３７２が設けられている。ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭３７２は、上述したような特性を有しているため、セパレータ３３２，３３３で発生した可燃性ガスに含まれる環境汚染ガスを効率的に吸着し、除去することができる。これにより、バイオマスの熱分解における環境汚染ガスの系外への排出を防止することができる。
（第二実施形態）
第二実施形態による過熱蒸気生成装置を図４，５に基づき説明する。第二実施形態では、過熱蒸気生成パイプの形状が第一実施形態と異なる。
第二実施形態による過熱蒸気生成部は、熱分解部２０、炭化物回収部２５、分離部３０、浄化部５５、及び、貯留部４０を備えるバイオマス燃料製造システムに適用される。
第二実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ５２の断面図を図４に示す。
過熱蒸気生成パイプ５２は、筒部１２０、及び、四個の突部５２１，５２２，５２３，５２４を有する。筒部１２０と突部５２１，５２２，５２３，５２４とは、インコネル（登録商標）やハステロイ（登録商標）などの金属から一体に形成されている。
突部５２１，５２２，５２３，５２４は、筒部１２０の内壁面１２５から筒部１２０の径内方向に突出するよう形成されている。突部５２１，５２２，５２３，５２４は、筒部１２０の中心軸Ｃ１２０から見て９０度で等間隔に設けられている。
過熱蒸気生成パイプ５２では、突部５２１，５２２，５２３，５２４の径方向の高さが異なっている。具体的には、図４（ｂ）に示すように、突部５２１，５２２，５２３，５２４のそれぞれの内壁面１２５からの高さを比較すると、突部５２２，５２４のそれぞれの高さＨ５２２，Ｈ５２４は、突部５２１，５２３のそれぞれの高さＨ５２１，Ｈ５２３に比べ高い。
筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４は、ボイラ１１から送られる水蒸気が流れる流路５２９を形成する。筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４は、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４の流路５２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路５２９の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くなるよう形成されている。
電力制御部１８は、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４に供給される電力を制御可能に設けられている。電力制御部１８が筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４に電力を供給すると、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４が発熱し、当該発生する熱は、流路５２９を流れる水蒸気に伝わり、過熱蒸気が生成される。
浄化部５５は、二つのフィルタ部を有している。二つのフィルタ部のそれぞれは、冷却器３２２，３２３に接続するよう設けられている。二つのフィルタ部は、それぞれフィルタケーシング、及び、フィルタを有する。
図５に浄化部５５が有するフィルタ部の詳細な構成を示す。浄化部５５が有するフィルタ部は、フィルタケーシング３６、第一フィルタ５７、及び、第二フィルタ５８を有する。フィルタケーシング３６は、第一フィルタ５７及び第二フィルタ５８を収容している。
第一フィルタ５７は、柱状に形成され、図５の白抜き矢印Ｆ３２２に示す方向に沿って流れる流体の流れを妨げるようフィルタケーシング３６内の上流側、すなわち、冷却器３２２側または冷却器３２３側に設けられている。第一フィルタ５７は、第一フィルタ５７の外郭となるメッシュ５７１の内部に粒状の活性炭３７２を収容する。
第二フィルタ５８は、柱状に形成され、フィルタケーシング３６内を流れる流体の流れを妨げるようフィルタケーシング３６内の下流側、すなわち、ガス貯留タンク４２２側またはガス貯留タンク４２３側に設けられている。第二フィルタ５８は、第二フィルタ５８の外郭となるメッシュ５８１の内部に粒状のアパタイト５８２を収容する。
ここで、アパタイト５８２の製造方法及び特性について説明する。
アパタイト５８２は、ヒドロキシアパタイトであって、水酸基を有する。アパタイト５８２は、公知の方法によって形成され、例えば、室温において中性若しくはアルカリ性の水溶液中においてカルシウムイオンとリン酸イオンとを反応させることによって形成される。第二実施形態では、第二フィルタ５８には直径が２．５ｍｍのアパタイト５８２の粒状物がメッシュ５８１の内部に充填されているが、アパタイト５８２の粒径はこれに限定されない。
アパタイト５８２は、セパレータ３３２，３３３から送られる流体に含まれる酸性を示す水蒸気である酸ヒュームを除去する。
第二実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ５２では、突部５２１，５２２，５２３，５２４の径方向の高さが異なっている。これにより、流路５２９を通る蒸気の流れが乱れやすくなるため、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４と水蒸気との接触時間が長くなる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果を奏するとともに、所望の過熱蒸気をさらに少ないエネルギで生成することができる。
また、第二実施形態による過熱蒸気生成部が適用されるバイオマス燃料製造システムでは、浄化部５５に、活性炭３７２を有する第一フィルタ５７と、アパタイト５８２を有する第二フィルタ５８とが設けられている。これにより、浄化部５５は、硫黄化合物ガスや窒素酸化物ガスに加え、セパレータ３３２，３３３から送られる流体に含まれる酸ヒュームを除去することができる。したがって、バイオマスの熱分解における環境汚染ガスの系外への排出を確実に防止することができる。
（第三実施形態）
第三実施形態による過熱蒸気生成装置を図６に基づき説明する。第三実施形態では、過熱蒸気生成パイプの形状が第一実施形態と異なる。
第三実施形態による過熱蒸気生成部は、熱分解部２０、炭化物回収部２５、分離部３０、浄化部３５、及び、貯留部４０を備えるバイオマス燃料製造システムに適用される。
第三実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ６２の断面図を図６に示す。
過熱蒸気生成パイプ６２は、筒部１２０、及び、四個の突部６２１，６２２，６２３，６２４を有する。筒部１２０と突部６２１，６２２，６２３，６２４とは、インコネル（登録商標）やハステロイ（登録商標）などの金属から一体に形成されている。
突部６２１，６２２，６２３，６２４は、筒部１２０の内壁面１２５から筒部１２０の径内方向に突出するよう形成されている。突部６２１，６２２，６２３，６２４は、筒部１２０の中心軸Ｃ１２０から見て９０度で等間隔に設けられている。
過熱蒸気生成パイプ６２では、突部６２１，６２２，６２３，６２４は、内壁面１２５上に螺旋状に形成されている。
筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４は、ボイラ１１から送られる水蒸気が流れる流路６２９を形成する。筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４は、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４の流路６２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路６２９の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くなるよう形成されている。
電力制御部１８は、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４に供給される電力を制御可能に設けられている。電力制御部１８が筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４に電力を供給すると、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４が発熱し、当該発生する熱は、流路６２９を流れる水蒸気に伝わり、過熱蒸気が生成される。
第三実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ６２では、突部６２１，６２２，６２３，６２４が内壁面１２５上において螺旋状に形成されている。これにより、流路５２９を通る蒸気の流れが乱れやすくなるため、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４と水蒸気との接触時間が長くなる。したがって、第三実施形態は、第二実施形態と同じ効果を奏する。
（他の実施形態）
上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプは、筒部と径内方向に突出する突部とから形成されるとした。しかしながら、過熱蒸気生成パイプの構成はこれに限定されない。過熱蒸気生成パイプの流路を形成する壁面の断面形状の長さが、流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長ければよい。
上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプの筒部は、水蒸気が流れる方向に垂直な断面形状が円環状となるよう形成されるとした。しかしながら、筒部の断面形状はこれに限定されない。
上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプの突部は、四個設けられるとした。しかしながら、突部の数はこれに限定されない。また、突部は、第一、二実施形態では、９０度で等間隔に設けられるとした、しかしながら、突部の配置はこれに限定されない。
上述の実施形態では、過熱蒸気生成部が備える電力制御部は、筒部及び突部に印加される電圧に対する筒部及び突部を流れる電流の比が比較的大きくなるよう制御するとした。しかしながら、電力制御部の制御の内容はこれに限定されない。
上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプの筒部と突部とは、ニッケル７０％−クロム２５％をベースとする金属から一体に形成されているとした。しかしながら、筒部及び突部を形成する材料はこれに限定されない。電流が流れることで発熱可能な材料から形成されていればよい。
上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプは、図２，４，６に示すように、直線状に形成されるだけでなく、曲線状に形成されてもよい。
上述の実施形態では、熱分解部は二つの熱処理炉を有するとした。しかしながら、熱処理炉の数はこれに限定されない。
上述の実施形態では、第一熱処理炉及び第二熱処理炉は、バイオマスを攪拌しつつ一方の方向に移送することが可能な連続式の熱処理炉であるとした。これにより、バイオマスを均一に且つ連続して処理することができることで生産性が向上するが、第一熱処理炉及び第二熱処理炉はこれに限定されない。バッチ式の熱処理炉であってもよい。
上述の実施形態では、第一熱処理炉及び第二熱処理炉は、内部に一軸スクリューを有するとした。しかしながら、二軸のスクリューフィーダが軸方向に配された形式であってもよいし、ローターリーキルンであってもよい。
上述の実施形態では、「蒸気生成部」は、エネルギーコストや環境等の観点からＬＮＧを燃料とする燃焼ボイラであるとした。しかしながら、ＬＮＧ以外の燃料を燃料とする燃焼ボイラや電気ボイラであってもよいし、蒸気を生成可能な装置であればよい。
上述の実施形態では、浄化部のフィルタは、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭、または、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭とアパタイトとの組み合わせを有するとした。しかしながら、フィルタの種類はこれに限定されない。
上述の実施形態では、分留塔は、三段階で分留するとした。しかしながら、分留の段数はこれに限定されない。一段階で分留し、一種類の可燃性ガスと一種類の油分に分離されてもよい。
上述の実施形態では、分留塔で分留された熱分解ガスのうち、分留塔の地側の端部で分離された高沸点流体は、冷却器のみを介することによって油分貯留タンクに貯留されるとした。しかしながら、分留塔から貯留タンクまでの構成はこれに限定されない。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
１２，１３，５２，６２・・・過熱蒸気生成パイプ
１５・・・過熱蒸気生成部（過熱蒸気生成装置）
１８・・・電力制御部
１２０・・・筒部
１２１，１２２，１２３，１２４，５２１，５２２，５２３，５２４，６２１，６２２，６２３，６２４・・・突部
１２５・・・内壁面
１２９，５２９，６２９・・・流路

Claims (12)

  1. 通電によって熱を発生可能な材料から形成され、水蒸気を流通可能な流路（１２９，５２９，６２９）を有し、当該熱を前記流路の水蒸気に伝達し過熱蒸気とする過熱蒸気生成パイプ（１２，１３，５２，６２）を備え、
    前記過熱蒸気生成パイプの前記流路を形成する壁面の断面形状の長さは、前記流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長い過熱蒸気生成装置。
  2. 前記過熱蒸気生成パイプは、筒状に形成され前記流路の外郭となる筒部（１２０）、及び、前記筒部の内壁面（１２５）から径内方向に突出する突部（１２１，１２２，１２３，１２４，５２１，５２２，５２３，５２４，６２１，６２２，６２３，６２４）を有する請求項１に記載の過熱蒸気生成装置。
  3. 前記突部は、複数設けられている請求項２に記載の過熱蒸気生成装置。
  4. 複数の前記突部は、径方向の高さが異なっている請求項３に記載の過熱蒸気生成装置。
  5. 前記突部は、前記内壁面に螺旋状に形成されている請求項２〜４のいずれか一項に記載の過熱蒸気生成装置。
  6. 前記過熱蒸気生成パイプに通電する電力を制御可能な電力制御部（１８）をさらに備え、
    前記電力制御部は、前記過熱蒸気生成パイプに印加される電圧に対する前記過熱蒸気生成パイプを流れる電流の比が大きくなるよう制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の過熱蒸気生成装置。
  7. 水蒸気を生成可能な蒸気生成部（１１）、及び、前記蒸気生成部が生成する水蒸気を過熱蒸気とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の過熱蒸気生成装置（１２，１３，１８，５２，６２）を有し、過熱蒸気を供給可能な過熱蒸気供給部（１０）と、
    前記過熱蒸気供給部が供給する過熱蒸気によって炭化水素化合物を含む炭化水素含有物を加熱し当該炭化水素含有物を熱分解可能な熱分解部（２０）と、
    を備える熱分解システム。
  8. 前記熱分解部において発生する気体を複数種の可燃性有価物（ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３，ＶＧ１，ＶＧ２）に分離する分離部（３０）をさらに備える請求項７に記載の熱分解システム。
  9. 前記分離部において分離された複数種の前記可燃性有価物の少なくとも一つに含まれる不純物を当該可燃性有価物から除去し浄化する浄化部（３５，５５）をさらに備える請求項８に記載の熱分解システム。
  10. 前記浄化部は、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭（３７２）を有する請求項９に記載の熱分解システム。
  11. 前記浄化部は、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭（３７２）及びアパタイト（５７２）を有する請求項９に記載の熱分解システム。
  12. 前記熱分解部において発生する固体を炭素有価物（ＶＳ１）として回収する固体回収部（２５）をさらに備える請求項７〜１１のいずれか一項に記載の熱分解システム。
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