JP2020203254A - 原料処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】効率よく原料を処理する。【解決手段】原料処理装置１０は、第１管状部材１６と、第２の管状部材２４と、を備える。第１管状部材１６は、少なくとも一部が原料１００の反応温度以上の温度に加熱され、長手方向の一端部である第１の端部側から供給された水蒸気１０２を、長手方向の他端部である第２の端部側から排出する。第２の管状部材２４は、少なくとも一部が第１管状部材１６に熱的に接触配置され、長手方向の一端部である第３の端部側から原料１００が供給され、第１管状部材１６から排出された反応温度以上の水蒸気１０２が長手方向の他端部である第４の端部側から供給される。第２の管状部材２４は、原料１００と水蒸気１０２との反応生成物である回収対象ガス１０７を排出する。【選択図】図１

Description

本発明は、原料処理装置に関する。
廃棄物などの原料を処理する装置が知られている。
例えば、特許文献１には、有機物処理材料を熱分解炉に投入することで、該有機物処理材料を熱分解ガスと残渣とに熱分解する装置が開示されている。特許文献２には、有機物含有廃棄物を密閉室内に投入して加熱することで、該有機物含有廃棄物を熱分解する装置が開示されている。
特開２００８−１７９７２６号公報 国際公開第２００８／０５３５７１号公報
しかし、従来では、原料および分解ガスの炭化などによって管部や開口部などが閉塞する場合があり、原料を効率よく連続して処理することは困難であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率よく原料を処理することができる、原料処理装置を提供することを課題とする。
本発明の原料処理装置の一態様は、少なくとも一部が原料の反応温度以上の温度に加熱され、長手方向の一端部である第１の端部側から供給された水蒸気を長手方向の他端部である第２の端部側から排出する第１管状部材と、少なくとも一部が前記第１管状部材に熱的に接触配置され、長手方向の一端部である第３の端部側から前記原料が供給され、前記第１管状部材から排出された前記反応温度以上の前記水蒸気が長手方向の他端部である第４の端部側から供給され、前記原料と前記水蒸気との反応生成物である回収対象ガスを排出する第２管状部材と、を備える。
前記第２管状部材は、少なくとも一部が前記第１管状部材の内側に配置されてなる。
前記第１管状部材は、前記第２管状部材の外周面に螺旋状に巻き付けられて配置されてなる。
前記第１管状部材は、熱作用部によって前記反応温度以上の温度に加熱され、前記熱作用部は、燃料の燃焼によって前記反応温度以上の熱を発生する燃焼炉であり、前記第１管状部材および前記第２管状部材を有する反応部は、前記燃焼炉内に配置されてなる。
燃料の燃焼によって発生した前記反応温度以上の熱を液体に伝え、前記水蒸気を発生させる熱交換部と、前記水蒸気を前記第１管状部材へ供給する第１供給管と、を備える。
前記第２管状部材の長手方向は、水平方向に対して交差する交差方向であり、前記原料と前記水蒸気との前記反応生成物である前記回収対象ガス以外の反応残渣が前記第２管状部材の鉛直方向下流側である前記第４の端部側から排出され、前記第２管状部材の前記鉛直方向下流側に設けられ、前記反応残渣を貯留する液体貯留部と、前記液体貯留部の底面に設けられ、前記液体貯留部内に連通し、前記液体貯留部より小さい径の第３管状部材と、前記第３管状部材の前記鉛直方向上流側端部の開口を該第３管状部材に対して間隙を隔てて覆う覆部材と、を備える。
前記回収対象ガスを前記燃焼炉に供給する第２供給管を備える。
前記回収対象ガスを冷却し、排出ガスと液化物とに分離する冷却機構と、前記排出ガスを排出する排出管と、前記液化物を前記第２管状部材に供給する第３供給管と、を備える。
本発明の一態様によれば、効率よく原料を処理することができる。
図１は、第１の実施の形態に係る原料処理装置の一例を示す模式図である。 図２は、第１の実施の形態に係る反応部の一例を示す模式図である。 図３Ａは、変形例に係る反応部の構成の一例を示す模式図である。 図３Ｂは、変形例に係る反応部の構成の一例を示す模式図である。 図４は、第２の実施の形態に係る原料処理装置の一例を示す模式図である。 図５は、第２の実施の形態に係る冷却機構の一例を示す模式図である。
以下に添付図面を参照して、本実施の形態の原料処理装置の一の実施の形態を説明する。なお、本明細書において、同じ部材または同じ機能を示す部分には、同じ符号を付与し、説明を省略する場合がある。
（第１の実施の形態）
図１は、原料処理装置１０の一例を示す模式図である。本実施の形態の原料処理装置１０は、原料１００を水蒸気１０２によって処理する。
原料１００は、処理対象の材料である。原料１００は、有機物を含む。有機物は、例えば、プラスチック、アクリル等の有機化合物や、有機溶剤などであるが、これらに限定されない。なお、原料１００は、複数種類の有機物を含んでいてもよい。また、原料１００は、有機物に加えて、無機物を更に含んでいてもよい。また、原料１００は、さらに、水を含んでいてもよい。また、原料１００は、ポリ塩化ビニルや、塩素化合物などのハロゲン化物を含まないことが好ましい。なお、原料１００は、ゲル化した状態、固化した状態、の何れであってもよい。
原料処理装置１０は、反応部１１と、燃焼部１２と、原料供給部１３と、を備える。
反応部１１は、原料１００と原料１００の反応温度以上の水蒸気１０２とを反応させ、反応生成物である回収対象ガス１０７を生成する。燃焼部１２は、燃料１１０を燃焼させる。燃料１１０は、燃焼によって、原料１００の反応温度以上の熱を発する材料であればよい。燃料１１０の燃焼によって発生した熱は、水蒸気１０２の生成に用いられる。原料供給部１３は、原料１００を反応部１１へ供給する。
以下、各部について詳細に説明する。
まず、反応部１１について詳細に説明する。
反応部１１は、原料１００と、該原料１００の反応温度以上の水蒸気１０２と、を反応させることで、反応生成物である回収対象ガス１０７を生成する。なお、以下では、原料１００の反応温度を、単に、反応温度と称して説明する場合がある。
回収対象ガス１０７は、例えば、原料１００に含まれる炭素（Ｃ）と、加熱水蒸気である水蒸気１０２と、の反応によって生成された可燃性ガスである。回収対象ガス１０７は、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とを含む。なお、回収対象ガス１０７は、炭化水素ガスを更に含んでいてもよい。また、回収対象ガス１０７には、水蒸気１０２が含まれていてもよい。
反応部１１は、所定方向に長い複数の管状部材から構成されている。本実施の形態では、原料処理装置１０は、複数の反応部１１を備え、これらの複数の反応部１１が互いに平行に配列された形態を一例として説明する。図１には、複数（４本）の反応部１１が設けられた形態を一例として示した。なお、原料処理装置１０は、１つの反応部１１を備えた構成であってもよく、反応部１１の数は限定されない。
反応部１１は、第１管状部材１６と、第２の管状部材２４と、を有する。
図２は、反応部１１の一例を示す模式図である。
第１管状部材１６は、供給された水蒸気１０２を原料１００の反応温度以上の温度に加熱し、第２の管状部材２４へ供給するための管状部材である。詳細には、第１管状部材１６は、長手方向の一端部である第１の端部１６Ａ側から供給された水蒸気１０２を、原料１００の反応温度以上の温度に加熱し、長手方向の他端部である第２の端部１６Ｂ側から第２の管状部材２４へ供給する。水蒸気１０２は、第１管状部材１６の管内を通過することで、原料１００の反応温度以上の温度に加熱されて加熱水蒸気とされ、第２の管状部材２４へ供給される。
原料１００の反応温度は、原料１００の種類に依存する。原料１００の反応温度は、例えば、４００℃以上６００℃以下、６００℃以上１０００℃以下などである。第１管状部材１６は、水蒸気１０２を上記反応温度以上の温度に加熱可能な構成であればよい。
第１管状部材１６は、例えば、熱作用部によって上記反応温度以上の温度に加熱される。熱作用部は、第１管状部材１６の外部から第１管状部材１６の管内に向かって熱（矢印Ｈ参照）を作用させる機構である。燃作用部は、第１管状部材１６の少なくとも一部を原料１００の反応温度以上の温度に加熱する。詳細には、熱作用部は、第１管状部材１６から排出されて第２の管状部材２４へ供給されるときの水蒸気１０２の温度が少なくとも反応温度以上となるように、第１管状部材１６を加熱すればよい。
本実施の形態では、燃作用部が、燃焼部１２である場合を一例として説明する。図１に示すように、本実施の形態では、第１管状部材１６は、燃焼部１２の燃焼炉４６内に配置されることで、反応温度以上の温度に加熱される（詳細後述）。なお、熱作用部は、燃焼部１２に限定されない。
図２に戻り説明を続ける。本実施の形態では、第１管状部材１６の長手方向が、鉛直方向Ｚと一致する場合を一例として説明する。なお、第１管状部材１６の長手方向は、水平方向に対して交差する方向、および水平方向、の何れであってもよい。但し、第１管状部材１６の長手方向は、水平方向に対して直交する方向である鉛直方向Ｚに一致する方向であることが好ましい。
第１管状部材１６内には、鉛直方向Ｚの上流側端部である第１の端部１６Ａに設けられた第１供給管８７を介して、水蒸気１０２が供給される。水蒸気１０２の供給源については、後述する。第１管状部材１６内に供給された水蒸気１０２は、第１管状部材１６内を鉛直方向Ｚの上流側から下流側へ向かって通過し、第１管状部材１６の外部から供給された熱によって反応温度以上の温度に加熱される。そして、水蒸気１０２は、第１管状部材１６の鉛直方向Ｚの下流側端部である第２の端部１６Ｂ側から排出され、第２の管状部材２４へ供給される。
第１管状部材１６の第２の端部１６Ｂには、温度センサ１７が配置されている。温度センサ１７は、第１管状部材１６から排出され、第２の管状部材２４へ供給される水蒸気１０２の温度を検出する。温度センサ１７の検出結果に基づいて、第２の管状部材２４へ供給される水蒸気１０２が反応温度以上の温度となるように制御される。例えば、第１管状部材１６内に１０００℃以上の温度の水蒸気１０２が供給されるように制御される。
なお、本実施の形態では、第１管状部材１６の鉛直方向Ｚの下流側端部である第２の端部１６Ｂ側は、封止されており、後述する液体貯留部２６として機能する（詳細後述）。
第１管状部材１６の構成材料は限定されない。第１管状部材１６は、第１管状部材１６の外部から加えられた熱によって、第１管状部材１６の内部を通過する水蒸気１０２に反応温度以上の熱が加わるような、熱伝導率を有する材料で構成すればよい。
次に、第２の管状部材２４について説明する。第２の管状部材２４は、原料１００と反応温度以上の水蒸気１０２とを反応させるための管状部材である。
第２の管状部材２４は、少なくとも一部が第１管状部材１６に熱的に接触配置されている。第２の管状部材２４と第１管状部材１６とは、少なくとも一部が熱的に接触配置されていればよく、物理的に接触配置された形態に限定されない。
本実施の形態では、第２の管状部材２４は、少なくとも一部が第１管状部材１６の内側に配置されてなる。例えば、第２の管状部材２４は、第２の管状部材２４と第１管状部材１６との長手方向に直交する直交断面が互いに同心円状となるように、第１管状部材１６の内側に配置されている。このため、第２の管状部材２４の管内には、第１管状部材１６に加えられた熱および第１管状部材１６内を通過する水蒸気１０２の熱が加えられる（図２中、矢印Ｈ参照）。
なお、第２の管状部材２４が第１管状部材１６の内側に配置された構成の場合、第１管状部材１６は、内壁に誘導部２４Ｃを備えた構成であることが好ましい。誘導部２４Ｃは、第１供給管８７から供給された水蒸気１０２を第２の管状部材２４の外周に沿って周回させながら鉛直方向Ｚの上流側から下流側へ向かって導くための部材である。誘導部２４Ｃは、例えば、第１管状部材１６の内壁から突出した凸部であってもよいし、第１管状部材１６の内壁に設けられた溝部であってもよい。
第２の管状部材２４には、長手方向の一端部である第３の端部２４Ａ側から原料１００が供給される。本実施の形態では、原料供給部１３から原料供給管３２を介して、第３の端部２４Ａ側から第２の管状部材２４内へ原料１００が供給される。また、第２の管状部材２４には、第１管状部材１６から排出された反応温度以上の水蒸気１０２が、長手方向の他端部である第４の端部２４Ｂ側から供給される。原料１００が水蒸気１０２と反応することによって、第２の管状部材２４内で、回収対象ガス１０７と反応残渣１０４が生成される。
反応残渣１０４は、原料１００と水蒸気１０２との反応によって生成された、回収対象ガス１０７以外の成分である。反応残渣１０４は、固体成分、液体成分、これらの混合成分の何れであってもよい。本実施の形態では、反応残渣１０４は、液体成分である場合を一例として説明する。
第２の管状部材２４の長手方向の一端部である第３の端部２４Ａは、封止されている。第２の管状部材２４の第３の端部２４Ａ側端面には、第２の管状部材２４内に連通する原料供給管３２および第２供給管６６が設けられている。
原料供給管３２は、第２の管状部材２４内へ原料１００を供給するための管状部材である。原料供給管３２は、後述する原料供給部１３に連通されており、原料供給部１３から原料供給管３２を介して第２の管状部材２４へ、原料１００が供給される。
第２供給管６６は、回収対象ガス１０７を排出するための管状部材である。本実施の形態では、第２供給管６６は、長手方向の一端部が第２の管状部材２４に連通され、長手方向の他端部が燃焼部１２の燃焼炉４６へ連通されている（図１も参照）。このため、本実施の形態では、回収対象ガス１０７は、第１供給管８７を介して燃焼部１２へ供給される（詳細後述）。
第２の管状部材２４の長手方向の他端部である第４の端部２４Ｂは、開口されている。本実施の形態では、第２の管状部材２４の第２の端部１６Ｂから排出された反応温度以上の水蒸気１０２は、第２の管状部材２４の第４の端部２４Ｂの開口を介して、第２の管状部材２４内に供給される。
本実施の形態では、第２の管状部材２４の長手方向が、鉛直方向Ｚと一致する場合を一例として説明する。なお、第２の管状部材２４の長手方向は、水平方向に対して交差する方向、水平方向、の何れであってもよい。但し、第２の管状部材２４の長手方向は、鉛直方向Ｚに一致する方向であることが好ましい。
第２の管状部材２４の長手方向が鉛直方向Ｚと一致すると、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚの下流側端部である第４の端部２４Ｂから供給された水蒸気１０２は、第２の管状部材２４内を効率よく上昇する。そして、第２の管状部材２４内を上昇した水蒸気１０２は、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚの上流側端部である第３の端部２４Ａ側から供給された原料１００と効率よく反応する。
反応生成物である回収対象ガス１０７は、第２の管状部材２４内を上昇し、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚの上流側端部である第３の端部２４Ａに設けられた第２供給管６６を介して排出される。
一方、原料１００と水蒸気１０２との反応生成物である回収対象ガス１０７以外の反応残渣１０４は、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚ下流側である第４の端部２４Ｂ側の開口から排出され、第１管状部材１６の液体貯留部２６に貯留される。
第２の管状部材２４の第４の端部２４Ｂ側端面は、開口されている。また、上述したように、第１管状部材１６の鉛直方向Ｚの下流側端部である第２の端部１６Ｂ側は、封止されている。詳細には、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚの下流側（第４の端部２４Ｂ側）端面は、第１管状部材１６の鉛直方向Ｚの下流側（第２の端部１６Ｂ側）端面より、間隔を隔てて鉛直方向Ｚの上流側に配置されている。第１管状部材１６の第２の端部１６Ｂの端面は、封止されることで底部を形成し、反応残渣１０４を貯留する液体貯留部２６として機能する。
液体貯留部２６の底面には、第１管状部材１６内に連通する第３管状部材２５が設けられている。第３管状部材２５は、管状部材である。第３管状部材２５の径は、液体貯留部２６（すなわち第１管状部材１６）より小さい。径とは、第３管状部材２５および第１管状部材１６の各々の、長手方向に直交する直交断面の直径である。
第３管状部材２５の鉛直方向Ｚ上流側端面は開口されており、該開口は、覆部材２７によって覆われている。覆部材２７は、第３管状部材２５の鉛直方向Ｚ上流側端部の開口を、第３管状部材２５に対して間隔を隔てて覆うように配置されている。
上述したように、反応残渣１０４は、液体成分である。このため、液体貯留部２６に貯留された反応残渣１０４は、第３管状部材２５と覆部材２７との間隙および第３管状部材２５の鉛直方向Ｚ上流側端部の開口を介して、第３管状部材２５内に到り、外部へ排出される。
また、液体貯留部２６には、第３管状部材２５および覆部材２７が設けられている。このため、覆部材２７の内側には、覆部材２７の内壁と反応残渣１０４とによって密閉された空間２７Ａが形成される。このため、第１管状部材１６内で生成された回収対象ガス１０７が、第３管状部材２５から排出されることを防止することができる。
図１に戻り、説明を続ける。次に、原料供給部１３について説明する。
原料供給部１３は、反応部１１へ原料１００を供給する。
原料供給部１３は、原料貯留部３８と、原料供給管３６と、搬送ポンプ３４と、原料供給管３２と、を備える。
原料貯留部３８は、原料１００を貯留する。原料貯留部３８は、原料供給管３６、搬送ポンプ３４、および原料供給管３２を介して、反応部１１の第２の管状部材２４に接続されている。原料供給管３６および原料供給管３２には、逆流を防止するための弁４０および弁４２が設けられている。
搬送ポンプ３４は、原料貯留部３８に貯留された原料１００を、第２の管状部材２４へ供給する。原料貯留部３８に貯留された原料１００は、搬送ポンプ３４によって吸い上げられ、原料供給管３６および原料供給管３２を通って、第２の管状部材２４へ送られる。搬送ポンプ３４は、第２の管状部材２４内の圧力以上の圧力で、原料１００を第２の管状部材２４へ供給することが好ましい。
なお、原料１００は、経時変化により少なくとも一部が硬化し、固化する場合がある。このため、原料貯留部３８は、有機溶剤などによって原料１００を溶解させた状態で反応部１１へ供給する機構を、更に備えた構成であってもよい。
次に、燃焼部１２について説明する。
燃焼部１２は、水蒸気１０２や温水を発生させる加熱用途のボイラーとしての機能を有する。燃焼部１２は、燃料１１０の燃焼によって得られた熱ガス３０を、ボイラー給水の供給される給水管に伝えて熱交換することで、水蒸気１０２や温水を発生させる。そして、この水蒸気１０２は、反応部１１へ供給される。
具体的には、燃焼部１２は、燃焼炉４６と、熱交換部４８と、燃料供給部４９と、を備える。
燃焼炉４６は、燃料１１０を燃焼させる燃焼室である。本実施の形態では、燃焼炉４６は、第１燃焼管４６Ａと、第２燃焼管４６Ｂと、バーナ５０と、給気ブロア５１と、を備える。
第１燃焼管４６Ａおよび第２燃焼管４６Ｂは、例えば、筒状の部材である。第１燃焼管４６Ａおよび第２燃焼管４６Ｂの長手方向の一端面は封鎖されており、他端面は開口されている。第１燃焼管４６Ａおよび第２燃焼管４６Ｂの開口した他端面は、後述する熱交換部４８に接続されている。
第２燃焼管４６Ｂは、第１燃焼管４６Ａの内側に配置されている。第１燃焼管４６Ａと第２燃焼管４６Ｂとの間隙には、給気ブロア５１によって空気が供給される。
給気ブロア５１から供給された空気は、第２燃焼管４６Ｂの周方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の貫通孔を通って第２燃焼管４６Ｂの内部に到る。複数の貫通孔は、第２燃焼管４６Ｂの断面の円中心と外周とを最短距離で結ぶ直線に沿った仮想直線に対して傾いて配置されている。このため、第２燃焼管４６Ｂ内には、旋回流Ｑが生じる。
そして、給気ブロア５１は、燃焼炉４６の封鎖された一端面側から、第１燃焼管４６Ａと第２燃焼管４６Ｂとの間隙に空気を供給する。このため、第２燃焼管４６Ｂ内には、燃焼炉４６の封鎖された一端面側から開口した他端面側に向かって（矢印Ｘ１方向）移動しながら旋回する、旋回流Ｑが生じる。
第２燃焼管４６Ｂ内には、燃料１１０が供給される。燃料１１０は、第２燃焼管４６Ｂ内における、旋回流Ｑの移動方向（矢印Ｘ１方向）上流側に供給される。本実施の形態では、第２燃焼管４６Ｂ内には、燃料供給部４９から燃料１１０が供給される。
また、本実施の形態では、反応部１１から排出された回収対象ガス１０７が、第２燃焼管４６Ｂ内に燃料として供給される。詳細には、反応部１１から排出された回収対象ガス１０７は、第２供給管６６によって燃焼炉４６の第２燃焼管４６Ｂ内に供給される。
バーナ５０は、第１燃焼管４６Ａ内に供給された燃料１１０および回収対象ガス１０７を燃焼させる。バーナ５０は、例えば、天然ガス（ＬＮＧ）バーナである。バーナ５０は、第２燃焼管４６Ｂ内における、旋回流Ｑの移動方向上流側の端部に設けられている。バーナ５０は、昇温機能を有し、安全装置などにより火が消えた場合の火種としても利用可能である。
第２燃焼管４６Ｂ内に供給された燃料１１０および回収対象ガス１０７は、バーナ５０による熱と給気ブロア５１から供給された空気によって燃焼する。この燃焼によって、第２燃焼管４６Ｂ内には、熱ガス３０が発生する。なお、燃料１１０の燃焼により発生した熱ガス３０の温度は、少なくとも原料１００の反応温度以上の温度である。例えば、第２燃焼管４６Ｂ内における熱ガス３０の温度は、１０００℃以上である。第２燃焼管４６Ｂ内には、温度センサ１９が設けられている。温度センサ１９は、第２燃焼管４６Ｂ内の温度を検出する。
第２燃焼管４６Ｂ内で発生した熱ガス３０は、熱交換部４８に供給される。
熱交換部４８は、燃焼炉４６による燃料の燃焼によって得られた熱を液体に伝えることで熱交換を行い、水蒸気１０２や温水を発生させる。本実施の形態では、熱交換部４８は、燃焼炉４６で発生した熱ガス３０を、ボイラー給水などの液体との間で熱交換する。本実施の形態では、熱交換部４８は、第１管４８Ａと、第２管４８Ｂと、供給部８０と、供給管８２と、加熱管８４と、第１供給管８７と、を備える。
第１管４８Ａおよび第２管４８Ｂは、筒状の部材である。第２管４８Ｂは、第１管４８Ａの内側に配置されている。
第２管４８Ｂにおける、旋回流Ｑの移動方向上流側の一端部は、格子状部材４７を介して第２燃焼管４６Ｂの開口した端面に接続されている。格子状部材４７は、熱ガス３０の通過可能な貫通孔を複数有する、格子状の部材である。格子状部材４７は、例えば、火格子である。
第２管４８Ｂの他端側には、熱ガス管２８が接続されている。詳細には、第２管４８Ｂにおける、旋回流Ｑの移動方向下流側には、熱ガス管２８の開口部２８Ａが接続されている。熱ガス管２８は、熱ガス３０を排出するための筒状部材である。本実施の形態では、熱ガス管２８の長手方向が、鉛直方向Ｚと一致する場合を一例として説明する。なお、熱ガス管２８の長手方向は、鉛直方向に対して傾いていてもよい。熱ガス管２８の長手方向の両端部は、各々開口されている（開口部２８Ａ、開口部２８Ｂ）。
燃焼炉４６で発生した熱ガス３０は、旋回流Ｑの移動方向（矢印Ｘ１方向）に沿って移動し、燃焼炉４６と熱交換部４８との間に設けられた格子状部材４７を介して、熱交換部４８に到る。そして、熱交換部４８へ供給された熱ガス３０は、旋回流Ｑの移動方向に沿って第２管４８Ｂ内を移動し、熱ガス管２８の開口部２８Ａを介して、熱ガス管２８内に供給される（矢印Ｘ２、矢印Ｘ３参照）。そして、熱ガス３０は、熱ガス管２８の開口部２８Ｂから外部へ排出される。
加熱管８４は、第２管４８Ｂより径の小さい管状の部材である。加熱管８４は、第１管４８Ａと第２管４８Ｂとの間に配置されている。本実施の形態では、加熱管８４は、第２管４８Ｂの外周に接触して巻き付けられている。加熱管８４の一端部は、供給管８２を介して供給部８０に接続されている。加熱管８４の他端部は、管部８６を介して第１供給管８７に連通されている。管部８６は管状部材である。第１供給管８７は、水蒸気１０２を第１管状部材１６へ供給する管状部材である。
供給部８０は、供給管８２を介して加熱管８４へ水を供給する。供給部８０から供給管８２を介して加熱管８４へ供給された水は、第２管４８Ｂ内の熱ガス３０によって加熱される。そして、加熱された水の水蒸気１０２が、第１供給管８７を介して、反応部１１の第１管状部材１６内へ供給される。
ここで、本実施の形態では、第１管状部材１６および第２の管状部材２４を有する反応部１１は、燃焼炉４６内に配置されている。詳細には、反応部１１は、第２燃焼管４６Ｂ内に配置されている。また、反応部１１は、熱ガス３０の流れる方向に対して交差する方向を長尺方向とするように配置されている。また、第２燃焼管４６Ｂ内には、複数の反応部１１が、熱ガス３０の流れる方向に沿って互いに間隔を隔てて配置され、且つ、互いに平行となるように配置されている。
すなわち、本実施の形態では、燃焼炉４６が、第１管状部材１６を反応温度以上の温度に加熱するための熱作用部として機能する。このため、この場合、反応部１１の第１管状部材１６および第２の管状部材２４には、熱ガス３０による熱が作用することで、原料１００の反応温度以上の熱が加えられる（図２中、矢印Ｈ参照）。
なお、燃焼炉４６に代えて、熱交換部４８または熱ガス管２８を、熱作用部として機能させてもよい。この場合、反応部１１を、熱交換部４８の第２管４８Ｂ内、または、熱ガス管２８内に配置すればよい。また、熱作用部として、公知のヒータなどの加熱機構を用いてもよい。
なお、原料処理装置１０は、反応部１１の第１管状部材１６に供給された水蒸気１０２を、反応温度以上の温度とした状態で第２の管状部材２４へ供給可能となるように、第１管状部材１６、第２の管状部材２４、燃焼炉４６、熱交換部４８、および熱ガス管２８について、形状、長さ、径、材質、燃焼条件などを予め調整すればよい。
原料処理装置１０は、燃焼条件を調整することで、第２の管状部材２４へ供給される水蒸気１０２の温度を調整してもよい。例えば、原料処理装置１０は、温度センサ１７の検知結果や、温度センサ１９の検知結果などに基づいて、燃焼炉４６への燃料１１０の供給量や、燃焼に用いる空気の量などを調整することで、水蒸気１０２の温度を調整してもよい。
次に、燃料供給部４９について説明する。燃料供給部４９は、燃焼炉４６に燃料１１０を供給する。
燃料供給部４９は、燃料タンク５８Ａと、供給管５３Ａと、搬送ポンプ５４Ａと、燃料タンク５８Ｂと、供給管５３Ｂと、搬送ポンプ５４Ｂと、燃料供給管５６と、燃料供給管５２と、搬送ポンプ５４Ｃと、搬送ポンプ５４Ｄと、を備える。供給管５３Ａ、供給管５３Ｂ、および燃料供給管５６の各々には、逆流を防止するための弁６０Ａ、弁６０Ｂ、弁６２、および弁６４が設けられている。
燃料タンク５８Ａおよび燃料タンク５８Ｂは、燃料１１０を貯留する。なお、燃料タンク５８Ａおよび燃料タンク５８Ｂを一体的に構成し、燃料タンク５８としてもよい。
搬送ポンプ５４Ａ、搬送ポンプ５４Ｃ、および搬送ポンプ５４Ｄは、燃料タンク５８Ａに貯留された燃料１１０を、供給管５３Ａ、燃料供給管５６、および燃料供給管５２を介して、第２燃焼管４６Ｂへ供給する。搬送ポンプ５４Ｂ、搬送ポンプ５４Ｃ、および搬送ポンプ５４Ｄは、燃料タンク５８Ａに貯留された燃料１１０を、供給管５３Ａ、燃料供給管５６、および燃料供給管５２を介して、第２燃焼管４６Ｂへ供給する。
燃料供給管５２の長手方向の一端側の開口部５２Ａは、第２燃焼管４６Ｂにおける、旋回流Ｑの移動方向上流側に配置されている。このため、燃料供給部４９から供給された燃料１１０は、第２燃焼管４６Ｂ内における、旋回流Ｑの移動方向上流側に供給される。
なお、原料処理装置１０は、燃料供給管５６および燃料供給管５２の管内を洗浄するための溶剤１０３を貯留したタンク５９を更に備えた構成であってもよい。そして、燃料供給管５６および燃料供給管５２の洗浄時には、タンク５９に貯留された溶剤１０３を、供給管５５を介してこれらの管に供給すればよい。同様に、燃料供給管５２の洗浄時には、タンク５９に貯留された溶剤１０３を、供給管７８を介して燃料供給管５２に供給すればよい。また、供給管５５および供給管７８には、逆流防止のための弁７６、弁７７、および弁７９を設ける事が好ましい。
次に、本実施の形態の原料処理装置１０の作用を説明する。
燃焼部１２は、燃料１１０を燃焼することで、原料１００の反応温度以上の温度の熱ガス３０を発生させる。熱ガス３０によって、燃焼炉４６内に配置された反応部１１（反応部１１、第２の管状部材２４）に熱が加えられる。また、熱交換部４８では、熱ガス３０の熱によって水蒸気１０２が生成され、水蒸気１０２が第１供給管８７を介して第１管状部材１６へ供給される。また、原料供給部１３が、原料供給管３２を介して第２の管状部材２４内へ原料１００を供給する。
図２を用いて説明する。第１供給管８７は、第１管状部材１６の第１の端部１６Ａ側から第１管状部材１６内に水蒸気１０２を供給する。第１管状部材１６内に供給された水蒸気１０２は、第１管状部材１６と第２の管状部材２４との間を、第１管状部材１６の内壁に設けられた誘導部２４Ｃに沿って誘導されることで、第２の管状部材２４の外周を旋回しながら鉛直方向Ｚの上流側から下流側に向かって流れる（矢印Ｙ１参照）。
第１管状部材１６内を流れることで、水蒸気１０２は、熱ガス３０の熱によって加熱され（矢印Ｈ参照）、反応温度以上の加熱水蒸気とされた状態で、第２の管状部材２４の第４の端部２４Ｂ側から第２の管状部材２４内へ供給される。
第２の管状部材２４内へ供給された水蒸気１０２は、第２の管状部材２４内を上昇する（矢印Ｙ２参照）。第２の管状部材２４の第３の端部２４Ａ側から供給された原料１００は、加熱水蒸気である水蒸気１０２と反応し、回収対象ガス１０７と反応残渣１０４とが生成される。
上述したように、回収対象ガス１０７は、例えば、原料１００に含まれる炭素（Ｃ）と、加熱水蒸気である水蒸気１０２と、の反応によって生成された可燃性ガスである。また、上述したように、回収対象ガス１０７は、一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）とを含む。
回収対象ガス１０７は、第２の管状部材２４内を上昇し、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚの上流側端部である第３の端部２４Ａに設けられた第２供給管６６を介して排出され、燃料として第２燃焼管４６Ｂ内に供給される。
反応残渣１０４は、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚ下流側である第４の端部２４Ｂ側の開口から排出され、液体貯留部２６に貯留される。そして、反応残渣１０４は、覆部材２７と第３管状部材２５との間隙および第３管状部材２５の開口を介して第３管状部材２５内に排出される。
以上説明したように、本実施の形態の原料処理装置１０は、第１管状部材１６と、第２の管状部材２４と、を備える。第１管状部材１６は、少なくとも一部が原料１００の反応温度以上の温度に加熱され、長手方向の一端部である第１の端部１６Ａ側から供給された水蒸気１０２を、長手方向の他端部である第２の端部１６Ｂ側から排出する。第２の管状部材２４は、少なくとも一部が第１管状部材１６に熱的に接触配置され、長手方向の一端部である第３の端部２４Ａ側から原料１００が供給され、第１管状部材１６から排出された反応温度以上の水蒸気１０２が長手方向の他端部である第４の端部２４Ｂ側から供給される。第２の管状部材２４は、原料１００と水蒸気１０２との反応生成物である回収対象ガス１０７を排出する。
ここで、従来構成として、水蒸気１０２を使わずに原料１００を熱分解し、熱分解によって得られた熱分解ガスを液体として回収する構成が開示されている。この従来構成の場合、炭化物によって装置に設けられた管部や開口部などが閉塞する場合があり、連続して原料１００を処理することは困難であった。
一方、本実施の形態の原料処理装置１０では、第１管状部材１６を通過することによって反応温度以上に加熱された水蒸気１０２を第２の管状部材２４へ供給することで、第２の管状部材２４内で原料１００と水蒸気１０２とを反応させる。そして、原料処理装置１０は、原料１００と水蒸気１０２との反応生成物である回収対象ガス１０７を排出する。
このため、原料処理装置１０に設けられた各種の管が炭化物によって閉塞されることが抑制され、連続して原料１００を処理することができる。
従って、本実施の形態の原料処理装置１０は、効率よく原料１００を処理することができる。
また、本実施の形態の原料処理装置１０は、熱ガスではなく水蒸気１０２を用い、水蒸気１０２と原料１００とを反応させることから、上記効果に加えて、安全性の向上を図ることが出来る。例えば、安全性の基準を示す規定が定められている地域（国、市、など）に原料処理装置１０を設置する場合であっても、該規定から外れることなく原料処理装置１０を稼働させることができる。
また、本実施の形態の原料処理装置１０では、ボイラーとしての機能を有する燃焼部１２によって熱交換された後の排ガスである熱ガス３０を用いて、熱交換により水蒸気１０２を生成する。そして、生成された水蒸気１０２を、第１管状部材１６へ供給する。また、本実施の形態では、第１管状部材１６内に供給された水蒸気１０２を、熱ガス３０を用いて反応温度以上の温度に加熱する。このため、本実施の形態の原料処理装置１０によれば、燃焼部１２で発生したエネルギーを有効利用できるため、上記効果に加えて、原料処理装置１０全体の熱効率の向上を図ることができる。
また、本実施の形態の原料処理装置１０では、本実施の形態の原料処理装置１０では、第１管状部材１６から排出された回収対象ガス１０７を、燃料として燃焼炉４６内に供給する。このため、本実施の形態の原料処理装置１０によれば、上記効果に加えて、原料処理装置１０全体の熱効率の向上を図ることができる。
また、本実施の形態の原料処理装置１０では、燃焼部１２は、燃料１１０および回収対象ガス１０７の燃焼によって熱ガス３０を発生させる。そして、本実施の形態の原料処理装置１０では、この熱ガス３０の熱を、第１管状部材１６および第２の管状部材２４へ作用させることで、原料１００と水蒸気１０２とを反応させる。また、本実施の形態の原料処理装置１０では、熱ガス３０と水との熱交換によって、水蒸気１０２を生成する。
このため、本実施の形態の原料処理装置１０では、燃焼部１２による燃料１１０の燃焼と、反応部１１による処理と、熱交換部４８による水蒸気１０２の生成と、を並列して実行することができる。このため、本実施の形態の原料処理装置１０は、効率よく原料１００を処理することができる。
（変形例１）
上記第１の実施の形態では、第２の管状部材２４の少なくとも一部が第１管状部材１６の内側に配置されてなる形態を一例として説明した。
しかし、上述したように、第２の管状部材２４は、少なくとも一部が第１管状部材１６に熱的に接触配置されていればよい。
例えば、第１管状部材１６を、第２の管状部材２４の外周面に螺旋状に巻き付けられて配置された構成としてもよい。
図３Ａは、反応部１１Ａの構成の一例を示す模式図である。反応部１１Ａは、反応部１１とは異なる形態の反応部の一例である。なお、上記実施の形態と同じ部分には同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
反応部１１Ａは、第１の実施の形態の反応部１１と同様に、第１管状部材１６と、第２の管状部材２４と、を備える。但し、図３Ａに示す例では、第１管状部材１６は、第２の管状部材２４の外周面に螺旋状に巻き付けられて配置されてなる。
このため、第１供給管８７から第１管状部材１６へ供給された水蒸気１０２は、螺旋状に第２の管状部材２４の外周に巻き付けられた第１管状部材１６の内側を、鉛直方向Ｚの上流側から下流側に向かって通過する。このため、水蒸気１０２は、第２の管状部材２４の外周を旋回しながら鉛直方向Ｚの上流側から下流側に向かって通過することとなる。
このとき、第２の管状部材２４内には、第１管状部材１６と熱的に接触した領域を介して、熱が加えられる。また、第２の管状部材２４が燃焼炉４６などの熱作用部内に配置されている場合には、該熱作用部によっても熱が加えられる。
そして、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚ下流側端部に到った水蒸気１０２は、第２の管状部材２４の第４の端部２４Ｂ側から第２の管状部材２４内へと供給される。
このように、反応部１１Ａは、第２の管状部材２４と、第２の管状部材２４の外周面に螺旋状に巻き付けられて配置された第１管状部材１６と、から構成してもよい。
なお、第１管状部材１６と第２の管状部材２４とを、長手方向が一致するように平行に配置した構成としてもよい。
図３Ｂは、反応部１１Ｂの構成の一例を示す模式図である。反応部１１Ｂは、反応部１１とは異なる形態の反応部の一例である。なお、上記実施の形態と同じ部分には同一符号を付与し、詳細な説明を省略する。
反応部１１Ｂは、第１の実施の形態の反応部１１と同様に、第１管状部材１６と、第２の管状部材２４と、を備える。但し、図３Ｂに示す例では、第１管状部材１６と第２の管状部材２４とは、外周が互いに接するように平行に配置されている。なお、第１管状部材１６と第２の管状部材２４とは、少なくとも一部が熱的に接触されていればよく、物理的に外周が接触配置された形態に限定されない。
この場合、第１供給管８７から第１管状部材１６へ供給された水蒸気１０２は、第１管状部材１６の内側を、鉛直方向Ｚの上流側から下流側に向かって通過する。このとき、第２の管状部材２４内には、第１管状部材１６と熱的に接触した領域を介して、熱が加えられる。また、第２の管状部材２４が燃焼炉４６などの熱作用部内に配置されている場合には、該熱作用部によっても熱が加えられる。なお、第２の管状部材２４内には、第１の実施の形態と同様に、誘導部２４Ｃを設けてもよい。
そして、第２の管状部材２４の鉛直方向Ｚの下流側端部に到った水蒸気１０２は、第２の管状部材２４の第４の端部２４Ｂ側から第２の管状部材２４内へと供給される。
このように、反応部１１Ｂは、第１管状部材１６と第２の管状部材２４とを、長手方向が一致するように平行に配置した構成としてもよい。
（第２の実施の形態）
上記第１の実施の形態では、反応部１１から排出された回収対象ガス１０７を、燃焼炉４６へ供給する形態を一例として説明した。本実施の形態では、回収対象ガス１０７を貯留部に排出する形態を説明する。
図４は、本実施の形態の原料処理装置１０Ｂの一例を示す模式図である。なお、第１の実施の形態の原料処理装置１０と同じ部材または同じ機能を示す部分には同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する。
原料処理装置１０Ｂは、反応部１１と、燃焼部１２と、原料供給部１３と、第３供給管６７と、冷却機構９０と、排出管９１と、貯留部９４と、を備える。すなわち、原料処理装置１０Ｂは、上記第１の実施の形態の原料処理装置１０の構成に加えて、第３供給管６７、冷却機構９０、排出管９１、および貯留部９４を更に備えた構成である。
冷却機構９０は、反応部１１から排出された回収対象ガス１０７を冷却し、排出ガス１０７Ａと液化物とに分離する。例えば、冷却機構９０は、反応部１１ごとに設けられている。図４には、複数（４本）の冷却機構９０が設けられた形態を一例として示した。なお、原料処理装置１０Ｂに設けられる冷却機構９０の数は、４つに限定されない。
図５は、冷却機構９０の一例を示す模式図である。冷却機構９０は、冷却管９６と、冷却部９７と、を備える。
冷却管９６は、管状部材である。冷却管９６の長手方向の一端部は、第２供給管６６に連通されている。冷却管９６の長手方向の他端部は、排出管９１に連通されている。
冷却管９６の外周は、冷却部９７によって覆われている。冷却部９７は、供給部９７Ａから供給された水などの冷却液Ｗを内部に保持すると共に循環させ、排出部９７Ｂから排出する。冷却部９７内の冷却液Ｗは、ポンプなどによって循環され、冷却部９７内に配置された冷却管９６を冷却液Ｗによって冷却可能に構成されている。
冷却管９６の長手方向は、鉛直方向Ｚに一致することが好ましい。また、冷却管９６は、少なくとも一部が屈曲した形状であることが好ましい。例えば、冷却管９６は、螺旋形状、Ｓ字形状、Ｕ字形状などである。本実施の形態では、冷却管９６が、螺旋形状である場合を一例として説明する。
冷却管９６の少なくとも一部が屈曲した形状であると、冷却液Ｗの作用する表面積が増加するので、冷却管９６内を効率よく冷却することができる。
反応部１１から排出された回収対象ガス１０７は、第２供給管６６を介して冷却管９６内に到る。そして、回収対象ガス１０７は冷却管９６内を上昇することで冷却され、排出ガス１０７Ａと液化物１０７Ｂとに分離される。
排出ガス１０７Ａは、回収対象ガス１０７に含まれる、冷却機構９０による冷却によって液化されなかったガス成分である。液化物１０７Ｂは、回収対象ガス１０７に含まれる、冷却機構９０による冷却によって液化された成分である。
液化物１０７Ｂは、冷却管９６内を鉛直方向Ｚの下流側に向かって下降し、第２供給管６６に設けられた貯留部６６Ｂに貯留される。貯留部６６Ｂに貯留された液化物１０７Ｂの内、貯留部６６Ｂから溢れ出した液化物１０７Ｂは、第２供給管６６内を下降し、再度、反応部１１の第２の管状部材２４内へ供給される。
このため、本実施の形態では、第２供給管６６は、回収対象ガス１０７を排出する排出管としての機能に加えて、液化物１０７Ｂを第２の管状部材２４へ供給する第３供給管６７としても機能する。よって、本実施の形態では、液化物１０７Ｂを、再度、水蒸気１０２と反応させることができる。
一方、排出ガス１０７Ａは、排出管９１および排出管９３を介して貯留部９４に向かって排出される。
図４に戻り説明を続ける。排出管９１は、管状部材である。排出管９１の長手方向の一端部は、冷却機構９０の冷却管９６に連通されている。排出管９１の長手方向の他端部は、搬送ポンプ９２を介して排出管９３に連通されている。排出管９３は、管状部材である。排出管９３の長手方向の一端部は、搬送ポンプ９２を介して排出管９１に連通されている。排出管９３の長手方向の他端部は、貯留部９４に連通されている。貯留部９４は、排出ガス１０７Ａを貯留する。
このため、反応部１１から排出され、冷却機構９０によって冷却されることで分離された排出ガス１０７Ａは、排出管９１、搬送ポンプ９２、および排出管９３を介して、貯留部９４に排出される。
貯留部９４は、排出ガス１０７Ａを貯留する。なお、貯留部９４は、排出管９５などを介して、他の装置へ排出ガス１０７Ａを供給してもよい。他の装置は、排出ガス１０７Ａを駆動エネルギーとして用いる各種の装置、排出ガス１０７Ａを他の材料の原料として用いる公知の装置、などである。例えば、他の装置は、ガスエンジン発電機、燃料電池、ボイラー、ガスタービン、などである。また、排出ガス１０７Ａは、プラスチックなどの原材料として用いられてもよく、その用途は限定されない。
以上説明したように、本実施の形態の原料処理装置１０Ｂは、第１の実施の形態の原料処理装置１０の構成に加えて、冷却機構９０と、排出管９１と、第３供給管６７（第２供給管６６）と、を更に備える。冷却機構９０は、回収対象ガス１０７を冷却し、排出ガス１０７Ａと液化物１０７Ｂとに分離する。排出管９１は、排出ガス１０７Ａを貯留部９４へ排出する。第３供給管６７は、液化物１０７Ｂを第２の管状部材２４として供給する。
このため、本実施の形態の原料処理装置１０Ｂは、反応部１１から排出された回収対象ガス１０７を、有効利用することができる。
従って、本実施の形態の原料処理装置１０Ｂは、上記第１の実施の形態の効果に加えて、更に効率よく原料１００を処理することができる。
以上、本発明の実施の形態及び変形例を説明したが、これらの実施の形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態や変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０，１０Ｂ 原料処理装置
１１ 反応部
１６ 第１管状部材
２４ 第２の管状部材
４６ 燃焼炉
４８ 熱交換部
６６ 第２供給管
６７ 第３供給管
８７ 第１供給管
９０ 冷却機構
９１，９３ 排出管
９４ 貯留部
１００ 原料
１０２ 水蒸気
１０７ 回収対象ガス
１０７Ａ 排出ガス
１０７Ｂ 液化物

Claims (8)

  1. 少なくとも一部が原料の反応温度以上の温度に加熱され、長手方向の一端部である第１の端部側から供給された水蒸気を長手方向の他端部である第２の端部側から排出する第１管状部材と、
    少なくとも一部が前記第１管状部材に熱的に接触配置され、長手方向の一端部である第３の端部側から前記原料が供給され、前記第１管状部材から排出された前記反応温度以上の前記水蒸気が長手方向の他端部である第４の端部側から供給され、前記原料と前記水蒸気との反応生成物である回収対象ガスを排出する第２管状部材と、
    を備える原料処理装置。
  2. 前記第２管状部材は、
    少なくとも一部が前記第１管状部材の内側に配置されてなる、
    請求項１に記載の原料処理装置。
  3. 前記第１管状部材は、
    前記第２管状部材の外周面に螺旋状に巻き付けられて配置されてなる、
    請求項１に記載の原料処理装置。
  4. 前記第１管状部材は、
    熱作用部によって前記反応温度以上の温度に加熱され、
    前記熱作用部は、
    燃料の燃焼によって前記反応温度以上の熱を発生する燃焼炉であり、
    前記第１管状部材および前記第２管状部材を有する反応部は、前記燃焼炉内に配置されてなる、
    請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の原料処理装置。
  5. 燃料の燃焼によって発生した前記反応温度以上の熱を液体に伝え、前記水蒸気を発生させる熱交換部と、
    前記水蒸気を前記第１管状部材へ供給する第１供給管と、
    を備える、
    請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の原料処理装置。
  6. 前記第２管状部材の長手方向は、
    水平方向に対して交差する交差方向であり、
    前記原料と前記水蒸気との前記反応生成物である前記回収対象ガス以外の反応残渣が前記第２管状部材の鉛直方向下流側である前記第４の端部側から排出され、
    前記第２管状部材の前記鉛直方向下流側に設けられ、前記反応残渣を貯留する液体貯留部と、
    前記液体貯留部の底面に設けられ、前記液体貯留部内に連通し、前記液体貯留部より小さい径の第３管状部材と、
    前記第３管状部材の鉛直方向上流側端部の開口を該第３管状部材に対して間隙を隔てて覆う覆部材と、
    を備える、
    請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の原料処理装置。
  7. 前記回収対象ガスを前記燃焼炉に供給する第２供給管を備える、
    請求項４に記載の原料処理装置。
  8. 前記回収対象ガスを冷却し、排出ガスと液化物とに分離する冷却機構と、
    前記排出ガスを排出する排出管と、
    前記液化物を前記第２管状部材に供給する第３供給管と、
    を備える、
    請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の原料処理装置。
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