JP2021135024A - 原料の処理装置および処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大気中に放出される二酸化炭素の量を理論的に０とすることができ、地球温暖化防止に寄与することができる処理装置を提供する。【解決手段】処理装置は、仕切壁１０で仕切られた熱分解室６および燃焼室７を内部に有する流動床炉１と、水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置２と、燃焼室７から排出された二酸化炭素と、水素からメタンを生成するメタネーション反応器３と、第１流動化ガスを熱分解室６内に供給する第１流動化ガス供給ライン１１と、二酸化炭素の一部と、酸素を第２流動化ガスとして燃焼室７に導く第２流動化ガス供給ライン１２を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、可燃性廃棄物などの原料を処理するための技術に関し、特に二酸化炭素を大気中に放出しない燃焼および熱分解・ガス化処理技術に関する。

二酸化炭素（ＣＯ_２）は、地球温暖化の原因となりうるため、二酸化炭素の排出量を減らすことが求められている。しかしながら、廃棄物処理システムなどの各種燃焼装置では、可燃物の燃焼に伴い二酸化炭素が必然的に生成されるため、二酸化炭素の大気中への放出量を削減することは重要な課題となっている。

一方、燃焼装置から排出された二酸化炭素を回収し、地中などに貯留する試みもなされている。しかしながら、高濃度の二酸化炭素を回収するためには、燃焼装置から排出された二酸化炭素を含む燃焼排ガスを、さらに酸素で完全燃焼させるか、あるいは二酸化炭素を燃焼排ガスから分離する必要がある。このような処理サイクルは、付加的な設備を必要とし、費用も増大する。

特開２０１８−１６５３８８号公報

そこで、本発明は、大気中に放出される二酸化炭素の量を理論的に０とすることができ、地球温暖化防止に寄与することができる処理装置および処理方法を提供する。

一態様では、原料の処理装置であって、仕切壁で仕切られた熱分解室および燃焼室を内部に有する流動床炉と、水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置と、前記燃焼室から排出された二酸化炭素と、前記水素からメタンを生成するメタネーション反応器と、第１流動化ガスを前記熱分解室内に供給する第１流動化ガス供給ラインと、前記二酸化炭素の一部と、前記酸素を第２流動化ガスとして前記燃焼室に導く第２流動化ガス供給ラインを備えている、処理装置が提供される。

一態様では、前記電気分解装置は、ＣＯ_２フリー発電機に電気的に接続されている。
一態様では、前記第１流動化ガス供給ラインは、前記第１流動化ガスとして酸素フリーガスを前記熱分解室内に供給する酸素フリーガス供給ラインである。
一態様では、前記処理装置は、前記電気分解装置によって生成された水素を格納する水素ホルダをさらに備えており、前記水素ホルダは、前記電気分解装置と前記メタネーション反応器との間に配置されている。
一態様では、前記処理装置は、前記電気分解装置によって生成された酸素を格納する酸素ホルダをさらに備えており、前記酸素ホルダは、前記電気分解装置と前記燃焼室との間に配置されている。

一態様では、仕切壁で仕切られた熱分解室および燃焼室を内部に有する流動床炉を用いて原料を処理する方法であって、水を電気分解して水素と酸素を生成し、前記燃焼室内の流動媒体を前記熱分解室に移動させながら、第１流動化ガスを前記熱分解室に供給し、前記原料を前記熱分解室内で熱分解し、前記原料の残渣を前記燃焼室内で燃焼させ、前記燃焼室から排出された二酸化炭素と、前記水素からメタンを生成し、前記二酸化炭素の一部と前記酸素を第２流動化ガスとして前記燃焼室に供給する、方法が提供される。

一態様では、前記水の電気分解は、ＣＯ_２フリー電力を用いて行われる。
一態様では、前記第１流動化ガスは、酸素フリーガスである。

本発明によれば、燃焼室から排出された二酸化炭素と、電気分解装置によって生成された水素が反応し、メタンが生成される。したがって、本発明に係る処理装置および処理方法は，大気中に放出される二酸化炭素の量を理論的に０とすることができる。

処理装置の一実施形態を示す模式図である。 処理装置の他の実施形態を示す模式図である。 処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、可燃性廃棄物などの原料を処理するための処理装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示す処理装置は、原料の焼却炉である流動床炉１と、水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置２と、流動床炉１から排出された二酸化炭素、および電気分解装置２によって生成された水素からメタンを生成するメタネーション反応器３を備えている。

流動床炉１は、原料を熱分解し、炭化水素などの熱分解生成物を生成する熱分解室６と、熱分解された原料の残渣を燃焼する燃焼室７を備えている。熱分解室６および燃焼室７は、１つの流動床炉１内に形成されている。すなわち、流動床炉１の内部は、仕切壁１０によって熱分解室６と燃焼室７に仕切られている。流動床炉１の全体の形状は特に限定されないが、例えば円筒形または矩形を有している。

熱分解室６および燃焼室７内には、流動媒体（例えば珪砂）が収容されている。流動媒体を流動させるために、熱分解室６および燃焼室７は、第１流動化ガス供給ライン１１および第２流動化ガス供給ライン１２にそれぞれ接続されている。

第１流動化ガス供給ライン１１は、熱分解室６の下方に位置する第１風箱１５に接続されており、第１風箱１５を通じて熱分解室６に連通している。第１風箱１５の上壁は多孔板１５ａから構成されている。多孔板１５ａは、熱分解室６の炉床を構成する。第１流動化ガス供給ライン１１は、第１流動化ガスを第１風箱１５を通じて熱分解室６内に供給し、熱分解室６内の流動媒体を流動させる。流動する流動媒体は、第１流動床１８を熱分解室６内に形成する。

第２流動化ガス供給ライン１２は、燃焼室７の下方に位置する第２風箱１６に接続されており、第２風箱１６を通じて燃焼室７に連通している。第２風箱１６の上壁は多孔板１６ａから構成されている。多孔板１６ａは、燃焼室７の炉床を構成する。第２流動化ガス供給ライン１２は、燃焼室７から排出された二酸化炭素の一部と、電気分解装置２によって生成された酸素を、第２流動化ガスとして第２風箱１６を通じて燃焼室７内に供給し、燃焼室７内の流動媒体を流動させる。流動する流動媒体は、第２流動床１９を燃焼室７内に形成する。

処理装置は、燃焼室７の上方に設けられた排ガス出口２２からメタネーション反応器３に延びる燃焼排ガス移送ライン２４を備えている。さらに、処理装置は、燃焼排ガス移送ライン２４および流動床炉１に接続された二酸化炭素戻りライン２５を備えている。二酸化炭素戻りライン２５の一端は、燃焼排ガス移送ライン２４に接続されており、二酸化炭素戻りライン２５の他端は、第２風箱１６に接続されている。燃焼室７で発生した二酸化炭素の一部は、二酸化炭素戻りライン２５を通って燃焼室７に戻され、残りの二酸化炭素は、燃焼排ガス移送ライン２４を通ってメタネーション反応器３に送られる。

電気分解装置２によって生成された酸素は、酸素移送ライン３０および二酸化炭素戻りライン２５を通って燃焼室７に送られる。酸素移送ライン３０の一端は電気分解装置２に接続され、酸素移送ライン３０の他端は二酸化炭素戻りライン２５に接続されている。酸素は、二酸化炭素戻りライン２５を流れる二酸化炭素に混合される。二酸化炭素戻りライン２５を流れる二酸化炭素および酸素の混合体は、第２流動化ガスとして、燃焼室７内に導かれ、燃焼室７内の流動媒体を流動させる。本実施形態では、第２流動化ガス供給ライン１２は、燃焼排ガス移送ライン２４の一部と、二酸化炭素戻りライン２５と、酸素移送ライン３０から少なくとも構成されている。

仕切壁１０は、流動床炉１の上壁１ａから下方に延びている。仕切壁１０の下端は炉床に接していなく、仕切壁１０の下に開口２６がある。この開口２６は、熱分解室６および燃焼室７の底部に位置しており、熱分解室６と燃焼室７は開口２６を通じて互いに連通している。開口２６は、燃焼室７内で加熱された流動媒体が熱分解室６内に移動することを許容する。開口２６は、熱分解室６および燃焼室７内の第１流動床１８および第２流動床１９の界面（上面）よりも下方に位置している。

燃焼室７内には、二酸化炭素および酸素からなる第２流動化ガスによって流動媒体の旋回流が形成される。第２流動床１９は、このような流動媒体の旋回流から形成される。燃焼室７内で旋回流を形成する流動媒体の一部は、開口２６を通って熱分解室６に流入し、第１流動床１８を形成する流動媒体に混合される。熱分解室６内では、第１流動化ガスによって流動媒体の旋回流が形成される。第１流動床１８は、このような流動媒体の旋回流から形成される。

熱分解室６と燃焼室７は、連通路３５を通じて互いに連通している。図１では連通路３５を示す矢印は流動床炉１の外に描かれているが、連通路３５も流動床炉１内に位置している。加えて、図１では、熱分解室６および燃焼室７は、平面的に描かれているが、実際には熱分解室６および燃焼室７は立体的な形状であり、熱分解室６は燃焼室７の隣に配置することも可能である。したがって、連通路３５は単なる開口部から構成されていることもある。

流動床炉１は、廃棄物、バイオマスなどの原料を熱分解室６内に供給する原料供給口３７を有している。原料供給口３７を通じて熱分解室６内に投入された原料は、第１流動床１８を形成する流動媒体の旋回流によって撹拌されながら、流動媒体から熱を受け、熱分解する。熱分解の結果、原料に含まれる成分の一部は、熱分解生成物（例えば炭化水素CnHm、nおよびmは整数）としての生成ガスを形成する。生成ガスは、熱分解室６を形成する流動床炉１の上壁１ａに設けられた生成ガス出口４１を通って熱分解室６から排出される。生成ガス出口４１は熱分解室６に連通している。

生成ガス出口４１には、生成ガス移送ライン４５が接続されている。処理装置は、生成ガス移送ライン４５に接続されたサイクロン４７およびスクラバ４８を備えている。サイクロン４７およびスクラバ４８は、生成ガス移送ライン４５に沿って直列に並んでいる。熱分解室６から排出された生成ガスは、生成ガス移送ライン４５を通ってサイクロン４７に送られ、サイクロン４７によって粉塵が生成ガスから除去される。さらに、生成ガスはスクラバ４８に送られ、スクラバ４８にて生成ガスが水（苛性ソーダ等のアルカリ薬剤を含んだ水でもよい）で洗浄される。スクラバ４８は、水の代わりに油で生成ガスを洗浄する、あるいは水および油で生成ガスを洗浄する構成としてもよい。このようにして精製された生成ガスは、燃料ガス、化学原料などに使用することができる。サイクロン４７およびスクラバ４８のいずれか一方または両方が設けられない場合もある。

本実施形態では、熱分解室６に供給される第１流動化ガスとして、酸素を含まない気体である酸素フリーガスが用いられている。したがって、本実施形態の第１流動化ガス供給ライン１１は、酸素フリーガス供給ラインである。酸素フリーガスの例としては、熱分解室６から排出された生成ガス、水蒸気、不活性ガス（例えば窒素ガス）、またはメタネーション反応器３で生成されたメタンが挙げられる。酸素フリーガスは、生成ガス、水蒸気、不活性ガス、およびメタンのうちの少なくとも２つの混合物であってもよい。本実施形態では、水蒸気が第１流動化ガスとして使用されている。好ましくは、第１流動化ガスは、熱分解室６から排出された生成ガスと、メタネーション反応器３で生成されたメタンとの組み合わせが使用される。生成ガスとメタンとの組み合わせを含む第１流動化ガスは、原料の熱分解により発生した生成ガスに、化学組成が近いガスであるので、生成ガスの純度が高められる。また、生成ガス中に酸素原子を含む化学物質を含有させたいときは、熱分解室６の空塔部に含酸素ガスを供給することにより、熱分解室６内でガス化反応をさせてもよい。

熱分解室６内の原料の残渣は、流動媒体とともに、連通路３５を通って燃焼室７に移動する。原料の残渣は、第２流動床１９を形成する流動媒体とともに旋回しながら、第２流動化ガスに含まれる酸素の存在下で燃焼する。原料の残渣は、燃焼とともに二酸化炭素を発生しながら、熱エネルギーを放出し、第２流動床１９を形成する流動媒体を加熱する。二酸化炭素と、余剰の酸素は、燃焼排ガスとして、排ガス出口２２を通って燃焼室７から排出される。排ガス出口２２は、燃焼室７を形成する流動床炉１の上壁１ａに設けられている。排ガス出口２２は、燃焼室７に連通している。

加熱された流動媒体の一部は、開口２６を通って熱分解室６内に流入する。加熱された流動媒体は、原料の熱分解に必要な熱量を提供し、これにより原料の熱分解が熱分解室６内で進行する。さらに、流動媒体は、原料の残渣とともに連通路３５を通って燃焼室７に移動する。このように、流動媒体は、熱分解室６と燃焼室７との間を循環する。

熱分解室６に投入される原料は、廃プラスチック、木材、バイオマスなどの炭素（Ｃ）を含む可燃性材料である。原料は、熱分解室６内では燃焼せず、熱分解される。原料は、炭素を含むため、熱分解室６内で炭化物（チャー）が生成されやすい。炭化物（チャー）は、生成ガスとして熱分解室６から取り出すことができない反面、高い熱量を保有している。原料の一部は、生成ガスとして熱分解室６から排出され、原料の残渣は炭化物（チャー）として燃焼室７内に送られる。この炭化物（チャー）は高い熱量を有している。したがって、炭化物（チャー）は燃焼室７内で燃焼したときに高い熱エネルギーを発生し、流動媒体を高温に加熱することができる。加熱された流動媒体の一部は、燃焼室７から熱分解室６に移動し、原料を熱分解する。

第１風箱１５と第２風箱１６との間には、不燃物排出口５０が設けられている。原料中に含まれる比較的大きな不燃物は不燃物排出口５０から排出される。

原料の残渣は、燃焼室７内で燃焼し、二酸化炭素を発生する。二酸化炭素は、排ガス出口２２を通じて燃焼室７から排出され、燃焼排ガス移送ライン２４を通ってメタネーション反応器３に移送される。メタネーション反応器３は、その内部にメタネーション触媒（図示せず）を有しており、二酸化炭素と水素とを反応させてメタンと水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。このように、メタネーション反応器３に流入した二酸化炭素と水素は、メタンと水に変換されるので、二酸化炭素は大気中に放出されない。生成されたメタンは、メタン移送ライン５３を通って移送され、生成された水は、ドレイン５４を通ってメタネーション反応器３から排出される。

処理装置は、燃焼排ガス移送ライン２４に接続されたボイラ５５、減温塔５６、集塵装置５７、およびスクラバ５８を備えている。ボイラ５５、減温塔５６、集塵装置５７、およびスクラバ５８は、燃焼排ガス移送ライン２４に沿って直列に並んでいる。二酸化炭素戻りライン２５と燃焼排ガス移送ライン２４との接続点は、集塵装置５７の下流側に位置している。

燃焼室７から排出された燃焼排ガスは、燃焼排ガス移送ライン２４を通ってボイラ５５に送られ、ボイラ５５にて廃熱が回収される。燃焼排ガスは、燃焼排ガス移送ライン２４を通って減温塔５６に送られ、減温塔５６にて燃焼排ガスが冷却される。減温塔５６は、燃焼排ガスを冷却するための冷却器の一例である。

燃焼排ガスは、燃焼排ガス移送ライン２４を通ってさらに集塵装置５７に送られ、集塵装置５７によって飛灰などの粉塵が燃焼排ガスから除去される。集塵装置５７としては、例えば、バグフィルタを用いることができる。さらに、燃焼排ガスは、燃焼排ガス移送ライン２４を通ってスクラバ５８に送られ、スクラバ５８にて燃焼排ガスが水（苛性ソーダ等のアルカリ薬剤を含んだ水でもよい）で洗浄される。このようにして精製された燃焼排ガスは、メタネーション反応器３に送られる。ボイラ５５、減温塔５６、集塵装置５７、およびスクラバ５８のうちの少なくとも１つは、設けられないこともある。例えば、熱回収をしない場合には、ボイラ５５は設けられない。

電気分解装置２は、水を水素と酸素に電気分解する装置である。電気分解装置２は、水供給ライン６０に接続されており、水（Ｈ_２Ｏ）は水供給ライン６０を通じて電気分解装置２に供給される。電気分解装置２は、さらにＣＯ_２フリー発電機６２に電気的に接続されている。ＣＯ_２フリー発電機６２は、再生可能エネルギーによって駆動される発電機であり、発電のために二酸化炭素を発生しない。再生可能エネルギーの例としては、太陽光、風力、水力、地熱、太陽熱、バイオマス（動植物に由来する有機物）などが挙げられる。本実施形態では、このようなＣＯ_２フリー発電機６２によって生成されたＣＯ_２フリー電力が電気分解装置２に供給される。ＣＯ_２フリー発電機６２の発電量変動を吸収するために、ＣＯ_２フリー発電機６２によって生成されたＣＯ_２フリー電力を一旦蓄電池（図示せず）に溜め、蓄電池から電気分解装置２にＣＯ_２フリー電力を供給してもよい。

電気分解装置２は、ＣＯ_２フリー電力により水を電気分解し、水素と酸素を生成する。水素は、水素移送ライン６１を通じてメタネーション反応器３に移送され、酸素は、酸素移送ライン３０および二酸化炭素戻りライン２５を通じて燃焼室７に供給される。水素移送ライン６１は、電気分解装置２からメタネーション反応器３まで延びており、酸素移送ライン３０は電気分解装置２から二酸化炭素戻りライン２５まで延びている。一実施形態では、酸素移送ライン３０は電気分解装置２から第２風箱１６まで延びてもよい。

処理装置は、水素移送ライン６１に接続された水素ホルダ６５と、水素移送ライン６１に取り付けられた水素流量制御弁６６と、酸素移送ライン３０に接続された酸素ホルダ７０と、酸素移送ライン３０に取り付けられた酸素流量制御弁７１を備えている。水素ホルダ６５は、電気分解装置２とメタネーション反応器３との間に位置しており、酸素ホルダ７０は、電気分解装置２と燃焼室７との間に位置している。

電気分解装置２によって生成された水素は、水素移送ライン６１を通って水素ホルダ６５に一旦格納される。水素流量制御弁６６は、水素ホルダ６５とメタネーション反応器３との間に位置している。水素流量制御弁６６を開くと、水素ホルダ６５内の水素は水素移送ライン６１および水素流量制御弁６６を通ってメタネーション反応器３に移送される。二酸化炭素および水素は、メタネーション反応器３内で反応し、メタンと水（Ｈ_２Ｏ）に変換される。

メタネーション反応器３に移送すべき水素の量は、メタネーション反応器３内の二酸化炭素の全量と水素の全量が反応してメタンが生成される量である。そこで、水素を適正な流量でメタネーション反応器３に移送するために、処理装置は、メタネーション反応器３に流入する二酸化炭素の流量を測定する二酸化炭素測定器７５と、二酸化炭素の流量の測定値に基づいて水素流量制御弁６６の開度を調節する制御部８０を備えている。二酸化炭素測定器７５は、メタネーション反応器３のすぐ上流の位置で、燃焼排ガス移送ライン２４に取り付けられている。二酸化炭素測定器７５は、流量計と濃度計を兼ね備えた構成を有している。すなわち、二酸化炭素測定器７５は、燃焼排ガス移送ライン２４を流れる燃焼排ガスの流量を測定し、さらに燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度を測定し、燃焼排ガスの流量と二酸化炭素の濃度から、二酸化炭素の流量を算定するように構成されている。二酸化炭素測定器７５は制御部８０に電気的に接続されており、二酸化炭素の流量の測定値は制御部８０に送られるようになっている。

制御部８０は、メタネーション反応器３に流入する二酸化炭素の流量（すなわち二酸化炭素測定器７５から送られた二酸化炭素の流量の測定値）に基づいて水素流量制御弁６６の開度を調節し、メタネーション反応器３に移送される水素の流量を制御するように構成されている。より具体的には、二酸化炭素の流量が増加しているときは、制御部８０は、水素流量制御弁６６を操作して水素の流量を増加させ、二酸化炭素の流量が減少しているときは、制御部８０は、水素流量制御弁６６を操作して水素の流量を減少させる。このような制御により、燃焼排ガス中に含まれる二酸化炭素のすべてを水素と反応させ、メタンを生成することができる。結果として、処理装置外に放出される二酸化炭素が理論的に０となる。メタンは、都市ガスなどの燃料ガスとして使用することができる。

制御部８０は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。制御部８０は、プログラムが格納された記憶装置８０ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置８０ｂを備えている。記憶装置８０ａは、ＲＡＭなどの主記憶装置と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの補助記憶装置を備えている。演算装置８０ｂの例としては、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）が挙げられる。ただし、制御部８０の具体的構成は本実施形態に限定されない。

電気分解装置２によって生成された酸素は、酸素移送ライン３０を通って酸素ホルダ７０に一旦格納される。酸素流量制御弁７１は、酸素ホルダ７０と二酸化炭素戻りライン２５との間に位置している。酸素流量制御弁７１を開くと、酸素ホルダ７０内の酸素は、酸素移送ライン３０、酸素流量制御弁７１、および二酸化炭素戻りライン２５を通って燃焼室７に移送される。酸素は、燃焼室７内で原料の残渣の燃焼に消費される。

処理装置は、燃焼室７内に配置された温度計８６を備えている。本実施形態では、１つの温度計８６が配置されているが、縦方向に配列された複数の温度計８６が設けられてもよい。温度計８６は、制御部８０に電気的に接続されており、燃焼室７内の温度の測定値は制御部８０に送られるようになっている。

制御部８０は、燃焼室７内の温度（すなわち温度計８６から送られた燃焼室７内の温度の測定値）に基づいて酸素流量制御弁７１の開度を調節するように構成されている。より具体的には、制御部８０は、燃焼室７内の温度が所定の範囲内に維持されるように、酸素流量制御弁７１の開度（すなわち、燃焼室７に供給される酸素の流量）を調節するように構成される。一実施形態では、制御部８０は、燃焼室７の排ガス出口２２での酸素濃度（すなわち酸素濃度計測器８７から送られた排ガス出口２２での酸素濃度の測定値）に基づいて酸素流量制御弁７１の開度を調節するように構成されていてもよい。より具体的には、制御部８０は、燃焼室７の排ガス出口２２での酸素濃度が所定の範囲内に維持されるように、酸素流量制御弁７１の開度（すなわち、燃焼室７に供給される酸素の流量）を調節するように構成される。

上述したように、燃焼室７から排出された二酸化炭素の一部は、電気分解装置２によって生成された酸素と混合され、燃焼室７に戻される。酸素は、燃焼室７内の原料の残渣に含まれる炭素（Ｃ）を酸化させる酸化剤として作用する。燃焼室７内の酸素（Ｏ_２）の量は、燃焼室７内の原料の残渣に含まれる炭素（Ｃ）の量よりも若干多い量である。このような理論上の最適量よりも多い量の酸素は、燃焼室７内の炭素量の変動を吸収することができ、一酸化炭素の生成を防止することができる。原料の残渣中の炭素と、酸素が反応して二酸化炭素が生成される。二酸化炭素は、炭素との反応に消費されなかった残余の酸素とともに燃焼排ガスを形成し、燃焼排ガスは排ガス出口２２を通じて燃焼室７から排出される。

メタネーション反応は、次の式（１）で表され、水の電気分解反応式は次の式（２）で表される。
ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ （１）
２Ｈ_２Ｏ→２Ｈ_２＋Ｏ_２ （２）
上記式（１）から分かるように、１当量のＣＯ_２をＣＨ_４に変換するためには、４当量のＨ_２が必要である。上記式（２）によれば、水の電気分解で４当量のＨ_２を得たときには２当量のＯ_２が生成される。

流動床炉１の燃焼室７において、１当量の炭素（Ｃ）の燃焼には１当量のＯ_２が必要である。通常、廃棄物の燃焼プロセスでは、炭素に対する酸素の比率は１．２〜１．３程度であるため、０．７〜０．８当量のＯ_２が余剰となる。余剰のＯ_２は酸素ガスとして販売するか、あるいは併設されたガス化溶融炉設備において、この溶融酸素バーナ用のガスとして利用してもよい。

本実施形態では、燃焼室７の流動媒体を流動化させるための第２流動化ガスとして、空気は使用されていない。したがって、燃焼排ガス中には窒素は含まれず、高濃度の二酸化炭素を含む燃焼排ガスが得られる。一例では、燃焼室７から排出される燃焼排ガス中の二酸化炭素の濃度は９５％以上である。燃焼排ガス中の残りの成分は実質的に酸素である。このように、本実施形態によれば、ＣＯ_２リッチな燃焼排ガスが得られる。このＣＯ_２リッチな燃焼排ガスの一部は、第２流動化ガスとして燃焼室７に戻され、残りはメタネーション反応器３に送られる。

上述したように、流動床炉１は、熱分解室６と燃焼室７の２つの処理室を備えている。原料は、熱分解室６内では燃焼はされず、高温の流動媒体により加熱され、熱分解する。その結果、高カロリーの炭化水素などの生成ガスが生成される。生成ガスは、二酸化炭素を含まないので、生成ガスを高収率で得ることができる。熱分解室６から排出された生成ガスは、回収され、化学材料として利用することができる。

熱分解しにくい成分は、原料の残渣として燃焼室７に送られる。原料の残渣は、第２流動化ガスに含まれる酸素の存在下で燃焼され、二酸化炭素を発生する。このように、熱分解室６と燃焼室７の２つの処理室を備えた流動床炉１は、生成ガスから二酸化炭素を分離する必要がないので、処理装置は、二酸化炭素を分離するための機器は不要であり、処理装置を全体としてコンパクトにできる。

原料に含まれる炭素の多くは、熱分解室６内で生成ガスとして分離される。したがって、燃焼室７から発生する二酸化炭素の量は、原料中の炭素のすべてを燃焼室７内で燃焼させる場合に比べて、少ない。したがって、メタネーション反応器３で水素と反応させるべき二酸化炭素の量は多くなく、結果としてメタネーション反応器３をコンパクトにできる。

近年、再生可能電力の発電コストが急激に低下してきており、近い将来発電のための化石燃料消費は不要となることが想定される。しかしながら、社会生活を支えるモノとして、木材やプラスチックのような含炭素材料は将来にわたって必要であり、品質の劣化したモノは廃棄物として処理されなければならない。本実施形態に係る処理装置は、そうしたバイオマスや可燃性廃棄物を処理する過程でのＣＯ_２排出も抑制できる（燃焼室７から得るＣＯ_２リッチな燃焼排ガスをメタンに変換してケミカルリサイクルできる）。

図２は、処理装置の他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図２に示すように、処理装置は、生成ガス移送ライン４５から第１流動化ガス供給ライン１１に延びる生成ガス戻りライン９１を備えている。生成ガス移送ライン４５を流れる生成ガスの少なくとも一部は、生成ガス戻りライン９１を通って第１流動化ガス供給ライン１１に供給される。本実施形態では、熱分解室６から排出された生成ガスは、酸素フリーガスである第１流動化ガスの少なくとも一部として使用される。

図３は、処理装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図３に示すように、処理装置は、メタン移送ライン５３から第１流動化ガス供給ライン１１に延びるメタン戻りライン９２を備えている。メタン移送ライン５３を流れるメタンの少なくとも一部は、メタン戻りライン９２を通って第１流動化ガス供給ライン１１に供給される。本実施形態では、メタネーション反応器３から排出されたメタンは、酸素フリーガスである第１流動化ガスの少なくとも一部として使用される。

上述した本発明の技術は、熱分解室および燃焼室を内部に有する流動床炉のみならず、燃焼室を有するが、熱分解室を内部に持たない焼却タイプの流動床炉にも適用することができる。この焼却タイプに本発明を適用する場合は、燃焼排ガスの流れは、流動床炉、ボイラ、減温塔、集塵器、誘引送風機という順序になる。通常、原料中の可燃分(水素、酸素、窒素、硫黄、塩素など)の全量を空気で燃焼させるため、燃焼排ガス中にはＮ_２(窒素)、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、硫黄酸化物、窒素酸化物、塩化水素等が含まれる。この燃焼排ガスからＣＯ_２のみを回収するために、ＣＯ_２回収設備(アミン吸収法、ＣＯ_２分離膜法)が設けられる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 流動床炉
２ 電気分解装置
３ メタネーション反応器
６ 熱分解室
７ 燃焼室
１０ 仕切壁
１１ 第１流動化ガス供給ライン
１２ 第２流動化ガス供給ライン
１５ 第１風箱
１６ 第２風箱
１８ 第１流動床
１９ 第２流動床
２２ 排ガス出口
２４ 燃焼排ガス移送ライン
２５ 二酸化炭素戻りライン
３０ 酸素移送ライン
３５ 連通路
３７ 原料供給口
４１ 生成ガス出口
４５ 生成ガス移送ライン
４７ サイクロン
４８ スクラバ
５０ 不燃物排出口
５３ メタン移送ライン
５４ ドレイン
５５ ボイラ
５６ 減温塔
５７ 集塵装置
５８ スクラバ
６０ 水供給ライン
６１ 水素移送ライン
６２ ＣＯ_２フリー発電機
６５ 水素ホルダ
６６ 水素流量制御弁
７０ 酸素ホルダ
７１ 酸素流量制御弁
７５ 二酸化炭素測定器
８０ 制御部
８６ 温度計
８７ 酸素濃度計測器
９１ 生成ガス戻りライン
９２ メタン戻りライン

Claims (8)

1. 原料の処理装置であって、
   仕切壁で仕切られた熱分解室および燃焼室を内部に有する流動床炉と、
   水を電気分解して水素と酸素を生成する電気分解装置と、
   前記燃焼室から排出された二酸化炭素と、前記水素からメタンを生成するメタネーション反応器と、
   第１流動化ガスを前記熱分解室内に供給する第１流動化ガス供給ラインと、
   前記二酸化炭素の一部と、前記酸素を第２流動化ガスとして前記燃焼室に導く第２流動化ガス供給ラインを備えている、処理装置。
2. 前記電気分解装置は、ＣＯ_２フリー発電機に電気的に接続されている、請求項１に記載の処理装置。
3. 前記第１流動化ガス供給ラインは、前記第１流動化ガスとして酸素フリーガスを前記熱分解室内に供給する酸素フリーガス供給ラインである、請求項１または２に記載の処理装置。
4. 前記処理装置は、前記電気分解装置によって生成された水素を格納する水素ホルダをさらに備えており、
   前記水素ホルダは、前記電気分解装置と前記メタネーション反応器との間に配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の処理装置。
5. 前記処理装置は、前記電気分解装置によって生成された酸素を格納する酸素ホルダをさらに備えており、
   前記酸素ホルダは、前記電気分解装置と前記燃焼室との間に配置されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の処理装置。
6. 仕切壁で仕切られた熱分解室および燃焼室を内部に有する流動床炉を用いて原料を処理する方法であって、
   水を電気分解して水素と酸素を生成し、
   前記燃焼室内の流動媒体を前記熱分解室に移動させながら、第１流動化ガスを前記熱分解室に供給し、
   前記原料を前記熱分解室内で熱分解し、
   前記原料の残渣を前記燃焼室内で燃焼させ、
   前記燃焼室から排出された二酸化炭素と、前記水素からメタンを生成し、
   前記二酸化炭素の一部と前記酸素を第２流動化ガスとして前記燃焼室に供給する、方法。
7. 前記水の電気分解は、ＣＯ_２フリー電力を用いて行われる、請求項６に記載の方法。
8. 前記第１流動化ガスは、酸素フリーガスである、請求項６または７に記載の方法。

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