JP3781379B1 - 有機物の処理方法、熱分解炉、発電システム、及び可燃性ガスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機物Oを、燃焼用空気の非供給下で熱分解することにより炭化して無定形炭素Cを生成する。そして、熱分解途上の有機物から発生する、第1可燃性ガスと気体状のタールとを含む未処理ガスを、大気圧下で800〜1000℃の温度に保たれた無定形炭素に流通させて、未処理ガス中のタールを熱分解反応により分解して第2可燃性ガスを発生させるとともに、未処理ガスからタールが除去された処理ガスを得る。そして、処理ガス及び第2可燃性ガスが混合された可燃性ガスを生成する。
【選択図】図5
Description
図1〜図5を参照して、実施の形態1の熱分解炉の構造及び動作につき説明する。なお、熱分解炉の動作の説明とともに、この発明の有機物の処理方法、可燃性ガスの製造方法及び発電システムについても説明する。
(条件1):Θ>α
(条件2):H≧h
連通孔32を、これら2条件を満足するような平面形状とすることにより、分解筒12の回転過程で、連通孔32は、(Θ−α)の角度範囲において集合体C中に、埋没する。したがって、連通孔32が埋没した状態において、未処理ガスは集合体C中を確実に流通する。
(条件3):Θ≧β
この条件を満たすように、連通孔32Fと32Bとを配置することにより、前方連通孔32Fが回転して前端部32Faが集合体Cから露出したとしても、後方連通孔32Bを集合体C中に埋没した状態に保つことができる。
(条件4):n・λ≧360°を満たす最小のn(ただし、nはn≧3の整数)
ところで、連通孔32は邪魔板26に1個ずつ設けられる。したがって、邪魔板26は最低n枚設ける必要がある。
スクリューフィーダ14bの稼働により、加熱されている分解筒12の一端開口12a付近には、有機物Oが一定の供給速度で供給される。ここで、有機物Oとしては、水分含有量が10〜30wt%の粉砕された有機系廃棄物を用いる。
有機物Oは、第1可燃性ガス及び気体状のタール(以下、単にタールとも称する。)を含む未処理ガスを発生しながら熱分解されていく(図5:矢印Ar1)。有機物Oは、分解筒12の上流側の2/3L(L:分解筒12の全長)程度の長さの領域を移動する間に熱分解が完了し、無定形炭素Cへと炭化される(図5:矢印Ar2)。周知の通り、無定形炭素Cは、粒子の状態にある。
無定形炭素Cの集合体は、約900℃の温度に保たれたまま、分解筒12の下流側1/3L程度の長さの停留室群30を、約10分かけて、取出口22まで移動する。このようにして、無定形炭素Cは、他端開口12bに最も近い停留室24Aまで移動する。ところで、取出口22の下側領域は、蓋28によりふさがれている。その結果、集合体Cは、分解筒12内に一時的に停留される。この停留により、停留室群30の全体にわたって無定形炭素Cが溜まることとなる。
一方、有機物Oの熱分解の過程で発生した未処理ガスは、分解筒12内を取出口22に向けて流通する。そして、停留室群30を通過する際に無定形炭素C中を流通する(図5:矢印Ar4)。
タールは、900℃の温度環境下に長時間(最長で約10分)にわたり曝される。その結果、無定形炭素Cに接触したタールは、水蒸気の有無に関係なく、熱分解反応により分解される。これにより、タールよりも低分子量であるメタン、エタン及びCO等を含む可燃性の第2可燃性ガスが発生する(図5:矢印Ar7)。なお、タールの分解に水蒸気を必要としないことについては、実施例において詳述する。
得られた無定形炭素Cと可燃性ガスとは、2次分解炉23に導入される。
図6を参照して、実施の形態2の熱分解炉につき説明する。
12,72 分解筒
12a 一端開口
12b 他端開口
12c 中心軸
12d 内壁面
121 外側面
14 供給手段
14a ホッパ
14b,48,50 スクリューフィーダ
14b1 後端部
14b2 スクリュー
14b4 前端部
14c 有機物投入口
16,74 加熱手段
16a ヒータ
16b,74b 外筒
16b1,28,72b 蓋
16b2 筒状本体
16b3 面
16b4 内周面
18,82 回転手段
181 駆動モータ
182 回転駆動部
18a 駆動部
18b,18c コロ
18b1,18c1 回転軸
20 タール分解手段
22,78 取出口
23 2次分解炉
24,24A 停留室
26,261〜265 邪魔板
26a 弦
26b 外縁
30 停留室群
32 連通孔
32F 前方連通孔
32B 後方連通孔
32a,32Fa,32Ba 前端部
32b,32Fb,32Bb 後端部
32Fc,32Bc 中点
34 貯蔵容器
34a シール機構
34b 下端
36 ガス排出口
38 排出手段
40 2次加熱手段
44 ガス洗浄装置
46,86 配管
52 水槽
56 棒状ヒータ
58 金網
60a,60b 断熱材
72a 入出口
72c ガス排出用配管
74a バーナ
76 タール分解容器
76a 本体
76b 充填材加熱手段
80 冷却装置
80a 開口
84 充填材
88 カートリッジ
O 有機物
C 無定形炭素,無定形炭素の集合体
C1 端部
S1,Sa,Sb,S32Fa,S32Bb,SF,SB,SFO,SBO 線分
P1〜P7 連通孔対
Claims (9)
- 有機物を熱分解して、無定形炭素と可燃性ガスとを生成する、有機物の処理方法であって、
前記有機物を、燃焼用空気の非供給下で熱分解することにより炭化して前記無定形炭素を生成し、
熱分解途上の前記有機物から発生する、第1可燃性ガスと気体状のタールとを含む未処理ガスを、大気圧下で800〜1000℃の温度に保たれた前記無定形炭素の集合体に流通させて、当該タールを該無定形炭素に接触させることにより、当該タールを熱分解反応により分解して第2可燃性ガスを発生させるとともに、前記未処理ガスから当該タールが除去された処理ガスを得、
前記処理ガス及び前記第2可燃性ガスが混合された前記可燃性ガスを生成する
ことを特徴とする有機物の処理方法。 - 前記無定形炭素を、前記未処理ガスが該無定形炭素の集合体中を流通可能な状態で、800〜1000℃の温度で、10分以上保持することを特徴とする請求項1に記載の有機物の処理方法。
- 前記未処理ガスを、下記の条件(1)及び(2)
(1)前記無定形炭素の集合体に流通させない、及び、
(2)800℃未満の温度とする、
の双方を満たした状態で冷却して、前記タールを液化した場合の液化タールの質量を分解前質量とし、及び
前記可燃性ガスを冷却して、前記タールを液化した場合の液化タールの質量を分解後質量とした場合に、
前記分解後質量は、前記分解前質量の1/100以下の質量であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機物の処理方法。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機物の処理方法を利用した熱分解炉であって、
一端開口から他端開口にかけて高さが低くなるように傾斜して配置され、前記一端開口から前記他端開口に向けて、前記有機物が熱分解されながら移動する中空筒状の、回転型の分解筒と、
前記分解筒の気密性を保った状態で前記一端開口に設けられ、前記分解筒に連続的に前記有機物を供給することができる供給手段と、
前記分解筒の側面を外側から囲むように設けられ、前記有機物を加熱する加熱手段と、
前記有機物の熱分解中に、前記分解筒を、その中心軸の周りで周方向に回転させる回転手段と、
熱分解途上の前記有機物から発生する、第1可燃性ガスと気体状のタールとを含む未処理ガスを、熱分解途上の当該有機物よりも前記他端開口側に存在する無定形炭素の集合体中に流通させるとともに、前記加熱手段による加熱により、該無定形炭素に接触した前記タールを分解して第2可燃性ガスを発生させるタール分解手段と、
前記分解筒の前記他端開口に設けられ、前記無定形炭素、並びに、前記未処理ガス中の前記タールが除去された処理ガス及び前記第2可燃性ガスが混合された可燃性ガスを、前記分解筒から連続的に取り出すように構成されている取出口手段と
を備えていることを特徴とする熱分解炉。 - 前記タール分解手段は、
前記分解筒内に、前記中心軸方向に沿って直列に配置された複数の停留室と、
個々の該停留室を画成するとともに、隣接する停留室間を連通させているm枚(ただし、mは3以上の整数)の邪魔板と、
前記取出口手段の重力方向の上側領域を開口させるとともに、該取出口手段の重力方向の下側領域をふさぐように設けられていて、前記分解筒内に前記無定形炭素を停留させるための蓋と
を備えており、
前記邪魔板の各々は、それぞれ前記分解筒の内壁面に直角に接続されていて、かつ、互いに隣接する前記停留室間を連通する連通孔を、当該邪魔板と該内壁面との間にそれぞれ形成しており、
前記中心軸方向に対するm枚の前記邪魔板の正射影において、
(1)前記分解筒の前記内壁面及び前記無定形炭素の集合体の接触領域の前記分解筒の回転方向に沿った両端と、前記分解筒の前記中心軸とをそれぞれ結ぶ2線分で挟まれた角度をΘとし、
(2)前記内壁面の重力方向の最下端位置から、重力方向に沿って測った前記無定形炭素の厚みをHとし、
(3)任意の前記連通孔において、当該連通孔の前記回転方向の前方に位置する端部を前端部とし、当該連通孔の前記回転方向の後方の端部を後端部とし、該前端部及び該後端部と、前記中心軸とをそれぞれ結ぶ2線分で挟まれた角度をαとし、
(4)任意の前記連通孔が重力方向の最下端位置に存在する場合に、前記内壁面の重力方向の前記最下端位置の高さを基準として、重力方向に沿って測った当該連通孔の最高点までの高さをhとし、
(5)前記回転方向に沿って互いに隣接する2個の前記連通孔において、前記回転方向の前方に位置するものを前方連通孔とし、及び、前記回転方向の後方に位置するものを後方連通孔とし、当該前方連通孔の前記前端部及び当該後方連通孔の前記後端部と、前記中心軸とをそれぞれ結ぶ2線分で挟まれた角度をβとし、並びに、
(6)前記前方連通孔における前記前端部と前記後端部とを結んだ線分の中点から前記中心軸まで延びる線分、及び、前記後方連通孔における前記前端部と前記後端部とを結んだ線分の中点から前記中心軸まで延びる線分により挟まれた角度をλとした場合に、
複数の前記連通孔のそれぞれを、H≧h、かつ、Θ>αを満たすような、合同の平面形状とし、
前記回転方向に沿って互いに隣接する2個の前記連通孔を、Θ≧βを満たすように配置し、及び、
m枚の前記邪魔板の内、n枚(ただし、nは、n≧3、かつ、n≦mの整数)の前記邪魔板を、以下の条件を満足するように設けることを特徴とする請求項4に記載の熱分解炉。
(条件)n・λ≧360°を満たす最小のn枚の当該邪魔板の前記中心軸方向に対する正射影において、
n・λ=360°の場合には、互いに隣接する前記連通孔の位相がλずつ、ずれて、n個の当該連通孔が配置されており、
n・λ>360°の場合には、互いに隣接する前記連通孔の内、n−1対においては、前記位相がλずつ、ずれており、かつ、残りの1対においては、前記位相が、360°−(n−1)λだけずれて、n個の当該連通孔が配置されている。 - 前記熱分解炉が、前記取出口手段に接続された2次分解炉をさらに備え、
該2次分解炉は、
前記取出口手段から取り出された前記無定形炭素を一時的に貯蔵する貯蔵容器と、
該貯蔵容器において、前記取出口手段よりも下側位置に設けられ、前記取出口手段より取り出された前記可燃性ガスを、該貯蔵容器に貯蔵された前記無定形炭素の集合体中を流通させた後に排出するガス排出口と、
該貯蔵容器の下端に設けられた、前記貯蔵容器中の前記無定形炭素を排出する排出手段と、
前記貯蔵容器中に貯蔵された前記無定形炭素を900〜1000℃の温度に加熱する2次加熱手段と
を備えることを特徴とする請求項4又は5に記載の熱分解炉。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の有機物の処理方法を利用した熱分解炉であって、
有機物が供給され、熱分解中は気密とされる分解筒と、
該分解筒を、前記有機物が熱分解して無定形炭素が生成される温度まで加熱する加熱手段と、
熱分解途上の前記有機物から発生する、第1可燃性ガスと気体状のタールとを含む未処理ガスを、当該有機物の熱分解よりも前に行われた熱分解により得られ、800〜1000℃の温度に保たれた前記無定形炭素の集合体中に流通させて、当該タールを該無定形炭素に接触させることにより、当該タールを熱分解反応により分解した第2可燃性ガスと、前記未処理ガスから当該タールが除去された処理ガスとを得るタール分解手段と、
前記処理ガス及び前記第2可燃性ガスが混合された可燃性ガスを取り出す取出口手段と
を備えていることを特徴とする熱分解炉。 - 請求項4〜7のいずれか一項に記載の熱分解炉と、発電機とを備えた発電システムであって、
該発電機を稼働させるための燃料として前記可燃性ガスを用いることを特徴とする発電システム。 - 有機物を熱分解して可燃性ガスを製造するにあたり、
前記有機物を、燃焼用空気の非供給下で熱分解することにより炭化して無定形炭素を生成し、
熱分解途上の前記有機物から発生する、第1可燃性ガスと気体状のタールとを含む未処理ガスを、大気圧下で800〜1000℃の温度に保たれた前記無定形炭素の集合体に流通させて、当該タールを該無定形炭素に接触させることにより、当該タールを熱分解反応により分解して第2可燃性ガスを発生させるとともに、前記未処理ガスから当該タールが除去された処理ガスを得、
前記処理ガス及び前記第2可燃性ガスが混合された可燃性ガスを製造する
ことを特徴とする可燃性ガスの製造方法。
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