JP5631099B2 - Carbide manufacturing plant and carbide manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明はバイオマスから炭化物を製造する炭化物製造プラント及び炭化物製造方法に関する。 The present invention relates to a carbide production plant and a carbide production method for producing carbide from biomass.
酸素を遮断した状況下でバイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成する炭化炉が知られている。その熱分解方法として、熱分解用回転筒体を外部から加熱する方法や、熱分解用回転筒体に加熱管を装備し、加熱管に内装したバーナにより加熱管を加熱し、加熱管の輻射熱によりバイオマスを加熱する方法が従来から知られている。 2. Description of the Related Art A carbonization furnace is known in which biomass is pyrolyzed under the condition of blocking oxygen to generate carbides and pyrolysis gas. As the pyrolysis method, a pyrolysis rotating cylinder is heated from the outside, a heating pipe is provided in the pyrolysis rotating cylinder, and the heating pipe is heated by a burner built in the heating pipe, so that the radiant heat of the heating pipe is obtained. Conventionally, a method of heating biomass is known.
図1を参照して、従来の炭化物製造プラントを説明する。従来の炭化物製造プラントは、乾燥機110と、ロータリーキルン型の炭化炉120と、炭化炉120の外側に設けられた加熱ジャケット122と、燃焼炉130と、排煙処理塔140と、煙突150と、熱交換器160と、追焚炉170と、追焚炉170を介して燃焼炉130と加熱ジャケット122とを接続する炭化炉加熱ガス流路191と、燃焼炉130と乾燥機110とを接続する乾燥機加熱ガス流路192と、熱交換器160を介して乾燥機110と燃焼炉130とを接続する乾燥排ガス流路193と、熱交換器160を介して燃焼炉130と排煙処理塔140とを接続する排出流路194と、加熱ジャケット122と排煙処理塔140とを接続する排出流路195とを備える。
A conventional carbide production plant will be described with reference to FIG. A conventional carbide production plant includes a
乾燥機110は、ウェット系バイオマスの一例としての脱水汚泥を炭化処理する場合に前処理として乾燥物(乾燥汚泥)を生成する。炭化炉120は、酸素を遮断した状況下で乾燥物(乾燥汚泥)を熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成する。燃焼炉130は、熱分解ガスを空気比1以上の条件で燃焼する。燃焼炉130からの燃焼炉排ガスは、炭化炉加熱ガス流路191、乾燥機加熱ガス流路192、及び排出流路194をそれぞれ経由して、加熱ジャケット122、乾燥機110、及び排煙処理塔140に供給される。ここで、燃焼炉130の出口における燃焼炉排ガスの温度は約950℃である。追焚炉170は、都市ガスのような補助燃料を用いて加熱ジャケット122へ供給される燃焼炉排ガスを加熱する。加熱ジャケット122は燃焼炉排ガスを用いて炭化炉120内の乾燥物(乾燥汚泥)を間接的に加熱する。ここで、炭化炉120内を熱分解に必要な約600℃に加熱するために、約1100℃の燃焼炉排ガスが必要である。加熱ジャケット122から排出された燃焼炉排ガスは排出流路195を経由して排煙処理塔140に供給される。ここで、空気予熱器(不図示)が排出流路195内の燃焼炉排ガスの熱を用いて燃焼炉130に導入される燃焼用空気を予熱する。乾燥機110に供給された燃焼炉排ガスは、脱水汚泥の乾燥に用いられ、脱水汚泥からの水分や臭気成分を含む乾燥排ガスとして排出される。乾燥排ガスは乾燥排ガス流路193を経由して燃焼炉130に戻される。乾燥排ガスは燃焼炉130で処理される。熱交換器160は、乾燥排ガス流路193内の乾燥排ガスと排出流路194内の燃焼炉排ガスとの間で熱交換をする。これにより、排出流路194内の燃焼炉排ガスから熱が回収されて燃焼炉130に戻される。排煙処理塔140は、燃焼炉排ガスに対して排煙処理を実行する。排煙処理が実行された燃焼炉排ガスは煙突150から大気中に放出される。
The
燃焼炉130から排出される燃焼炉排ガスは、乾燥機110の熱源として十分な温度を有しているが、炭化炉120の熱源としては温度が不足する。そのため、追焚炉170により加熱ジャケット122に供給される燃焼炉排ガスを加熱している。更に、炭化炉120と加熱ジャケット122の間の隙間から漏れ込む空気により加熱ジャケット122内の燃焼炉排ガスの温度が低下するため、この温度低下も考慮して加熱ジャケット122に供給される燃焼炉排ガスを追焚炉170により加熱する必要がある。このため、追焚炉170での補助燃料使用量が多く、炭化物製造プラントにおける補助燃料の使用量を削減することが求められている。
The combustion furnace exhaust gas discharged from the
特許文献1は、有機性廃棄物を熱分解する熱分解用回転筒体から排出された熱分解ガスをガス改質室に設けられた改質用加熱管に導入し、改質用加熱管を外側から改質用バーナで加熱して熱分解ガスを改質ガスに転換し、改質ガスを熱分解用回転筒体内に設けられた熱分解用加熱管に導入し、熱分解用加熱管の輻射熱により有機性廃棄物を熱分解する有機性廃棄物の熱分解装置を開示している。 Patent Document 1 introduces a pyrolysis gas discharged from a thermal decomposition rotary cylinder that thermally decomposes organic waste into a reforming heating tube provided in a gas reforming chamber, The pyrolysis gas is converted into reformed gas by heating from the outside with a reforming burner, and the reformed gas is introduced into the pyrolysis heating tube provided in the thermal decomposition rotating cylinder, An organic waste thermal decomposition apparatus that decomposes organic waste by radiant heat is disclosed.
本発明の目的は、補助燃料の使用量が削減される炭化物製造プラント及び炭化物製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a carbide manufacturing plant and a carbide manufacturing method in which the amount of auxiliary fuel used is reduced.
以下に、(発明を実施するための形態)で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、(特許請求の範囲)の記載と(発明を実施するための形態)との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、(特許請求の範囲)に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 The means for solving the problem will be described below using the numbers used in the (DETAILED DESCRIPTION). These numbers are added to clarify the correspondence between the description of (Claims) and (Mode for Carrying Out the Invention). However, these numbers should not be used to interpret the technical scope of the invention described in (Claims).
本発明による炭化物製造プラントは、バイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成するロータリーキルン型の炭化炉(20)と、前記熱分解ガスを空気比1未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成する部分燃焼反応器(70)と、前記炭化炉を加熱する加熱ジャケット(22)と、前記部分燃焼ガスを空気比1以上の条件で燃焼する燃焼炉(30)と、前記加熱ジャケットを経由して前記部分燃焼反応器と前記燃焼炉とを接続する部分燃焼ガス流路(91)とを具備する。 A carbide production plant according to the present invention includes a rotary kiln type carbonization furnace (20) that pyrolyzes biomass to produce carbides and pyrolysis gas, and a partial combustion gas obtained by burning the pyrolysis gas under an air ratio of less than 1. A partial combustion reactor (70) for generating the carbonization furnace, a heating jacket (22) for heating the carbonization furnace, a combustion furnace (30) for burning the partial combustion gas under an air ratio of 1 or more, and the heating jacket And a partial combustion gas flow path (91) for connecting the partial combustion reactor and the combustion furnace.
上記炭化物製造プラントは、前記燃焼炉からの燃焼炉排ガスを用いて乾燥前のウェット系バイオマスを乾燥する乾燥機(10)と、前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻す乾燥排ガス流路(93)とを更に具備する。 The carbide manufacturing plant includes a dryer (10) for drying wet biomass before drying using the combustion furnace exhaust gas from the combustion furnace, and a dry exhaust gas flow path for returning the dried exhaust gas from the dryer to the combustion furnace. (93).
本発明による炭化物製造方法は、ロータリーキルン型の炭化炉(20)内においてバイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成するステップと、前記熱分解ガスを空気比1未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成するステップと、加熱ジャケット(22)を経由して燃焼炉(30)に前記部分燃焼ガスを供給するステップと、前記加熱ジャケットが前記炭化炉を加熱するステップと、前記燃焼炉が空気比1以上の条件で前記部分燃焼ガスを燃焼するステップとを具備する。 The method for producing carbide according to the present invention includes a step of pyrolyzing biomass in a rotary kiln type carbonization furnace (20) to produce carbide and pyrolysis gas, and burning the pyrolysis gas under a condition with an air ratio of less than 1. Generating a partial combustion gas, supplying the partial combustion gas to a combustion furnace (30) via a heating jacket (22), heating the carbonization furnace by the heating jacket, and the combustion furnace Combusting the partial combustion gas under a condition where the air ratio is 1 or more.
上記炭化物製造方法は、乾燥機(10)が前記燃焼炉からの燃焼排ガスを用いて乾燥前のウェット系バイオマスを乾燥して乾燥物を生成するステップと、前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻すステップとを更に具備する。 In the carbide manufacturing method, the dryer (10) uses the combustion exhaust gas from the combustion furnace to dry the wet biomass before drying to produce a dried product, and the combustion of the dry exhaust gas from the dryer Returning to the furnace.
本発明によれば、補助燃料の使用量が削減される炭化物製造プラント及び炭化物製造方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the carbide manufacturing plant and carbide manufacturing method in which the usage-amount of auxiliary fuel are reduced are provided.
添付図面を参照して、本発明による炭化物製造プラント及び炭化物製造方法を実施するための形態を以下に説明する。 With reference to an accompanying drawing, a form for carrying out a carbide manufacturing plant and a carbide manufacturing method by the present invention is explained below.
(第1の実施形態)
図2を参照して、本発明の第1の実施形態に係る炭化物製造プラントを説明する。炭化物製造プラントは、乾燥機10と、ロータリーキルン型の炭化炉20と、炭化炉20の外側に設けられた加熱ジャケット22と、燃焼炉30と、排煙処理塔40と、煙突50と、熱交換器60と、部分燃焼反応器70と、加熱ジャケット22を介して部分燃焼反応器70と燃焼炉30とを接続する部分燃焼ガス流路91と、燃焼炉30と乾燥機10とを接続する乾燥機加熱ガス流路92と、熱交換器60を介して乾燥機10と燃焼炉30とを接続する乾燥排ガス流路93と、熱交換器160を介して乾燥機10と排煙処理塔40とを接続する排出流路94とを備える。
(First embodiment)
With reference to FIG. 2, the carbide manufacturing plant which concerns on the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. The carbide production plant includes a
第1の実施形態に係る炭化物製造プラントを用いた炭化物製造方法を説明する。乾燥機10は、ウェット系バイオマスの一例としての脱水汚泥を乾燥して乾燥物(乾燥汚泥)を生成する。炭化炉20は、酸素を遮断した状況下で乾燥物(乾燥汚泥)を熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成する。炭化物は化石燃料の代替燃料等として利用される。部分燃焼反応器70は、熱分解ガスを部分燃焼して部分燃焼ガスを生成する。部分燃焼反応器70が熱分解ガスを空気比1未満の条件で燃焼するため、部分燃焼ガスは可燃成分を含む。ここで、部分燃焼ガスの温度が炭化炉20の加熱に必要な約1100℃になるように部分燃焼反応器70に導入される空気量を調節する。部分燃焼ガスは、部分燃焼ガス流路91を経由して加熱ジャケット22に供給される。加熱ジャケット22は部分燃焼ガスを用いて炭化炉20内の乾燥物(乾燥汚泥)を間接的に加熱する。加熱ジャケット22から排出された部分燃焼ガスは、部分燃焼ガス流路91を経由して燃焼炉30に供給される。燃焼炉30は、部分燃焼ガスを空気比1以上の条件で完全燃焼する。燃焼炉30からの燃焼炉排ガスは、乾燥機加熱ガス流路92及び排出流路94をそれぞれ経由して、乾燥機10及び排煙処理塔40に供給される。乾燥機10に供給された燃焼炉排ガスは、脱水汚泥の乾燥に用いられ、脱水汚泥からの水分や臭気成分を含む乾燥排ガスとして排出される。乾燥排ガスは乾燥排ガス流路93を経由して燃焼炉30に戻される。乾燥排ガスは燃焼炉30で処理される。熱交換器60は、乾燥排ガス流路93内の乾燥排ガスと排出流路94内の燃焼炉排ガスとの間で熱交換をする。これにより、排出流路94内の燃焼炉排ガスから熱が回収されて燃焼炉30に戻される。排煙処理塔40は、燃焼炉排ガスに対して排煙処理を実行する。排煙処理が実効された燃焼炉排ガスは煙突50から大気中に放出される。
A carbide manufacturing method using the carbide manufacturing plant according to the first embodiment will be described. The
本実施形態によれば、炭化炉20内で生成する熱分解ガスを部分燃焼した部分燃焼ガスを用いて炭化炉20を加熱するため、図1に示す追焚炉70が不要であり、補助燃料の使用量が削減される。更に、炭化炉20と加熱ジャケット22との間の隙間から空気が漏れ込んでも、その空気に含まれる酸素と部分燃焼ガスに含まれる可燃成分との発熱反応により加熱ジャケット22内の部分燃焼ガスの温度低下が防がれる。
According to this embodiment, since the
加熱ジャケット22に供給される部分燃焼ガスは、図1の加熱ジャケット122に供給される燃焼炉排ガスに比べて、比熱Cpが大きい。したがって、部分燃焼ガスから炭化炉20の加熱が効率的に行われる。
The partial combustion gas supplied to the
部分燃焼反応器70において、熱分解ガスを部分燃焼するため、炭化炉20内よりも高温となるため、熱分解ガスに含まれるタール分は分解され、且つ、部分燃焼反応器70に導入される空気によって希釈される。したがって、部分燃焼ガス流路91においてタールトラブルが発生することが防がれる。
In the
図1に示す炭化物製造プラントにおいては、燃焼炉130から加熱ジャケット122を経由して燃焼炉排ガスを誘引するためのファン(不図示)を排出流路195に設ける必要があるが、本実施形態においてはそのようなファンが不要になる。
In the carbide manufacturing plant shown in FIG. 1, it is necessary to provide a fan (not shown) for attracting combustion furnace exhaust gas from the
本実施形態においては、脱水汚泥のかわりに他の高含水率ウェット系バイオマスを用いてもよい。例えば、農業廃棄物を用いてもよい。 In this embodiment, other high water content wet biomass may be used instead of dehydrated sludge. For example, agricultural waste may be used.
本実施形態に係る炭化物製造プラント及び炭化物製造方法を低含水率の木質バイオマスから炭化物を製造するプロセスに適用することが可能である。この場合、乾燥機10が不要であり、木質バイオマスが炭化炉20に直接投入される。更に、燃焼炉30のかわりに発電用ボイラを設けて発電を行うことが可能である。
The carbide production plant and the carbide production method according to the present embodiment can be applied to a process for producing carbide from woody biomass having a low water content. In this case, the
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記温度条件は必要に応じて変更され得る。また、部分燃焼反応器70に水蒸気を導入してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the temperature condition can be changed as necessary. Further, steam may be introduced into the
10…乾燥機
20…炭化炉
22…加熱ジャケット
30…燃焼炉
40…排煙処理塔
50…煙突
60…熱交換器
70…部分燃焼反応器
91…部分燃焼ガス流路
92…乾燥機加熱ガス流路
93…乾燥排ガス流路
94…排出流路
110…乾燥機
120…炭化炉
122…加熱ジャケット
130…燃焼炉
140…排煙処理塔
150…煙突
160…熱交換器
170…追焚炉
191…炭化炉加熱ガス流路
192…乾燥機加熱ガス流路
193…乾燥排ガス流路
194、195…排出流路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記熱分解ガスを空気比1未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成する部分燃焼反応器と、
前記炭化炉を加熱する加熱ジャケットと、
前記部分燃焼ガスを空気比1以上の条件で燃焼する燃焼炉と、
前記加熱ジャケットを経由して前記部分燃焼反応器と前記燃焼炉とを接続する部分燃焼ガス流路と
を具備する
炭化物製造プラント。 A rotary kiln type carbonization furnace that pyrolyzes biomass to produce carbides and pyrolysis gas;
A partial combustion reactor that generates the partial combustion gas by burning the pyrolysis gas under an air ratio of less than 1;
A heating jacket for heating the carbonization furnace;
A combustion furnace that burns the partial combustion gas under an air ratio of 1 or more;
A carbide manufacturing plant comprising a partial combustion gas flow path connecting the partial combustion reactor and the combustion furnace via the heating jacket.
前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻す乾燥排ガス流路と
を更に具備する
請求項1の炭化物製造プラント。 A dryer for drying the biomass before drying using the combustion furnace exhaust gas from the combustion furnace to produce a dried product;
The carbide production plant according to claim 1, further comprising a dry exhaust gas passage for returning the dry exhaust gas from the dryer to the combustion furnace.
前記熱分解ガスを空気比1未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成するステップと、
加熱ジャケットを経由して燃焼炉に前記部分燃焼ガスを供給するステップと、
前記加熱ジャケットが前記炭化炉を加熱するステップと、
前記燃焼炉が空気比1以上の条件で前記部分燃焼ガスを燃焼するステップと
を具備する
炭化物製造方法。 Pyrolyzing biomass in a rotary kiln type carbonization furnace to produce carbides and pyrolysis gas;
Combusting the pyrolysis gas under conditions with an air ratio of less than 1 to generate a partial combustion gas;
Supplying the partial combustion gas to the combustion furnace via a heating jacket;
The heating jacket heating the carbonization furnace;
A combustion furnace comprising: burning the partial combustion gas under a condition where the combustion furnace has an air ratio of 1 or more.
前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻すステップと
を更に具備する
請求項3の炭化物製造方法。 Drying a biomass before drying using a flue gas from the combustion furnace to produce a dried product;
The method for producing carbide according to claim 3, further comprising a step of returning the dried exhaust gas from the dryer to the combustion furnace.
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