JP6339276B1 - 有機物の多段階利用装置及び有機物の多段階利用方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギー効率が高く、有機物の多段階利用に関し、燃料から機能性複合材料までの製造を可能とする有機物の多段階利用装置及び有機物の多段階利用方法を提供すること。【解決手段】本発明の有機物の多段階利用装置は、投入部１１、及び取出部１２を有するシリンダ１０と、スクリュー２０と、調温部１３と、水分排出用圧力調整部１４と、ガス排出用圧力調整部１５と、液体分離器１６とを備え、シリンダ１０内には、スクリュー２０によって、投入物を微粒化するせん断部２１と、せん断部２１で微粒化された投入物を圧縮する圧縮部２２とが形成され、取出部１２では、投入物から過剰水分及び熱分解ガスが取り出された固体が排出されることを特徴とする。【選択図】 図１
Description
本発明は、有機物を多段階利用する装置及びその方法に関する。
バイオマスなどの有機物は、高い燃焼熱を持つことから古くからエネルギーに利用されるとともに、軽量で高強度のセルロースなどを含むことから成形材料としても活用されてきた。
バイオマスは、元々大気からの二酸化炭素を取り込んで生成したものであるため、燃焼させた場合でも、化石燃料を燃やした場合と異なり、大気中の二酸化炭素濃度を増減させないカーボンニュートラルな資源である。このため、現在、このようなカーボンニュートラルなバイオマスをエネルギー及び複合材料の両面から利用する研究が進められている。
また、化学合成された有機物からも多くの複合材料が作られているが、これらのリサイクルに関する研究も進められている。
バイオマスは、元々大気からの二酸化炭素を取り込んで生成したものであるため、燃焼させた場合でも、化石燃料を燃やした場合と異なり、大気中の二酸化炭素濃度を増減させないカーボンニュートラルな資源である。このため、現在、このようなカーボンニュートラルなバイオマスをエネルギー及び複合材料の両面から利用する研究が進められている。
また、化学合成された有機物からも多くの複合材料が作られているが、これらのリサイクルに関する研究も進められている。
このような試みの中で、有機物をエネルギー利用の観点から、ガス成分、タール成分、炭化物成分を十分に分離できる熱分解型の装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、バイオマスの複合材料利用の観点から、バイオマスの凝集構造を解消する微細化処理が行われる複合材料化装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
また、バイオマスの複合材料利用の観点から、バイオマスの凝集構造を解消する微細化処理が行われる複合材料化装置が提案されている（例えば、特許文献２）。
特許文献１には、高温の燃焼ガスを発生させる燃焼炉と、間接加熱により有機物を発生ガスと炭化物に分離する熱分解炉と、炭化物に高温の燃焼ガスを導く活性炭賦活炉により、ガス成分から活性炭までを得る技術が開示されている。
しかし、熱分解と活性炭賦活において炉を用いているため、粒径の大きい粒状の活性炭を得ることはできるがエネルギー効率が悪い。また、複合材料化するためには、微細化処理をする必要がある。
しかし、熱分解と活性炭賦活において炉を用いているため、粒径の大きい粒状の活性炭を得ることはできるがエネルギー効率が悪い。また、複合材料化するためには、微細化処理をする必要がある。
特許文献２には、密閉容器の中に高圧蒸気を導入し固形素材と混練することにより、高圧蒸気が保有する潜熱により固形素材の凝集構造を破壊し、微細化分散する技術が開示されている。
しかし、配合材に対して微細に分散させているため、エネルギー効率が高く、バイオマスの分子量の低下は抑制され剛性に優れる半面、活性炭のような機能性の高い物質までは変換されず、熱分解により発生するガスも少なく、燃料としてエネルギー利用をすることは困難である。
しかし、配合材に対して微細に分散させているため、エネルギー効率が高く、バイオマスの分子量の低下は抑制され剛性に優れる半面、活性炭のような機能性の高い物質までは変換されず、熱分解により発生するガスも少なく、燃料としてエネルギー利用をすることは困難である。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、エネルギー効率が高く、有機物の多段階利用に関し、燃料から機能性複合材料までの製造を可能とする有機物の多段階利用装置及び有機物の多段階利用方法を提供することを目的とする。
請求項１記載の本発明の有機物の多段階利用装置は、有機物由来物を含む投入物を投入する投入部、及び前記投入物を取り出す取出部を有するシリンダと、前記シリンダの内部で軸回転し、前記投入物を前記投入部から前記取出部に向かって押し出すスクリューと、前記シリンダ内の前記投入物を、設定温度に調温する調温部と、前記シリンダ内の前記投入物が含有する過剰水分を、設定圧力によって取り出す水分排出用圧力調整部と、前記シリンダ内の前記投入物が熱分解し発生する熱分解ガスを、設定圧力によって取り出すガス排出用圧力調整部と、前記ガス排出用圧力調整部で取り出された前記熱分解ガスを冷却して得られる液体を分離する液体分離器とを備え、前記シリンダ内には、前記スクリューによって、前記投入物を微粒化するせん断部と、前記せん断部で微粒化された前記投入物を圧縮する圧縮部とが形成され、前記取出部では、前記投入物から前記過剰水分及び前記熱分解ガスが取り出された固体が排出され、前記水分排出用圧力調整部として第１水分排出用圧力調整部と第２水分排出用圧力調整部とを備えており、前記第１水分排出用圧力調整部は前記第２水分排出用圧力調整部より上流に配置し、前記ガス排出用圧力調整部として第１ガス排出用圧力調整部と第２ガス排出用圧力調整部とを備えており、前記第１ガス排出用圧力調整部は前記第２ガス排出用圧力調整部より上流に配置し、前記せん断部として第１せん断部と第２せん断部とを備えており、前記第１せん断部は前記第２せん断部より上流に配置し、前記圧縮部として第１圧縮部と第２圧縮部とを備えており、前記第１圧縮部は前記第２圧縮部より上流に配置し、前記調温部として、前記第１水分排出用圧力調整部より上流で、前記第１せん断部に対応して配置している第１調温部と、前記第２水分排出用圧力調整部より上流で、前記第２せん断部に対応して配置している第２調温部と、前記第１ガス排出用圧力調整部より上流で、前記第１圧縮部に対応して配置している第３調温部と、前記第２ガス排出用圧力調整部より上流で、前記第２圧縮部に対応して配置している第４調温部とを備えていることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の有機物の多段階利用装置において、前記圧縮部に配置する前記調温部では、前記設定温度を６００℃以上とする加熱手段を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の有機物の多段階利用装置において、２００℃以上の過熱水蒸気及び／又は１２０℃以上の加圧熱水を投入する圧入手段を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用装置において、前記ガス排出用圧力調整部が、前記シリンダに着脱可能な管を有し、前記管は、前記シリンダの前記内部と接する面に焼結金属を有し、前記液体分離器は、前記管に連通する螺旋状パイプと、前記螺旋状パイプを冷却する冷却手段とを有することを特徴とする。
請求項５記載の本発明の有機物の多段階利用方法は、有機物由来物を含む投入物を微粒化するせん断ステップと、前記せん断ステップで微粒化した前記投入物から過剰水分を取り出す調湿ステップと、前記調湿ステップの後に、前記投入物を加熱することで熱分解ガスを発生させる熱分解ステップと、前記熱分解ステップで発生させた前記熱分解ガスを設定圧力で取り出すガス回収ステップと、前記ガス回収ステップで取り出した前記熱分解ガスを冷却して得られる液体を分離する液体回収ステップと、前記ガス回収ステップで前記投入物から前記熱分解ガスを取り出した後の固体を取り出す固体回収ステップとを有し、前記調湿ステップでは、上流側調湿ステップと、下流側調湿ステップとを有し、前記上流側調湿ステップを、前記下流側調湿ステップより設定圧力を高圧とし、前記熱分解ステップでは、上流側熱分解ステップと、下流側熱分解ステップとを有し、前記上流側熱分解ステップを前記下流側熱分解ステップより設定温度を低くすることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の有機物の多段階利用方法において、前記調湿ステップにおける設定温度を200℃以上とし、前記熱分解ステップにおける設定温度を2３0℃以上とし、前記ガス回収ステップにおける設定圧力を１Mpa以上とすることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項５又は請求項６に記載の有機物の多段階利用方法において、前記調湿ステップの後で、前記ガス回収ステップの前に、１２０℃以上３００℃以下の加圧熱水を投入する圧入ステップを有することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用方法において、前記固体回収ステップで取り出される前記固体を活性炭としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用方法において、前記投入物には、沸点３００℃以上の炭化水素化合物を含み、前記せん断ステップでは、前記炭化水素化合物を含む前記投入物を設定温度で混練することを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１に記載の有機物の多段階利用装置において、前記圧縮部に配置する前記調温部では、前記設定温度を６００℃以上とする加熱手段を備えたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１又は請求項２に記載の有機物の多段階利用装置において、２００℃以上の過熱水蒸気及び／又は１２０℃以上の加圧熱水を投入する圧入手段を備えたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用装置において、前記ガス排出用圧力調整部が、前記シリンダに着脱可能な管を有し、前記管は、前記シリンダの前記内部と接する面に焼結金属を有し、前記液体分離器は、前記管に連通する螺旋状パイプと、前記螺旋状パイプを冷却する冷却手段とを有することを特徴とする。
請求項５記載の本発明の有機物の多段階利用方法は、有機物由来物を含む投入物を微粒化するせん断ステップと、前記せん断ステップで微粒化した前記投入物から過剰水分を取り出す調湿ステップと、前記調湿ステップの後に、前記投入物を加熱することで熱分解ガスを発生させる熱分解ステップと、前記熱分解ステップで発生させた前記熱分解ガスを設定圧力で取り出すガス回収ステップと、前記ガス回収ステップで取り出した前記熱分解ガスを冷却して得られる液体を分離する液体回収ステップと、前記ガス回収ステップで前記投入物から前記熱分解ガスを取り出した後の固体を取り出す固体回収ステップとを有し、前記調湿ステップでは、上流側調湿ステップと、下流側調湿ステップとを有し、前記上流側調湿ステップを、前記下流側調湿ステップより設定圧力を高圧とし、前記熱分解ステップでは、上流側熱分解ステップと、下流側熱分解ステップとを有し、前記上流側熱分解ステップを前記下流側熱分解ステップより設定温度を低くすることを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項５に記載の有機物の多段階利用方法において、前記調湿ステップにおける設定温度を200℃以上とし、前記熱分解ステップにおける設定温度を2３0℃以上とし、前記ガス回収ステップにおける設定圧力を１Mpa以上とすることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項５又は請求項６に記載の有機物の多段階利用方法において、前記調湿ステップの後で、前記ガス回収ステップの前に、１２０℃以上３００℃以下の加圧熱水を投入する圧入ステップを有することを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用方法において、前記固体回収ステップで取り出される前記固体を活性炭としたことを特徴とする。
請求項９記載の本発明は、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用方法において、前記投入物には、沸点３００℃以上の炭化水素化合物を含み、前記せん断ステップでは、前記炭化水素化合物を含む前記投入物を設定温度で混練することを特徴とする。
本発明により、有機物の熱分解におけるエネルギー効率を上げるとともに、有機物由来物による、効率的な燃料の提供技術と、機能性に優れた複合材料化技術が提供される。また、化学合成された有機化合物を含有する複合材料の効率的なリサイクル技術が提供される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように実施形態に係る有機物の多段階利用装置は、シリンダ１０と、このシリンダ１０の内部で軸回転し投入物を上流から下流に送るスクリュー２０と、このスクリュー２０を軸回転させる駆動手段３０とを備えている。
図１に示すように実施形態に係る有機物の多段階利用装置は、シリンダ１０と、このシリンダ１０の内部で軸回転し投入物を上流から下流に送るスクリュー２０と、このスクリュー２０を軸回転させる駆動手段３０とを備えている。
シリンダ１０は、有機物由来物を含む投入物を投入する投入部１１と投入物を取り出す取出部１２とを有する。有機物由来物とは、食物残渣や汚泥であり、投入物には木質チップを含むことが好ましい。
シリンダ１０の外周には、シリンダ１０内の投入物を設定温度に調温する調温部１３を備えている。調温部１３は加熱手段を備えている。
シリンダ１０の外周には、シリンダ１０内の投入物を設定温度に調温する調温部１３を備えている。調温部１３は加熱手段を備えている。
また、シリンダ１０には、水分排出用圧力調整部１４とガス排出用圧力調整部１５と液体分離器１６と圧入手段１７とを設けている。
水分排出用圧力調整部１４は、シリンダ１０内の投入物が含有する過剰水分を、設定圧力によってシリンダ１０外に取り出す。本実施の形態では、水分排出用圧力調整部１４として第１水分排出用圧力調整部１４Ａと第２水分排出用圧力調整部１４Ｂとを備えており、第１水分排出用圧力調整部１４Ａは第２水分排出用圧力調整部１４Ｂより上流に配置している。
水分排出用圧力調整部１４は、シリンダ１０内の投入物が含有する過剰水分を、設定圧力によってシリンダ１０外に取り出す。本実施の形態では、水分排出用圧力調整部１４として第１水分排出用圧力調整部１４Ａと第２水分排出用圧力調整部１４Ｂとを備えており、第１水分排出用圧力調整部１４Ａは第２水分排出用圧力調整部１４Ｂより上流に配置している。
ガス排出用圧力調整部１５は、シリンダ１０内の投入物が熱分解し発生する熱分解ガスを、設定圧力によってシリンダ１０外に取り出す。本実施の形態では、ガス排出用圧力調整部１５として第１ガス排出用圧力調整部１５Ａと第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂと第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃとを備えており、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａは第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂより上流に配置し、第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂは第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃより上流に配置している。
液体分離器１６は、ガス排出用圧力調整部１５で取り出された熱分解ガスを冷却し、冷却して得られる液体を分離する。本実施の形態では、液体分離器１６として第１液体分離器１６Ａと第２液体分離器１６Ｂと第３液体分離器１６Ｃとを備えており、第１液体分離器１６Ａは、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａで取り出された熱分解ガスを冷却し、第２液体分離器１６Ｂは、第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂで取り出された熱分解ガスを冷却し、第３液体分離器１６Ｃは、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃで取り出された熱分解ガスを冷却する。
圧入手段１７は、２００℃以上の過熱水蒸気及び／又は１２０℃以上の加圧熱水をシリンダ１０外からシリンダ１０内に投入する。本実施の形態では、圧入手段１７として第１圧入手段１７Ａと第２圧入手段１７Ｂと第３圧入手段１７Ｃとを備えており、第１圧入手段１７Ａは第２圧入手段１７Ｂより上流に配置し、第２圧入手段１７Ｂは第３圧入手段１７Ｃより上流に配置している。なお、圧入手段１７には、図示を省略するが、加圧熱水や過熱水蒸気を送り込む手段が接続される。
シリンダ１０内には、スクリュー２０によって、投入物を微粒化するせん断部２１と、せん断部２１で微粒化された投入物を圧縮する圧縮部２２とが形成されている。せん断部２１では、例えばスクリュー２０の羽根にカッター機能を備えている。圧縮部２２では、例えばスクリュー２０の羽根による押し出し速度を異ならせることにより圧縮機能を備えている。
本実施の形態では、せん断部２１として第１せん断部２１Ａと第２せん断部２１Ｂとを備えており、第１せん断部２１Ａは第２せん断部２１Ｂより上流に配置している。
また、本実施の形態では、圧縮部２２として第１圧縮部２２Ａと第２圧縮部２２Ｂと第３圧縮部２２Ｃとを備えており、第１圧縮部２２Ａは第２圧縮部２２Ｂより上流に配置し、第２圧縮部２２Ｂは第３圧縮部２２Ｃより上流に配置している。
また、本実施の形態では、圧縮部２２として第１圧縮部２２Ａと第２圧縮部２２Ｂと第３圧縮部２２Ｃとを備えており、第１圧縮部２２Ａは第２圧縮部２２Ｂより上流に配置し、第２圧縮部２２Ｂは第３圧縮部２２Ｃより上流に配置している。
駆動手段３０は、スクリュー２０の一端に接続し、スクリュー２０を軸回転させる動力源である。なお、スクリュー２０は、一軸のものに限定されるものではなく、二本以上のスクリュー２０が並列して構成されてもよい。
有機物由来物を含む原料（投入物）が投入されると、この原料は、シリンダ１０の内部で軸回転するスクリュー２０により、上流の投入部１１から下流の取出部１２に送られることになる。
有機物由来物を含む原料（投入物）が投入されると、この原料は、シリンダ１０の内部で軸回転するスクリュー２０により、上流の投入部１１から下流の取出部１２に送られることになる。
調温部１３は、投入部１１から取出部１２までのシリンダ１０の各部に配置され、それぞれの調温部１３は、目的とする反応に応じた設定温度とすることができる。
例えば、第１調温部１３Ａは、第１水分排出用圧力調整部１４Ａより上流で、第１せん断部２１Ａに対応して配置している。第２調温部１３Ｂは、第２水分排出用圧力調整部１４Ｂより上流で、第２せん断部２１Ｂに対応して配置している。第３調温部１３Ｃは、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａより上流で、第１圧縮部２２Ａに対応して配置している。第４調温部１３Ｄは、第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂより上流で、第２圧縮部２２Ｂに対応して配置している。第５調温部１３Ｅは、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃ及び第３圧縮部２２Ｃより上流に配置している。第６調温部１３Ｆは、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃより上流で、第３圧縮部２２Ｃに対応して配置している。
例えば、第１調温部１３Ａは、第１水分排出用圧力調整部１４Ａより上流で、第１せん断部２１Ａに対応して配置している。第２調温部１３Ｂは、第２水分排出用圧力調整部１４Ｂより上流で、第２せん断部２１Ｂに対応して配置している。第３調温部１３Ｃは、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａより上流で、第１圧縮部２２Ａに対応して配置している。第４調温部１３Ｄは、第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂより上流で、第２圧縮部２２Ｂに対応して配置している。第５調温部１３Ｅは、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃ及び第３圧縮部２２Ｃより上流に配置している。第６調温部１３Ｆは、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃより上流で、第３圧縮部２２Ｃに対応して配置している。
第１せん断部２１Ａは、第１水分排出用圧力調整部１４Ａの上流に設けられ、第２せん断部２１Ｂは、第２水分排出用圧力調整部１４Ｂの上流に設けられる。
圧縮部２２は、水分排出用圧力調整部１４の下流に設けられる。
ガス排出用圧力調整部１５は圧縮部２２の区間に設けられる。すなわち、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａと第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂと第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃとは、第１圧縮部２２Ａから第３圧縮部２２Ｃまでの区間に設けられる。本実施の形態では、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａは第１圧縮部２２Ａに、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃは第３圧縮部２２Ｃに設けている。
このように、投入部１１から投入された投入物は、せん断部２１により微粒化されるとともに、調温部１３により調温され、水分排出用圧力調整部１４において、設定圧力により過剰水分がシリンダ１０内部から取り出される。水分排出用圧力調整部１４が複数設けられる場合、例えば本実施の形態のように、第１水分排出用圧力調整部１４Ａと第２水分排出用圧力調整部１４Ｂとが設けられる場合、上流の第１水分排出用圧力調整部１４Ａの設定圧力を第２水分排出用圧力調整部１４Ｂより高圧に設定することにより、過剰水分の取出しの熱効率を上げることができる。
圧縮部２２は、水分排出用圧力調整部１４の下流に設けられる。
ガス排出用圧力調整部１５は圧縮部２２の区間に設けられる。すなわち、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａと第２ガス排出用圧力調整部１５Ｂと第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃとは、第１圧縮部２２Ａから第３圧縮部２２Ｃまでの区間に設けられる。本実施の形態では、第１ガス排出用圧力調整部１５Ａは第１圧縮部２２Ａに、第３ガス排出用圧力調整部１５Ｃは第３圧縮部２２Ｃに設けている。
このように、投入部１１から投入された投入物は、せん断部２１により微粒化されるとともに、調温部１３により調温され、水分排出用圧力調整部１４において、設定圧力により過剰水分がシリンダ１０内部から取り出される。水分排出用圧力調整部１４が複数設けられる場合、例えば本実施の形態のように、第１水分排出用圧力調整部１４Ａと第２水分排出用圧力調整部１４Ｂとが設けられる場合、上流の第１水分排出用圧力調整部１４Ａの設定圧力を第２水分排出用圧力調整部１４Ｂより高圧に設定することにより、過剰水分の取出しの熱効率を上げることができる。
投入物の過剰水分が取り出され微粒化した投入物は、圧縮部２２において設定温度により熱分解する。圧縮部２２における設定温度は、６００℃以上にすることができる。この温度設定において、熱分解ガスの発生が極大となることが知られている。熱分解したガス及び気化物は、ガス排出用圧力調整部１５において、設定圧力によりシリンダ１０内部から取り出される。取り出された熱分解ガス等は、液体分離器１６により冷却され液体が取り出される。
圧縮部２２及びガス排出用圧力調整部１５が複数設けられる場合、上流の区間の設定温度を低くすることにより、液体分離器１６に置いて取り出される低粘度の液体の割合を大きくすることができる。
圧縮部２２及びガス排出用圧力調整部１５が複数設けられる場合、上流の区間の設定温度を低くすることにより、液体分離器１６に置いて取り出される低粘度の液体の割合を大きくすることができる。
すなわち、本実施の形態では、第３調温部１３Ｃでは第４調温部１３Ｄより設定温度を低くし、第４調温部１３Ｄでは第５調温部１３Ｅより設定温度を低くし、第５調温部１３Ｅでは第６調温部１３Ｆより設定温度を低くすることで、第１圧縮部２２Ａを第２圧縮部２２Ｂより設定温度を低くし、第２圧縮部２２Ｂを第３圧縮部２２Ｃより設定温度を低くする。
このように、圧縮部２２における投入物の温度を効率的に設定温度にすることができるとともに、その反応性を向上させることができる。
圧縮部２２の設定温度を６００度以上にすると、ガス排出用圧力調整部１５からは、常温で気体であるガスが効率的に取り出される。
取出部１２では、投入物から過剰水分及び熱分解ガスが取り出された固体が排出される。
このように、圧縮部２２における投入物の温度を効率的に設定温度にすることができるとともに、その反応性を向上させることができる。
圧縮部２２の設定温度を６００度以上にすると、ガス排出用圧力調整部１５からは、常温で気体であるガスが効率的に取り出される。
取出部１２では、投入物から過剰水分及び熱分解ガスが取り出された固体が排出される。
第１圧入手段１７Ａは第１圧縮部２２Ａの上流に設け、第２圧入手段１７Ｂは第２圧縮部２２Ｂの上流に設け、第３圧入手段１７Ｃは第３圧縮部２２Ｃの上流に設ける。
また、圧入手段１７によって、圧縮部２２の上流で１２０℃以上の加圧熱水、及び２００℃以上の過熱水蒸気の少なくともいずれかを投入すると、ガス排出用圧力調整部１５からは、常温で液体であるガスが効率的に取り出される。
また、圧入手段１７によって、圧縮部２２の上流で１２０℃以上の加圧熱水、及び２００℃以上の過熱水蒸気の少なくともいずれかを投入すると、ガス排出用圧力調整部１５からは、常温で液体であるガスが効率的に取り出される。
ガス排出用圧力調整部１５は、シリンダ１０に着脱可能な管１５ｘを有し、管１５ｘは、シリンダ１０の内部と接する面に焼結金属を有する。管１５ｘは、バルブ１５ｙにより圧力設定され、液体分離器１６の螺旋状パイプ（図示せず）に連通する。図示しないが、液体分離器１６は、螺旋状パイプと、螺旋状パイプを冷却する冷却手段と、液体を取り出す液体取出手段と、ガスを取り出すガス取出手段とを備える。
なお、焼結金属は、シリンダ内部と接するフィルターの役割を果たすものであり、焼結金属がメンテナンス上好ましいが、他の形態をとることもできる。また、螺旋状パイプも取り出されたガスを効率的に冷やすためのものであり、他の形態をとることもできる。
なお、焼結金属は、シリンダ内部と接するフィルターの役割を果たすものであり、焼結金属がメンテナンス上好ましいが、他の形態をとることもできる。また、螺旋状パイプも取り出されたガスを効率的に冷やすためのものであり、他の形態をとることもできる。
このように、シリンダ１０内部に投入された有機物由来物を含む投入物を原料として、連続的かつ効率的に反応を制御し、エネルギーとして利用可能なガス、燃料として利用可能な液体、複合材料等に利用可能な固体を連続的に取り出すことができる。
図２は、同実施形態に係る有機物の多段階利用方法を説明するフローチャートである。
有機物由来物を含む投入物が投入部１１から投入される（投入ステップ１）。
投入ステップ１で投入された投入物は、せん断部２１において微粒化される（せん断ステップ２）。
投入ステップ１で投入された投入物は、調温部１３により所定温度（200℃以上とすることが好ましい）に調温され、投入物に含まれる過剰水分が水分排出用圧力調整部１４によってシリンダ１０から取り出される（調湿ステップ３）。
調湿ステップ３の後に、圧入手段１７によって１２０℃以上３００℃以下の加圧熱水を投入する（圧入ステップ４）。
圧入ステップ４の後に、更に投入物を設定温度（230℃以上とすることが好ましい）に加熱することで熱分解ガスを発生させる（熱分解ステップ５）。
熱分解ステップ５で発生させた熱分解ガスは、ガス排出用圧力調整部１５によってシリンダ１０から設定圧力（１Mpa以上とすることが好ましい）により取り出される（ガス回収ステップ６）。
ガス回収ステップ６で取り出した熱分解ガスは、液体分離器１６で冷却され、冷却によって得られる液体を分離する（液体回収ステップ７）。
ガス回収ステップ６で投入物から熱分解ガスを取り出した後の固体は、取出部１２から排出される（固体回収ステップ８）。
上記のステップで本発明が構成されることにより、有機物の多段階利用装置ばかりでなく、密閉容器を利用したバッチ式の反応装置においても、本発明を実施することができる。また、好ましい条件で実施することにより、水を亜臨界状態で利用することができる。
取出部１２から排出される固体を、加圧熱水の投入とガス回収ステップの圧力設定により、活性炭とすることができる。
また、投入物には、沸点３００℃以上の炭化水素化合物を含み、せん断ステップ２では、炭化水素化合物を含む投入物を設定温度で混練することで、固体を、熱可塑性複合材料の成形用ペレットとして取り出すこともできる。この沸点300℃以上の炭化水素化合物を含む投入物は、化学合成された有機化合物を含有する複合材料を用いることができ、リサイクルが難しい複合材料のリサイクルとしても利用することができる。
有機物由来物を含む投入物が投入部１１から投入される（投入ステップ１）。
投入ステップ１で投入された投入物は、せん断部２１において微粒化される（せん断ステップ２）。
投入ステップ１で投入された投入物は、調温部１３により所定温度（200℃以上とすることが好ましい）に調温され、投入物に含まれる過剰水分が水分排出用圧力調整部１４によってシリンダ１０から取り出される（調湿ステップ３）。
調湿ステップ３の後に、圧入手段１７によって１２０℃以上３００℃以下の加圧熱水を投入する（圧入ステップ４）。
圧入ステップ４の後に、更に投入物を設定温度（230℃以上とすることが好ましい）に加熱することで熱分解ガスを発生させる（熱分解ステップ５）。
熱分解ステップ５で発生させた熱分解ガスは、ガス排出用圧力調整部１５によってシリンダ１０から設定圧力（１Mpa以上とすることが好ましい）により取り出される（ガス回収ステップ６）。
ガス回収ステップ６で取り出した熱分解ガスは、液体分離器１６で冷却され、冷却によって得られる液体を分離する（液体回収ステップ７）。
ガス回収ステップ６で投入物から熱分解ガスを取り出した後の固体は、取出部１２から排出される（固体回収ステップ８）。
上記のステップで本発明が構成されることにより、有機物の多段階利用装置ばかりでなく、密閉容器を利用したバッチ式の反応装置においても、本発明を実施することができる。また、好ましい条件で実施することにより、水を亜臨界状態で利用することができる。
取出部１２から排出される固体を、加圧熱水の投入とガス回収ステップの圧力設定により、活性炭とすることができる。
また、投入物には、沸点３００℃以上の炭化水素化合物を含み、せん断ステップ２では、炭化水素化合物を含む投入物を設定温度で混練することで、固体を、熱可塑性複合材料の成形用ペレットとして取り出すこともできる。この沸点300℃以上の炭化水素化合物を含む投入物は、化学合成された有機化合物を含有する複合材料を用いることができ、リサイクルが難しい複合材料のリサイクルとしても利用することができる。
１０ シリンダ
１１ 投入部
１２ 取出部
１３ 調温部
１３Ａ 第１調温部
１３Ｂ 第２調温部
１３Ｃ 第３調温部
１３Ｄ 第４調温部
１３Ｅ 第５調温部
１３Ｆ 第６調温部
１４ 水分排出用圧力調整部
１４Ａ 第１水分排出用圧力調整部
１４Ｂ 第２水分排出用圧力調整部
１５ ガス排出用圧力調整部
１５Ａ 第１ガス排出用圧力調整部
１５Ｂ 第２ガス排出用圧力調整部
１５Ｃ 第３ガス排出用圧力調整部
１５ｘ 管
１５ｙ バルブ
１６ 液体分離器
１６Ａ 第１液体分離器
１６Ｂ 第２液体分離器
１６Ｃ 第３液体分離器
１７ 圧入手段
１７Ａ 第１圧入手段
１７Ｂ 第２圧入手段
１７Ｃ 第３圧入手段
２０ スクリュー
２１ せん断部
２１Ａ 第１せん断部
２１Ｂ 第２せん断部
２２ 圧縮部
２２Ａ 第１圧縮部
２２Ｂ 第２圧縮部
２２Ｃ 第３圧縮部
３０ 駆動手段
１１ 投入部
１２ 取出部
１３ 調温部
１３Ａ 第１調温部
１３Ｂ 第２調温部
１３Ｃ 第３調温部
１３Ｄ 第４調温部
１３Ｅ 第５調温部
１３Ｆ 第６調温部
１４ 水分排出用圧力調整部
１４Ａ 第１水分排出用圧力調整部
１４Ｂ 第２水分排出用圧力調整部
１５ ガス排出用圧力調整部
１５Ａ 第１ガス排出用圧力調整部
１５Ｂ 第２ガス排出用圧力調整部
１５Ｃ 第３ガス排出用圧力調整部
１５ｘ 管
１５ｙ バルブ
１６ 液体分離器
１６Ａ 第１液体分離器
１６Ｂ 第２液体分離器
１６Ｃ 第３液体分離器
１７ 圧入手段
１７Ａ 第１圧入手段
１７Ｂ 第２圧入手段
１７Ｃ 第３圧入手段
２０ スクリュー
２１ せん断部
２１Ａ 第１せん断部
２１Ｂ 第２せん断部
２２ 圧縮部
２２Ａ 第１圧縮部
２２Ｂ 第２圧縮部
２２Ｃ 第３圧縮部
３０ 駆動手段
Claims (9)
- 有機物由来物を含む投入物を投入する投入部、及び前記投入物を取り出す取出部を有するシリンダと、
前記シリンダの内部で軸回転し、前記投入物を前記投入部から前記取出部に向かって押し出すスクリューと、
前記シリンダ内の前記投入物を、設定温度に調温する調温部と、
前記シリンダ内の前記投入物が含有する過剰水分を、設定圧力によって取り出す水分排出用圧力調整部と、
前記シリンダ内の前記投入物が熱分解し発生する熱分解ガスを、設定圧力によって取り出すガス排出用圧力調整部と、
前記ガス排出用圧力調整部で取り出された前記熱分解ガスを冷却して得られる液体を分離する液体分離器と
を備え、
前記シリンダ内には、前記スクリューによって、
前記投入物を微粒化するせん断部と、前記せん断部で微粒化された前記投入物を圧縮する圧縮部とが形成され、
前記取出部では、前記投入物から前記過剰水分及び前記熱分解ガスが取り出された固体が排出され、
前記水分排出用圧力調整部として第１水分排出用圧力調整部と第２水分排出用圧力調整部とを備えており、前記第１水分排出用圧力調整部は前記第２水分排出用圧力調整部より上流に配置し、
前記ガス排出用圧力調整部として第１ガス排出用圧力調整部と第２ガス排出用圧力調整部とを備えており、前記第１ガス排出用圧力調整部は前記第２ガス排出用圧力調整部より上流に配置し、
前記せん断部として第１せん断部と第２せん断部とを備えており、前記第１せん断部は前記第２せん断部より上流に配置し、
前記圧縮部として第１圧縮部と第２圧縮部とを備えており、前記第１圧縮部は前記第２圧縮部より上流に配置し、
前記調温部として、
前記第１水分排出用圧力調整部より上流で、前記第１せん断部に対応して配置している第１調温部と、
前記第２水分排出用圧力調整部より上流で、前記第２せん断部に対応して配置している第２調温部と、
前記第１ガス排出用圧力調整部より上流で、前記第１圧縮部に対応して配置している第３調温部と、
前記第２ガス排出用圧力調整部より上流で、前記第２圧縮部に対応して配置している第４調温部と
を備えている
ことを特徴とする有機物の多段階利用装置。 - 前記圧縮部に配置する前記調温部では、前記設定温度を６００℃以上とする加熱手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の有機物の多段階利用装置。
- ２００℃以上の過熱水蒸気及び／又は１２０℃以上の加圧熱水を投入する圧入手段を備えた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機物の多段階利用装置。 - 前記ガス排出用圧力調整部が、前記シリンダに着脱可能な管を有し、
前記管は、前記シリンダの前記内部と接する面に焼結金属を有し、
前記液体分離器は、前記管に連通する螺旋状パイプと、前記螺旋状パイプを冷却する冷却手段とを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用装置。 - 有機物由来物を含む投入物を微粒化するせん断ステップと、
前記せん断ステップで微粒化した前記投入物から過剰水分を取り出す調湿ステップと、
前記調湿ステップの後に、前記投入物を加熱することで熱分解ガスを発生させる熱分解ステップと、
前記熱分解ステップで発生させた前記熱分解ガスを設定圧力で取り出すガス回収ステップと、
前記ガス回収ステップで取り出した前記熱分解ガスを冷却して得られる液体を分離する液体回収ステップと、
前記ガス回収ステップで前記投入物から前記熱分解ガスを取り出した後の固体を取り出す固体回収ステップと
を有し、
前記調湿ステップでは、上流側調湿ステップと、下流側調湿ステップとを有し、
前記上流側調湿ステップを、前記下流側調湿ステップより設定圧力を高圧とし、
前記熱分解ステップでは、上流側熱分解ステップと、下流側熱分解ステップとを有し、
前記上流側熱分解ステップを前記下流側熱分解ステップより設定温度を低くする
ことを特徴とする有機物の多段階利用方法。 - 前記調湿ステップにおける設定温度を200℃以上とし、
前記熱分解ステップにおける設定温度を2３0℃以上とし、
前記ガス回収ステップにおける設定圧力を１Mpa以上とする
ことを特徴とする請求項５に記載の有機物の多段階利用方法。 - 前記調湿ステップの後で、前記ガス回収ステップの前に、
１２０℃以上３００℃以下の加圧熱水を投入する圧入ステップを有する
ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の有機物の多段階利用方法。 - 前記固体回収ステップで取り出される前記固体を活性炭とした
ことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用方法。 - 前記投入物には、沸点３００℃以上の炭化水素化合物を含み、
前記せん断ステップでは、前記炭化水素化合物を含む前記投入物を設定温度で混練する
ことを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の有機物の多段階利用方法。
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