JP6679818B2 - 熱分解システム - Google Patents
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Description
前記過熱蒸気供給部は、水蒸気を生成可能な蒸気生成部(11)、及び、前記蒸気生成部が生成する前記水蒸気を過熱蒸気とする過熱蒸気生成装置(12,13,18,52,62)を有し、前記過熱蒸気を供給可能である。
前記熱分解部は、前記過熱蒸気供給部が供給する前記過熱蒸気によって炭化水素化合物を含む炭化水素含有物を加熱し、当該炭化水素含有物を熱分解可能である。
前記分離部は、前記熱分解部において発生する気体を複数種の可燃性有価物(VL1,VL2,VL3,VG1,VG2)に分離する。
前記浄化部は、前記分離部において分離された、複数種の前記可燃性有価物の少なくとも一つに含まれる不純物を、当該可燃性有価物から除去して浄化する。
前記固体回収部は、前記熱分解部において発生する固体を炭素有価物(VS1)として回収する。
過熱蒸気生成装置は、過熱蒸気生成パイプ(12,13,52,62)と、電力制御部(18)とを備える。
過熱蒸気生成パイプは、通電によって熱を発生可能な材料から筒状に形成され、水蒸気を流通可能な流路(129,529,629)となる筒部(120)と、筒部の内壁面(125)から径内方向に突出する突部(121,122,123,124,521,522,523,524,621,622,623,624)とを有し、前記流路を形成する前記内壁面の断面形状の周の長さは前記流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くされて前記内壁面と前記流路を流れる水蒸気との接触面積を大きくし、前記熱を流路の水蒸気に伝達して過熱蒸気とする。
前記電力制御部は、前記過熱蒸気生成パイプに通電する電力を制御可能である。
前記突部の突出高さは、前記筒部の周方向で隣り合う2つの前記突部の間の距離より小さい。
前記突部は、前記筒部の中心軸(C120)に垂直な断面において、壁面が曲線のみで構成されるように形成されている。
前記突部は、前記筒部の周方向に等間隔で4つ形成されている。
第一実施形態による「過熱蒸気生成装置」としての過熱蒸気生成部1は、図1に示す「熱分解システム」としてのバイオマス燃料製造システム5に適用される。バイオマス燃料製造システム5は、バイオマスを熱処理することによって発生する流体を可燃性有価物VL1,VL2,VL3,VG1,VG2であるバイオマス燃料として回収するとともに、固体の残渣を炭素有価物VS1として回収する。ここで、バイオマスとして、例えば、ヤトロファ(ナンヨウアブラギリ)、綿実、大豆、サフラワ、なたね、亜麻、蓖麻、はぜ、オリーブ、胡麻、椿、落花生、パームヤシ、アブラヤシ、ココヤシ、コーヒー及びひまわりなどの植物資源、魚、クラゲなどの動物資源、野菜屑、廃プラスチック、家庭ゴミなどの炭化水素化合物を含有する廃棄物が挙げられる。
バイオマス燃料製造システム5は、過熱蒸気供給部10、熱分解部20、「固体回収部」としての炭化物回収部25、分離部30、浄化部35、及び、貯留部40を備える。
過熱蒸気生成パイプ12,13は、ボイラ11から送られる水蒸気を過熱蒸気にする。バイオマス燃料製造システム5では、異なる二つの温度領域においてバイオマスを熱処理するため、異なる二つの温度の過熱蒸気が生成可能なよう二つの過熱蒸気生成パイプ12,13が設けられている。
第一熱処理炉21は、過熱蒸気生成パイプ12及びバイオマス投入口23に接続している。第一熱処理炉21は、内部に一軸スクリューを有しており、バイオマス投入口23から投入されるバイオマスBm0を攪拌しつつ図1の白抜き矢印F21が示す方向に移送することが可能な連続式の熱処理炉である。第一熱処理炉21では、過熱蒸気生成パイプ12から図1の白抜き矢印F12が示すように送られる過熱蒸気によって、例えば、250〜350度の範囲でバイオマスを乾燥しつつ熱分解する。第一熱処理炉21における熱分解によって発生する熱分解ガスは、分離部30に送られる。第一熱処理炉21における熱分解によって発生する固体は、第二熱処理炉22に送られる。
冷却部26は、第二熱処理炉22から排出される固体を受け入れ可能な位置に設けられている。冷却部26は、例えば、水冷式の冷却装置であって、第二熱処理炉22から送られる固体を冷却する。冷却部26において冷却された固体は、炭化物貯留部27に送られる。
炭化物貯留部27は、冷却部26から図1の白抜き矢印F26に沿って送られる冷却された固体を貯留する。炭化物貯留部27に貯留される固体は、主成分が炭素の炭化物であって、炭素有価物VS1としての利用が可能である。
分留塔31は、中空筒状に形成されており、内部には複数のメッシュが設けられている。第一熱処理炉21及び第二熱処理炉22から送られる熱分解ガスは、分留塔31の重力方向地側から分留塔31の内部に導入される。分留塔31では、メッシュの設置個数や設置位置によって、分留塔31の内部を重力方向の地側から天側に向けて流れる熱分解ガスの分留タイミングや冷却の度合いを設定可能である。分留塔31において分留された気体は、冷却器321,322,323に送られる。
冷却器321は、分留塔31の重力方向において分留塔31の地側の端部の近傍に設けられる。冷却器321では、分留塔31の地側の端部において最初に熱分解ガスから分離された比較的沸点が高い高沸点流体を冷却する。
冷却器323は、分留塔31の重力方向において分留塔31の天側の端部の近傍に設けられる。冷却器323では、高沸点流体及び中沸点流体が分離された熱分解ガスである比較的沸点が低い低沸点流体を冷却する。
冷却器322,323のそれぞれでは、分留塔31で分離された中沸点流体または低沸点流体を冷却することによって、気体成分として可燃性ガス、及び、液体成分として油と水との混合物が発生する。冷却器322,323で発生した可燃性ガスは、浄化部35に送られる(図1の白抜き矢印F322,F323)。冷却器322,323で発生した油と水との混合物は、セパレータ332,333に送られる(図1の白抜き矢印F332,F333)。
フィルタ37は、図3の白抜き矢印F322が示す方向に沿って流れる可燃性ガスの流れを妨げるようフィルタケーシング36内に設けられている。フィルタ37は、フィルタ37の外郭となるメッシュ371の内部に粒状の活性炭372を収容する。
活性炭372は、冷却器322で発生した可燃性ガスに含まれる環境汚染ガス、例えば、硫黄化合物ガスや窒素酸化物ガスを吸着し、除去する。フィルタ部353が有する活性炭は、冷却器323で発生した可燃性ガスに含まれる環境汚染ガスを吸着し、除去する。
油分貯留タンク411は、冷却器321に接続している。油分貯留タンク411は、冷却器321から図1の白抜き矢印F321に沿って送られる沸点が比較的高い可燃性液体を可燃性有価物VL1として貯留する。油分貯留タンク411に貯留される可燃性有価物VL1は、系外において利用することが可能である。
油分貯留タンク412は、セパレータ332に接続している。油分貯留タンク412は、セパレータ332から図1の白抜き矢印F332に沿って送られる沸点が中程度の可燃性液体を可燃性有価物VL2として貯留する。油分貯留タンク412に貯留される可燃性有価物VL2は、系外において利用することが可能である。
油分貯留タンク413は、セパレータ333に接続している。油分貯留タンク413は、セパレータ333から図1の白抜き矢印F333に沿って送られる沸点が比較的低い可燃性液体を可燃性有価物VL3として貯留する。油分貯留タンク413に貯留される可燃性有価物VL3は、系外において利用することが可能である。
ガス貯留タンク423は、フィルタ部353に接続している。ガス貯留タンク423は、フィルタ部353から図1の白抜き矢印F353に沿って送られる可燃性ガスを貯留する。ガス貯留タンク423に貯留される可燃性ガスは、可燃性有価物VG3として系外において利用することが可能である。
最初に、ベルトコンベアやバケットコンベアなど、または、ショベルカーや手作業によって、バイオマス投入口23を介してバイオマスを第一熱処理炉21へ投入する。
第二実施形態による過熱蒸気生成装置を図4,5に基づき説明する。第二実施形態では、過熱蒸気生成パイプの形状が第一実施形態と異なる。
過熱蒸気生成パイプ52は、筒部120、及び、四個の突部521,522,523,524を有する。筒部120と突部521,522,523,524とは、インコネル(登録商標)やハステロイ(登録商標)などの金属から一体に形成されている。
過熱蒸気生成パイプ52では、突部521,522,523,524の径方向の高さが異なっている。具体的には、図4(b)に示すように、突部521,522,523,524のそれぞれの内壁面125からの高さを比較すると、突部522,524のそれぞれの高さH522,H524は、突部521,523のそれぞれの高さH521,H523に比べ高い。
アパタイト582は、ヒドロキシアパタイトであって、水酸基を有する。アパタイト582は、公知の方法によって形成され、例えば、室温において中性若しくはアルカリ性の水溶液中においてカルシウムイオンとリン酸イオンとを反応させることによって形成される。第二実施形態では、第二フィルタ58には直径が2.5mmのアパタイト582の粒状物がメッシュ581の内部に充填されているが、アパタイト582の粒径はこれに限定されない。
アパタイト582は、セパレータ332,333から送られる流体に含まれる酸性を示す水蒸気である酸ヒュームを除去する。
第三実施形態による過熱蒸気生成装置を図6に基づき説明する。第三実施形態では、過熱蒸気生成パイプの形状が第一実施形態と異なる。
過熱蒸気生成パイプ62は、筒部120、及び、四個の突部621,622,623,624を有する。筒部120と突部621,622,623,624とは、インコネル(登録商標)やハステロイ(登録商標)などの金属から一体に形成されている。
過熱蒸気生成パイプ62では、突部621,622,623,624は、内壁面125上に螺旋状に形成されている。
上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプは、筒部と径内方向に突出する突部とから形成されるとした。しかしながら、過熱蒸気生成パイプの構成はこれに限定されない。過熱蒸気生成パイプの流路を形成する壁面の断面形状の長さが、流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長ければよい。
15・・・過熱蒸気生成部(過熱蒸気生成装置)
18・・・電力制御部
120・・・筒部
121,122,123,124,521,522,523,524,621,622,623,624・・・突部
125・・・内壁面
129,529,629・・・流路
Claims (8)
- 過熱蒸気供給部(10)と、熱分解部(20)と、分離部(30)と、浄化部(35,55)と、固体回収部(25)とを備え、バイオマス燃料製造システムとして使用可能な熱分解システムであって、
前記過熱蒸気供給部は、水蒸気を生成可能な蒸気生成部(11)、及び、前記蒸気生成部が生成する前記水蒸気を過熱蒸気とする過熱蒸気生成装置(12,13,18,52,62)を有し、前記過熱蒸気を供給可能であり、
前記熱分解部は、前記過熱蒸気供給部が供給する前記過熱蒸気によって炭化水素化合物を含む炭化水素含有物を加熱し、当該炭化水素含有物を熱分解可能であり、
前記分離部は、前記熱分解部において発生する気体を複数種の可燃性有価物(VL1,VL2,VL3,VG1,VG2)に分離し、
前記浄化部は、前記分離部において分離された、複数種の前記可燃性有価物の少なくとも一つに含まれる不純物を、当該可燃性有価物から除去して浄化し、
前記固体回収部は、前記熱分解部において発生する固体を炭素有価物(VS1)として回収し、
前記過熱蒸気生成装置は、
通電によって熱を発生可能な材料から筒状に形成され、水蒸気を流通可能な流路(129,529,629)となる筒部(120)と、前記筒部の内壁面(125)から径内方向に突出する突部(121,122,123,124,521,522,523,524,621,622,623,624)とを有し、前記流路を形成する前記内壁面の断面形状の周の長さは前記流路の断面積と同じ断面積を有する真円の円周の長さに比べ長くされて前記内壁面と前記流路を流れる水蒸気との接触面積を大きくし、前記熱を前記流路の水蒸気に伝達して過熱蒸気とする過熱蒸気生成パイプ(12,13,52,62)と、
前記過熱蒸気生成パイプに通電する電力を制御可能な電力制御部(18)と、を備え、
前記突部の突出高さは、前記筒部の周方向で隣り合う2つの前記突部の間の距離より小さく、
前記突部は、前記筒部の中心軸(C120)に垂直な断面において、壁面が曲線のみで構成されるように形成されており、
前記突部は、前記筒部の周方向に等間隔で4つ形成されている熱分解システム。 - 前記突部は、複数設けられている請求項1に記載の熱分解システム。
- 複数の前記突部は、径方向の高さが異なっている請求項2に記載の熱分解システム。
- 前記突部は、前記内壁面に螺旋状に形成されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱分解システム。
- 前記電力制御部は、前記過熱蒸気生成パイプに印加される電圧に対する前記過熱蒸気生成パイプを流れる電流の比が大きくなるように前記過熱蒸気生成パイプに通電する電力を制御する請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱分解システム。
- 前記浄化部は、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭(372)を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱分解システム。
- 前記浄化部は、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭(372)及びアパタイト(572)を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱分解システム。
- 前記バイオマス燃料製造システムとして用いられるとき、原料となるバイオマスは、ヤトロファ(ナンヨウアブラギリ)、綿実、大豆、サフラワ、なたね、亜麻、蓖麻、はぜ、オリーブ、胡麻、椿、落花生、パームヤシ、アブラヤシ、ココヤシ、コーヒー、ひまわり及び野菜屑を含む植物資源、魚類、クラゲ、その他海産物を含む動物資源、廃プラスチック、家庭ゴミを含む炭化水素化合物含有廃棄物のいずれか一つ又はそれらの組合せである請求項1〜7のいずれか一項に記載の熱分解システム。
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