WO2018164100A1 - 過熱蒸気生成装置、及び、それを用いる熱分解システム - Google Patents

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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the present disclosure relates to a superheated steam generator and a thermal decomposition system using the same.
  • Patent Document 1 discloses a biomass capable of pyrolyzing woody biomass using the heat of combustion of a stable fuel, such as fossil fuels such as coal, shale gas, petroleum, and heavy oil, and blast furnace gas generated in a blast furnace.
  • a stable fuel such as fossil fuels such as coal, shale gas, petroleum, and heavy oil
  • blast furnace gas generated in a blast furnace.
  • An object of the present disclosure is to provide a superheated steam generator that can efficiently generate superheated steam.
  • the present disclosure is a superheated steam generation device and includes a superheated steam generation pipe.
  • the superheated steam generation pipe is formed of a material capable of generating heat by energization, has a flow path through which water vapor can flow, and transmits the heat to the water vapor in the flow path to form superheated steam.
  • the length of the cross-sectional shape of the wall surface forming the flow path of the superheated steam generation pipe is longer than the length of the circumference of a perfect circle having the same cross-sectional area as the flow path.
  • the superheated steam generator of the present disclosure includes a superheated steam generation pipe that generates superheated steam that is high-temperature steam that is further heated to 100 ° C. or more by heating saturated steam.
  • the superheated steam generation pipe is formed such that the length of the cross-sectional shape of the wall surface forming the flow path is longer than the length of a perfect circle having the same cross-sectional area as the cross-sectional area of the flow path.
  • this indication is a thermal decomposition system, Comprising: A superheated steam supply part and a thermal decomposition part are provided.
  • the superheated steam supply unit includes a steam generation unit that can generate water vapor, and a superheated steam generation device that uses the water vapor generated by the steam generation unit as superheated steam, and can supply superheated steam.
  • the pyrolysis unit can thermally decompose the hydrocarbon-containing material by heating the hydrocarbon-containing material containing the hydrocarbon compound with the superheated steam supplied from the superheated steam supply unit.
  • superheated steam is supplied to a thermal decomposition unit that can thermally decompose hydrocarbon-containing materials.
  • Superheated steam has a relatively large heat capacity and excellent heat transfer characteristics. Further, when the superheated steam is generated, the dissolved oxygen contained in the steam is diluted by the expansion of the volume, so that the environment in which the superheated steam exists is almost oxygen-free. As a result, when the superheated steam and the hydrocarbon-containing material are brought into direct contact in the pyrolysis section, heat can be directly and efficiently transferred to the hydrocarbon-containing material in an oxygen-free environment. It can be thermally decomposed efficiently.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a pyrolysis system to which the superheated steam generator according to the first embodiment is applied.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view of a superheated steam generation pipe provided in the superheated steam generation device according to the first embodiment
  • 2B is a cross-sectional view taken along the line IIB-IIB of FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a filter unit included in the thermal decomposition system according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a superheated steam generation pipe provided in the superheated steam generation device according to the second embodiment
  • 4B is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. 4A
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a filter unit included in the thermal decomposition system according to the second embodiment
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of a superheated steam generation pipe provided in the superheated steam generation device according to the third embodiment
  • 6B is a cross-sectional view taken along the line VIB-VIB of FIG. 6A.
  • the superheated steam generation unit 1 as the “superheated steam generation device” according to the first embodiment is applied to the biomass fuel production system 5 as the “pyrolysis system” shown in FIG.
  • the biomass fuel production system 5 collects the fluid generated by heat-treating the biomass as biomass fuel that is the combustible valuables VL1, VL2, VL3, VG1, and VG2, and collects the solid residue as the carbon valuables VS1. .
  • biomass for example, Jatropha (Nanyo aragiri), cottonseed, soybean, safflower, rapeseed, flax, linseed, seed, olive, sesame, persimmon, peanut, palm palm, oil palm, coconut palm, coffee and sunflower Plant resources, animal resources such as fish and jellyfish, waste containing hydrocarbon compounds such as vegetable waste, plastic waste, and household waste.
  • Jatropha Nao aragiri
  • cottonseed for example, soybean, safflower, rapeseed, flax, linseed, seed, olive, sesame, persimmon, peanut, palm palm, oil palm, coconut palm, coffee and sunflower
  • animal resources such as fish and jellyfish
  • waste containing hydrocarbon compounds such as vegetable waste, plastic waste, and household waste.
  • the biomass fuel production system 5 includes a superheated steam supply unit 10, a thermal decomposition unit 20, a carbide recovery unit 25 as a “solid recovery unit”, a separation unit 30, a purification unit 35, and a storage unit 40.
  • the superheated steam supply unit 10 includes a boiler 11 as a “steam generation unit” and a superheated steam generation unit 1.
  • the boiler 11 is a combustion boiler that uses LNG as fuel, and is provided so as to be able to generate water vapor.
  • the steam generated by the boiler 11 is sent to the superheated steam generation pipes 12 and 13 (open arrow F11 in FIG. 1).
  • the superheated steam generation unit 1 includes superheated steam generation pipes 12 and 13 and a power control unit 18.
  • the superheated steam generation pipes 12 and 13 turn the water vapor sent from the boiler 11 into superheated steam.
  • two superheated steam generation pipes 12 and 13 are provided so that superheated steam at two different temperatures can be generated.
  • FIGS. 2A and 2B The detailed configuration of the superheated steam generation pipes 12 and 13 will be described with reference to FIGS. 2A and 2B.
  • 2A is a cross-sectional view along the direction in which the water vapor flows in the superheated steam generation pipe 12 (the direction indicated by the white arrows F11 and F12 in FIG. 2A), and
  • FIG. 2B illustrates the flow of water vapor in the superheated steam generation pipe 12 It is sectional drawing perpendicular
  • the configuration of the superheated steam generation pipe 12 will be described here, the superheated steam generation pipe 13 has the same configuration.
  • the superheated steam generation pipe 12 has a cylindrical portion 120 and four protrusions 121, 122, 123, and 124.
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 are made of a metal based on nickel 70% -chromium 25%, which is a material capable of generating heat when energized, for example, Inconel (registered trademark) or Hastelloy (registered). Trademark).
  • the cylindrical portion 120 is formed so that the cross-sectional shape perpendicular to the direction in which water vapor flows is an annular shape.
  • the cylinder part 120 is electrically connected to the power control part 18.
  • the protrusions 121, 122, 123, and 124 are provided on the inner wall surface 125 of the cylindrical portion 120.
  • the protrusions 121, 122, 123, and 124 are formed so as to protrude from the inner wall surface 125 in the radially inward direction of the cylindrical portion 120.
  • each of the protrusions 121, 122, 123, 124 is provided at equal intervals of 90 degrees when viewed from the central axis C ⁇ b> 120 of the cylindrical portion 120.
  • the cylinder part 120 and the protrusions 121, 122, 123, 124 form a flow path 129 through which water vapor sent from the boiler 11 flows.
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 are such that the length of the cross-sectional shape of the wall surface forming the flow path 129 of the cylindrical portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 is the cross-sectional area of the flow path 129. It is formed to be longer than the circumference of a perfect circle having the same cross-sectional area.
  • the power control unit 18 is provided so as to be able to control the power supplied to the cylinder part 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124.
  • the electric power control unit 18 supplies electric power
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 generate heat.
  • the heat generated in the cylindrical portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 is transmitted to the water vapor flowing through the flow path 129, and superheated steam is generated.
  • the power control unit 18 controls the ratio of the current flowing through the cylinder 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 to the voltage applied to the cylinder 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 to be relatively large. To do. Specifically, the voltage applied to the cylindrical portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 is reduced to about one quarter to one tenth of the voltage of the power supplied from the outside, while the cylindrical portion 120. The current flowing through the protrusions 121, 122, 123, and 124 is increased from 4 times to 10 times.
  • the voltage applied to the tube portion 120 and the protrusions 121, 122, 123, and 124 is set to about 40V, while the tube portion 120 is not changed without changing the power.
  • the current flowing through the protrusions 121, 122, 123, and 124 is increased.
  • the thermal decomposition unit 20 includes a first heat treatment furnace 21, a second heat treatment furnace 22, and a biomass charging port 23.
  • the pyrolysis unit 20 can be pyrolyzed by heating biomass.
  • the first heat treatment furnace 21 is connected to the superheated steam generation pipe 12 and the biomass inlet 23.
  • the first heat treatment furnace 21 has a uniaxial screw inside, and can continuously transfer the biomass Bm0 input from the biomass input port 23 in the direction indicated by the white arrow F21 in FIG.
  • the biomass is thermally decomposed while being dried, for example, in the range of 250 to 350 degrees by the superheated steam sent from the superheated steam generation pipe 12 as indicated by the white arrow F12 in FIG.
  • Pyrolysis gas generated by pyrolysis in the first heat treatment furnace 21 is sent to the separation unit 30.
  • the solid generated by the thermal decomposition in the first heat treatment furnace 21 is sent to the second heat treatment furnace 22.
  • the second heat treatment furnace 22 is provided at a position where the solid discharged from the first heat treatment furnace 21 can be received.
  • the second heat treatment furnace 22 has a uniaxial screw inside, and is a continuous type capable of transferring the solid sent from the first heat treatment furnace 21 in the direction indicated by the white arrow F22 in FIG. It is a heat treatment furnace.
  • the solid sent from the first heat treatment furnace 21 in the range of 400 to 700 degrees, for example, is heated by the superheated steam sent from the superheated steam generation pipe 13 as indicated by the white arrow F13 in FIG. Decompose.
  • Pyrolysis gas generated by pyrolysis in the second heat treatment furnace 22 is sent to the separation unit 30.
  • the solid generated by the thermal decomposition in the second heat treatment furnace 22 is sent to the carbide recovery unit 25.
  • the biomass charging port 23 is provided above the gravity of the first heat treatment furnace 21.
  • the biomass inlet 23 has two slide opening / closing doors (not shown) that can ensure the airtightness of the first heat treatment furnace 21 during the heat treatment.
  • the carbide recovery unit 25 includes a cooling unit 26 and a carbide storage unit 27.
  • the cooling unit 26 is provided at a position where the solid discharged from the second heat treatment furnace 22 can be received.
  • the cooling unit 26 is, for example, a water-cooled cooling device, and cools the solid sent from the second heat treatment furnace 22.
  • the solid cooled in the cooling unit 26 is sent to the carbide storage unit 27.
  • the carbide storage part 27 stores the cooled solid sent from the cooling part 26 along the white arrow F26 of FIG.
  • the solid stored in the carbide storage unit 27 is a carbide whose main component is carbon, and can be used as the valuable carbon material VS1.
  • the separation unit 30 includes a fractionation tower 31, coolers 321, 322, 323, and separators 332, 333.
  • the fractionating tower 31 is formed in a hollow cylindrical shape, and a plurality of meshes are provided inside.
  • the pyrolysis gas sent from the first heat treatment furnace 21 and the second heat treatment furnace 22 is introduced into the fractionation tower 31 from the ground direction side of the fractionation tower 31.
  • the fractionation timing and the degree of cooling of the pyrolysis gas flowing from the ground side toward the celestial side in the gravity direction can be set depending on the number of installed meshes and the installation position. .
  • the gas fractionated in the fractionation tower 31 is sent to the coolers 321, 322 and 323.
  • the coolers 321, 322, and 323 are, for example, condensers, and cool the gas fractionated in the fractionator 31.
  • the cooler 321 is provided in the vicinity of the end of the fractionation tower 31 on the ground side in the gravity direction of the fractionation tower 31.
  • the cooler 321 cools the high boiling point fluid having a relatively high boiling point that is first separated from the pyrolysis gas at the end of the fractionation tower 31 on the ground side.
  • the cooler 322 is provided in the top direction of the cooler 321 in the gravity direction of the fractionator 31.
  • the medium boiling fluid having a medium boiling point separated from the pyrolysis gas from which the high boiling fluid has been separated is cooled.
  • the cooler 323 is provided in the vicinity of the top end of the fractionator 31 in the gravity direction of the fractionator 31.
  • the cooler 323 cools a low boiling point fluid having a relatively low boiling point, which is a pyrolysis gas from which the high boiling point fluid and the medium boiling point fluid are separated.
  • the medium-boiling point fluid or the low-boiling point fluid separated in the fractionation tower 31 is cooled, thereby generating a mixture of combustible gas as a gas component and oil and water as a liquid component.
  • the combustible gas generated in the coolers 322 and 323 is sent to the purification unit 35 (open arrows F322 and F323 in FIG. 1).
  • the mixture of oil and water generated in the coolers 322 and 323 is sent to the separators 332 and 333 (open arrows F332 and F333 in FIG. 1).
  • the purification unit 35 has two filter units 352 and 353. Each of the two filter parts 352 and 353 is provided so as to be connected to the coolers 322 and 323.
  • the filter parts 352 and 353 each have a filter casing and a filter.
  • FIG. 3 shows a detailed configuration of the filter unit 352.
  • the filter unit 352 includes a filter casing 36 and a filter 37.
  • the configuration of the filter unit 352 will be described, but the filter unit 353 has the same configuration.
  • the filter casing 36 is formed in a substantially cylindrical shape so as to accommodate the filter 37.
  • the filter 37 is provided in the filter casing 36 so as to prevent the flow of combustible gas flowing along the direction indicated by the white arrow F322 in FIG.
  • the filter 37 accommodates granular activated carbon 372 inside a mesh 371 that is an outer shell of the filter 37.
  • Activated carbon 372 is formed from Jatropha seed pods, has a pore diameter in the range of 0.5 to 1.0 nm, and has a peak at 0.6 nm in the differential pore diameter distribution.
  • the difference between the mass of moisture adsorbed per gram of activated carbon at a relative water vapor pressure of 0.05 and the mass of moisture adsorbed per gram of activated carbon at a relative water vapor pressure of 0.45 is 130 mg or more.
  • the difference between the mass of moisture adsorbed per gram of activated carbon at a pressure of 0.25 and the mass of moisture adsorbed per gram of activated carbon at a relative water vapor pressure of 0.45 is 101.4 mg or more.
  • the activated carbon 372 has a characteristic that a water vapor adsorption isotherm at a relative water vapor pressure of 0.05 to 0.45 draws a curved curve downward.
  • the activated carbon 372 adsorbs and removes environmental pollutant gases contained in the combustible gas generated in the cooler 322, for example, sulfur compound gas and nitrogen oxide gas.
  • the activated carbon included in the filter unit 353 adsorbs and removes environmental pollutant gas contained in the combustible gas generated in the cooler 323.
  • Separators 332 and 333 separate the mixture of oil and water generated in each of the coolers 322 and 323 into oil and water.
  • the separators 332 and 333 are configured such that an oil / water tank in which a mixture of oil and water is stored is integrated. In the separators 332 and 333, oil and water are separated by dividing the mixture of oil and water into an upper oil layer and a lower water layer due to the difference in specific gravity.
  • the storage unit 40 includes three oil storage tanks 411, 412 and 413, and two gas storage tanks 422 and 423.
  • the oil storage tank 411 is connected to the cooler 321.
  • the oil content storage tank 411 stores the combustible liquid having a relatively high boiling point sent from the cooler 321 along the white arrow F321 in FIG. 1 as the combustible valuable material VL1.
  • the combustible valuables VL1 stored in the oil storage tank 411 can be used outside the system.
  • the oil storage tank 412 is connected to the separator 332.
  • the oil storage tank 412 stores the flammable liquid having a medium boiling point sent from the separator 332 along the white arrow F332 in FIG. 1 as the flammable valuables VL2.
  • the combustible valuables VL2 stored in the oil storage tank 412 can be used outside the system.
  • the oil storage tank 413 is connected to the separator 333.
  • the oil storage tank 413 stores the combustible liquid having a relatively low boiling point sent from the separator 333 along the white arrow F333 in FIG. 1 as the combustible valuable material VL3.
  • the combustible valuables VL3 stored in the oil storage tank 413 can be used outside the system.
  • the gas storage tank 422 is connected to the filter unit 352.
  • the gas storage tank 422 stores the combustible gas sent from the filter unit 352 along the white arrow F352 in FIG.
  • the combustible gas stored in the gas storage tank 422 can be used outside the system as the combustible valuable material VG2.
  • the gas storage tank 423 is connected to the filter unit 353.
  • the gas storage tank 423 stores the combustible gas sent from the filter part 353 along the white arrow F353 in FIG.
  • the combustible gas stored in the gas storage tank 423 can be used outside the system as the combustible valuable material VG3.
  • biomass is charged into the first heat treatment furnace 21 through the biomass charging port 23 by a belt conveyor, a bucket conveyor, or the like, or by a shovel car or manual work.
  • the biomass charged into the first heat treatment furnace 21 is primarily heated by the superheated steam sent from the superheated steam generation pipe 12. Thereby, while the oil component etc. with a comparatively low boiling point contained in biomass vaporize, drying is performed by evaporating a water
  • the biomass primarily heated in the first heat treatment furnace 21 is conveyed to the second heat treatment furnace 22.
  • secondary heating is performed by the superheated steam sent from the superheated steam generation pipe 13.
  • the heat treatment in the second heat treatment furnace 22 combines vaporization of components having a medium boiling point and carbonization of biomass.
  • the carbonized biomass can be activated to some extent.
  • the biomass-derived carbide carbonized in the second heat treatment furnace 22 is sent to the cooling unit 26. After being cooled in the cooling unit 26 for a predetermined time, it is sent to the carbide storage unit 27.
  • the carbide stored in the carbide storage unit 27 is reused for an adsorbent, a catalyst, a molecular sieve and the like.
  • the pyrolysis gas generated in the first heat treatment furnace 21 and the second heat treatment furnace 22 is sent to the fractionation tower 31 together with superheated steam for heating.
  • the mixed gas of pyrolysis gas and superheated steam sent to the fractionation tower 31 is gradually cooled while flowing from the ground side to the top side in the direction of gravity while passing through a plurality of meshes. Thereby, the mixed gas of pyrolysis gas and superheated steam is fractionated into a plurality of types of fluids having different boiling points.
  • the plurality of types of fractionated fluids are stored in different storage tanks.
  • oil equivalent to high heavy oil is separated from the mixed gas of pyrolysis gas and superheated steam.
  • the separated oil is stored in the oil storage tank 411.
  • the mixed gas of pyrolysis gas and superheated steam that has passed through the substantially central portion of the fractionating tower 31 is separated into combustible gas, oil equivalent to gasoline, and water by the cooler 323 and the separator 333.
  • the separated combustible gas is stored in the gas storage tank 423, and the separated oil is stored in the oil storage tank 413.
  • the superheated steam generation unit 1 includes superheated steam generation pipes 12 and 13 that can generate superheated steam.
  • the length of the cross-sectional shape of the wall surface forming the flow path of the superheated steam generation pipes 12 and 13 is longer than the length of the circumference of a perfect circle having the same cross-sectional area as the flow path.
  • the area where the water vapor flowing through the flow path contacts with the cylindrical portion and the protrusion becomes larger than when the cross-sectional shape of the flow path is a perfect circle, so that the superheated steam generation pipes 12 and 13 generate heat generated by energization.
  • the first embodiment can generate superheated steam in a desired state with relatively little energy.
  • the superheated steam generation pipes 12 and 13 have a plurality of protrusions on the inner wall of the cylindrical portion. Thereby, the area which the water vapor
  • the power control unit 18 that supplies power to the superheated steam generation pipes 12 and 13 controls so that the ratio of the current flowing through the cylinder part and the protrusion to the voltage applied to the cylinder part and the protrusion increases.
  • the emitted-heat amount in a cylinder part and a protrusion can be enlarged. Therefore, the superheated steam generation pipes 12 and 13 can generate superheated steam in a desired state with less energy.
  • the thermal decomposition unit 20 is supplied with superheated steam having a relatively large heat capacity and excellent heat transfer characteristics as a heat source for the thermal decomposition of biomass.
  • superheated steam is generated in the superheated steam generation pipes 12 and 13
  • the dissolved oxygen contained in the water vapor becomes dilute due to the expansion of the volume, so that the environment in which the superheated steam exists is almost oxygen-free.
  • the first embodiment can efficiently thermally decompose biomass.
  • the purification unit 35 is provided with activated carbon 372 using Jatropha seed meal as a raw material.
  • Activated carbon 372 made from Jatropha seed pods has the characteristics as described above, so it can efficiently adsorb and remove environmental pollutant gases contained in the combustible gas generated in separators 332 and 333. it can. Thereby, discharge
  • the superheated steam generation unit according to the second embodiment is applied to a biomass fuel production system including a thermal decomposition unit 20, a carbide recovery unit 25, a separation unit 30, a purification unit 55, and a storage unit 40.
  • FIG. 4A and 4B Sectional drawing of the superheated steam generation pipe 52 with which the superheated steam generation part by 2nd embodiment is provided is shown to FIG. 4A and 4B.
  • the superheated steam generation pipe 52 has a cylindrical portion 120 and four protrusions 521, 522, 523, and 524.
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 521, 522, 523, and 524 are integrally formed from a metal such as Inconel (registered trademark) or Hastelloy (registered trademark).
  • the protrusions 521, 522, 523, and 524 are formed so as to protrude from the inner wall surface 125 of the cylinder part 120 in the radially inward direction of the cylinder part 120.
  • the protrusions 521, 522, 523, and 524 are provided at equal intervals of 90 degrees when viewed from the central axis C 120 of the cylindrical portion 120.
  • the radial heights of the protrusions 521, 522, 523, and 524 are different. Specifically, as shown in FIG. 4B, when the heights of the protrusions 521, 522, 523, and 524 from the inner wall surface 125 are compared, the heights H522 and H524 of the protrusions 522 and 524 are The protrusions 521 and 523 are higher than the respective heights H521 and H523.
  • the cylinder part 120 and the protrusions 521, 522, 523, 524 form a flow path 529 through which water vapor sent from the boiler 11 flows.
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 521, 522, 523, and 524 are configured such that the length of the cross-sectional shape of the wall surface that forms the flow path 529 of the cylindrical portion 120 and the protrusions 521, 522, 523, and 524 is the cross-sectional area of the flow path 529. It is formed to be longer than the circumference of a perfect circle having the same cross-sectional area.
  • the power control unit 18 is provided so as to be able to control the power supplied to the cylinder part 120 and the protrusions 521, 522, 523, 524.
  • the power control unit 18 supplies power to the cylinder part 120 and the protrusions 521, 522, 523, 524, the cylinder part 120 and the protrusions 521, 522, 523, 524 generate heat, and the generated heat is generated by the flow path 529.
  • Superheated steam is generated by being transferred to the water vapor flowing through
  • the purification unit 55 has two filter units. Each of the two filter units is provided so as to be connected to the coolers 322 and 323. Each of the two filter parts has a filter casing and a filter.
  • FIG. 5 shows a detailed configuration of the filter unit included in the purification unit 55.
  • the filter unit included in the purification unit 55 includes a filter casing 36, a first filter 57, and a second filter 58.
  • the filter casing 36 accommodates a first filter 57 and a second filter 58.
  • the first filter 57 is formed in a columnar shape, and is upstream of the filter casing 36, that is, on the cooler 322 side or the cooler 323 side so as to prevent the flow of fluid flowing along the direction indicated by the white arrow F322 in FIG. Is provided.
  • the first filter 57 accommodates granular activated carbon 372 inside a mesh 571 that is an outline of the first filter 57.
  • the second filter 58 is formed in a columnar shape, and is provided on the downstream side of the filter casing 36, that is, on the gas storage tank 422 side or the gas storage tank 423 side so as to prevent the flow of fluid flowing in the filter casing 36.
  • the second filter 58 accommodates granular apatite 582 inside a mesh 581 that is an outline of the second filter 58.
  • Apatite 582 is hydroxyapatite and has a hydroxyl group.
  • the apatite 582 is formed by a known method, for example, by reacting calcium ions and phosphate ions in a neutral or alkaline aqueous solution at room temperature.
  • the second filter 58 is filled with particles of apatite 582 having a diameter of 2.5 mm inside the mesh 581, but the particle size of the apatite 582 is not limited to this.
  • the apatite 582 removes acid fume which is water vapor indicating acidity contained in the fluid sent from the separators 332 and 333.
  • the radial heights of the protrusions 521, 522, 523, and 524 are different. Therefore, since the flow of the vapor
  • the purification unit 55 is provided with a first filter 57 having activated carbon 372 and a second filter 58 having apatite 582. .
  • cleaning part 55 can remove the acid fume contained in the fluid sent from the separators 332 and 333 in addition to sulfur compound gas and nitrogen oxide gas. Therefore, it is possible to reliably prevent the discharge of environmental pollutant gas outside the system in the thermal decomposition of biomass.
  • the superheated steam generation unit according to the third embodiment is applied to a biomass fuel production system including a thermal decomposition unit 20, a carbide recovery unit 25, a separation unit 30, a purification unit 35, and a storage unit 40.
  • FIG. 6A and 6B Sectional drawing of the superheated steam generation pipe 62 with which the superheated steam generation part by 3rd embodiment is provided is shown to FIG. 6A and 6B.
  • the superheated steam generation pipe 62 has a cylindrical portion 120 and four protrusions 621, 622, 623, 624.
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 621, 622, 623, 624 are integrally formed from a metal such as Inconel (registered trademark) or Hastelloy (registered trademark).
  • the projecting portions 621, 622, 623, and 624 are formed so as to project from the inner wall surface 125 of the tubular portion 120 in the radially inward direction of the tubular portion 120.
  • the protrusions 621, 622, 623, and 624 are provided at equal intervals of 90 degrees when viewed from the central axis C120 of the cylindrical portion 120.
  • the protrusions 621, 622, 623, 624 are formed in a spiral shape on the inner wall surface 125.
  • the cylinder part 120 and the protrusions 621, 622, 623, 624 form a flow path 629 through which water vapor sent from the boiler 11 flows.
  • the cylindrical portion 120 and the protrusions 621, 622, 623, and 624 are configured such that the length of the cross-sectional shape of the wall surface that forms the flow path 629 of the cylindrical portion 120 and the protrusions 621, 622, 623, and 624 is the cross-sectional area of the flow path 629. It is formed to be longer than the circumference of a perfect circle having the same cross-sectional area.
  • the power control unit 18 is provided so as to be able to control the power supplied to the cylinder part 120 and the protrusions 621, 622, 623, 624.
  • the power control unit 18 supplies power to the cylindrical portion 120 and the protruding portions 621, 622, 623, and 624, the cylindrical portion 120 and the protruding portions 621, 622, 623, and 624 generate heat, and the generated heat is supplied to the flow path 629.
  • Superheated steam is generated by being transferred to the water vapor flowing through
  • the protrusions 621, 622, 623, 624 are formed on the inner wall surface 125 in a spiral shape. Therefore, since the flow of the vapor
  • the superheated steam generation pipe is formed of a cylindrical portion and a protrusion protruding in the radial direction.
  • the configuration of the superheated steam generation pipe is not limited to this.
  • the length of the cross-sectional shape of the wall surface forming the flow path of the superheated steam generation pipe may be longer than the length of the circumference of a perfect circle having the same cross-sectional area as the flow path.
  • the cylindrical portion of the superheated steam generation pipe is formed so that the cross-sectional shape perpendicular to the direction in which the steam flows is an annular shape.
  • the cross-sectional shape of the cylindrical portion is not limited to this.
  • protrusions of the superheated steam generation pipe are provided.
  • the number of protrusions is not limited to this.
  • the protrusions are provided at equal intervals of 90 degrees.
  • the arrangement of the protrusions is not limited to this.
  • the power control unit included in the superheated steam generation unit controls the ratio of the current flowing through the cylinder part and the protrusion to the voltage applied to the cylinder part and the protrusion so as to be relatively large.
  • the content of control of the power control unit is not limited to this.
  • the cylindrical portion and the protrusion of the superheated steam generation pipe are integrally formed from a metal based on nickel 70% -chrome 25%.
  • the material which forms a cylinder part and a protrusion is not limited to this. What is necessary is just to be formed from the material which can be heated by an electric current flowing.
  • the superheated steam generation pipe may be formed not only in a linear shape but also in a curved shape as shown in FIGS. 2A, 4A, and 6A.
  • the thermal decomposition unit has two heat treatment furnaces.
  • the number of heat treatment furnaces is not limited to this.
  • the first heat treatment furnace and the second heat treatment furnace are continuous heat treatment furnaces capable of transferring biomass in one direction while stirring the biomass.
  • productivity can be improved because biomass can be processed uniformly and continuously
  • the first heat treatment furnace and the second heat treatment furnace are not limited thereto. It may be a batch type heat treatment furnace.
  • the first heat treatment furnace and the second heat treatment furnace have the single screw inside.
  • it may be a type in which biaxial screw feeders are arranged in the axial direction, or a rotary kiln.
  • the “steam generation unit” is a combustion boiler that uses LNG as fuel from the viewpoint of energy cost, environment, and the like. However, it may be a combustion boiler or an electric boiler that uses fuel other than LNG as a fuel, or any device that can generate steam.
  • the filter of the purification unit is assumed to have activated carbon made from Jatropha seed pods or a combination of activated carbon made from Jatropha seed pods and apatite.
  • the type of filter is not limited to this.
  • the fractionation tower is fractionated in three stages.
  • the number of fractional distillation stages is not limited to this. It may be fractionated in one stage and separated into one kind of combustible gas and one kind of oil.
  • the high boiling point fluid separated at the end on the ground side of the fractionation tower is stored in the oil content storage tank only through the cooler. It was supposed to be.
  • the configuration from the fractionation tower to the storage tank is not limited to this.

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Abstract

過熱蒸気生成装置（１２）は、通電によって熱を発生可能な材料から形成されている。過熱蒸気生成装置（１２）は、水蒸気を流通可能な流路（１２９）を有し、当該熱を流路（１２９）の水蒸気に伝達し過熱蒸気とする過熱蒸気生成パイプ（１２）を備える。過熱蒸気生成装置（１２）は、過熱蒸気生成パイプ（１２）の流路（１２９）を形成する壁面の断面形状の長さが、流路（１２９）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い。

Description

過熱蒸気生成装置、及び、それを用いる熱分解システム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１７年３月７日に出願された特許出願番号２０１７－０４２７０５号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、過熱蒸気生成装置、及び、それを用いる熱分解システムに関する。
　従来、バイオマスの熱分解によって発生する炭化水素化合物からなる可燃性有価物を回収するバイオマス熱分解システムが知られている。例えば、特許文献１には、石炭、シェールガス、石油、重油などの化石燃料や高炉で発生する高炉ガスなど性状が安定した性状安定燃料の燃焼熱を熱源として、木質バイオマスを熱分解可能なバイオマス熱分解システムが記載されている。
特開２０１４－２０５７３０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載のバイオマス熱分解システムでは、当該燃焼熱を間接的に木質バイオマスに伝えることによって熱分解するため、木質バイオマスを確実に熱分解するためには比較的多くの熱が必要となる。また、性状安定燃料の燃焼熱を直接木質バイオマスに伝える場合、燃焼熱を有する燃焼排ガスには酸素が含まれるため、木質バイオマスの熱分解が不完全となるおそれがある。
　本開示の目的は、効率的に過熱蒸気を生成可能な過熱蒸気生成装置を提供することである。
　本開示は、過熱蒸気生成装置であって、過熱蒸気生成パイプを備える。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形成され、水蒸気を流通可能な流路を有し、当該熱を流路の水蒸気に伝達し過熱蒸気とする。本開示の過熱蒸気生成装置は、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い。
　本開示の過熱蒸気生成装置は、飽和水蒸気をさらに加熱して１００度以上の温度とした高温の水蒸気である過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成パイプを備えている。過熱蒸気生成パイプは、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くなるよう形成されている。これにより、流路の断面形状が真円の場合に比べ、過熱蒸気生成パイプの壁面と流路を流れる水蒸気との接触面積が大きくなるため、効率的に水蒸気を過熱蒸気とすることができる。
　また、本開示は、熱分解システムであって、過熱蒸気供給部、及び、熱分解部を備える。
　過熱蒸気供給部は、水蒸気を生成可能な蒸気生成部、及び、蒸気生成部が生成する水蒸気を過熱蒸気とする過熱蒸気生成装置を有し、過熱蒸気を供給可能である。
　熱分解部は、過熱蒸気供給部が供給する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。
　本開示の熱分解システムでは、炭化水素含有物を熱分解可能な熱分解部に過熱蒸気が供給される。過熱蒸気は、熱容量が比較的大きく、かつ、伝熱特性に優れている。また、過熱蒸気を生成するとき、蒸気に含まれる溶存酸素が体積の膨張によって希薄になるため、過熱蒸気が存在する環境はほぼ無酸素状態となる。これにより、熱分解部において過熱蒸気と炭化水素含有物とを直接接触させると、無酸素の環境下で炭化水素含有物に直接かつ効率的に熱を伝えることができるため、炭化水素含有物を効率的に熱分解することができる。
　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な技術により、より明確になる。その図面は、
図１は、第一実施形態による過熱蒸気生成装置が適用される熱分解システムの模式図であり、 図２Ａは、第一実施形態による過熱蒸気生成装置が備える過熱蒸気生成パイプの断面図であり、 図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線断面図であり、 図３は、第一実施形態による熱分解システムが備えるフィルタ部の断面図であり、 図４Ａは、第二実施形態による過熱蒸気生成装置が備える過熱蒸気生成パイプの断面図であり、 図４Ｂは、図４ＡのＩＶＢ－ＩＶＢ線断面図であり、 図５は、第二実施形態による熱分解システムが備えるフィルタ部の断面図であり、 図６Ａは、第三実施形態による過熱蒸気生成装置が備える過熱蒸気生成パイプの断面図であり、 図６Ｂは、図６ＡのＶＩＢ－ＶＩＢ線断面図である。
　以下、複数の実施形態を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
　（第一実施形態）
　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。
　過熱蒸気供給部１０は、「蒸気生成部」としてのボイラ１１、及び、過熱蒸気生成部１を有する。
　ボイラ１１は、ＬＮＧを燃料とする燃焼ボイラであって、水蒸気を生成可能に設けられている。ボイラ１１が生成した水蒸気は、過熱蒸気生成パイプ１２，１３に送られる（図１の白抜き矢印Ｆ１１）。
　過熱蒸気生成部１は、過熱蒸気生成パイプ１２，１３、及び、電力制御部１８を有する。
　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。
　過熱蒸気生成パイプ１２，１３の詳細な構成について図２Ａ，２Ｂに基づいて説明する。図２Ａは、過熱蒸気生成パイプ１２の水蒸気が流れる方向（図２Ａの白抜き矢印Ｆ１１，Ｆ１２が示す方向）に沿った断面図であって、図２Ｂは、過熱蒸気生成パイプ１２の水蒸気が流れる方向に垂直な断面図である。ここでは、過熱蒸気生成パイプ１２の構成を説明するが、過熱蒸気生成パイプ１３も同じ構成となっている。
　過熱蒸気生成パイプ１２は、筒部１２０、及び、四個の突部１２１，１２２，１２３，１２４を有する。筒部１２０と突部１２１，１２２，１２３，１２４とは、通電によって熱を発生可能な材料であるニッケル７０％－クロム２５％をベースとする金属、例えば、インコネル（登録商標）やハステロイ（登録商標）から一体に形成されている。
　筒部１２０は、図２Ｂに示すように、水蒸気が流れる方向に垂直な断面形状が円環状となるよう形成されている。筒部１２０は、電力制御部１８と電気的に接続している。
　突部１２１，１２２，１２３，１２４は、筒部１２０の内壁面１２５に設けられている。突部１２１，１２２，１２３，１２４は、内壁面１２５から筒部１２０の径内方向に突出するよう形成されている。第一実施形態では、突部１２１，１２２，１２３，１２４のそれぞれは、筒部１２０の中心軸Ｃ１２０から見て９０度で等間隔に設けられている。
　筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は、ボイラ１１から送られる水蒸気が流れる流路１２９を形成する。筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４の流路１２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路１２９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なるよう形成されている。
　電力制御部１８は、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に供給される電力を制御可能に設けられている。電力制御部１８が電力を供給すると、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４は発熱する。筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に発生する熱は、流路１２９を流れる水蒸気に伝わり、過熱蒸気が生成される。
　電力制御部１８は、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に印加される電圧に対する筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４を流れる電流の比が比較的大きくなるよう制御する。具体的には、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に印加される電圧を外部から供給される電力の電圧の４分の１から１０分の１程度にする一方、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４を流れる電流を４倍から１０倍にするといった具合である。例えば、外部から供給される電力の定格電圧が２２０Ｖの場合、筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４に印加される電圧を４０Ｖ程度にする一方、電力を変更することなく筒部１２０及び突部１２１，１２２，１２３，１２４を流れる電流を大きくする。
　熱分解部２０は、第一熱処理炉２１、第二熱処理炉２２、及び、バイオマス投入口２３を有する。熱分解部２０は、バイオマスを加熱することによって熱分解することが可能である。
　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。
　第二熱処理炉２２は、第一熱処理炉２１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。第二熱処理炉２２は、内部に一軸スクリューを有しており、第一熱処理炉２１から送られる固体を攪拌しつつ図１の白抜き矢印Ｆ２２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。第二熱処理炉２２では、過熱蒸気生成パイプ１３から図１の白抜き矢印Ｆ１３が示すように送られる過熱蒸気によって、例えば、４００～７００度の範囲で第一熱処理炉２１から送られる固体を熱分解する。第二熱処理炉２２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。第二熱処理炉２２における熱分解によって発生する固体は、炭化物回収部２５に送られる。
　バイオマス投入口２３は、第一熱処理炉２１の重力上方に設けられている。バイオマス投入口２３は、熱処理中の第一熱処理炉２１の気密性を確保可能なスライド開閉式の図示しない開閉扉を二個有する。
　炭化物回収部２５は、冷却部２６、及び、炭化物貯留部２７を有する。
　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。
　分離部３０は、分留塔３１、冷却器３２１，３２２，３２３、セパレータ３３２，３３３を有する。
　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３２１，３２２，３２３は、例えば、コンデンサであって、分留塔３１において分留された気体を冷却する。
　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３２２は、分留塔３１の重力方向において冷却器３２１の天方向に設けられる。冷却器３２２では、高沸点流体が分離された熱分解ガスから分離された沸点が中程度の中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）。
　浄化部３５は、二つのフィルタ部３５２，３５３を有している。二つのフィルタ部３５２，３５３のそれぞれは、冷却器３２２，３２３に接続するよう設けられている。フィルタ部３５２，３５３は、それぞれフィルタケーシング、及び、フィルタを有する。
　図３にフィルタ部３５２の詳細な構成を示す。フィルタ部３５２は、フィルタケーシング３６、及び、フィルタ３７を有する。ここでは、フィルタ部３５２の構成を説明するが、フィルタ部３５３も同じ構成となっている。
　フィルタケーシング３６は、フィルタ３７を収容可能なよう略筒状に形成されている。
　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、ヤトロファ種子滓から形成されており、細孔直径が０．５～１．０ｎｍの範囲にあり、微分細孔径分布において０．６ｎｍにピークを有する。活性炭３７２は、相対水蒸気圧０．０５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量と相対水蒸気圧０．４５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量との差が１３０ｍｇ以上であり、相対水蒸気圧０．２５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量と相対水蒸気圧０．４５において活性炭１ｇ当たりに吸着される水分の質量との差が１０１．４ｍｇ以上となる特性を有する。また、活性炭３７２は、相対水蒸気圧０．０５～０．４５における水蒸気吸着等温線が、下方へ湾曲したカーブを描く特性を有する。
　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。
　セパレータ３３２，３３３は、冷却器３２２，３２３のそれぞれにおいて発生した油と水との混合物を油と水とに分離する。セパレータ３３２，３３３は、油と水との混合物が貯留される油水タンクが一体化された構成となっている。セパレータ３３２，３３３内では、比重差によって油と水との混合物を上層の油分層と下層の水層とに分けることによって、油と水とを分離する。
　貯留部４０は、三つの油分貯留タンク４１１，４１２，４１３、及び、二つのガス貯留タンク４２２，４２３を有する。
　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４２２は、フィルタ部３５２に接続している。ガス貯留タンク４２２は、フィルタ部３５２から図１の白抜き矢印Ｆ３５２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４２２に貯留される可燃性ガスは、可燃性有価物ＶＧ２として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。
　次に、バイオマス燃料製造システム５におけるバイオマス燃料を製造する方法について説明する。
　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。
　第一熱処理炉２１へ投入されたバイオマスは、過熱蒸気生成パイプ１２から送られる過熱蒸気によって一次加熱される。これにより、バイオマスに含まれている沸点が比較的低い油分などが気化するとともに、水分も蒸発することで乾燥が行われる。すなわち、第一熱処理炉２１での熱処理は、低沸点成分の気化とバイオマスの乾燥とを兼用している。
　第一熱処理炉２１において一次加熱されたバイオマスは、第二熱処理炉２２へ搬送される。第二熱処理炉２２では、過熱蒸気生成パイプ１３から送られてきた過熱蒸気によって二次加熱される。これにより、第一熱処理炉２１において気化しなかった成分のほぼ全てを気化させることができるととともにバイオマスが炭化される。すなわち、第二熱処理炉２２での熱処理は、沸点が中程度以上の成分の気化とバイオマスの炭化とを兼用している。第二熱処理炉２２の温度をできるだけ高温にすると、炭化したバイオマスをある程度賦活することも可能である。
　第二熱処理炉２２において炭化されたバイオマス由来の炭化物は、冷却部２６へ送られる。冷却部２６において所定時間冷却された後、炭化物貯留部２７に送られる。炭化物貯留部２７に貯留された炭化物は、吸着材、触媒、分子ふるいなどに再利用される。
　第一熱処理炉２１及び第二熱処理炉２２において発生する熱分解ガスは、加熱用の過熱蒸気とともに分留塔３１に送られる。分留塔３１に送られた熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスは、複数のメッシュを透過しながら重力方向の地側から天側に向かって流れる間に徐々に冷却される。これにより、熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスは、沸点が異なる複数種の流体に分留される。分留された複数種の流体は、それぞれ異なる貯留タンクに貯留される。
　例えば、第一熱処理炉２１及び第二熱処理炉２２から分留塔３１に３５０～４００度程度の気体が導入されると、最初に、分留塔３１の地側の端部において沸点が比較的高い重油相当の油分が熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスから分離する。分離した油分は、油分貯留タンク４１１に貯留される。
　分留塔３１の地側の端部を通過した熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスが分留塔３１内を上昇し約３００度程度に冷却されると、分留塔３１の略中央部において沸点が中程度の気体が分離する。沸点が中程度の気体は、冷却器３２２及びセパレータ３３２によって可燃性ガスと軽油相当の油分と水とに分離される。分離した可燃性ガスは、ガス貯留タンク４２２に貯留され、分離した油分は油分貯留タンク４１２に貯留される。
　分留塔３１の略中央部を通過した熱分解ガスと過熱蒸気との混合ガスは、冷却器３２３及びセパレータ３３３によって可燃性ガスとガソリン相当の油分と水とに分離される。分離した可燃性ガスは、ガス貯留タンク４２３に貯留され、分離した油分は油分貯留タンク４１３に貯留される。
　第一実施形態による過熱蒸気生成部１は、過熱蒸気を生成可能な過熱蒸気生成パイプ１２，１３を備える。過熱蒸気生成パイプ１２，１３の流路を形成する壁面の断面形状の長さは、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い。これにより、流路を流れる水蒸気と筒部及び突部とが接触する面積が流路の断面形状が真円の場合に比べ大きくなるため、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、通電によって発生する熱を効率的に水蒸気に伝えることができる。したがって、第一実施形態は、所望の状態の過熱蒸気を比較的少ないエネルギで生成することができる。
　また、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、筒部の内壁に複数の突部を有している。これにより、流路を流れる水蒸気と筒部及び突部とが接触する面積を流路の断面形状が真円の場合に比べさらに大きくすることができる。したがって、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、所望の状態の過熱蒸気をさらに少ないエネルギで生成することができる。
　また、過熱蒸気生成パイプ１２，１３に電力を供給する電力制御部１８は、筒部及び突部に印加される電圧に対する筒部及び突部を流れる電流の比が大きくなるよう制御する。これにより、同じ電力に比べ、筒部及び突部における発熱量を大きくすることができる。したがって、過熱蒸気生成パイプ１２，１３は、所望の状態の過熱蒸気をさらに少ないエネルギで生成することができる。
　第一実施形態によるバイオマス燃料製造システム５では、熱分解部２０に、バイオマスの熱分解の熱源として熱容量が比較的大きく伝熱特性に優れている過熱蒸気が供給される。過熱蒸気生成パイプ１２，１３において過熱蒸気を生成するとき、水蒸気に含まれる溶存酸素が体積の膨張によって希薄になるため、過熱蒸気が存在する環境はほぼ無酸素状態となる。これにより、熱分解部２０において過熱蒸気とバイオマスとを直接接触させると、無酸素の環境下でバイオマスに直接熱を伝えることできる。したがって、第一実施形態は、バイオマスを効率的に熱分解することができる。
　また、バイオマス燃料製造システム５では、浄化部３５にヤトロファ種子滓を原料とする活性炭３７２が設けられている。ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭３７２は、上述したような特性を有しているため、セパレータ３３２，３３３で発生した可燃性ガスに含まれる環境汚染ガスを効率的に吸着し、除去することができる。これにより、バイオマスの熱分解における環境汚染ガスの系外への排出を防止することができる。
　（第二実施形態）
　第二実施形態による過熱蒸気生成装置を図４Ａ，４Ｂ，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。
　第二実施形態による過熱蒸気生成部は、熱分解部２０、炭化物回収部２５、分離部３０、浄化部５５、及び、貯留部４０を備えるバイオマス燃料製造システムに適用される。
　第二実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ５２の断面図を図４Ａ，４Ｂに示す。
　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。
　突部５２１，５２２，５２３，５２４は、筒部１２０の内壁面１２５から筒部１２０の径内方向に突出するよう形成されている。突部５２１，５２２，５２３，５２４は、筒部１２０の中心軸Ｃ１２０から見て９０度で等間隔に設けられている。
　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４Ｂ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。
　筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４は、ボイラ１１から送られる水蒸気が流れる流路５２９を形成する。筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４は、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４の流路５２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路５２９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なるよう形成されている。
　電力制御部１８は、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４に供給される電力を制御可能に設けられている。電力制御部１８が筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４に電力を供給すると、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４が発熱し、当該発生する熱は、流路５２９を流れる水蒸気に伝わり、過熱蒸気が生成される。
　浄化部５５は、二つのフィルタ部を有している。二つのフィルタ部のそれぞれは、冷却器３２２，３２３に接続するよう設けられている。二つのフィルタ部は、それぞれフィルタケーシング、及び、フィルタを有する。
　図５に浄化部５５が有するフィルタ部の詳細な構成を示す。浄化部５５が有するフィルタ部は、フィルタケーシング３６、第一フィルタ５７、及び、第二フィルタ５８を有する。フィルタケーシング３６は、第一フィルタ５７及び第二フィルタ５８を収容している。
　第一フィルタ５７は、柱状に形成され、図５の白抜き矢印Ｆ３２２に示す方向に沿って流れる流体の流れを妨げるようフィルタケーシング３６内の上流側、すなわち、冷却器３２２側または冷却器３２３側に設けられている。第一フィルタ５７は、第一フィルタ５７の外郭となるメッシュ５７１の内部に粒状の活性炭３７２を収容する。
　第二フィルタ５８は、柱状に形成され、フィルタケーシング３６内を流れる流体の流れを妨げるようフィルタケーシング３６内の下流側、すなわち、ガス貯留タンク４２２側またはガス貯留タンク４２３側に設けられている。第二フィルタ５８は、第二フィルタ５８の外郭となるメッシュ５８１の内部に粒状のアパタイト５８２を収容する。
　ここで、アパタイト５８２の製造方法及び特性について説明する。
　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。
　第二実施形態による過熱蒸気生成部が備え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。これにより、流路５２９を通る蒸気の流れが乱れやすくなるため、筒部１２０及び突部５２１，５２２，５２３，５２４と水蒸気との接触時間が長くなる。したがって、第二実施形態は、第一実施形態の効果を奏するとともに、所望の過熱蒸気をさらに少ないエネルギで生成することができる。
　また、第二実施形態による過熱蒸気生成部が適用されるバイオマス燃料製造システムでは、浄化部５５に、活性炭３７２を有する第一フィルタ５７と、アパタイト５８２を有する第二フィルタ５８とが設けられている。これにより、浄化部５５は、硫黄化合物ガスや窒素酸化物ガスに加え、セパレータ３３２，３３３から送られる流体に含まれる酸ヒュームを除去することができる。したがって、バイオマスの熱分解における環境汚染ガスの系外への排出を確実に防止することができる。
　（第三実施形態）
　第三実施形態による過熱蒸気生成装置を図６Ａ，６Ｂ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。
　第三実施形態による過熱蒸気生成部は、熱分解部２０、炭化物回収部２５、分離部３０、浄化部３５、及び、貯留部４０を備えるバイオマス燃料製造システムに適用される。
　第三実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ６２の断面図を図６Ａ，６Ｂに示す。
　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。
　突部６２１，６２２，６２３，６２４は、筒部１２０の内壁面１２５から筒部１２０の径内方向に突出するよう形成されている。突部６２１，６２２，６２３，６２４は、筒部１２０の中心軸Ｃ１２０から見て９０度で等間隔に設けられている。
　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。
　筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４は、ボイラ１１から送られる水蒸気が流れる流路６２９を形成する。筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４は、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４の流路６２９を形成する壁面の断面形状の長さが流路６２９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なるよう形成されている。
　電力制御部１８は、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４に供給される電力を制御可能に設けられている。電力制御部１８が筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４に電力を供給すると、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４が発熱し、当該発生する熱は、流路６２９を流れる水蒸気に伝わり、過熱蒸気が生成される。
　第三実施形態による過熱蒸気生成部が備える過熱蒸気生成パイプ６２では、突部６２１，６２２，６２３，６２４が内壁面１２５上において螺旋状に形成されている。これにより、流路５２９を通る蒸気の流れが乱れやすくなるため、筒部１２０及び突部６２１，６２２，６２３，６２４と水蒸気との接触時間が長くなる。したがって、第三実施形態は、第二実施形態と同じ効果を奏する。
　（他の実施形態）
　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。
　上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプの筒部は、水蒸気が流れる方向に垂直な断面形状が円環状となるよう形成されるとした。しかしながら、筒部の断面形状はこれに限定されない。
　上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプの突部は、四個設けられるとした。しかしながら、突部の数はこれに限定されない。また、突部は、第一、二実施形態では、９０度で等間隔に設けられるとした。しかしながら、突部の配置はこれに限定されない。
　上述の実施形態では、過熱蒸気生成部が備える電力制御部は、筒部及び突部に印加される電圧に対する筒部及び突部を流れる電流の比が比較的大きくなるよう制御するとした。しかしながら、電力制御部の制御の内容はこれに限定されない。
　上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプの筒部と突部とは、ニッケル７０％－クロム２５％をベースとする金属から一体に形成されているとした。しかしながら、筒部及び突部を形成する材料はこれに限定されない。電流が流れることで発熱可能な材料から形成されていればよい。
　上述の実施形態では、過熱蒸気生成パイプは、図２Ａ，４Ａ，６Ａに示すように、直線状に形成されるだけでなく、曲線状に形成されてもよい。
　上述の実施形態では、熱分解部は二つの熱処理炉を有するとした。しかしながら、熱処理炉の数はこれに限定されない。
　上述の実施形態では、第一熱処理炉及び第二熱処理炉は、バイオマスを攪拌しつつ一方の方向に移送することが可能な連続式の熱処理炉であるとした。これにより、バイオマスを均一に且つ連続して処理することができることで生産性が向上するが、第一熱処理炉及び第二熱処理炉はこれに限定されない。バッチ式の熱処理炉であってもよい。
　上述の実施形態では、第一熱処理炉及び第二熱処理炉は、内部に一軸スクリューを有するとした。しかしながら、二軸のスクリューフィーダが軸方向に配された形式であってもよいし、ローターリーキルンであってもよい。
　上述の実施形態では、「蒸気生成部」は、エネルギーコストや環境等の観点からＬＮＧを燃料とする燃焼ボイラであるとした。しかしながら、ＬＮＧ以外の燃料を燃料とする燃焼ボイラや電気ボイラであってもよいし、蒸気を生成可能な装置であればよい。
　上述の実施形態では、浄化部のフィルタは、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭、または、ヤトロファ種子滓を原料とする活性炭とアパタイトとの組み合わせを有するとした。しかしながら、フィルタの種類はこれに限定されない。
　上述の実施形態では、分留塔は、三段階で分留するとした。しかしながら、分留の段数はこれに限定されない。一段階で分留し、一種類の可燃性ガスと一種類の油分に分離されてもよい。
　上述の実施形態では、分留塔で分留された熱分解ガスのうち、分留塔の地側の端部で分離された高沸点流体は、冷却器のみを介することによって油分貯留タンクに貯留されるとした。しかしながら、分留塔から貯留タンクまでの構成はこれに限定されない。
　本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
　本開示は、実施例に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (12)

  1. 　通電によって熱を発生可能な材料から形成され、水蒸気を流通可能な流路（１２９，５２９，６２９）を有し、当該熱を前記流路の水蒸気に伝達し過熱蒸気とする過熱蒸気生成パイプ（１２，１３，５２，６２）を備え、
    　前記過熱蒸気生成パイプの前記流路を形成する壁面の断面形状の長さは、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い過熱蒸気生成装置。
  2. 　前記過熱蒸気生成パイプは、筒状に形成され前記流路の外郭となる筒部（１２０）、及び、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）を有する請求項１に記載の過熱蒸気生成装置。
  3. 　前記突部は、複数設けられている請求項２に記載の過熱蒸気生成装置。
  4. 　複数の前記突部は、径方向の高さが異なっている請求項３に記載の過熱蒸気生成装置。
  5. 　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２～４のいずれか一項に記載の過熱蒸気生成装置。
  6. 　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）をさらに備え、
    　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制御する請求項１～５のいずれか一項に記載の過熱蒸気生成装置。
  7. 　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水蒸気を過熱蒸気とする請求項１～６のいずれか一項に記載の過熱蒸気生成装置（１２，１３，１８，５２，６２）を有し、過熱蒸気を供給可能な過熱蒸気供給部（１０）と、
    　前記過熱蒸気供給部が供給する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な熱分解部（２０）と、
    　を備える熱分解システム。
  8. 　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）に分離する分離部（３０）をさらに備える請求項７に記載の熱分解システム。
  9. 　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浄化する浄化部（３５，５５）をさらに備える請求項８に記載の熱分解システム。
  10. 　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９に記載の熱分解システム。
  11. 　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９に記載の熱分解システム。
  12. 　前記熱分解部において発生する固体を炭素有価物（ＶＳ１）として回収する固体回収部（２５）をさらに備える請求項７～１１のいずれか一項に記載の熱分解システム。
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