WO2021131634A1

WO2021131634A1 - 熱分解装置および熱分解方法

Info

Publication number: WO2021131634A1
Application number: PCT/JP2020/045453
Authority: WO
Inventors: 藤原　孝; 貴行井原
Original assignee: 荏原環境プラント株式会社
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2021-07-01
Also published as: EP4083170A4; JP6935482B2; KR20220119620A; EP4083170A1; US20230025336A1; CN114846123A; JP2021138960A; JP2021107471A

Abstract

熱分解装置は、流動床炉（１）と、流動床炉（１）の内部を熱分解室（４）と燃焼室（５）とに仕切る第１仕切壁（１１）と、燃焼室（５）を主燃焼室（６）と沈降燃焼室（７）に仕切る第２仕切壁（１２）と、熱分解室（４）、主燃焼室（６）、および沈降燃焼室（７）に、第１流動化ガス、第２流動化ガス、および第３流動化ガスをそれぞれ供給する第１散気装置（１５）、第２散気装置（２５）、および第３散気装置（３５）と、第１原料を熱分解室（４）に第１供給量で供給する第１原料供給装置（７１）と、第２原料を熱分解室（４）に第２供給量で供給する第２原料供給装置（７２）と、第１原料供給装置（７１）と第２原料供給装置（７２）の動作を独立に制御する動作制御部（２００）を備えている。

Description

熱分解装置および熱分解方法

　本発明は、原料を流動床炉内で熱分解する熱分解装置および熱分解方法に関し、特に内部循環流動床ガス化技術を用いて原料を熱分解し、熱分解生成物を得る熱分解装置および熱分解方法に関する。

　都市ごみ、産業廃棄物などの原料を熱分解後、ガス化して燃焼する処理システムとして、流動床炉がある。特許文献１，２に開示されている流動床炉は、炉の内部が仕切壁でガス化室と燃焼室に分けられた構造を有している。流動媒体はガス化室と燃焼室との間を循環しながら、原料はガス化室に投入される。原料はガス化室内で流動媒体により加熱され、熱分解後、ガス化される。原料の残渣は、流動媒体によって燃焼室に運ばれる。原料の残渣は燃料室内で燃焼して、流動媒体を加熱する。加熱された流動媒体は、ガス化室内に移動し、ガス化室内で熱源として機能する。このように流動媒体が炉内で循環する流動床炉は、内部循環流動床ガス化システムとして知られている。

　廃プラスチックは、通常、焼却炉で焼却処理されている。最近では、二酸化炭素の排出を抑制する観点から、廃プラスチックを熱分解して油を回収する要請が高まっている（特許文献３，４）。しかしながら、油を高い収率で回収することは難しく、商業的に成功している例はほとんどないのが実情である。上述した内部循環流動床ガス化システムは、廃プラスチックをガス化室内で加熱して熱分解し、常温・常圧で液体である有機化合物、すなわち油を熱分解生成物として回収することができる技術として期待されている。

　しかしながら、廃プラスチックは炭素の含有率が高く、熱分解後に炭化物（チャー）が多く生成される。この未燃炭素は、油として回収することができず、燃焼室内で燃焼せざるを得ない。結果として、二酸化炭素の排出量が増え、一方で熱分解生成物の収率が低下してしまう。

　内部循環流動床ガス化システムは、油を含む様々な物質を回収する技術としても注目されている。原料をガス化室内で熱分解し、目的の物質を熱分解生成物として回収するためには、原料をガス化室内で適切な温度で加熱する必要がある。しかしながら、燃焼室から移動した高温の流動媒体は、局所的な高温領域をガス化室内に形成する。このため、原料の一部は高温の流動媒体により過度に加熱され、意図しない物質が生成されることがある。例えば、廃プラスチックの熱分解は、高温になるほど促進し、常温で気体であるガスとなるため、常温で液体である油の収率が低下する。また、高温になるほど炭化物（チャー）への移行率が上昇し、熱分解生成物の収率が低下する。

　上述した内部循環流動床ガス化システムは、バイオマス、都市ごみ、有機性廃棄物などの可燃性材料を熱分解し、有用な物質を熱分解生成物として回収する用途にも用いることができる。しかしながら、一般に、バイオマスや都市ごみは、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）に比べて炭素（Ｃ）の含有率が相対的に低く、これら可燃性材料を燃焼室内で燃焼させるために多くの熱量を必要とする。したがって、可燃性材料に含まれる炭素の多くは燃焼室に送られ、燃焼室内で燃焼に消費される。結果として、ガス化室内では炭素の収率が低下する。

特許第４２４３９１９号公報特開平１０－２５４３号公報特開２００２－１２９１６９号公報特許第３６１１３０６号公報

　そこで、本発明は、意図した熱分解生成物の収率を上げることができる熱分解装置および熱分解方法を提供する。

　一態様では、流動する流動媒体からなる流動床内で原料を熱分解するための熱分解装置であって、流動床炉と、前記流動床炉の内部を熱分解室と燃焼室とに仕切る第１仕切壁と、前記燃焼室を主燃焼室と沈降燃焼室に仕切る第２仕切壁と、前記熱分解室、前記主燃焼室、および前記沈降燃焼室に、第１流動化ガス、第２流動化ガス、および第３流動化ガスをそれぞれ供給する第１散気装置、第２散気装置、および第３散気装置と、第１原料を前記熱分解室に第１供給量で供給する第１原料供給装置と、前記第１原料よりも、水素に対する炭素の比率、および酸素に対する炭素の比率が低い第２原料を前記熱分解室に第２供給量で供給する第２原料供給装置と、前記第１原料供給装置と前記第２原料供給装置の動作を独立に制御する動作制御部を備えている、熱分解装置が提供される。

　一態様では、前記動作制御部は、前記主燃焼室内の温度または前記沈降燃焼室内の温度に基づいて、前記第１供給量と前記第２供給量の比率を調節するように構成されている。
　一態様では、前記熱分解装置は、前記第１原料を前記主燃焼室に供給する第３原料供給装置と、前記第２原料を前記主燃焼室に供給する第４原料供給装置をさらに備えている。

　一態様では、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記第３散気装置の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された風箱と、前記風箱に連結された流動化ガス供給ラインと、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられた温度調節器と、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられたガス流量調節弁を備えており、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記温度調節器および前記ガス流量調節弁のうちの少なくとも一方の動作を制御するように構成されている。

　一態様では、前記熱分解装置は、前記沈降燃焼室内の流動媒体から熱を回収する熱回収器をさらに備え、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記熱回収器の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記熱回収器は、前記沈降燃焼室内に配置された伝熱管と、前記伝熱管内を流れる冷却媒体の流量を調節する冷媒流量調節弁を備えており、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記冷媒流量調節弁の動作を制御するように構成されている。

　一態様では、前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱と、前記複数の風箱にそれぞれ連結された複数の流動化ガス供給ラインと、前記複数の流動化ガス供給ラインにそれぞれ取り付けられた複数のガス流量調節弁を備えており、前記動作制御部は、前記複数のガス流量調節弁の開度が互いに異なるように、前記複数のガス流量調節弁の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記第１散気装置は、前記第１流動化ガスを前記熱分解室に供給する少なくとも１つの第１流動化ガス供給源を備えており、前記第１流動化ガス供給源は、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを供給するための、少なくとも１つの供給源を含む。

　一態様では、流動する流動媒体からなる流動床内で原料を熱分解するための熱分解装置であって、流動床炉と、前記流動床炉の内部を熱分解室と燃焼室とに仕切る第１仕切壁と、前記燃焼室を主燃焼室と沈降燃焼室に仕切る第２仕切壁と、前記熱分解室、前記主燃焼室、および前記沈降燃焼室に、第１流動化ガス、第２流動化ガス、および第３流動化ガスをそれぞれ供給する第１散気装置、第２散気装置、および第３散気装置と、原料を前記熱分解室に供給する原料供給装置と、前記沈降燃焼室内の温度を測定する沈降燃焼室温度計と、前記沈降燃焼室内の温度を制御する動作制御部を備えている、熱分解装置が提供される。

　一態様では、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が所定の温度範囲内に収まるように前記第３散気装置の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された風箱と、前記風箱に連結された流動化ガス供給ラインと、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられた温度調節器と、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられたガス流量調節弁を備えており、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が前記所定の温度範囲内に収まるように前記温度調節器および前記ガス流量調節弁のうちの少なくとも一方の動作を制御するように構成されている。

　一態様では、前記熱分解装置は、前記沈降燃焼室内の流動媒体から熱を回収する熱回収器をさらに備え、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が所定の温度範囲内に収まるように前記熱回収器の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記熱回収器は、前記沈降燃焼室内に配置された伝熱管と、前記伝熱管内を流れる冷却媒体の流量を調節する冷媒流量調節弁を備えており、前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が前記所定の温度範囲内に収まるように前記冷媒流量調節弁の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱と、前記複数の風箱にそれぞれ連結された複数の流動化ガス供給ラインと、前記複数の流動化ガス供給ラインにそれぞれ取り付けられた複数のガス流量調節弁を備えており、前記動作制御部は、前記複数のガス流量調節弁の開度が互いに異なるように、前記複数のガス流量調節弁の動作を制御するように構成されている。
　一態様では、前記第３散気装置は、前記第３流動化ガスを前記沈降燃焼室に供給する流動化ガス供給源を備えており、前記流動化ガス供給源は、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを供給するための、少なくとも１つの供給源を含む。

　一態様では、流動媒体が収容された流動床炉の内部が熱分解室、主燃焼室、および沈降燃焼室に仕切られた熱分解装置を用いて原料を熱分解するための熱分解方法であって、前記熱分解室に第１流動化ガスを供給して、第１流動床を前記熱分解室内に形成し、第１原料を前記熱分解室に第１供給量で供給しながら、前記第１原料よりも、水素に対する炭素の比率、および酸素に対する炭素の比率が低い第２原料を前記熱分解室に第２供給量で供給し、前記第１原料および前記第２原料を前記熱分解室内で熱分解し、前記主燃焼室に第２流動化ガスを供給して第２流動床を前記主燃焼室内に形成しながら、前記第１原料の残渣および前記第２原料の残渣を前記主燃焼室内で燃焼し、前記沈降燃焼室に第３流動化ガスを供給して第３流動床を前記沈降燃焼室内に形成しながら、流動媒体を前記主燃焼室から前記沈降燃焼室を通じて前記熱分解室に移動させる、熱分解方法が提供される。

　一態様では、前記主燃焼室内の温度または前記沈降燃焼室内の温度に基づいて、前記第１供給量と前記第２供給量の比率を制御する。
　一態様では、前記第１原料および前記第２原料を前記熱分解室に供給しながら、前記第１原料および前記第２原料のうちの少なくとも一方を前記主燃焼室に供給する。
　一態様では、前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記第３流動化ガスの温度または流量を調節する。

　一態様では、前記沈降燃焼室内には、冷却媒体が流れる伝熱管が配置されており、前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記冷却媒体の流量を調節する。
　一態様では、前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱から、異なる流量で前記第３流動化ガスを前記沈降燃焼室内に供給することによって、前記第３流動床を形成する流動媒体を旋回させる。
　一態様では、前記第１流動化ガスは、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを含む。

　一態様では、流動媒体が収容された流動床炉の内部が熱分解室、主燃焼室、および沈降燃焼室に仕切られた熱分解装置を用いて原料を熱分解するための熱分解方法であって、前記熱分解室に第１流動化ガスを供給して、第１流動床を前記熱分解室内に形成し、原料を前記熱分解室に供給し、前記原料を前記熱分解室内で熱分解し、前記主燃焼室に第２流動化ガスを供給して第２流動床を前記主燃焼室内に形成しながら、前記原料の残渣を前記主燃焼室内で燃焼し、前記沈降燃焼室に第３流動化ガスを供給して第３流動床を前記沈降燃焼室内に形成しながら、流動媒体を前記主燃焼室から前記沈降燃焼室を通じて前記熱分解室に移動させ、前記沈降燃焼室内の温度を所定の温度範囲内に制御する、熱分解方法が提供される。

　一態様では、前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記第３流動化ガスの温度または流量を調節する。
　一態様では、前記沈降燃焼室内には、冷却媒体が流れる伝熱管が配置されており、前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記冷却媒体の流量を調節する。
　一態様では、前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱から、異なる流量で前記第３流動化ガスを前記沈降燃焼室内に供給することによって、前記第３流動床を形成する流動媒体を旋回させる。

　本発明の一態様によれば、水素に対する炭素の比率（炭素／水素比）、および酸素に対する炭素の比率（炭素／酸素比）が高い第１原料と、第１原料に比べてこれらの比率が低い第２原料が、同時に熱分解室内に供給される。第１原料の残渣から発生する熱エネルギーは、主燃焼室内の流動媒体を十分に加熱することができる。したがって、主燃焼室内において第２原料の残渣が保有すべき熱量は低くてよい。結果として、第２原料からの熱分解生成物の収率が向上する。加熱された流動媒体は、主燃焼室から沈降燃焼室を通って熱分解室に移動し、第１原料および第２原料を熱分解する。

　本発明の一態様によれば、流動媒体の温度が予め調節された後に、流動媒体が熱分解室に移動するので、局所的な高温領域が熱分解室内に形成されない。したがって、原料は熱分解室内で適正な温度範囲内で加熱され、結果として、所望の熱分解生成物（例えば油）の収率を向上させることができる。

熱分解装置の一実施形態を示す模式図である。熱分解装置の他の実施形態を示す模式図である。熱分解装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。熱分解装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。熱分解装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。熱分解装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。熱分解装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、熱分解装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示す熱分解装置は、原料を熱分解し、熱分解生成物を生成する熱分解室４と、熱分解された原料の残渣を燃焼する燃焼室５を備えている。熱分解室４および燃焼室５は、１つの流動床炉１内に形成されている。すなわち、流動床炉１の内部は、第１仕切壁１１によって熱分解室４と燃焼室５に仕切られており、さらに燃焼室５は第２仕切壁１２によって主燃焼室６と沈降燃焼室７に仕切られている。流動床炉１の全体の形状は特に限定されないが、例えば円筒形または矩形を有している。

　熱分解室４、主燃焼室６、沈降燃焼室７内には、流動媒体（例えば珪砂）が収容されている。流動媒体を流動させるために、熱分解室４、主燃焼室６、および沈降燃焼室７は、第１散気装置１５、第２散気装置２５、および第３散気装置３５にそれぞれ接続されている。第１散気装置１５、第２散気装置２５、および第３散気装置３５は、第１流動化ガス、第２流動化ガス、および第３流動化ガスを熱分解室４、主燃焼室６、および沈降燃焼室７にそれぞれ独立に吹き込み、各室４，５，７内の流動媒体を流動させる。流動する流動媒体は、第１流動床５１、第２流動床５２、および第３流動床５３を熱分解室４、主燃焼室６、および沈降燃焼室７内に形成する。第１流動床５１、第２流動床５２、および第３流動床５３の上方には、流動媒体がほとんど存在しないフリーボード部５５、フリーボード部５６、およびフリーボード部５７がある。

　第１散気装置１５は、熱分解室４の下にある複数（図１では２つ）の第１風箱１６と、これら第１風箱１６に連結された第１流動化ガス供給ライン１７と、第１流動化ガス供給ライン１７に接続された第１流動化ガス供給源１８と、第１流動化ガス供給ライン１７に取り付けられた複数（図１では２つ）の第１ガス流量調節弁（または第１ガス流量調節ダンパ）１９を備えている。第１流動化ガス供給ライン１７は複数の第１分岐ライン１７ａを有しており、第１ガス流量調節弁１９はこれらの第１分岐ライン１７ａにそれぞれ取り付けられている。第１風箱１６の上壁は多孔板１６ａから構成されている。多孔板１６ａは、熱分解室４の炉床を構成する。

　本実施形態では、第１流動化ガスとして、水蒸気が使用されている。第１流動化ガス供給源１８には、水蒸気を発生させるボイラが使用されている。一実施形態では、第１流動化ガスとして空気を使用してもよい。この場合は、第１散気装置１５は、第１流動化ガス供給源１８として送風機を備えてもよい。さらに、第１散気装置１５は、第１流動化ガスを加熱するための温度調節器を備えてもよい。温度調節器は、第１流動化ガス供給ライン１７に取り付けられる。

　第２散気装置２５は、複数（図１では３つ）の第２風箱２６と、これら第２風箱２６に連結された第２流動化ガス供給ライン２７と、第２流動化ガス供給ライン２７に接続された第２流動化ガス供給源２８と、第２流動化ガス供給ライン２７に取り付けられた複数（図１では３つ）の第２ガス流量調節弁（または第２ガス流量調節ダンパ）２９と、第２流動化ガス供給ライン２７に取り付けられた第２温度調節器３０を備えている。第２流動化ガス供給ライン２７は複数の第２分岐ライン２７ａを有しており、第２ガス流量調節弁２９はこれらの第２分岐ライン２７ａにそれぞれ取り付けられている。第２風箱２６の上壁は多孔板２６ａから構成されている。多孔板２６ａは、主燃焼室６の炉床を構成する。

　第３散気装置３５は、少なくとも１つの第３風箱３６と、第３風箱３６に連結された少なくとも１つの第３流動化ガス供給ライン３７と、第３流動化ガス供給ライン３７に接続された第３流動化ガス供給源３８と、第３流動化ガス供給ライン３７に取り付けられた少なくとも１つの第３ガス流量調節弁（または第３ガス流量調節ダンパ）３９と、第３流動化ガス供給ライン３７に取り付けられた第３温度調節器４０を備えている。第３風箱３６の上壁は多孔板３６ａから構成されている。多孔板３６ａは、沈降燃焼室７の炉床を構成する。

　風箱１６，２６，３６内に示す白抜き矢印の大きさは、吹き出される流動化ガスの流速を示している。流動化ガスの流速の違いにより、熱分解室４内には流動媒体の旋回流が形成され、主燃焼室６内にも流動媒体の旋回流が形成される。第１流動床５１は、旋回する流動媒体から形成され、第２流動床５２も、旋回する流動媒体から形成される。一方、沈降燃焼室７内の第３流動床５３は、流動媒体の下降流から形成されている。一実施形態では、第３流動床５３も、旋回する流動媒体から形成されてもよい。

　本実施形態では、主燃焼室６および沈降燃焼室７に供給される第２流動化ガスおよび第３流動化ガスには、空気が使用されており、第２流動化ガス供給源２８および第３流動化ガス供給源３８は、送風機から構成されている。ただし、本発明は本実施形態には限定されず、第２流動化ガスおよび第３流動化ガスとして、他のタイプのガスを用いてもよい。例えば、第２流動化ガス供給源２８は、二酸化炭素ガス、蒸気、窒素ガス、酸素のうちの少なくとも１つを供給するための少なくとも１つの供給源を含んでもよい。また、および第３流動化ガス供給源３８は、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを供給するための少なくとも１つの供給源を含んでもよい。

　図１に示す実施形態では、第２流動化ガス供給源２８および第３流動化ガス供給源３８は、第２流動化ガス供給ライン２７および第３流動化ガス供給ライン３７にそれぞれ連結されているが、一実施形態では、共通の流動化ガス供給源が第２流動化ガス供給ライン２７および第３流動化ガス供給ライン３７に連結されてもよい。この場合は、第２温度調節器３０および第３温度調節器４０に代えて、共通の温度調節器が第２流動化ガス供給ライン２７および第３流動化ガス供給ライン３７に取り付けられてもよい。

　熱分解室４、主燃焼室６、沈降燃焼室７は、全体として１つの流動床炉１を構成する。第１仕切壁１１は、流動床炉１の上壁１ａから下方に延びている。第１仕切壁１１の下端は炉床に接していなく、第１仕切壁１１の下に第１開口部６１がある。この第１開口部６１は、熱分解室４および沈降燃焼室７の底部に位置しており、熱分解室４と沈降燃焼室７は第１開口部６１を通じて互いに連通している。したがって、第１開口部６１は、主燃焼室６内で加熱された流動媒体が沈降燃焼室７を通って熱分解室４内に移動することを許容する。第１開口部６１は、熱分解室４および沈降燃焼室７内の第１流動床５１および第３流動床５３の界面（上面）よりも下方に位置している。

　第２仕切壁１２は、燃焼室５（主燃焼室６および沈降燃焼室７）の炉床から上方に延びている。第２仕切壁１２の上端は、流動床炉１の上壁１ａに接続されていなく、第２仕切壁１２の上に第２開口部６２がある。この第２開口部６２は、主燃焼室６のフリーボード部５６と、沈降燃焼室７のフリーボード部５７に位置しており、主燃焼室６と沈降燃焼室７は第２開口部６２を通じて互いに連通している。より具体的には、主燃焼室６のフリーボード部５６と、沈降燃焼室７のフリーボード部５７は、第２開口部６２を通じて互いに連通している。

　主燃焼室６内には、流動媒体の流速が異なる２つの領域、すなわち弱流動化領域と強流動化領域が形成されている。弱流動化領域は、主燃焼室６の中央に形成され、強流動化領域は、弱流動化領域の外側に形成されている。したがって、主燃焼室６の中央領域では流動媒体の下降流が形成され、主燃焼室６の外側領域では流動媒体の上昇流が形成されている。これらの流動媒体の上昇流および下降流は、主燃焼室６内で、流動媒体の旋回流を形成する。第２流動床５２は、このような流動媒体の旋回流から形成される。

　主燃焼室６内で旋回流を形成する流動媒体の一部は、第２仕切壁１２の上端を越流し、第２開口部６２を通って沈降燃焼室７内に流入する。流動媒体は、沈降燃焼室７内で下降しながら、第３流動床５３を形成する。さらに、流動媒体は、沈降燃焼室７から第１開口部６１を通って熱分解室４に流入し、第１流動床５１を形成する流動媒体に混合される。熱分解室４内では、流動媒体は旋回流を形成している。この旋回流を形成する流動媒体は、第１仕切壁１１に沿って上昇し、この上昇流は沈降燃焼室７内の流動媒体を熱分解室４内に誘引する。

　熱分解室４と主燃焼室６は、連通路７０を通じて互いに連通している。図１では連通路７０を示す矢印は流動床炉１の外に描かれているが、連通路７０も流動床炉１内に位置している。加えて、図１では、熱分解室４、主燃焼室６、および沈降燃焼室７は、平面的に描かれているが、実際にはこれらの室４，６，７は立体的な形状であり、熱分解室４は主燃焼室６および沈降燃焼室７の両方の隣に配置することも可能である。したがって、連通路７０は単なる開口部から構成されていることもある。

　熱分解装置は、第１原料と第２原料を熱分解室４内に供給する第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２を備えている。第１原料供給装置７１の原料出口は、熱分解室４に連結され、第１原料供給装置７１の原料入口は、第１原料を搬送する搬送装置（図示せず）に接続されている。同じように、第２原料供給装置７２の原料出口は、熱分解室４に連結され、第２原料供給装置７２の原料入口は、第２原料を搬送する搬送装置（図示せず）に接続されている。第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の具体例としては、原料を定量的に熱分解室４内に送ることができるスクリューフィーダーが挙げられる。

　図１に示す実施形態では、第１原料および第２原料は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２から、熱分解室４のフリーボード部５５に設けられた２つの供給口７４，７５を通じて熱分解室４内に供給される。図１では、これら２つの供給口７４，７５は模式的に描かれている。一実施形態では、第１原料および第２原料は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２から送り出された後に混合され、第１原料と第２原料との混合物が１つの供給口から熱分解室４内に供給されてもよい。

　熱分解室４内に投入された第１原料および第２原料は、第１流動床５１を形成する流動媒体の旋回流によって撹拌されながら、流動媒体から熱を受け、熱分解する。熱分解の結果、第１原料および第２原料に含まれる成分の一部は、熱分解生成物を形成する。熱分解生成物は、熱分解室４を構成する流動床炉１の上壁１ａに設けられた生成物出口７８を通って熱分解室４から排出される。生成物出口７８は熱分解室４に連通している。第１原料の残渣および第２原料の残渣は、流動媒体とともに、連通路７０を通って主燃焼室６に移動する。残渣は、第２流動床５２を形成する流動媒体とともに旋回しながら燃焼する。残渣は燃焼とともに熱エネルギーを放出し、燃焼排ガスを発生しながら、第２流動床５２を形成する流動媒体を加熱する。燃焼排ガスは、主燃焼室６を構成する流動床炉１の上壁１ａに設けられた排ガス出口７９を通って燃焼室から排出される。排ガス出口７９は主燃焼室６に連通している。

　加熱された流動媒体の一部は、第２仕切壁１２の上端を越流し、第２開口部６２を通って沈降燃焼室７に移動し、沈降燃焼室７内で下降しながら第３流動床５３を形成する。さらに、加熱された流動媒体は第１開口部６１を通って熱分解室４内に流入する。加熱された流動媒体は、熱分解に必要な熱量を提供し、これにより第１原料および第２原料の熱分解が熱分解室４内で進行する。沈降燃焼室７から移動した流動媒体は高温であるが、熱分解室４内の第１流動床５１に混合されるにつれて、流動媒体の温度は低下する。このように、主燃焼室６から沈降燃焼室７を経由して熱分解室４に移動した流動媒体は、第１原料および第２原料の熱分解の熱源として機能する。

　本実施形態における第１原料は、石油から製造されたプラスチックの廃材（以下、廃プラスチックという）に代表される、炭素の含有率が高い材料である。第２原料は、第１原料よりも炭素の含有率が低い可燃性材料であり、例えば、バイオマス、都市ごみ、汚泥、有機性廃棄物などが挙げられる。第１原料は、第２原料よりも炭素の含有量が高く、かつカロリーも高い。したがって、第１原料は、第２原料に比べて燃えやすく、燃焼したときに高い熱エネルギーを生じる。一方、第２原料は、第１原料に比べて、炭素の含有率が低く、かつ通常水分を比較的多く含んでいるため、第１原料によりも燃えにくい。一実施形態では、第１原料は、水素に対する炭素の比率、および酸素に対する炭素の比率が、第２原料のそれらよりも高い材料（例えば、都市ごみ、産業廃棄物など）であってもよい。

　第１原料は、少なくとも廃プラスチックを含む。第１原料の熱分解により生成された熱分解生成物は、廃プラスチックから得られた油（主に炭素（Ｃ）および水素（Ｈ）を多く含む、常温常圧で液体の炭化水素化合物等）を含む。第２原料は、バイオマスなどの有機材料であり、第２原料に含まれる炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）の割合、具体的には、水素に対する炭素の比率（炭素／水素比）、および酸素に対する炭素の比率（炭素／酸素比）は、廃プラスチックにおけるそれらの比率よりも低いことがある。したがって、第２原料の熱分解により生成された熱分解生成物は、炭素（Ｃ）に加え、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ）を含むため、第１原料の熱分解により生成された熱分解生成物に比べ、炭素（Ｃ）の含有割合が低い。

　第１原料および第２原料は、熱分解室４内では燃焼せず、熱分解される。第１原料は、炭素を多く含むため、熱分解室４内で炭化物（チャー）が生成されやすい。炭化物（チャー）は、熱分解生成物として熱分解室４から取り出すことができない反面、高い熱量を保有している。第１原料の一部は、熱分解生成物として熱分解室４から排出され、第１原料の残渣は炭化物（チャー）として主燃焼室６内に送られる。この炭化物（チャー）は高い熱量を有している。したがって、炭化物（チャー）は主燃焼室６内で燃焼したときに高い熱エネルギーを発生し、流動媒体を高温に加熱することができる。

　一方、第２原料は、炭素の含有率が第１原料に比べて低い。このため、第２原料の熱分解に必要な熱量を第２原料のみで確保しようとすると、第２原料に含まれる炭素のうちの大部分を主燃焼室６内で消費する必要がある。結果として、第２原料から生成される熱分解生成物の収率が低下する。この点、本実施形態によれば、炭素を多く含む第１原料と、より少ない量の炭素を含む第２原料が、同時に熱分解室４内に供給される。第１原料の残渣が主燃焼室６内で燃焼することにより発生する熱エネルギーは、主燃焼室６内の流動媒体を十分に加熱することができる。したがって、主燃焼室６内において第２原料の残渣が保有すべき熱量は低くてよい。結果として、第２原料からの熱分解生成物の収率が向上する。加熱された流動媒体は、主燃焼室６から沈降燃焼室７を通って熱分解室４に移動し、第１原料および第２原料を熱分解する。

　図１に示すように、第１散気装置１５の第１風箱１６と、第３散気装置３５の第３風箱３６との間には、不燃物排出口８２が設けられている。第１原料および／または第２原料中に含まれる比較的大きな不燃物は不燃物排出口８２から排出される。

　次に、熱分解室４内に供給される第１原料と第２原料の比率について説明する。上述したように、第１原料の残渣は、燃焼時に第２原料の残渣よりも高い熱エネルギーを発生する。したがって、熱分解室４への第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率は、主燃焼室６および沈降燃焼室７内の温度に影響する。本実施形態の熱分解装置は、主燃焼室６内の温度に基づいて、熱分解室４内に供給すべき第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率を制御する。より具体的には、熱分解装置は、主燃焼室６内の温度が所定の目標範囲内に収まるように、熱分解室４への第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率を調節するように構成される。

　図１に示すように、熱分解装置は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の動作を独立に制御する動作制御部２００を備えている。動作制御部２００は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２に接続されている。動作制御部２００は、第１原料供給装置７１が第１原料を熱分解室４に供給する量を制御し、さらに第１原料供給装置７１が第２原料を熱分解室４に供給する量を制御するように構成されている。動作制御部２００は、熱分解室４への第１原料の供給量および第２原料の供給量を独立して制御することが可能である。したがって、動作制御部２００は、熱分解室４への第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率を制御することができる。第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率の例には、　第１原料の供給量が０の場合、および第２原料の供給量が０の場合も含む。

　動作制御部２００は、プログラムが格納された記憶装置２００ａと、プログラムに含まれる命令に従って演算を実行する演算装置２００ｂを備えている。記憶装置２００ａは、ＲＡＭなどの主記憶装置と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの補助記憶装置を備えている。演算装置２００ｂの例としては、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＧＰＵ（グラフィックプロセッシングユニット）が挙げられる。ただし、動作制御部２００の具体的構成は本実施形態に限定されない。

　動作制御部２００は、少なくとも１台のコンピュータから構成される。例えば、動作制御部２００は、流動床炉１の近くに配置されたエッジサーバであってもよいし、インターネットやローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークに接続されたクラウドサーバであってもよい。動作制御部２００は、複数のサーバの組み合わせであってもよい。例えば、動作制御部２００は、インターネットまたはローカルエリアネットワークなどの通信ネットワークにより互いに接続されたエッジサーバとクラウドサーバとの組み合わせであってもよい。

　熱分解装置は、熱分解室４内に配置された熱分解室温度計８５と、主燃焼室６内に配置された主燃焼室温度計８６と、沈降燃焼室７内に配置された沈降燃焼室温度計８７をさらに備えている。本実施形態では、複数の（図１では３つの）熱分解室温度計８５が熱分解室４内で縦方向に沿って配列されている。複数の熱分解室温度計８５のうち１つは、熱分解室４内のフリーボード部５５に配置されており、他の熱分解室温度計８５は第１流動床５１内に配置されている。同様に、複数の（図１では３つの）主燃焼室温度計８６が主燃焼室６内で縦方向に沿って配列され、複数の（図１では３つの）沈降燃焼室温度計８７が沈降燃焼室７内で縦方向に沿って配列されている。複数の主燃焼室温度計８６のうち１つは、主燃焼室６内のフリーボード部５６に配置されており、他の主燃焼室温度計８６は第２流動床５２内に配置されている。複数の沈降燃焼室温度計８７のうち１つは、沈降燃焼室７内のフリーボード部５７に配置されており、他の沈降燃焼室温度計８７は第３流動床５３内に配置されている。

　熱分解室温度計８５、主燃焼室温度計８６、および沈降燃焼室温度計８７の数および配置は、図１に示す実施形態に限定されない。一実施形態では、単一の熱分解室温度計８５、単一の主燃焼室温度計８６、および単一の沈降燃焼室温度計８７が配置されてもよい。別の実施形態では、４つ以上の熱分解室温度計８５、４つ以上の主燃焼室温度計８６、および４つ以上の沈降燃焼室温度計８７が熱分解室４、主燃焼室６、および沈降燃焼室７内にそれぞれ配置されてもよい。

　熱分解室温度計８５、主燃焼室温度計８６、および沈降燃焼室温度計８７は、熱分解室４内の温度、主燃焼室６内の温度、および沈降燃焼室７内の温度をそれぞれ測定する。熱分解室温度計８５、主燃焼室温度計８６、および沈降燃焼室温度計８７は、動作制御部２００に接続されている。熱分解室４内の温度の測定値は熱分解室温度計８５から動作制御部２００に送られ、主燃焼室６内の温度の測定値は主燃焼室温度計８６から動作制御部２００に送られ、沈降燃焼室７内の温度の測定値は沈降燃焼室温度計８７から動作制御部２００に送られるようになっている。

　動作制御部２００は、主燃焼室６内の温度に基づいて、熱分解室４への第１原料の供給量および第２原料の供給量の比率を調節するように構成されている。より具体的には、動作制御部２００は、主燃焼室温度計８６から送られてくる主燃焼室６内の温度の測定値が所定の目標範囲内に収まるように、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２のうちの少なくとも一方に指令を発して、熱分解室４への第１原料の供給量および第２原料の供給量の比率を調節する。

　例えば、主燃焼室６内の温度の測定値が上記目標範囲を下回ったとき、動作制御部２００は第１原料供給装置７１に指令を発して第１原料の熱分解室４への供給量を増加させる。同時に、動作制御部２００は第２原料供給装置７２に指令を発して第２原料の熱分解室４への供給量を減少させてもよい。他の例では、主燃焼室６内の温度の測定値が上記目標範囲を上回ったとき、動作制御部２００は第２原料供給装置７２に指令を発して第２原料の熱分解室４への供給量を増加させる。同時に、動作制御部２００は第１原料供給装置７１に指令を発して第１原料の熱分解室４への供給量を減少させてもよい。第１原料の供給量または第２原料の供給量は０であってもよい。

　本実施形態によれば、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２は、炭素の含有率が高い第１原料と、炭素の含有率が低い第２原料を適切な比で熱分解室４に投入することができる。熱分解室４内での熱分解と主燃焼室６内での燃焼は最適化され、結果として、熱分解室４での熱分解生成物の収率が向上する。

　熱分解室４と主燃焼室６との間の流動媒体の循環流量が一定である条件下では、熱分解室４の温度は、主燃焼室６から沈降燃焼室７を経由して送られる流動媒体の温度に依存する。具体的には、主燃焼室６内の温度が高ければ、熱分解室４内の温度も上がる。熱分解室４で生成される熱分解生成物の種類は、熱分解室４内の温度に依存する。例えば、油の回収に適した熱分解室４内の温度は、２００℃以上であり、好ましくは２５０℃以上であり、更に好ましくは３００℃以上であり、かつ６００℃以下であり、好ましくは５００℃以下であり、更に好ましくは４００℃以下である。炭化水素ガスなどの高カロリーの燃料ガスの回収に適した熱分解室４内の温度は、６００℃～９００℃の範囲内でより温度が低い方が好ましい。水素と一酸化炭素の合成ガスの回収に適した熱分解室４内の温度は、９００℃～１３００℃の範囲内でより温度が高い方が好ましい。なお、熱分解室４の温度は、熱分解室４のフリーボード部５５に酸化剤を供給することで確保してもよい。酸化剤としては、空気、酸素、酸素と蒸気の組み合わせが用いられる。

　図１に示す実施形態の熱分解装置は、油、燃料ガス、または合成ガスを選択的に回収することが可能である。例えば、油の収率を上げる場合は、第２原料の供給量に対する第１原料の供給量の比率が低い状態で、第１原料および第２原料を熱分解室４内に供給する。第１原料は、高カロリー材である廃プラスチックを含むのに対して、第２原料はバイオマス、都市ごみなどの比較的カロリーの低い材料である。

　第１原料は、まず、熱分解室４内で熱分解され、その後、第１原料の残渣（炭化物であるチャー）は、主燃焼室６に送られる。第１原料の残渣は、炭化物を多く含む高カロリー材料であるが、主燃焼室６への第１原料の残渣の供給量は比較的少ないため、主燃焼室６内の温度はあまり上がらない。結果として、熱分解室４内の温度は、廃プラスチックからの油の回収に適した温度範囲６００℃以下となる。

　炭化水素ガスなどの燃料ガスの収率を上げる場合には、第２原料の供給量に対する第１原料の供給量の比率を高めた状態で、第１原料および第２原料を熱分解室４内に供給する。第１原料は、熱分解室４内で熱分解され、その後、第１原料の残渣（炭化物であるチャー）は、主燃焼室６に送られる。主燃焼室６への第１原料の残渣の供給量は比較的多いため、主燃焼室６内の温度が上がる。結果として、熱分解室４内の温度は、炭化水素ガスの生成に適した温度範囲６００℃～９００℃となる。

　水素と一酸化炭素の合成ガスの収率を上げる場合は、第２原料の供給量に対する第１原料の供給量の比率をさらに高めた状態で、第１原料および第２原料を熱分解室４内に供給する。第１原料は、熱分解室４内で熱分解され、その後、第１原料の残渣（炭化物であるチャー）は、主燃焼室６に送られる。主燃焼室６への第１原料の残渣の供給量はかなり多いため、主燃焼室６内の温度が上がる。結果として、熱分解室４内の温度は、炭化水素ガスの生成に適した温度範囲９００℃～１３００℃となる。

　このように、動作制御部２００は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の動作を制御する（すなわち、熱分解室４への第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率を調節する）ことで、熱分解室４内の温度を調節し、意図した熱分解生成物の収率を上げることができる。

　上述した実施形態では、動作制御部２００は、主燃焼室６内の温度（すなわち主燃焼室温度計８６から送られた温度の測定値）に基づいて第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の動作を制御するが、一実施形態では、動作制御部２００は、沈降燃焼室７内の温度（すなわち沈降燃焼室温度計８７から送られた温度の測定値）に基づいて第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の動作を制御してもよい。

　一実施形態では、図２に示すように、熱分解装置は、第１原料と第２原料を主燃焼室６内に供給する第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２をさらに備えてもよい。第３原料供給装置９１の原料出口は、主燃焼室６に連結され、第３原料供給装置９１の原料入口は、第１原料を搬送する搬送装置（図示せず）に接続されている。同じように、第４原料供給装置９２の原料出口は、主燃焼室６に連結され、第４原料供給装置９２の原料入口は、第２原料を搬送する搬送装置（図示せず）に接続されている。第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２の具体例としては、原料を定量的に主燃焼室６内に送ることができるスクリューフィーダーが挙げられる。

　図２に示す実施形態では、第１原料および第２原料は、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２から、主燃焼室６のフリーボード部５６に設けられた２つの供給口９４，９５を通じて主燃焼室６内に供給される。図２では、供給口９４，９５は模式的に描かれている。一実施形態では、第１原料および第２原料は、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２から送り出された後に混合され、第１原料と第２原料との混合物が１つの供給口から主燃焼室６内に供給されてもよい。

　動作制御部２００は、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２に接続されている。本実施形態では、動作制御部２００は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の動作に加え、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２の動作を制御するように構成されている。具体的には、動作制御部２００は、第３原料供給装置９１が第１原料を主燃焼室６に供給する量を制御し、さらに第４原料供給装置９２が第２原料を主燃焼室６に供給する量を制御するように構成されている。動作制御部２００は、主燃焼室６への第１原料の供給量および第２原料の供給量を独立して制御することが可能である。したがって、動作制御部２００は、主燃焼室６への第１原料の供給量と第２原料の供給量の比率を制御することができる。

　熱分解装置の運転中、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２は、第１原料および第２原料を熱分解室４内に供給し続けるのに対して、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２は必要なときに第１原料および第２原料の少なくとも一方を主燃焼室６内に供給する。例えば、主燃焼室６内の温度の測定値が、上記目標範囲よりも低い所定の下限値を下回ったとき、動作制御部２００は第３原料供給装置９１に指令を発して第１原料を主燃焼室６内に供給させる。このとき、動作制御部２００は第４原料供給装置９２にも指令を発して第２原料を主燃焼室６内に供給させもよい。他の例では、主燃焼室６内の温度の測定値が、上記下限値を下回ったとき、動作制御部２００は第４原料供給装置９２に指令を発して第２原料を主燃焼室６内に供給させる。このとき、動作制御部２００は第３原料供給装置９１にも指令を発して第１原料を主燃焼室６内に供給させもよい。

　本実施形態では、第１原料および第２原料の少なくとも一方は、主燃焼室６内に直接供給され、直ちに燃焼される。したがって、主燃焼室６内の温度は上昇し、上記目標範囲内に速やかに到達することができる。

　一実施形態では、動作制御部２００は、沈降燃焼室７内の温度（すなわち沈降燃焼室温度計８７から送られた温度の測定値）に基づいて第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２の動作を制御してもよい。

　さらに、一実施形態では、動作制御部２００は、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２の動作を制御する代わりに、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２のうちの少なくとも一方の動作を制御し、主燃焼室６または沈降燃焼室７内の温度の測定値を上記目標範囲内に維持してもよい。具体的には、第１原料供給装置７１および第２原料供給装置７２は、第１原料および第２原料を固定された供給量で熱分解室４内に供給しながら、動作制御部２００は、主燃焼室６または沈降燃焼室７内の温度の測定値が上記目標範囲内に収まるように、第３原料供給装置９１および第４原料供給装置９２のうちの少なくとも一方の動作を制御し、第１原料および第２原料の少なくとも一方を主燃焼室６に供給してもよい。このような動作によれば、熱分解装置は、熱分解室４内での第１原料と第２原料の比率とは独立に、主燃焼室６内の温度を制御することができる。

　一実施形態では、図３に示すように、熱分解装置は、揮発性忌避物質を含む有害材料を主燃焼室６に供給する有害材料供給装置１００をさらに備えてもよい。有害材料供給装置１００の材料出口は、主燃焼室６に連結され、有害材料供給装置１００の材料入口は、有害材料を搬送する搬送装置（図示せず）に接続されている。有害材料は、主燃焼室６のフリーボード部５６に設けられた供給口１０１から主燃焼室６内に供給される。有害材料供給装置１００の具体例としては、有害材料を定量的に主燃焼室６内に送ることができるスクリューフィーダーが挙げられる。

　揮発性忌避物質は、主燃焼室６内で燃焼し、燃焼排ガスを生成する。燃焼排ガスは、排ガス出口７９を通って主燃焼室６から排出される。揮発性忌避物質は、熱分解室４内に移動しないので、揮発性忌避物質は、熱分解室４内で生成された熱分解生成物に混入することがない。

　図１乃至図３に示す実施形態の熱分解装置は、第１原料および第２原料由来の種々の熱分解生成物（油、炭化水素など）を熱分解室４から排出することができる。これらの熱分解生成物は、石油製品や燃料などの製品に利用することができる。最近では、より多種多様の化学物質を排出することができる処理システムへの要請が高まっている。

　そこで、次に、第１原料および第２原料由来の物質に加えて、他の化学物質を熱分解生成物として排出することができる熱分解装置の一実施形態について説明する。図４に示すように、第１散気装置１５は、第１流動化ガス供給ライン１７に接続された複数の（図４の例では２つの）第１流動化ガス供給源１８Ａ，１８Ｂと、これら複数の第１流動化ガス供給源１８Ａ，１８Ｂの下流にそれぞれ配置された複数の（図４の例では２つの）開閉弁１１１，１１２を備えている。

　複数の第１流動化ガス供給源１８Ａ，１８Ｂのうちの１つは、水蒸気または空気を供給するための主供給源１８Ａであり、他の１つは添加ガスを供給するための添加ガス供給源１８Ｂである。本実施形態では、主供給源１８Ａは、水蒸気を発生させるボイラから構成されている。一実施形態では、主供給源１８Ａは、空気を送る送風機から構成されてもよい。さらに、一実施形態では、主供給源１８Ａが設けられない場合もある。添加ガスは、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、窒素ガスのうちのいずれか１つである。上記複数の第１流動化ガス供給源１８Ａ，１８Ｂは、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、窒素ガスから選択された複数の種類の添加ガスを供給するための複数の添加ガス供給源を含んでもよい。添加ガスは熱分解生成物から得てもよい。

　開閉弁１１１，１１２は、主供給源１８Ａおよび添加ガス供給源１８Ｂの下流にそれぞれ配置されている。これら開閉弁１１１，１１２は動作制御部２００に接続されており、開閉弁１１１，１１２の開閉動作は動作制御部２００によって制御される。動作制御部２００がすべての開閉弁１１１，１１２を開くと、水蒸気および添加ガスの混合体は、第１流動化ガスとして第１流動化ガス供給ライン１７を通って熱分解室４に供給される。動作制御部２００が開閉弁１１１を開き、一方で開閉弁１１２を閉じると、水蒸気のみが第１流動化ガスとして第１流動化ガス供給ライン１７を通って熱分解室４に供給される。動作制御部２００が開閉弁１１１を閉じ、一方で開閉弁１１２を開くと、添加ガスのみが第１流動化ガスとして第１流動化ガス供給ライン１７を通って熱分解室４に供給される。第１流動化ガスの例としては、水蒸気と水素ガスとの混合体、水素ガスのみ等が挙げられる。複数の添加ガス供給源１８Ｂを設けた場合は、第１流動化ガスは、水蒸気と水素ガスと一酸化炭素との混合体、水素ガスと一酸化炭素との混合体などが挙げられる。主供給源１８Ａが送風機である場合は、水蒸気に代えて空気が第１流動化ガスの少なくとも一部を構成する。

　上述した第１原料と第２原料の組み合わせを熱分解室４内に供給すると、熱分解生成物に含まれる炭素の割合は比較的大きい。このような場合、一例では、熱分解生成物内の炭素と水素との含有量をバランスさせるために、第１流動化ガスとして、水素ガスのみ、あるいは水蒸気と水素ガスとの組み合わせが使用される。水素の少なくとも一部は、熱分解室４内で原料の熱分解に供され、熱分解生成物として熱分解室４から排出される。このように、本実施形態では、必要とされる化学物質を含む第１流動化ガスが使用される。結果として、熱分解生成物は、所望の化学物質を含有することができる。

　図１乃至図４に示す実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、図３に示す実施形態は、図２に示す実施形態と組み合わせてもよい。図４に示す実施形態は、図２および図３に示す実施形態に組み合わせてもよい。

　次に、油を原料から回収するのに適した熱分解装置の一実施形態について、図５を参照して説明する。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１を参照して説明した実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。図５に示す実施形態では、第１原料を熱分解室４内に供給するための原料供給装置７１を備えている。この原料供給装置７１は図１に示す第１原料供給装置７１に相当する。以下の説明では、第１原料を、単に原料と称する。この原料は、上述した第１原料と同じタイプであり、炭素の含有率が高い廃プラスチックを少なくとも含む。本実施形態では図１の第２原料供給装置７２に相当する構成要素は設けられていないが、第２原料を熱分解室４内に供給するための図１に示す第２原料供給装置７２が設けられてもよい。

　原料は熱分解室４内では燃焼されず、原料の残渣（例えばチャー）は主燃焼室６および沈降燃焼室７内で燃焼される。主燃焼室６および沈降燃焼室７内の流動媒体は、原料の残渣の燃焼によって加熱され、第１開口部６１を通って熱分解室４内に流入する。加熱された流動媒体は、熱分解室４内で第１流動床５１と混合されるうちに除熱され、第１流動床５１はある温度に落ち着く。油を廃プラスチックから回収するのに適した熱分解室４内の温度は、６００℃以下である。したがって、熱分解室４内の温度は６００℃以下に維持される。

　しかしながら、沈降燃焼室７から熱分解室４に移動したばかりの流動媒体は高温であり、熱分解室４の内部には高温領域が局所的に存在する。例えば、熱分解室４内の全体の温度は、６００℃以下に維持されているにもかかわらず、第１開口部６１の付近の温度は８００℃を超えることがある。このように高温領域が局所的に存在すると、高温領域にある廃プラスチックは過度に分解が進み、炭化物（チャー）と軽質ガスになり、結果として、油の収率が低下してしまう。

　そこで、本実施形態では、沈降燃焼室７内の流動媒体の温度を、熱分解室４内で油を原料から得るのに適した温度に調節する。動作制御部２００は、沈降燃焼室７内の温度に基づいて、沈降燃焼室７内に供給される第３流動化ガスの温度および流量のうちの少なくとも一方を制御するように構成されている。具体的には、動作制御部２００は、第３散気装置３５の第３温度調節器４０および第３ガス流量調節弁３９のうちの少なくとも一方を操作し、沈降燃焼室７内の温度の測定値が所定の温度範囲内に収まるように、沈降燃焼室７内に供給される第３流動化ガスの温度および流量のうちの少なくとも一方を制御する。沈降燃焼室７内の温度の測定値は、沈降燃焼室温度計８７から動作制御部２００に送られる。

　第３流動化ガス自体の温度は、沈降燃焼室７内の流動媒体の温度よりも低い。したがって、動作制御部２００が第３温度調節器４０を操作して第３流動化ガスの温度をさらに下げると、沈降燃焼室７内の流動媒体の温度は低下する。同じように、動作制御部２００が第３ガス流量調節弁３９を操作して第３流動化ガスの流量を上げると、沈降燃焼室７内の流動媒体の温度は低下する。動作制御部２００は、第３温度調節器４０および第３ガス流量調節弁３９の両方を操作して、第３流動化ガスの温度をさらに下げつつ、第３流動化ガスの流量を上げてもよい。

　このような流動媒体の温度の最適化の後、流動媒体は第１開口部６１を通って熱分解室４内に流入する。流動媒体は熱分解室４内で旋回し、第１流動床５１を形成しながら、熱分解室４内の温度を油成分の収率が高くなる温度域に維持する。廃プラスチックを含む原料は、流動媒体の旋回流によって撹拌されながら加熱され、気化した油を発生する。気化した油は、熱分解生成物として生成物出口７８を通って熱分解室４から排出される。

　本実施形態によれば、流動媒体の温度が予め調節された後に、流動媒体が熱分解室４に移動するので、局所的な高温領域が熱分解室４内に形成されない。結果として、均一な熱分解反応温度場が形成され、意図する熱分解生成物の収率を向上させることができる。

　図６は、意図する熱分解生成物を原料から得るのに適した熱分解装置の他の実施形態を示す図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図５に示す実施形態と同じであるので、その重複する説明を省略する。

　図６に示すように、本実施形態の熱分解装置は、沈降燃焼室７内の流動媒体から熱を回収する熱回収器１２０を備えている。この熱回収器１２０は、水などの冷却媒体が内部を流れる伝熱管１２１と、伝熱管１２１に取り付けられた冷媒流量調節弁１２４を有している。伝熱管１２１は沈降燃焼室７内に配置されている。より具体的には、沈降燃焼室７内に突出している。熱回収器１２０は、沈降燃焼室７内の流動媒体から熱を回収し、流動媒体の温度を低下させることができる。すなわち、沈降燃焼室７内の流動媒体の熱は、伝熱管１２１内を流れる冷却媒体に伝達され、結果として流動媒体の温度が低下する。

　冷媒流量調節弁１２４は、動作制御部２００に接続されており、冷媒流量調節弁１２４の動作は動作制御部２００によって制御される。動作制御部２００は、沈降燃焼室温度計８７から送られる温度の測定値（すなわち、沈降燃焼室７内の温度）が所定の温度範囲内に収まるように、冷媒流量調節弁１２４を操作して、伝熱管１２１を流れる冷却媒体の流量を制御する。

　沈降燃焼室７内の流動媒体が伝熱管１２１に接触することを確実とするため、第３散気装置３５は、複数の第３風箱３６と、これら第３風箱３６にそれぞれ連結された複数の第３流動化ガス供給ライン３７と、これら第３流動化ガス供給ライン３７にそれぞれ取り付けられた複数の第３ガス流量調節弁（または複数の第３ガス流量調節ダンパ）３９を備えている。動作制御部２００は、複数の第３ガス流量調節弁３９の開度が互いに異なるように、複数の第３ガス流量調節弁３９の動作を制御するように構成されている。第３ガス流量調節弁３９の開度が異なるので、複数の第３風箱３６から吹き出す第３流動化ガスの流量も互いに異なっている。このような流量の異なる第３流動化ガスが沈降燃焼室７内に供給され、第３流動床５３を形成する流動媒体は旋回する。

　流動媒体の旋回流の一部は、熱回収器１２０の伝熱管１２１に接触し、流動媒体の温度低下が達成される。また、流動媒体の旋回流は、沈降燃焼室７内での流動媒体の温度を均一にするので、高温の流動媒体が熱分解室４に移動することが防止できる。さらには、流動媒体の旋回流の強さや方向によって、沈降燃焼室７から熱分解室４への流動媒体の流量を制御することができる。また、複数の第３風箱３６から吹き出す第３流動化ガスの流量を調節することによって、流動媒体の旋回流の強弱を調節することにより、流動媒体と伝熱管１２１との間の熱伝達係数を変化させることで、伝熱管１２１を介した吸熱量を変化させ、もって沈降燃焼室７から熱分解室４へ流れる流動媒体の温度を調節することができる。

　図１乃至図６を参照して説明した実施形態は、適宜組み合わせることができる。例えば、図５に示す実施形態は、図１乃至図４に示す実施形態のいずれにも適用することができる。また、図６に示す熱回収器１２０および第３散気装置３５は、図１乃至図４に示す実施形態のいずれにも組み合わせることが可能である。さらには、図７に示すように、図１乃至図６に示す実施形態をすべて組み合わせてもよい。

　図１乃至図６を参照して説明した実施形態を適宜組み合わせることにより、意図した熱分解生成物の収率を上げつつ、燃焼効率のよい運転が達成できる。さらには、多種多様の化学物質を高い収率で回収することができる。

　上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

　本発明は、原料を流動床炉内で熱分解する熱分解装置および熱分解方法に利用可能であり、特に内部循環流動床ガス化技術を用いて原料を熱分解し、熱分解生成物を得る熱分解装置および熱分解方法に利用可能である。

　１　　　流動床炉
　４　　　熱分解室
　５　　　燃焼室
　６　　　主燃焼室
　７　　　沈降燃焼室
１１　　　第１仕切壁
１２　　　第２仕切壁
１５　　　第１散気装置
１６　　　第１風箱
１７　　　第１流動化ガス供給ライン
１８，１８Ａ，１８Ｂ　　　第１流動化ガス供給源
１９　　　第１ガス流量調節弁
２５　　　第２散気装置
２６　　　第２風箱
２７　　　第２流動化ガス供給ライン
２８　　　第２流動化ガス供給源
２９　　　第２ガス流量調節弁
３０　　　第２温度調節器
３５　　　第３散気装置
３６　　　第３風箱
３７　　　第３流動化ガス供給ライン
３８　　　第３流動化ガス供給源
３９　　　第３ガス流量調節弁
４０　　　第３温度調節器
５１　　　第１流動床
５２　　　第２流動床
５３　　　第３流動床
５５，５６，５７　　　フリーボード部
６１　　　第１開口部
６２　　　第２開口部
７０　　　連通路
７１　　　第１原料供給装置
７２　　　第２原料供給装置
７４，７５　　　供給口
７８　　　生成物出口
７９　　　排ガス出口
８２　　　不燃物排出口
８５　　　熱分解室温度計
８６　　　主燃焼室温度計
８７　　　沈降燃焼室温度計
９１　　　第３原料供給装置
９２　　　第４原料供給装置
９４，９５　　　供給口
１００　　　有害材料供給装置
１０１　　　供給口
１１１，１１２　　　開閉弁
１２０　　　熱回収器
１２１　　　伝熱管
１２４　　　冷媒流量調節弁
２００　　　動作制御部

Claims

　流動する流動媒体からなる流動床内で原料を熱分解するための熱分解装置であって、
　流動床炉と、
　前記流動床炉の内部を熱分解室と燃焼室とに仕切る第１仕切壁と、
　前記燃焼室を主燃焼室と沈降燃焼室に仕切る第２仕切壁と、
　前記熱分解室、前記主燃焼室、および前記沈降燃焼室に、第１流動化ガス、第２流動化ガス、および第３流動化ガスをそれぞれ供給する第１散気装置、第２散気装置、および第３散気装置と、
　第１原料を前記熱分解室に第１供給量で供給する第１原料供給装置と、
　前記第１原料よりも、水素に対する炭素の比率、および酸素に対する炭素の比率が低い第２原料を前記熱分解室に第２供給量で供給する第２原料供給装置と、
　前記第１原料供給装置と前記第２原料供給装置の動作を独立に制御する動作制御部を備えている、熱分解装置。
　前記動作制御部は、前記主燃焼室内の温度または前記沈降燃焼室内の温度に基づいて、前記第１供給量と前記第２供給量の比率を調節するように構成されている、請求項１に記載の熱分解装置。
　前記第１原料を前記主燃焼室に供給する第３原料供給装置と、
　前記第２原料を前記主燃焼室に供給する第４原料供給装置をさらに備えている、請求項１または２に記載の熱分解装置。
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記第３散気装置の動作を制御するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱分解装置。
　前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された風箱と、前記風箱に連結された流動化ガス供給ラインと、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられた温度調節器と、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられたガス流量調節弁を備えており、
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記温度調節器および前記ガス流量調節弁のうちの少なくとも一方の動作を制御するように構成されている、請求項４に記載の熱分解装置。
　前記沈降燃焼室内の流動媒体から熱を回収する熱回収器をさらに備え、
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記熱回収器の動作を制御するように構成されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱分解装置。
　前記熱回収器は、前記沈降燃焼室内に配置された伝熱管と、前記伝熱管内を流れる冷却媒体の流量を調節する冷媒流量調節弁を備えており、
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記冷媒流量調節弁の動作を制御するように構成されている、請求項６に記載の熱分解装置。
　前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱と、前記複数の風箱にそれぞれ連結された複数の流動化ガス供給ラインと、前記複数の流動化ガス供給ラインにそれぞれ取り付けられた複数のガス流量調節弁を備えており、
　前記動作制御部は、前記複数のガス流量調節弁の開度が互いに異なるように、前記複数のガス流量調節弁の動作を制御するように構成されている、請求項６または７に記載の熱分解装置。
　前記第１散気装置は、前記第１流動化ガスを前記熱分解室に供給する少なくとも１つの第１流動化ガス供給源を備えており、
　前記第１流動化ガス供給源は、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを供給するための、少なくとも１つの供給源を含む、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱分解装置。
　流動する流動媒体からなる流動床内で原料を熱分解するための熱分解装置であって、
　流動床炉と、
　前記流動床炉の内部を熱分解室と燃焼室とに仕切る第１仕切壁と、
　前記燃焼室を主燃焼室と沈降燃焼室に仕切る第２仕切壁と、
　前記熱分解室、前記主燃焼室、および前記沈降燃焼室に、第１流動化ガス、第２流動化ガス、および第３流動化ガスをそれぞれ供給する第１散気装置、第２散気装置、および第３散気装置と、
　原料を前記熱分解室に供給する原料供給装置と、
　前記沈降燃焼室内の温度を測定する沈降燃焼室温度計と、
　前記沈降燃焼室内の温度を制御する動作制御部を備えている、熱分解装置。
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が所定の温度範囲内に収まるように前記第３散気装置の動作を制御するように構成されている、請求項１０に記載の熱分解装置。
　前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された風箱と、前記風箱に連結された流動化ガス供給ラインと、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられた温度調節器と、前記流動化ガス供給ラインに取り付けられたガス流量調節弁を備えており、
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が前記所定の温度範囲内に収まるように前記温度調節器および前記ガス流量調節弁のうちの少なくとも一方の動作を制御するように構成されている、請求項１１に記載の熱分解装置。
　前記沈降燃焼室内の流動媒体から熱を回収する熱回収器をさらに備え、
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が所定の温度範囲内に収まるように前記熱回収器の動作を制御するように構成されている、請求項１０に記載の熱分解装置。
　前記熱回収器は、前記沈降燃焼室内に配置された伝熱管と、前記伝熱管内を流れる冷却媒体の流量を調節する冷媒流量調節弁を備えており、
　前記動作制御部は、前記沈降燃焼室内の温度の測定値が前記所定の温度範囲内に収まるように前記冷媒流量調節弁の動作を制御するように構成されている、請求項１３に記載の熱分解装置。
　前記第３散気装置は、前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱と、前記複数の風箱にそれぞれ連結された複数の流動化ガス供給ラインと、前記複数の流動化ガス供給ラインにそれぞれ取り付けられた複数のガス流量調節弁を備えており、
　前記動作制御部は、前記複数のガス流量調節弁の開度が互いに異なるように、前記複数のガス流量調節弁の動作を制御するように構成されている、請求項１３または１４に記載の熱分解装置。
　前記第３散気装置は、前記第３流動化ガスを前記沈降燃焼室に供給する流動化ガス供給源を備えており、
　前記流動化ガス供給源は、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを供給するための、少なくとも１つの供給源を含む、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の熱分解装置。
　流動媒体が収容された流動床炉の内部が熱分解室、主燃焼室、および沈降燃焼室に仕切られた熱分解装置を用いて原料を熱分解するための熱分解方法であって、
　前記熱分解室に第１流動化ガスを供給して、第１流動床を前記熱分解室内に形成し、
　第１原料を前記熱分解室に第１供給量で供給しながら、前記第１原料よりも、水素に対する炭素の比率、および酸素に対する炭素の比率が低い第２原料を前記熱分解室に第２供給量で供給し、
　前記第１原料および前記第２原料を前記熱分解室内で熱分解し、
　前記主燃焼室に第２流動化ガスを供給して第２流動床を前記主燃焼室内に形成しながら、前記第１原料の残渣および前記第２原料の残渣を前記主燃焼室内で燃焼し、
　前記沈降燃焼室に第３流動化ガスを供給して第３流動床を前記沈降燃焼室内に形成しながら、流動媒体を前記主燃焼室から前記沈降燃焼室を通じて前記熱分解室に移動させる、熱分解方法。
　前記主燃焼室内の温度または前記沈降燃焼室内の温度に基づいて、前記第１供給量と前記第２供給量の比率を制御する、請求項１７に記載の熱分解方法。
　前記第１原料および前記第２原料を前記熱分解室に供給しながら、前記第１原料および前記第２原料のうちの少なくとも一方を前記主燃焼室に供給する、請求項１７または１８に記載の熱分解方法。
　前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記第３流動化ガスの温度または流量を調節する、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の熱分解方法。
　前記沈降燃焼室内には、冷却媒体が流れる伝熱管が配置されており、
　前記沈降燃焼室内の温度が所定の温度範囲内に収まるように前記冷却媒体の流量を調節する、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の熱分解方法。
　前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱から、異なる流量で前記第３流動化ガスを前記沈降燃焼室内に供給することによって、前記第３流動床を形成する流動媒体を旋回させる、請求項２１に記載の熱分解方法。
　前記第１流動化ガスは、一酸化炭素ガス、二酸化炭素ガス、水素ガス、炭化水素ガス、蒸気、窒素ガスのうちの少なくとも１つを含む、請求項１７乃至２２のいずれか一項に記載の熱分解方法。
　流動媒体が収容された流動床炉の内部が熱分解室、主燃焼室、および沈降燃焼室に仕切られた熱分解装置を用いて原料を熱分解するための熱分解方法であって、
　前記熱分解室に第１流動化ガスを供給して、第１流動床を前記熱分解室内に形成し、
　原料を前記熱分解室に供給し、
　前記原料を前記熱分解室内で熱分解し、
　前記主燃焼室に第２流動化ガスを供給して第２流動床を前記主燃焼室内に形成しながら、前記原料の残渣を前記主燃焼室内で燃焼し、
　前記沈降燃焼室に第３流動化ガスを供給して第３流動床を前記沈降燃焼室内に形成しながら、流動媒体を前記主燃焼室から前記沈降燃焼室を通じて前記熱分解室に移動させ、
　前記沈降燃焼室内の温度を所定の温度範囲内に制御する、熱分解方法。
　前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記第３流動化ガスの温度または流量を調節する、請求項２４に記載の熱分解方法。
　前記沈降燃焼室内には、冷却媒体が流れる伝熱管が配置されており、
　前記沈降燃焼室内の温度が前記所定の温度範囲内に収まるように前記冷却媒体の流量を調節する、請求項２４に記載の熱分解方法。
　前記沈降燃焼室の下に配置された複数の風箱から、異なる流量で前記第３流動化ガスを前記沈降燃焼室内に供給することによって、前記第３流動床を形成する流動媒体を旋回させる、請求項２６に記載の熱分解方法。