(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成するロータリーキルン型の炭化炉と、
前記熱分解ガスを空気比１未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成する部分燃焼反応器と、
前記炭化炉を加熱する加熱ジャケットと、
前記部分燃焼ガスを空気比１以上の条件で燃焼する燃焼炉と、
前記加熱ジャケットを経由して前記部分燃焼反応器と前記燃焼炉とを接続する部分燃焼ガス流路と
を具備する
炭化物製造プラント。
【請求項２】
前記燃焼炉からの燃焼炉排ガスを用いて乾燥前バイオマスを乾燥して乾燥物を生成する乾燥機と、
前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻す乾燥排ガス流路と
を更に具備する
請求項１の炭化物製造プラント。
【請求項３】
ロータリーキルン型の炭化炉内においてバイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成するステップと、
前記熱分解ガスを空気比１未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成するステップと、
加熱ジャケットを経由して燃焼炉に前記部分燃焼ガスを供給するステップと、
前記加熱ジャケットが前記炭化炉を加熱するステップと、
前記燃焼炉が空気比１以上の条件で前記部分燃焼ガスを燃焼するステップと
を具備する
炭化物製造方法。
【請求項４】
乾燥機が前記燃焼炉からの燃焼排ガスを用いて乾燥前バイオマスを乾燥して乾燥物を生成するステップと、
前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻すステップと
を更に具備する
請求項３の炭化物製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマスから炭化物を製造する炭化物製造プラント及び炭化物製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素を遮断した状況下でバイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成する炭化炉が知られている。その熱分解方法として、熱分解用回転筒体を外部から加熱する方法や、熱分解用回転筒体に加熱管を装備し、加熱管に内装したバーナにより加熱管を加熱し、加熱管の輻射熱によりバイオマスを加熱する方法が従来から知られている。
【０００３】
図１を参照して、従来の炭化物製造プラントを説明する。従来の炭化物製造プラントは、乾燥機１１０と、ロータリーキルン型の炭化炉１２０と、炭化炉１２０の外側に設けられた加熱ジャケット１２２と、燃焼炉１３０と、排煙処理塔１４０と、煙突１５０と、熱交換器１６０と、追焚炉１７０と、追焚炉１７０を介して燃焼炉１３０と加熱ジャケット１２２とを接続する炭化炉加熱ガス流路１９１と、燃焼炉１３０と乾燥機１１０とを接続する乾燥機加熱ガス流路１９２と、熱交換器１６０を介して乾燥機１１０と燃焼炉１３０とを接続する乾燥排ガス流路１９３と、熱交換器１６０を介して燃焼炉１３０と排煙処理塔１４０とを接続する排出流路１９４と、加熱ジャケット１２２と排煙処理塔１４０とを接続する排出流路１９５とを備える。
【０００４】
乾燥機１１０は、ウェット系バイオマスの一例としての脱水汚泥を炭化処理する場合に前処理として乾燥物（乾燥汚泥）を生成する。炭化炉１２０は、酸素を遮断した状況下で乾燥物（乾燥汚泥）を熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成する。燃焼炉１３０は、熱分解ガスを空気比１以上の条件で燃焼する。燃焼炉１３０からの燃焼炉排ガスは、炭化炉加熱ガス流路１９１、乾燥機加熱ガス流路１９２、及び排出流路１９４をそれぞれ経由して、加熱ジャケット１２２、乾燥機１１０、及び排煙処理塔１４０に供給される。ここで、燃焼炉１３０の出口における燃焼炉排ガスの温度は約９５０℃である。追焚炉１７０は、都市ガスのような補助燃料を用いて加熱ジャケット１２２へ供給される燃焼炉排ガスを加熱する。加熱ジャケット１２２は燃焼炉排ガスを用いて炭化炉１２０内の乾燥物（乾燥汚泥）を間接的に加熱する。ここで、炭化炉１２０内を熱分解に必要な約６００℃に加熱するために、約１１００℃の燃焼炉排ガスが必要である。加熱ジャケット１２２から排出された燃焼炉排ガスは排出流路１９５を経由して排煙処理塔１４０に供給される。ここで、空気予熱器（不図示）が排出流路１９５内の燃焼炉排ガスの熱を用いて燃焼炉１３０に導入される燃焼用空気を予熱する。乾燥機１１０に供給された燃焼炉排ガスは、脱水汚泥の乾燥に用いられ、脱水汚泥からの水分や臭気成分を含む乾燥排ガスとして排出される。乾燥排ガスは乾燥排ガス流路１９３を経由して燃焼炉１３０に戻される。乾燥排ガスは燃焼炉１３０で処理される。熱交換器１６０は、乾燥排ガス流路１９３内の乾燥排ガスと排出流路１９４内の燃焼炉排ガスとの間で熱交換をする。これにより、排出流路１９４内の燃焼炉排ガスから熱が回収されて燃焼炉１３０に戻される。排煙処理塔１４０は、燃焼炉排ガスに対して排煙処理を実行する。排煙処理が実行された燃焼炉排ガスは煙突１５０から大気中に放出される。
【０００５】
燃焼炉１３０から排出される燃焼炉排ガスは、乾燥機１１０の熱源として十分な温度を有しているが、炭化炉１２０の熱源としては温度が不足する。そのため、追焚炉１７０により加熱ジャケット１２２に供給される燃焼炉排ガスを加熱している。更に、炭化炉１２０と加熱ジャケット１２２の間の隙間から漏れ込む空気により加熱ジャケット１２２内の燃焼炉排ガスの温度が低下するため、この温度低下も考慮して加熱ジャケット１２２に供給される燃焼炉排ガスを追焚炉１７０により加熱する必要がある。このため、追焚炉１７０での補助燃料使用量が多く、炭化物製造プラントにおける補助燃料の使用量を削減することが求められている。
【０００６】
特許文献１は、有機性廃棄物を熱分解する熱分解用回転筒体から排出された熱分解ガスをガス改質室に設けられた改質用加熱管に導入し、改質用加熱管を外側から改質用バーナで加熱して熱分解ガスを改質ガスに転換し、改質ガスを熱分解用回転筒体内に設けられた熱分解用加熱管に導入し、熱分解用加熱管の輻射熱により有機性廃棄物を熱分解する有機性廃棄物の熱分解装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３２０３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、補助燃料の使用量が削減される炭化物製造プラント及び炭化物製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明による炭化物製造プラントは、バイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成するロータリーキルン型の炭化炉（２０）と、前記熱分解ガスを空気比１未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成する部分燃焼反応器（７０）と、前記炭化炉を加熱する加熱ジャケット（２２）と、前記部分燃焼ガスを空気比１以上の条件で燃焼する燃焼炉（３０）と、前記加熱ジャケットを経由して前記部分燃焼反応器と前記燃焼炉とを接続する部分燃焼ガス流路（９１）とを具備する。
【００１１】
上記炭化物製造プラントは、前記燃焼炉からの燃焼炉排ガスを用いて乾燥前のウェット系バイオマスを乾燥する乾燥機（１０）と、前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻す乾燥排ガス流路（９３）とを更に具備する。
【００１２】
本発明による炭化物製造方法は、ロータリーキルン型の炭化炉（２０）内においてバイオマスを熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成するステップと、前記熱分解ガスを空気比１未満の条件で燃焼して部分燃焼ガスを生成するステップと、加熱ジャケット（２２）を経由して燃焼炉（３０）に前記部分燃焼ガスを供給するステップと、前記加熱ジャケットが前記炭化炉を加熱するステップと、前記燃焼炉が空気比１以上の条件で前記部分燃焼ガスを燃焼するステップとを具備する。
【００１３】
上記炭化物製造方法は、乾燥機（１０）が前記燃焼炉からの燃焼排ガスを用いて乾燥前のウェット系バイオマスを乾燥して乾燥物を生成するステップと、前記乾燥機からの乾燥排ガスを前記燃焼炉に戻すステップとを更に具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、補助燃料の使用量が削減される炭化物製造プラント及び炭化物製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来の炭化物製造プラントのブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態による炭化物製造プラントのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
添付図面を参照して、本発明による炭化物製造プラント及び炭化物製造方法を実施するための形態を以下に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図２を参照して、本発明の第１の実施形態に係る炭化物製造プラントを説明する。炭化物製造プラントは、乾燥機１０と、ロータリーキルン型の炭化炉２０と、炭化炉２０の外側に設けられた加熱ジャケット２２と、燃焼炉３０と、排煙処理塔４０と、煙突５０と、熱交換器６０と、部分燃焼反応器７０と、加熱ジャケット２２を介して部分燃焼反応器７０と燃焼炉３０とを接続する部分燃焼ガス流路９１と、燃焼炉３０と乾燥機１０とを接続する乾燥機加熱ガス流路９２と、熱交換器６０を介して乾燥機１０と燃焼炉３０とを接続する乾燥排ガス流路９３と、熱交換器１６０を介して乾燥機１０と排煙処理塔４０とを接続する排出流路９４とを備える。
【００１８】
第１の実施形態に係る炭化物製造プラントを用いた炭化物製造方法を説明する。乾燥機１０は、ウェット系バイオマスの一例としての脱水汚泥を乾燥して乾燥物（乾燥汚泥）を生成する。炭化炉２０は、酸素を遮断した状況下で乾燥物（乾燥汚泥）を熱分解して炭化物及び熱分解ガスを生成する。炭化物は化石燃料の代替燃料等として利用される。部分燃焼反応器７０は、熱分解ガスを部分燃焼して部分燃焼ガスを生成する。部分燃焼反応器７０が熱分解ガスを空気比１未満の条件で燃焼するため、部分燃焼ガスは可燃成分を含む。ここで、部分燃焼ガスの温度が炭化炉２０の加熱に必要な約１１００℃になるように部分燃焼反応器７０に導入される空気量を調節する。部分燃焼ガスは、部分燃焼ガス流路９１を経由して加熱ジャケット２２に供給される。加熱ジャケット２２は部分燃焼ガスを用いて炭化炉２０内の乾燥物（乾燥汚泥）を間接的に加熱する。加熱ジャケット２２から排出された部分燃焼ガスは、部分燃焼ガス流路９１を経由して燃焼炉３０に供給される。燃焼炉３０は、部分燃焼ガスを空気比１以上の条件で完全燃焼する。燃焼炉３０からの燃焼炉排ガスは、乾燥機加熱ガス流路９２及び排出流路９４をそれぞれ経由して、乾燥機１０及び排煙処理塔４０に供給される。乾燥機１０に供給された燃焼炉排ガスは、脱水汚泥の乾燥に用いられ、脱水汚泥からの水分や臭気成分を含む乾燥排ガスとして排出される。乾燥排ガスは乾燥排ガス流路９３を経由して燃焼炉３０に戻される。乾燥排ガスは燃焼炉３０で処理される。熱交換器６０は、乾燥排ガス流路９３内の乾燥排ガスと排出流路９４内の燃焼炉排ガスとの間で熱交換をする。これにより、排出流路９４内の燃焼炉排ガスから熱が回収されて燃焼炉３０に戻される。排煙処理塔４０は、燃焼炉排ガスに対して排煙処理を実行する。排煙処理が実効された燃焼炉排ガスは煙突５０から大気中に放出される。
【００１９】
本実施形態によれば、炭化炉２０内で生成する熱分解ガスを部分燃焼した部分燃焼ガスを用いて炭化炉２０を加熱するため、図１に示す追焚炉７０が不要であり、補助燃料の使用量が削減される。更に、炭化炉２０と加熱ジャケット２２との間の隙間から空気が漏れ込んでも、その空気に含まれる酸素と部分燃焼ガスに含まれる可燃成分との発熱反応により加熱ジャケット２２内の部分燃焼ガスの温度低下が防がれる。
【００２０】
加熱ジャケット２２に供給される部分燃焼ガスは、図１の加熱ジャケット１２２に供給される燃焼炉排ガスに比べて、比熱Ｃｐが大きい。したがって、部分燃焼ガスから炭化炉２０の加熱が効率的に行われる。
【００２１】
部分燃焼反応器７０において、熱分解ガスを部分燃焼するため、炭化炉２０内よりも高温となるため、熱分解ガスに含まれるタール分は分解され、且つ、部分燃焼反応器７０に導入される空気によって希釈される。したがって、部分燃焼ガス流路９１においてタールトラブルが発生することが防がれる。
【００２２】
図１に示す炭化物製造プラントにおいては、燃焼炉１３０から加熱ジャケット１２２を経由して燃焼炉排ガスを誘引するためのファン（不図示）を排出流路１９５に設ける必要があるが、本実施形態においてはそのようなファンが不要になる。
【００２３】
本実施形態においては、脱水汚泥のかわりに他の高含水率ウェット系バイオマスを用いてもよい。例えば、農業廃棄物を用いてもよい。
【００２４】
本実施形態に係る炭化物製造プラント及び炭化物製造方法を低含水率の木質バイオマスから炭化物を製造するプロセスに適用することが可能である。この場合、乾燥機１０が不要であり、木質バイオマスが炭化炉２０に直接投入される。更に、燃焼炉３０のかわりに発電用ボイラを設けて発電を行うことが可能である。
【００２５】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記温度条件は必要に応じて変更され得る。また、部分燃焼反応器７０に水蒸気を導入してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１０…乾燥機
２０…炭化炉
２２…加熱ジャケット
３０…燃焼炉
４０…排煙処理塔
５０…煙突
６０…熱交換器
７０…部分燃焼反応器
９１…部分燃焼ガス流路
９２…乾燥機加熱ガス流路
９３…乾燥排ガス流路
９４…排出流路
１１０…乾燥機
１２０…炭化炉
１２２…加熱ジャケット
１３０…燃焼炉
１４０…排煙処理塔
１５０…煙突
１６０…熱交換器
１７０…追焚炉
１９１…炭化炉加熱ガス流路
１９２…乾燥機加熱ガス流路
１９３…乾燥排ガス流路
１９４、１９５…排出流路
【図１】
0005631099.tif 000002
【図２】
0005631099.tif 000003