(57)【要約】【課題】  フィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用せずに低温度で効率的に目的とするオイルを精製可能な粗製炭化水素の精製システムを提供する。【解決手段】  熱分解装置からの粗製炭化水素を精製する精製装置１０は、熱分解装置から排出された粗製炭化水素を導入する粗製炭化水素導入口１と、キャリアガスとしての過熱水蒸気を導入する過熱水蒸気導入口２と、前記粗製炭化水素を加熱する加熱手段３と、前記加熱した粗製炭化水素をガス成分と液体成分に分離する分離手段４と、前記分離したガス成分を排出するガス排出口５と、前記分離した液体成分を排出する液体排出口６と、を備えた第１の精製装置と、前記第１の精製装置の液体排出口から排出した液体を精製する後段の精製装置と、を備えている。【選択図】図１
2014005431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱分解装置から排出された粗製炭化水素を導入する粗製炭化水素導入口と、
キャリアガスとしての過熱水蒸気を導入する過熱水蒸気導入口と、
前記粗製炭化水素を加熱する加熱手段と、
前記加熱した粗製炭化水素をガス成分と液体成分に分離する分離手段と、
前記分離したガス成分を排出するガス排出口と、
前記分離した液体成分を排出する液体排出口と、
を備えた第１の精製装置と、
前記第１の精製装置の液体排出口から排出した液体を精製する後段の精製装置と、
精製したオイルを回収・保存するためのオイル保存タンクと、
を備えたことを特徴とする粗製炭化水素の精製システム。
【請求項２】
前記後段の精製装置は、
前記第１の精製装置の液体排出口から排出した液体から加熱・加圧下で不純物を加熱下で除去するための第２の精製装置と、
前記第２の精製で不純物が除去された液体から固形分を除去する第３の精製装置と、
前記第３の精製装置で精製された液体を更に精製する第４の精製装置と、
前記第４の精製装置で精製された液体を更に精製する第５の精製装置と、
前記第３の精製装置で発生した液体成分を水分と炭化水素に分離する分離した液体成分を貯蔵する分離タンクを有する第６の精製装置と、
前記第５の精製装置で精製した液体と前記第６の精製装置の分離タンクに貯蔵された炭化水素を保存するオイル保存タンクとから構成されることを特徴とする請求項１に記載の粗製炭化水素の精製システム。
【請求項３】
前記第１の精製装置の加熱手段が、３５０から６００℃に過熱した過熱水蒸気であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の粗製炭化水素の精製システム。
【請求項４】
前記第１の精製装置の分離手段が、複数の垂直方向に配置された多穴式プレートであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の粗製炭化水素の精製システム。
【請求項５】
熱分解装置から排出された粗製炭化水素を所望のオイルに精製する粗製炭化水素の精製方法であって、
熱分解装置からの粗製炭化水素を３５０から６００℃に加熱下、過熱水蒸気を吹き込み、液体成分と気体成分に分離する第１の工程と、
前記第１の工程で分離した主として炭化水素からなる液体成分から不純物を除去する第２の工程と、
前記第２の工程で不純物を除去した液体を固体成分と、液体成分と、気体成分に分離し、固体成分を除去する第３の工程と、
前記第３の工程で分離された液体成分から所望のオイル成分を精製する第４の工程と、
前記第３の工程で分離された気体成分を水分と所望のオイル成分としての炭化水素成分とに分離する第５の工程と、
前記第４の工程で精製された所望のオイル成分を回収する第６の工程と、
を含むことを特徴とする粗製炭化水素の精製方法。
【請求項６】
炭素質原料を熱分解するための４５０℃から１０００℃の温度範囲で熱分解する熱分解装置と、
前記熱分解で熱分解により発生した粗製炭化水素を精製する精製システムと、
から構成される熱分解により所望のオイルを製造する炭化水素オイル製造システムであって、
前記精製装置が請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の粗製炭化水素精製システムであることを特徴とする炭化水素オイル製造システム。
【請求項７】
前記炭素質原料が、廃棄物、汚泥、木質固体、植物残渣、海草、藻類からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項６に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項８】
前記炭素質原料が生物由来の炭素質であることを特徴とする請求項７に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項９】
前記炭素質原料が廃棄物であることを特徴とする請求項７に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１０】
前記熱分解装置が、給水タンクと、給水タンクの水を加熱するためのボイラと、前記ボイラで加熱した水を過熱するための過熱水蒸気発生装置を備えた過熱水蒸気発生ラインを有し、前記発生した過熱水蒸気を前記熱分解装置のキャリアガスとして使用するとともに、前記第１の精製装置のキャリアガスとして使用することを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１１】
前記過熱水蒸気発生ラインは、２以上の過熱水蒸気発生装置を有することを特徴とする請求項１０に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１２】
前記過熱水蒸気発生装置の間に発電装置を有していることを特徴とする請求項１１に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１３】
前記給水タンクに貯水された水は、予め余熱されてから前記ボイラで加熱することを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１４】
前記熱分解装置は、所定量の所定の酸素・水素モル比の酸素・水素混合ガスを供給する酸素・水素混合ガス供給装置を備えていることを特徴とする請求項６から請求項１３のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１５】
前記酸素・水素混合ガス供給装置は、水を電気分解する電気分解装置を備えていることを特徴とする請求項１４に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１６】
前記酸素・水素混合ガス供給装置は、水を電気分解した際に発生する酸素・水素含有水を過熱水蒸気発生装置により過熱して酸素・水素を含有する過熱水蒸気を前記熱分解装置に供給することを特徴とする請求項１５に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１７】
前記熱分解装置の前段に、前記原料となる炭素質原料を前処理する前処理装置を備えていることを特徴とする請求項６から請求項１６のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１８】
前記前処理装置が、円筒型の装置本体と、
前記装置本体の上側側面に設けられた廃棄物投入口と、
前記装置本体の頂部にストロークにより下方に押圧するための押圧装置と、
前記押圧装置と接続され前記押圧装置により装置本体に投入された廃棄物を下方に押込む押さえディスクと、
前記装置本体の底部にブレードが付された回転式切断装置と、
を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１９】
前記熱分解装置からの排熱を回収する蓄熱手段を有することを特徴とする請求項６から請求項１８のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項２０】
前記蓄熱手段が、前記装置本体からの排熱を集熱する集熱炉と、前記集熱炉からの熱を蓄熱する蓄熱装置と、前記蓄熱炉からの熱を前記蓄熱装置に供給するための前記集熱炉と前記蓄熱装置の間を循環する熱輸送媒体を含む熱循環ラインとから構成されることを特徴とする請求項１９に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項２１】
前記蓄熱装置は、前記蓄熱装置で蓄熱された熱を利用して発電する発電系、給湯系または両者を二次側として備えていることを特徴とする請求項２０に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項２２】
前記発電系は、ピストンモータと、冷却装置と、前記蓄熱装置とこれらの間を循環する循環ガスの流路から主として構成されており、前記蓄熱装置により加温膨張した循環ガスによる圧力が前記ピストンモータにより回転力に変換されて前記発電機により発電する構成を有していることを特徴とする請求項２１に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項２３】
前記前処理装置は、前記熱分解装置から排気した排ガスの熱により処理物を乾燥させる乾燥装置であることを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項２４】
前記炭化水素オイル製造システムが、端末により遠隔操作可能であることを特徴とする請求項６から請求項２３のいずれか１項に記載の廃棄物処理システム。
【請求項２５】
炭素質原料から所定の分子量範囲の炭化水素オイルを製造する炭化水素の製造方法であって、
前記炭素質原料を熱分解して粗製炭化水素オイルを生成する工程と、
精製した粗製炭化水素オイルを下記工程：
熱分解装置からの粗製炭化水素を３５０から６００℃に加熱下、過熱水蒸気を吹き込み、液体成分と気体成分に分離する第１の工程と、
前記第１の工程で分離した主として炭化水素からなる液体成分から不純物を除去する第２の工程と、
前記第２の工程で不純物を除去した液体を固体成分と、液体成分と、気体成分に分離し、固体成分を除去する第３の工程と、
前記第３の工程で分離された液体成分から所望のオイル成分を精製する第４の工程と、
前記第３の工程で分離された気体成分を水分と所望のオイル成分としての炭化水素成分とに分離する第５の工程と、
前記第４の工程で精製された所望のオイル成分を回収する第６の工程と、
により精製し回収する工程を含むことを特徴とする、炭化水素オイルの製造方法。
【請求項２６】
前記工程１で発生した気体成分を熱分解工程に戻すことを特徴とする請求項２５に記載の炭化水素オイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、粗製炭化水素の精製システム、生成方法、炭化水素オイルの製造システムおよび製造方法に関する。より詳しく述べると、熱分解により発生する粗製炭化水素を精製するための精製システムおよび精製方法並びにこれらを用いた炭化水素オイルの製造システムおよび製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、廃棄物、汚泥等の炭素質原料から熱分解によりオイルを精製する方法が知られている。例えば特許文献１には、固形廃棄物を一つの炉内で炭化と同時に効率良く簡単にガス化及びガス改質できるとともに、その際に、熱量調整が容易で安定してガス化でき、炭化物と有用ガスと液体燃料とを装置規模が小さくとも効率良く再生できる、中小規模施設向きの廃棄物再生処理方法及び廃棄物再生処理システムを提供する目的で、固形廃棄物を過熱水蒸気と共に入口側から出口側へ向かって下向きに傾斜させた炭化・ガス化炉内に投入し、この炭化・ガス化炉内で電気ヒータにより空気遮断状態で間接的に加熱して燃焼させることなく熱分解により炭化させるとともに、その炭化物の炉内での滞積量を出口側へ向かって多くしてその熱で水性ガスシフト反応を起こし、水素と一酸化炭素を主体とした乾留ガスを生成する熱分解炭化・ガス化工程と、この乾留ガスをフィッシャ・トロプシュ合成触媒を用いて液体燃料化する液体燃料化工程とを有することを特徴とする廃棄物再生処理方法が開示されている。【０００３】  また、特許文献２には、（ａ）フィッシャ・トロプシュ合成生成物の一部を希釈ガス流の存在下、ガス及び液体フラクション中に蒸発させ、更に残りのガス／油混合物から液体フラクションを分離する工程、（ｂ）ガス／油混合物を高温に加熱する工程、及び（ｃ）加熱したガス／油混合物に熱転化工程を行って、低級オレフィンを得る工程、を行うことを特徴とするフィッシャ・トロプシュ合成生成物からの低級オレフィンの製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６０８３２号公報
【特許文献２】特表２００８−５１５８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  しかし、特許文献１および特許文献２の方法において目的のオイルを製造するためにフィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用するのが一般的であった。【０００６】  しかし、フィッシャ・トロプシュ合成触媒は、高温・高圧下で処理を行うため多大なエネルギを消費するとともに、非常に高い耐圧性、耐熱性の素材を使用するので装置が高価となるとともに、触媒の失活が激しく、合成触媒を頻繁に交換しないと目的とするオイルが得られなかった。さらに、従来技術の方法では、９００℃以上の高い温度に設定してシンガスを生成し、これをフィッシャ・トロプシュ合成触媒により目的とするオイルに転化するので、エネルギのロスは多大である。【０００７】  そこで、本発明の課題は、フィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用せずに低温度で効率的に目的とするオイルを精製可能な粗製炭化水素の精製システムを提供することである。
本発明の別の課題は、フィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用せずに低温度で効率的に目的とするオイルを精製可能な粗製炭化水素の精製方法を提供することである。【０００８】  本発明の更に別の課題は、フィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用せずに低温度で効率的に目的とするオイルを精製可能な熱分解システムに基づく炭化水素オイルの製造システムおよび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】  本発明は、上記課題に鑑みて創作されたものであり、下記項目に関するものである。
（第１の発明）
１．  熱分解装置から排出された粗製炭化水素を導入する粗製炭化水素導入口と、
キャリアガスとしての過熱水蒸気を導入する過熱水蒸気導入口と、
前記粗製炭化水素を加熱する加熱手段と、
前記加熱した粗製炭化水素をガス成分と液体成分に分離する分離手段と、
前記分離したガス成分を排出するガス排出口と、
前記分離した液体成分を排出する液体排出口と、
を備えた第１の精製装置と、
前記第１の精製装置の液体排出口から排出した液体を精製する後段の精製装置と、
精製したオイルを回収・保存するためのオイル保存タンクと、
を備えたことを特徴とする粗製炭化水素の精製システム。【００１０】２  前記後段の精製装置は、前記第１の精製装置の液体排出口から排出した液体から加熱・加圧下で不純物を加熱下で除去するための第２の精製装置と、前記第２の精製で不純物が除去された液体から固形分を除去する第３の精製装置と、前記第３の精製装置で精製された液体を更に精製する第４の精製装置と、前記第４の精製装置で精製された液体を更に精製する第５の精製装置と、前記第３の精製装置で発生した液体成分を水分と炭化水素に分離する分離した液体成分を貯蔵する分離タンクを有する第６の精製装置と、前記第５の精製装置で精製した液体と前記第６の精製装置の分離タンクに貯蔵された炭化水素を保存するオイル保存タンクとから構成されることを特徴とする１に記載の粗製炭化水素の精製システム。【００１１】３  前記第１の精製装置の加熱手段が、３５０から６００℃に過熱した過熱水蒸気であることを特徴とする１または２に記載の粗製炭化水素の精製システム。
４  前記第１の精製装置の分離手段が、複数の垂直方向に配置された多穴式プレートであることを特徴とする１から３のいずれか１項に記載の粗製炭化水素の精製システム。【００１２】（第２の発明）
５  熱分解装置から排出された粗製炭化水素を所望のオイルに精製する粗製炭化水素の精製方法であって、
熱分解装置からの粗製炭化水素を３５０から６００℃に加熱下、過熱水蒸気を吹き込み、液体成分と気体成分に分離する第１の工程と、
前記第１の工程で分離した主として炭化水素からなる液体成分から不純物を除去する第２の工程と、
前記第２の工程で不純物を除去した液体を固体成分と、液体成分と、気体成分に分離し、固体成分を除去する第３の工程と、
前記第３の工程で分離された液体成分から所望のオイル成分を精製する第４の工程と、
前記第３の工程で分離された気体成分を水分と所望のオイル成分としての炭化水素成分とに分離する第５の工程と、
前記第４の工程で精製された所望のオイル成分を回収する第６の工程と、
を含むことを特徴とする粗製炭化水素の精製方法。【００１３】（第３の発明）
６  炭素質原料を熱分解するための４５０℃から１０００℃の温度範囲で熱分解する熱分解装置と、
前記熱分解で熱分解により発生した粗製炭化水素を精製する精製システムと、
から構成される熱分解により所望のオイルを製造する炭化水素オイル製造システムであって、
前記精製装置が１から４のいずれか１項に記載の粗製炭化水素精製システムであることを特徴とする炭化水素オイル製造システム。【００１４】７  前記炭素質原料が、廃棄物、汚泥、木質固体、植物残渣、海草、藻類からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする６に記載の炭化水素オイル製造システム。【００１５】８  前記炭素質原料が生物由来の炭素質であることを特徴とする７に記載の炭化水素オイル製造システム。【００１６】９  前記炭素質原料が廃棄物であることを特徴とする７に記載の炭化水素オイル製造システム。【００１７】１０  前記熱分解装置が、給水タンクと、給水タンクの水を加熱するためのボイラと、前記ボイラで加熱した水を過熱するための過熱水蒸気発生装置を備えた過熱水蒸気発生ラインを有し、前記発生した過熱水蒸気を前記熱分解装置のキャリアガスとして使用するとともに、前記第１の精製装置のキャリアガスとして使用することを特徴とする６から９のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。【００１８】１１  前記過熱水蒸気発生ラインは、２以上の過熱水蒸気発生装置を有することを特徴とする１０に記載の炭化水素オイル製造システム。【００１９】１２  前記過熱水蒸気発生装置の間に発電装置を有していることを特徴とする１１に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２０】１３  前記給水タンクに貯水された水は、予め余熱されてから前記ボイラで加熱することを特徴とする１０から１２のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２１】１４  前記熱分解装置は、所定量の所定の酸素・水素モル比の酸素・水素混合ガスを供給する酸素・水素混合ガス供給装置を備えていることを特徴とする６から１３のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２２】１５  前記酸素・水素混合ガス供給装置は、水を電気分解する電気分解装置を備えていることを特徴とする１４に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２３】１６  前記酸素・水素混合ガス供給装置は、水を電気分解した際に発生する酸素・水素含有水を過熱水蒸気発生装置により過熱して酸素・水素を含有する過熱水蒸気を前記熱分解装置に供給することを特徴とする１５に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２４】  前記熱分解装置の前段に、前記原料となる炭素質原料を前処理する前処理装置を備えていることを特徴とする６から１６のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２５】１８  前記前処理装置が、円筒型の装置本体と、前記装置本体の上側側面に設けられた廃棄物投入口と、前記装置本体の頂部にストロークにより下方に押圧するための押圧装置と、前記押圧装置と接続され前記押圧装置により装置本体に投入された廃棄物を下方に押込む押さえディスクと、前記装置本体の底部にブレードが付された回転式切断装置と、を備えていることを特徴とする１７に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２６】１９  前記熱分解装置からの排熱を回収する蓄熱手段を有することを特徴とする６から１８のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２７】２０  前記蓄熱手段が、前記装置本体からの排熱を集熱する集熱炉と、前記集熱炉からの熱を蓄熱する蓄熱装置と、前記蓄熱��からの熱を前記蓄熱装置に供給するための前記集熱炉と前記蓄熱装置の間を循環する熱輸送媒体を含む熱循環ラインとから構成されることを特徴とする１９に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２８】２１  前記蓄熱装置は、前記蓄熱装置で蓄熱された熱を利用して発電する発電系、給湯系または両者を二次側として備えていることを特徴とする２０に記載の炭化水素オイル製造システム。【００２９】２２  前記発電系は、ピストンモータと、冷却装置と、前記蓄熱装置とこれらの間を循環する循環ガスの流路から主として構成されており、前記蓄熱装置により加温膨張した循環ガスによる圧力が前記ピストンモータにより回転力に変換されて前記発電機により発電する構成を有していることを特徴とする２１に記載の炭化水素オイル製造システム。【００３０】２３  前記前処理装置は、前記熱分解装置から排気した排ガスの熱により処理物を乾燥させる乾燥装置であることを特徴とする１７から２２のいずれか１項に記載の炭化水素オイル製造システム。【００３１】２４  前記炭化水素オイル製造システムが、端末により遠隔操作可能であることを特徴とする６から２３のいずれか１項に記載の廃棄物処理システム。【００３２】（第４の発明）
２５  炭素質原料から所定の分子量範囲の炭化水素オイルを製造する炭化水素の製造方法であって、
前記炭素質原料を熱分解して粗製炭化水素オイルを生成する熱分解工程と、
精製した粗製炭化水素オイルを下記工程：
熱分解装置からの粗製炭化水素を３５０から６００℃に加熱下、過熱水蒸気を吹き込み、液体成分と気体成分に分離する第１の工程と、
前記第１の工程で分離した主として炭化水素からなる液体成分から不純物を除去する第２の工程と、
前記第２の工程で不純物を除去した液体を固体成分と、液体成分と、気体成分に分離し、固体成分を除去する第３の工程と、
前記第３の工程で分離された液体成分から所望のオイル成分を精製する第４の工程と、
前記第３の工程で分離された気体成分を水分と所望のオイル成分としての炭化水素成分とに分離する第５の工程と、
前記第４の工程で精製された所望のオイル成分を回収する第６の工程と、
により精製し回収する工程を含むことを特徴とする、炭化水素オイルの製造方法。【００３３】２６  前記工程１で発生した気体成分を熱分解工程に戻すことを特徴とする２５に記載の炭化水素オイルの製造方法。
【発明の効果】
【００３４】  第１および第２の発明によると、本発明の粗製炭化水素の精製システムは、高温、高圧で作用する触媒を使用せず、比較的低温・低圧下で所望とする炭化水素オイルを精製することが可能となる。【００３５】  第３および第４の発明によると、比較的低温・低圧下で所望とする炭化水素オイルを精製可能な熱分解に基づく炭化水素オイルを製造することが可能となる。
を備えているので、廃棄物の状況に依存せず省スペースで高性能の溶融処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  本発明の粗製オイル精製装置の一例を示す一部切欠断面図である。
【図２】  本発明の粗製オイル精製装置全体を示す図面である。
【図３】  本発明の粗製オイル精製方法を示すフローチャートである。
【図４】  本発明の炭化水素オイル製造システムの一例を示す図面である。
【図５】  （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、各々図４に示す炭化水素オイル製造システムにおける酸素／水素混合ガス供給装置の一例を示す図面である。
【図６】  図５で示す酸素／水素供給装置の構成の一例を示す図面である。
【図７】  図５で示す酸素／水素供給装置の構成の別の一例を示す図面である。
【図８】  図４に示す炭化水素オイル製造システムにおける前処理装置の一例である粉砕装置を示す図面である。
【図９】  図４に示す炭化水素オイル製造システムにおける付帯設備である発電システムの一例を示す図面である。
【図１０】  図４に示す炭化水素オイル製造システムにおける熱の有効利用を示す一例を示す図面である。
【図１１】  図４に示す炭化水素オイル製造システムにおける熱の有効利用を示す一例を示す図面である。
【図１２】  図４に示す図４に示す炭化水素オイル製造システムにおける付帯設備である発電システムの一例を示す図面である。
【図１３】  図４に廃棄物処理システムにおける給湯系の一例を示す図面である。
【図１４】  本発明の炭化水素オイル製造システムを遠隔操作する例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】  以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
まず、図１および図２に基づいて、第１の発明である粗製炭化水素精製システムついて説明する。
【００３８】  なお、本発明の粗製炭化水素精製システムは、後述する熱分解により生成した粗製炭化水素を精製して所望の範囲（分子量範囲）の炭化水素を回収するシステムである。
【００３９】  精製装置１０は、熱分解装置から排出された粗製炭化水素を導入する粗製炭化水素導入口１と、キャリアガスとしての過熱水蒸気を導入する過熱水蒸気導入口２と、前記粗製炭化水素を加熱する加熱手段３と、加熱した粗製炭化水素をガス成分と液体成分に分離する分離手段４と、前記分離したガス成分を排出するガス排出口５と、前記分離した液体成分を排出する液体排出口６と、を備えた第１の精製装置と、第１の精製装置の液体排出口から排出した液体を精製する後段の精製装置１１〜１６（図２参照）とを備えており、そして精製したオイルを保存するオイル保存タンクから構成されている。
【００４０】  なお、図１で示す実施形態では、加熱手段３としてキャリアガスとして使用する過熱水蒸気を用いるがこれに限定されるものではなく、精製装置１０本体内にヒータ等の加熱手段を設けてもよい。また、加熱温度も、精製目的とするオイルに依存するが、一般には３５０℃から６００℃、好ましくは５００℃前後である。また、所望に応じて、気液分離する前に不純物を除去する不純物除去手段（例えば、フィルタ・触媒）を設けてもよい。なお、過熱水蒸気発生装置は、図２に示す通り、給湯装置２１で加熱した水蒸気をさらに過熱する装置である。
【００４１】  このようにして、熱分解装置から導入された粗製炭化水素は、過熱水蒸気導入口２から導入された過熱水素と混合し、多段式（図１の例では４段）に設けられた多孔式プレートを通過する際に、比重の重い液体成分と気体成分とに分離される。
【００４２】  気体成分は、一般に低級炭化水素ガスであり、そしてガス排出口５から排出され、通常は燃料源として熱分解装置に戻される。
【００４３】  一方、分離した液体成分は、液体排出口６を通過して図２に示す後段の精製装置を介して繰り返し精製されてオイル分としてオイル保存タンクで保存される。
【００４４】  本発明の粗製炭化水素精製システムは、このようにして、熱分解装置から排出される粉製炭化水素を所望のオイル、例えば、軽油、灯油グレードまたはディーゼルオイルグレードに精製して回収するシステムが本発明の粗製炭化水素精製システムであるが、通常、第１の精製装置の後段に、図２に示すような精製装置を設けるのが好ましい。
【００４５】  図２に示す例では、第１の精製装置で気液分離した液体成分（粗製炭化水素）を第２から第６の精製装置１１−１６で精製して所望のオイルとしてオイル保存タンク１７へ保存する例を示している。
【００４６】  第２の精製装置は、第１の精製装置１０からの液体成分を加圧・加熱により流速を増加させる急速ろ過を行って不純物を除去する装置である。なお、流速の増加条件、すなわち、加圧・加熱条件は、液体の粘度・沸点などに依存して適宜設定されるもので特に限定されるものではない。また、温度差などを利用して所定範囲のオイル分をそのままオイル保存タンク１７に回収してもよい。
【００４７】  このようにして、不純物が分離された液体成分（炭化水素）は、次いで、第３精製装置で、固体成分、気体成分および液体成分に分離される（沸点差により分離）。固体成分は、一般にタール分やレジン分と呼ばれる高分子炭化水素であり、分離除去される。
【００４８】  分離された液体成分は、次いで第４の精製装置、第５の精製装置により所望の範囲のオイル分に精製されてオイル保存タンク１７に回収・保存される。なお、本実施形態では、第４の精製装置、第５の精製装置の二つの精製装置を用いたが本発明はこれに限定されるものではなく、一つであっても三つ以上であってもよい。
【００４９】  一方、第３の精製装置で分離された気体成分は、比較的分子量の大きい低級炭化水素と水分の混合物であり、加熱手段１５と分離タンク１６から構成された第６の精製装置により沸点差により水分とオイル分に分離される。
【００５０】  分離された水分は、給湯装置２１に送られ、そして過熱水蒸気として再び利用される。一方、分離されたオイル分はオイル保存タンク１７へ送られ回収・保存される。
【００５１】（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
図３に示す通り、本発明の粗製炭化水素精製方法において、まず熱分解装置からの粗製炭化水素を３５０から６００℃に加熱下、過熱水蒸気を吹き込み、液体成分と気体成分に分離する（粗製炭化水素気液分離Ｓ１）。
【００５２】  次いで、粗製炭化水素気液分離Ｓ１で分離した主として炭化水素からなる液体成分から不純物を除去する（不純物除去Ｓ２）。
【００５３】  次いでＳ２で不純物を除去した液体を固体成分と、液体成分と、気体成分に分離するＳ３。分離した固体成分（主としてタール分とレジン分）を除去する。
【００５４】  工程Ｓ３で分離された液体成分から所望のオイル成分を精製するＳ４。なお、工程Ｓ４のオイル成分の精製は１ないし複数回繰り返して、精製したオイルを回収する（Ｓ６）。
【００５５】  また工程Ｓで分離された気体成分を水分と所望のオイル成分としての炭化水素成分とに分離し（Ｓ５）、工程Ｓ５で回収されたオイル成分を回収する（Ｓ６）。
【００５６】  以上説明した通り、本発明の第１実施形態にかかる粗製炭化水素精製システムおよび第２実施形態に係る粗製炭化水素精製方法は、粗製炭化水素を沸点差により気液分離し、これを不純物除去、タール分等の固形分除去、水分除去を繰り返して行うことにより純度の高い目的とするオイル分へと精製するので、従来のフィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用する場合に比較して、低温度、低圧力でオイル分を精製することができる。そのため、熱分解装置で熱分解して生成した炭化水素を効率よく精製可能である。
【００５７】（第３実施形態）
次に、図４から図１４に基づいて本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態は、第１実施形態に係る本発明の粗製炭化水素精製システムを組み込んだ熱分解システムに基づくオイル製造システムである。
【００５８】  なお、本実施形態では、主として都市ゴミ（廃棄物）を炭素質原料として熱分解を行い粗製炭化水素を生成し、これを第１実施形態に係る粗製炭化水素精製システムで精製して所望のオイルを回収・保存するシステムを説明するが本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、幅広く適用できるものである。
【００５９】  例えば、炭素質原料として本発明に適用なものとして、廃棄物、汚泥、木質固体、植物残渣、海草、藻類、排プラスチック、排タイヤ等が挙げられる。これらの出発原料に応じて、必要な前処理設備や後処理設備を配置することは当該技術分野に周知事項である。
【００６０】  図４に示す実施形態では、廃棄物を想定しているので、熱分解装置３０の前段に粉砕装置４１、乾燥装置４２、選別装置４３を配置し、熱分解装置３０の後段に第１実施形態に係る粗製炭化水素精製システムを配置した構成となっている。なお、熱分解装置３０の後段に配置した第１実施形態に係る粗製炭化水素精製システムの構成は、図１および図２に示す第１実施形態に係る粗製炭化水素精製システムの構成と同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６１】  また、炭素質原料からシンガスを生成する１０００℃以上の高温で熱分解処理する高温タイプの熱分解装置ではなく、本発明において使用する熱分解装置３０は、比較的低温すなわち４５０℃から１０００℃までの温度で熱分解する熱分解装置を採用している。
【００６２】  そのため、本発明の熱分解システムに基づくオイル製造システムは、第１実施形態に係る粗製炭化水素精製システムをオイル精製システムとして利用していることと相まって低いエネルギで運転できる。
【００６３】  なお、図４に記載した熱分解装置３０には、図５から図７で以下に説明する酸素／水素供給装置３１を設けることが好ましい。酸素／水素供給装置３１を備えた熱分解装置３０は新規である。従って、本発明は、酸素／水素供給装置を備えた熱分解装置まで拡張される。
【００６４】  本発明における酸素／水素供給装置３１は、図５および図６に示す通り、水の電気分解装置３１Ａから主として構成されている。
【００６５】  水の電解装置は、図６に示す通り、水（電解質水溶液）に陽極と陰極を設け、所定の電圧を負荷することにより水を酸素と水素とに分離する周知の装置である（通常、酸素１：水素１）。
【００６６】  この際発生した酸素と水素を、例えば図５（ａ）に示すように酸素／水素混合液として溶融炉本体１へ供給することもできるが、例えば図５（ｂ）に示すように酸素と水素を予め各々酸素タンク３１Ｂと水素タンク３１Ｃへ保存しておいて、これらの保存した酸素・水素を別途混合して熱分解装置３０１へ供給することもできる。さらに、図５（ｃ）に示す通り、別々に保存して酸素と水素に加えて、酸素濃縮装置であるＰＳＡ３１Ｄや水素ボンベらの水素供給源３１Ｅにより濃縮酸素を別途添加して熱分解装置３０に加えることも可能である。
【００６７】  本発明では、酸素・水素混合ガスを所定量熱分解装置３０に供給することにより炉内温度を迅速に均一にすることが特徴である。本発明においては、処理物である炭素質原料を投入時に熱分解装置３０の炉内温度が低下し炉内で温度むらが発生する。その際に、所定量の酸素／水素混合ガスを導入することにより酸素／水素混合ガスが助燃剤として作用し、炉内温度を均一にすることが可能である。
【００６８】  本発明における酸素／水素ガス混合ガス供給装置における酸素／水素ガス混合ガスにおける酸素／水素の混合比（モル比、以下同様）は、１：２であるのが一般的であるが、酸化炎の発生を防ぐために水素量を過剰（通常は１：４〜５）にすることもできる。
【００６９】  酸素／水素混合ガスは温度が発火点になると自発的に燃焼する。酸素と水素が１：２の混合ガス（水素爆鳴気）は、常圧において発火点が約５７０℃となる。そのような混合気体へ着火するのに必要なスパークの最小エネルギは、約２０マイクロジュールである。常温常圧では、水素が体積の４％から９５％を占めている場合、酸水素ガスは燃焼可能である。
【００７０】  ひとたび着火すると、酸素／水素混合ガスは発熱反応により水蒸気へと変わり、その発熱によって反応が持続する。１モルの水素の燃焼につき２４１．８ｋＪのエネルギー（低発熱量）を発生する。発生する熱エネルギの量は燃焼の形式に影響されないが、炎の温度は変化する。酸素と水素の組成を正確に調整すると炎は最高で約２８００℃となり、大気中で水素ガスを燃やしたときより７００℃も高い。混合比率が２：１でない場合や、窒素のような不活性気体が混ざっている場合、熱がより大きな体積へ拡散するため、温度が低くなる。
【００７１】  本発明の熱分解装置３０の炉内は、処理物、例えば廃棄物は、その組成が一定でないため溶融処理中の酸素：水素比は、一定でない。そのため、本発明の好ましい実施形態では、炉内における酸素：水素比を２：１に近づけるように酸素：水素の添加量を変化させて水素：酸素比を調整する。
【００７２】  酸素：水素の混合比の調整は、例えば図５（ｂ）または好ましくは図５（ｃ）に記載の通り、酸素ガス、水素ガスを別々に蓄え、所定の混合比で混合してから熱分解装置３０へ導入することにより実施することができる。
【００７３】  熱分解装置３０の炉内の酸素・水素の混合比を２：１に近づけるためには、炉内温度（温度分布）を監視することが重要である。炉内温度の監視のために、熱分解装置３０は、所定箇所に図示しない温度測定手段を設置することが好ましい。温度測定手段としては、赤外線高温測定カメラ、熱伝対、特に金属炭素系熱伝対などを利用することが可能である。これらを用いることにより炉内温度を監視することが可能である。
【００７４】  酸素・水素の混合比に加えて、酸素・水素混合ガスの供給量も重要な因子である。すなわち、酸素・水素混合ガスの導入量が少ないと酸素・水素混合ガスによる助燃作用が十分でなく、多すぎると酸素・水素混合ガスの消費量が無駄となる。
【００７５】  このような酸素／水素混合ガスの比率および供給量を変化させて、特に炉内温度の変化状況に応じて酸素／水素混合ガス装置２からプラズマ溶融炉本体１に投入することにより、処理物の投入時等の炉内環境の変化に追従して炉内温度を適正に保つことが可能である。
【００７６】  なお、図７に示す通り、本発明の酸素・水素混合ガス供給装置３１は、給水タンク２０からの水を電気分解装置３１Ａで電気分解し、電気分解した水（酸素および水素含有）を第２の過熱水蒸気発生装置で酸素・水素混合ガスを含む過熱水蒸気として熱分解装置３０へ供給する構成とすることもできる。この際の過熱水蒸気温度は、発火点５７０℃よりも十分低い必要がある。
【００７７】  図４に示す本発明の第３実施形態にかかる炭化水素オイル製造システムにおいて、いわゆる都市ゴミや一般廃棄物を炭素質原料として使用する場合、例えば、図８に示す粉砕装置４１を用いることが好ましい。
【００７８】図８に示す破砕装置４１は、円筒型の装置本体４１Ａと、前記装置本体の上側側面に設けられた廃棄物投入口４１Ｂと、前記装置本体の頂部にストロークにより下方に押圧するための押圧装置４１Ｃ（例えばエアシリンダ）と押圧装置４１Ｃと接続され押圧装置４１Ｃにより装置本体４１Ａに投入された廃棄物を下方に押込む装置本体４１Ａに嵌合された押さえディスク４１Ｄと、装置本体４１Ａの底部にブレードが付された回転式切断装置４１Ｅ（モータ４１Ｄにより回転）と、を備えていることが好ましい。
【００７９】  このように構成すると、廃棄物投入口４１Ｂから投入された廃棄物が押圧手段により矢印下方にいくに従って、回転式切断装置４１Ｅの回転により所定の寸法にワンストロークで切断できる。従って、省スペースで所定サイズに廃棄物を切断することが可能である。
【００８０】  なお、廃棄物の寸法がかなり大きい場合あるいは大きい寸法の廃棄物が含むことが想定される廃棄物の場合、周知の方法で粗粉砕することも有効である。
【００８１】  なお、このように円筒型の装置本体４１Ａと、前記装置本体の上側側面に設けられた廃棄物投入口４１Ｂと、前記装置本体の頂部にストロークにより下方に押圧するための押圧装置４１Ｃ（例えばエアシリンダ）と押圧装置４１Ｃと接続され押圧装置４１Ｃにより装置本体４１Ａに投入された廃棄物を下方に押込む押さえディスク４１Ｄと、装置本体４１Ａの底部にブレードが付された回転式切断装置４１Ｅと、を備えた廃棄物の前処理装置は、新規である。従って、本発明は、このような前処理装置およびこれを含む廃棄物処理システムまで拡張される。
【００８２】  このようにして所定サイズに調整された炭素質原料としての廃棄物は、乾燥機４２で所定の水分含有量となるまで乾燥された後、本発明の熱分解装置３０により処理され、そして粗製炭化水素精製システムにより精製し所望のオイルが回収される。
【００８３】  なお、本システムで発生した排熱は、従来公知の発電システムで電力に変換することも可能であり、あるいは排熱を蓄熱装置で蓄熱した後に有効利用することも可能である。
【００８４】  図９は、本発明のオイル製造システムで発生した排熱を発電に利用する場合の構成を示す図面である。
【００８５】  図９に示す通り、発電システムは、集熱炉４４Ａと蓄熱装置４４Ｃと、集熱炉４４Ａと蓄熱装置４４Ｃの間で熱を輸送する熱輸送ライン３０Ｂから構成される蓄熱系と、蓄熱装置４４Ｃで蓄熱された熱を利用して発電する発電系とから構成されている。
【００８６】  発電系は、ピストンモータ４４Ｄと冷却装置４４Ｇと蓄熱装置４４Ｃとこれらの間を循環する循環ガス（膨張係数の高い不燃ガス）の流路（ガス循環ライン４４Ｄ）から主として構成されており、蓄熱装置４４Ｃにより加温膨張した循環ガスによる圧力（例えば０．５Ｍｐａ）がピストンモータ４４Ｄにより回転力に変換されて発電機４４Ｅにより発電する構成を有している。なお、ピストンモータ４４Ｄと発電機４４Ｅの間には図示しない増速装置を介して回転数を増加させる構成とすることが好ましい。
【００８７】  このようにして発電に使用された循環ガスは、冷却装置４４Ｇで冷却され（例えば０．０５Ｍｐａ）再び蓄熱装置４４Ｃで加熱される。このように、本発明の発電システムは、循環ガスの差圧による新規の発電システムであり、本発明はこのような発電システムにまで拡張される。また、このような発電システムを用いた本発明の炭化水素オイル製造システムは、廃棄物等の炭素質原料から所望のオイルを製造し、精製・回収するだけでなく、非常に高い電力を発生することが可能である。
【００８８】  また、図１０および図１１に示す通り、本発明のオイル製造システムにおいて、熱分解装置３０から第１の精製装置を介して排出した高温の排ガスは、発電のみならず、多種多様に有効利用可能である。
【００８９】  例えば、図１０に示す通り、熱分解装置３０から排出した高温の排ガスは、図９に示す実施形態と同様に集熱炉４４Ａに集熱しそして蓄熱装置４４Ｃで蓄熱した後、発電系のみならず給湯系（給湯装置２１）に利用可能である。
【００９０】  さらに、図１１に示す通り、熱分解装置３０から排出した高温の排ガスは、炭素質原料である廃棄物を乾燥するのに利用した後、図９に示す実施形態と同様に集熱炉４４Ａに集熱しそして蓄熱装置４４Ｃで蓄熱し、そして発電系や給湯系に利用可能である。
【００９１】  このように、熱分解装置３０のような高温で処理物を燃焼させる装置からの排熱を前処理側の乾燥機４２の乾燥用の熱源として使用することは新規である。従って、本発明は、このような乾燥システムにまで拡張される。
【００９２】  図１２に記載のシステムは、給湯タンク２１で加熱された水蒸気を第１の過熱水蒸気で過熱した後に発電装置４４Ｅを介してさらに過熱水蒸気で加熱して熱分解装置３０に供給する例を示している。この際に使用できる発電装置４４Ｅは、スクリュ式発電装置であり、例えばＴＬＶ株式会社から販売されているスチームスターを挙げることができる。
【００９３】  このように２つの過熱水蒸気発生装置２２、２２Ｂの間にスクリュ式発電装置４４Ｅをかませて熱分解装置３０に過熱水蒸気を供給するシステムは新規である。したがって、本発明は、このような発電システムまで拡張される。
【００９４】  図１３に記載のシステムは、給湯システムの効率化を図る一例を示す図面である。給水タンク２０と給湯装置２１との間に冷熱分離装置２０’をかませ高温の温水を給湯装置２１に供給し、一方冷水を例えば冷却系（排ガス浄化装置や図９に示す発電形の冷却装置４４Ｇへ供給する冷水）に供給する。このような冷熱分離装置２０’として、例えばボルテックス原理を利用したヒートポンプ等を使用することができる。
【００９５】  このように構成することによって、本発明のオイル製造システムの熱効率が格段に上昇する。
【００９６】（第４実施形態）
次に、炭素質原料から所定の分子量範囲の炭化水素オイルを製造する炭化水素の製造方法を説明する。
このオイルの製造方法は、熱分解装置により生成した粗製炭化水素を図３で説明した粗製炭化水素の精製方法により精製し回収する方法である。
【００９７】  すなわち、炭素質原料を熱分解装置により熱分解して粗製炭化水素オイルを生成し、生成した粗製炭化水素オイルを図３に示す工程に従って、精製し回収する。
【００９８】  このように第３実施形態および第４実施形態によると、粗製炭化水素を沸点差により気液分離し、これを不純物除去、タール分等の固形分除去、水分除去を繰り返して行うことにより純度の高い目的とするオイル分へと精製するので、従来のフィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用する場合に比較して、低温度、低圧力でオイル分を精製することができる。そのため、熱分解装置で熱分解して生成した炭化水素を効率よく精製可能であり、低温での熱分解による熱効率に加えて非常に少ないエネルギで廃棄物等の炭素質原料から少ないエネルギで効率よく目的とするオイルを高純度で高い収率で製造可能である。
【００９９】  以上、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、図１４に示す通り、図４に示すオイル製造システムにおける制御信号を制御ボックスＣＢとメインサーバＳとの間で通信し、これをインターネット等のネットワーク網（例えば、ＷＩＦＩまたは３Ｇ）を介して携帯電話、スマートフォン、情報端末、パーソナルコンピュータ等により遠隔制御したり、操作状況をモニタリングすることも本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【０１００】  本発明の第１実施形態にかかる粗製炭化水素精製システムおよび第２実施形態に係る粗製炭化水素精製方法は、粗製炭化水素を沸点差により気液分離し、これを不純物除去、タール分等の固形分除去、水分除去を繰り返して行うことにより純度の高い目的とするオイル分へと精製するので、従来のフィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用する場合に比較して、低温度、低圧力でオイル分を精製することができる。そのため、熱分解装置で熱分解して生成した炭化水素を効率よく精製可能である。【０１０１】  第３実施形態および第４実施形態によると、粗製炭化水素を沸点差により気液分離し、これを不純物除去、タール分等の固形分除去、水分除去を繰り返して行うことにより純度の高い目的とするオイル分へと精製するので、従来のフィッシャ・トロプシュ合成触媒を使用する場合に比較して、低温度、低圧力でオイル分を精製することができる。そのため、熱分解装置で熱分解して生成した炭化水素を効率よく精製可能であり、低温での熱分解による熱効率に加えて非常に少ないエネルギで廃棄物等の炭素質原料から少ないエネルギで効率よく目的とするオイルを高純度で高い収率で製造可能である。
【符号の説明】
【０１０２】    １  粗製炭化水素導入口
２  過熱水蒸気導入口
３  過熱手段
４  多孔式プレート
５  ガス排出口
６  液体排出口
１０  第１の精製装置
１１  第２の精製装置
１２  第３の精製装置
１３  第４の精製装置
１４  第５の精製装置
１５  再加熱装置
１６  分離タンク
１７  オイル保存タンク
２０  給水タンク
２１  給湯装置
２２  過熱水蒸気発生装置
３０  熱分解装置
４１  破砕装置
４２  乾燥装置
４３  選別装置
【図１】
2014005431.tif 000003
【図２】
2014005431.tif 000004
【図３】
2014005431.tif 000005
【図４】
2014005431.tif 000006
【図５】
2014005431.tif 000007
【図６】
2014005431.tif 000008
【図７】
2014005431.tif 000009
【図８】
2014005431.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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