(57)【要約】【課題】設備費の低減、乾留生成物の品質向上、及び乾留ガスの発熱量低下の抑制が可能な、新規かつ改良された乾留装置及び乾留方法を提供する。【解決手段】上記課題解決のために、有機物の含水原料を、乾燥用流動化ガスにより、流動化すると共に直接加熱することで乾燥する乾燥炉と、その後段に設けられ、熱媒体を通す伝熱管が設置された流動床を有し、乾燥原料を、乾留用流動化ガスにより、流動化すると共に直接加熱し、かつ、伝熱管を通して間接加熱することで、乾留ガスと固体の乾留生成物を生成する乾留炉と、乾燥炉と乾留炉とを仕切る隔壁と、乾燥炉の側面に設けられ、含水原料が投入される原料投入口と、隔壁の下方に形成され、乾燥原料が乾留炉に排出される乾燥原料排出口と、乾留炉の側面のうち、乾留炉に形成される流動床に対向する部分に設けられ、乾留生成物が排出される乾留生成物排出口と、を備える、乾留装置が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物の含水原料を、乾燥用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱することで、前記含水原料を乾燥する乾燥炉と、
前記乾燥炉の後段に設けられ、熱媒体を通す伝熱管が設置された流動床を有し、前記乾燥炉で乾燥された乾燥原料を、乾留用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱し、かつ、前記熱媒体の熱により伝熱管を通して間接加熱することで、前記乾燥原料を乾留して乾留ガスと固体の乾留生成物を生成する乾留炉と、
前記乾燥炉と前記乾留炉とを仕切る隔壁と、
前記乾燥炉の側面に設けられ、前記乾燥炉に前記含水原料が投入される原料投入口と、
前記隔壁の下方に形成され、前記乾燥炉の前記乾燥原料が前記乾留炉に排出される乾燥原料排出口と、
前記乾留炉の側面のうち、前記乾留炉に形成される流動床に対向する部分に設けられ、前記乾留生成物が排出される乾留生成物排出口と、を備えることを特徴とする、乾留装置。
【請求項２】
前記伝熱管内には、前記熱媒体として間接加熱用ガスが流通し、
前記間接加熱用ガスは、前記伝熱管から排出された後、前記乾燥用流動化ガスとされることを特徴とする、請求項１記載の乾留装置。
【請求項３】
前記乾留炉の後段に設けられ、前記乾留生成物を、冷却用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスにより直接冷却することで、前記乾留生成物を冷却する冷却器と、
前記乾留炉と前記冷却器とを仕切る隔壁と、
前記冷却器の側面のうち、前記冷却器に形成される流動床に対向する部分に設けられ、冷却後の乾留生成物が排出される冷却物排出口と、を備え、
前記乾留生成物排出口は、前記乾留炉と前記冷却器とを仕切る隔壁の下方に形成されることを特徴とする、請求項１または２記載の乾留装置。
【請求項４】
有機物の含水原料を乾燥炉の側面から投入するステップと、
前記含水原料を乾燥用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱することで、前記含水原料を乾燥するステップと、
前記乾燥炉で乾燥された乾燥原料を、前記乾燥炉と、前記乾燥炉の後段に設けられ、熱媒体を通す伝熱管が設置された流動床を有する乾留炉とを仕切る隔壁の下方に形成された乾燥原料排出口から前記乾留炉に排出するステップと、
前記乾燥原料を乾留用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱し、かつ、前記熱媒体の熱により伝熱管を通して間接加熱することで、前記乾燥原料を乾留して乾留ガスと固体の乾留生成物を生成するステップと、
乾留された前記乾燥原料を、前記乾留炉の側面のうち、前記乾留炉に形成される流動床に対向する部分に設けられた乾留生成物排出口から排出するステップと、を含むことを特徴とする、乾留方法。
【請求項５】
前記熱媒体として間接加熱用ガスを前記伝熱管内に流通させるステップと、
前記間接加熱用ガスを前記伝熱管から排出させた後、前記乾燥用流動化ガスとするステップと、を含むことを特徴とする、請求項４記載の乾留方法。
【請求項６】
乾留された前記乾燥原料である乾留生成物を、前記乾留炉と前記乾留炉の後段に設けられた冷却器とを仕切る隔壁の下方に設けられた前記乾留生成物排出口から前記冷却器に排出するステップと、
前記乾留生成物を冷却用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスにより直接冷却することで、前記乾留生成物を冷却するステップと、
冷却された前記乾留生成物を、前記冷却器の側面のうち、前記冷却器に形成される流動床に対向する部分に設けられ、冷却後の乾留生成物が排出される冷却物排出口から排出するステップと、を含むことを特徴とする、請求項４または５記載の乾留方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物の乾留装置及び乾留方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機物（例えば、石炭、下水汚泥、バイオマス、及びゴミ）を乾燥する技術、及び乾留する技術が従来から提案されている。
【０００３】
有機物を乾燥する装置としては、流動床炉、スチームチューブドライヤー等が知られている。流動床炉は、有機物を流動化ガスにより流動床とすることで、有機物を乾燥する。したがって、流動床乾燥装置は、直接加熱により有機物を乾燥する。ロータリーキルンは、高温の蒸気を伝熱管に流すことで、有機物を乾燥する。すなわち、ロータリーキルンは、間接加熱により有機物を乾燥する。
【０００４】
有機物を乾留する装置としては、特許文献１に開示された乾留装置が知られている。この乾留装置は、ゴミを乾留し、これによって発生した乾留ガスを回収する。この乾留装置は、原料となるゴミを流動化ガスによって流動床とする。さらに、この乾留装置は、流動床を貫通する伝熱管に間接加熱用ガスを流す。すなわち、この乾留装置は、流動床及び間接加熱を併用することで、ゴミを乾留する。
【０００５】
また、石炭を乾留する乾留装置としては、例えばコークス炉が知られている。コークス炉は、可燃ガスを燃焼させる燃焼室と、石炭を乾留する炭化室とを有する。燃焼室で発生した燃焼ガス（可燃ガスを燃焼させることで発生するガス）は炉壁を通じて炭化室に熱を伝え、炭化室内の石炭を乾留する。すなわち、コークス炉は、間接加熱により石炭を乾留する。コークス炉は、間接加熱により石炭を乾留するので、石炭の乾留により発生する乾留ガスを高純度で回収することができる。回収された乾留ガスは、製鉄所などで利用される。なお、コークス炉に投入される石炭は、上述した流動床炉等の乾燥装置により事前乾燥される。
【０００６】
乾燥と乾留は別々の装置で行われることが多いが、特許文献２に開示された流動床炉は、同一炉内で乾燥と乾留とを行う。具体的には、特許文献２に開示された流動床炉は、仕切り板によって乾燥区域と熱分解区域とに区分される。そして、乾燥区域で乾燥が行われ、熱分解区域で乾留が行われる。特許文献２に開示された流動床炉では、乾燥と乾留とが別々の区域で行われるので、有機物の乾燥で発生した水蒸気が乾留ガスに混入することを防止することができる。
【０００７】
特許文献３には、同一炉内で乾燥及び冷却、または乾燥及び急速昇温を行う流動床炉が開示されている。特許文献３に開示された乾燥等は、乾留の前処理として行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３０３７０号公報
【特許文献２】特開平１０−００１６７７号公報
【特許文献３】特許第４０３６４９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に開示された乾留装置は、有機物の事前乾燥を行うための乾燥装置を別途用意する必要があった。このため、特許文献１に開示された乾燥装置には、設備費が増加するという問題があった。
【００１０】
この問題を解決する方法として、特許文献１に開示された流動床炉内で乾燥も行うという方法が考えられる。しかし、この方法では、有機物の乾燥により発生した水蒸気が乾留ガスに混入するという問題があった。水蒸気が乾留ガスに混入すると、乾留ガスの発熱量が低下してしまう。
【００１１】
さらに、特許文献１に開示された乾留装置は、流動床の上方からゴミを投入し、流動床で乾留して、乾留ガス及びそれに同伴される飛灰やカーボン残渣を上部から排出し、金属等の不燃物は下方から排出するので、流動床内は略均一混合層になると考えられ、温度分布が均一になりやすく、熱効率が低いという問題があった。同様の理由により、この乾留装置は、原料の粒径が大きいほど流動床内の滞在時間、すなわち乾留時間が短くなるという問題もあった。このため、粒径が大きな原料は、乾留不十分のまま（すなわち、未乾留物として）下方から排出される場合があった。
【００１２】
特許文献１に開示された乾留装置では、処理対象がゴミであり、下方からの主たる排出物は金属等の不燃物であるので、下方からの排出物に少量の未乾留物が含まれていても大きな問題はない。しかし、この乾留装置を石炭の乾留に適用した場合、乾留生成物は有用な石炭チャーとなる。このため、特許文献１に開示された乾留装置をそのまま石炭の乾留に適用すると、石炭チャーの品質が落ちる可能性があった。粒径の大きな石炭が未乾留物として石炭チャーに混入する可能性があるからである。
【００１３】
なお、特許文献１に開示された乾留装置は、乾留ガスの一部を流動化ガスに転用するので、乾留ガスを高純度で回収する事ができる。しかし、流動化ガスとして例えば燃焼ガスを使用した場合、乾留ガスの発熱量が低下するという問題が生じる。燃焼ガスが乾留ガスに混入するからである。
【００１４】
また、上述したコークス炉を用いて乾留を行う場合にも、事前乾燥が必要であった。このため、特許文献１と同様に、設備費が増加するという問題があった。
【００１５】
一方、特許文献２記載の技術では、乾燥装置を別途用意する必要はない。しかし、特許文献２に開示された流動床炉では、大量の乾留用流動化ガスが乾留ガスに混入する（すなわち、乾留ガスの発熱量が低下する）という問題があった。
【００１６】
特許文献３に開示された流動床炉は、乾留前の乾燥処理を行うに過ぎないので、有機物の乾留を行うためには乾留装置を別途用意する必要があった。このため、設備費が増加するという問題があった。
【００１７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、設備費の低減、乾留生成物の品質向上、及び乾留ガスの発熱量低下の抑制が可能な、新規かつ改良された乾留装置及び乾留方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、有機物の含水原料を、乾燥用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱することで、含水原料を乾燥する乾燥炉と、乾燥炉の後段に設けられ、熱媒体を通す伝熱管が設置された流動床を有し、乾燥炉で乾燥された乾燥原料を、乾留用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱し、かつ、熱媒体の熱により伝熱管を通して間接加熱することで、乾燥原料を乾留して乾留ガスと固体の乾留生成物を生成する乾留炉と、乾燥炉と乾留炉とを仕切る隔壁と、乾燥炉の側面に設けられ、乾燥炉に含水原料が投入される原料投入口と、隔壁の下方に形成され、乾燥炉の乾燥原料が乾留炉に排出される乾燥原料排出口と、乾留炉の側面のうち、乾留炉に形成される流動床に対向する部分に設けられ、乾留生成物が排出される乾留生成物排出口と、を備えることを特徴とする、乾留装置が提供される。
【００１９】
ここで、伝熱管内には、熱媒体として間接加熱用ガスが流通し、間接加熱用ガスは、伝熱管から排出された後、乾燥用流動化ガスとされるようにしてもよい。
【００２０】
また、乾留炉の後段に設けられ、乾留生成物を、冷却用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスにより直接冷却することで、乾留生成物を冷却する冷却器と、乾留炉と冷却器とを仕切る隔壁と、冷却器の側面のうち、冷却器に形成される流動床に対向する部分に設けられ、冷却後の乾留生成物が排出される冷却物排出口と、を備え、乾留生成物排出口は、乾留炉と冷却器とを仕切る隔壁の下方に形成されるようにしてもよい。
【００２１】
本発明の他の観点によれば、有機物の含水原料を乾燥炉の側面から投入するステップと、含水原料を乾燥用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱することで、含水原料を乾燥するステップと、乾燥炉で乾燥された乾燥原料を、乾燥炉と、乾燥炉の後段に設けられ、熱媒体を通す伝熱管が設置された流動床を有する乾留炉とを仕切る隔壁の下方に形成された乾燥原料排出口から乾留炉に排出するステップと、乾燥原料を乾留用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱し、かつ、熱媒体の熱により伝熱管を通して間接加熱することで、乾燥原料を乾留して乾留ガスと固体の乾留生成物を生成するステップと、乾留された乾燥原料を、乾留炉の側面のうち、乾留炉に形成される流動床に対向する部分に設けられた乾留生成物排出口から排出するステップと、を含むことを特徴とする、乾留方法が提供される。
【００２２】
ここで、熱媒体として間接加熱用ガスを伝熱管内に流通させるステップと、間接加熱用ガスを伝熱管から排出させた後、乾燥用流動化ガスとするステップと、を含むようにしてもよい。
【００２３】
また、乾留された乾燥原料である乾留生成物を、乾留炉と乾留炉の後段に設けられた冷却器とを仕切る隔壁の下方に設けられた乾留生成物排出口から冷却器に排出するステップと、乾留生成物を冷却用流動化ガスにより流動化すると共に、当該ガスにより直接冷却することで、乾留生成物を冷却するステップと、冷却された乾留生成物を、冷却器の側面のうち、冷却器に形成される流動床に対向する部分に設けられ、冷却後の乾留生成物が排出される冷却物排出口から排出するステップと、を含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明に係る乾留装置は、乾燥炉及び乾留炉を有するので、乾燥炉を別途用意する必要がない。このため、設備費が低減される。さらに、乾燥炉と乾留炉とは隔壁で仕切られているだけなので、設備構成が簡略化され、敷地面積も縮小される。
【００２５】
さらに、乾燥炉では、隔壁の下方、すなわち流動床の側面に乾燥原料排出口が設けられている。さらに、含水原料は、流動化ガスにより流動化されることで直接加熱される。このため、含水原料は、原料投入口と乾燥原料排出口とを結ぶ方向に温度差が生じる。さらに、乾留炉では、流動床の側面に乾留生成物排出口が設けられている。さらに、乾燥原料は、流動化ガスにより流動化されることで直接加熱され、かつ、伝熱管によって間接加熱される。このため、乾燥原料は、乾燥原料排出口と乾留生成物排出口とを結ぶ方向に温度差が生じる。したがって、乾留装置は、略均一混合状態の場合（例えば、引用文献１の場合）に比べて熱効率が高くなる。また、乾燥原料は、粒径によって炉内の平均滞留時間が異なるため、加熱される時間が異なる。具体的には、粒径の大きな乾燥原料ほど滞留時間が長くなる。一方、粒径の大きな乾燥原料ほど乾留に時間がかかる。したがって、乾留装置は、粒径の大きな乾燥原料も十分に乾留することができるので、乾留生成物の品質を向上することができる。
【００２６】
さらに、乾留装置は、流動床及び間接加熱を併用した乾留を行うので、乾留に必要な熱量の多くを間接加熱で賄うことができる。したがって、乾留装置は、乾留用流動化ガスの流量を低減することができるので、乾留ガスの発熱量の低下を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る乾留装置の構成を示す側断面図である。
【図２】同実施形態にかかる伝熱管の配置を示す平面図である。
【図３】伝熱管の変形例を示す平面図である。
【図４】伝熱管の変形例を示す平面図である。
【図５】伝熱管の変形例を示す平面図である。
【図６】伝熱管の変形例を示す平面図である。
【図７】乾留装置を用いたプロセスフローの例を示すブロック図である。
【図８】乾留装置を用いたプロセスフローの例を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る乾留装置の構成を示す側断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る乾留装置の構成を示す側断面図である。
【図１１】乾留装置を用いたプロセスフローの例を示すブロック図である。
【図１２】乾留装置を用いたプロセスフローの例を示すブロック図である。
【図１３】第４の実施形態の変形例に係る乾留装置の構成を示す側断面図である。
【図１４】比較例の構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２９】
本発明者らは、乾燥及び乾留を行う装置について検討し、この結果、流動床炉を用いる乾留装置に着目した。流動床炉は、熱効率が良く、設備が小型かつ簡単であるといった長所があるからである。そして、本発明者らは、設備費の低減を図るために、流動床炉を乾燥炉及び乾留炉に分割することとした。
【００３０】
また、上述したように、流動床炉は、燃焼ガスを流動化ガスとして使用した場合、燃焼ガスによって乾留ガスの発熱量が低下するという問題がある。そこで、本発明者らは、乾留ガスの発熱量の低下を抑える技術について検討した。さらに、本発明者らは、乾留生成物の排出口についても検討した。乾留生成物の排出口が流動床の下方に存在する場合、特許文献１と同様の問題が生じるからである。上記の検討の結果、本発明者らは、以下の各実施形態で説明する乾留装置１００（図１等参照）を開発した。これらの乾留装置１００は、乾燥炉及び乾留炉を有する。乾燥炉及び乾留炉は、流動床炉が隔壁によって分割されたものである。乾留炉は、流動床及び間接加熱を併用することで、原料を乾留する。さらに、原料が流通する投入口及び排出口は、乾燥炉及び乾留炉の側面にそれぞれ設けられている。
【００３１】
乾留装置１００は、乾燥炉及び乾留炉を有するので、乾燥炉を別途用意する必要がない。このため、設備費が低減される。さらに、乾燥炉と乾留炉とは隔壁で仕切られている。言い換えれば、一つの流動床炉内に乾燥炉と乾燥炉とが形成されている。したがって、設備構成が簡略化され、敷地面積も縮小される。また、後述する第３の実施形態では、流動床炉内に冷却器も設けられる。したがって、第３の実施形態では、設備構成がさらに簡略化され、敷地面積もさらに縮小される。
【００３２】
さらに、乾留装置１００は、流動床及び間接加熱を併用した乾留を行うので、乾留に必要な熱量の多くを間接加熱で賄うことができる。したがって、乾留装置１００は、流動化ガスの流量を低減することができるので、乾留ガスの発熱量の低下を低く抑えることができる。
【００３３】
さらに、乾留装置１００では、原料が流通する投入口及び排出口は、乾燥炉及び乾留炉の側面にそれぞれ設けられている。具体的には、乾燥炉では、隔壁の下方、すなわち流動床の側面に乾燥原料排出口が設けられている。さらに、含水原料は、流動化ガスにより流動化されることで直接加熱される。このため、含水原料は、原料投入口と乾燥原料排出口とを結ぶ方向に温度差が生じる。
【００３４】
さらに、乾留炉では、流動床の側面に乾留生成物排出口が設けられている。さらに、乾燥原料は、流動化ガスにより流動化されることで直接加熱され、かつ、伝熱管によって間接加熱される。このため、乾燥原料は、乾燥原料排出口と乾留生成物排出口とを結ぶ方向に温度差が生じる。具体的には、乾留炉内の原料の温度は、乾留炉内に投入された直後に最低となり、原料の移動に伴って上昇し、原料が乾留生成物排出口に到達した際に最高となる。すなわち、乾留用流動床の温度は、乾燥炉の排出口（乾燥原料排出口）からの距離に略比例して大きくなる。言い換えれば、乾留用流動床の温度勾配は正の値を示す。乾燥炉内の原料も同様の挙動を示す。なお、特許文献１では、流動床内は略均一混合状態と考えられ、流動床内の温度分布はほぼ均一なので、温度勾配はほぼ０となる。
【００３５】
したがって、乾留装置は、略均一混合状態の場合（例えば、引用文献１の場合）に比べて熱効率が高くなる。また、乾燥原料は、粒径によって炉内の平均滞留時間が異なるため、加熱される時間が異なる。具体的には、粒径の大きな乾燥原料ほど滞留時間が長くなる。一方、粒径の大きな乾燥原料ほど乾留に時間がかかる。したがって、乾留装置は、粒径の大きな乾燥原料も十分に乾留することができるので、乾留生成物の品質を向上することができる。
【００３６】
さらに、乾留装置１００は、流動床を用いた乾留を用いるので、原料が粘結性を有しない場合であっても、乾留ができる。すなわち、乾留装置１００は、コークス炉では乾留困難だった石炭も乾留することができる。さらに、乾留装置１００は、流動床を用いた乾留を用いるので、設備が小型かつ簡単となる。さらに、乾留装置１００は、原料を成形する必要がない。以下、各実施形態に係る乾留装置１００について詳細に説明する。
【００３７】
＜１．第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る乾留装置１００の構成を示す側断面図である。乾留装置１００は、流動床炉１１０と、原料投入口１６０と、乾留生成物排出口１７０とを備える。
【００３８】
流動床炉１１０は、乾燥炉１２１と、隔壁１１１と、乾留炉１２２と、乾燥原料排出口１１２とを備える。流動床炉１１０は、平面視で略長方形の形状となっており、隔壁１１１によって乾燥炉１２１と乾留炉１２２とに分割されている。乾燥炉１２１は、有機物の含水原料Ｘ１を、乾燥用流動化ガス１３１ａにより流動化すると共に、当該ガスの熱により直接加熱することで、含水原料Ｘ１を乾燥する炉である。乾燥炉１２１は、乾燥炉本体１２１ａ、乾燥用プレナム室１３１、乾燥用分散板１４１、及び乾燥ガス排出口１８１を備える。
【００３９】
乾燥炉本体１２１ａは、含水原料Ｘ１が投入される部分であり、乾燥用分散板１４１が乾燥炉本体１２１ａの底面となっている。乾燥炉本体１２１ａの長さ方向（乾燥炉本体１２１ａ内で含水原料Ｘ１が進行する方向）の両側面のうち、一方の側面１２１ｂに原料投入口１６０が設けられる。他方の側面は上述した隔壁１１１となっている。
【００４０】
乾燥用プレナム室１３１は、乾燥用流動化ガス１３１ａが外部から導入される部分である。乾燥用流動化ガス１３１ａは、乾燥炉本体１２１ａ内の含水原料Ｘ１を乾燥させるためのガスであり、例えば後述する燃焼装置２００（図７参照）から供給される。乾燥用流動化ガス１３１ａは、酸素濃度の低いガス、例えば乾留ガスを燃焼することで得られる燃焼ガスとなる。乾燥用流動化ガス１３１ａは、例えば６０℃〜５００℃程度の温度で乾燥用プレナム室１３１内に供給される。
【００４１】
乾燥用流動化ガス１３１ａは、乾燥用分散板１４１を通って乾燥炉本体１２１ａに導入される。そして、乾燥用流動化ガス１３１ａは、乾燥炉本体１２１ａ内の含水原料Ｘ１を流動化させることで、含水原料Ｘ１を乾燥用流動床Ｘ２１とする。含水原料Ｘ１は、乾燥炉本体１２１ａ内で少なくとも１００℃〜３００℃まで加熱される。すなわち、含水原料Ｘ１は、水分がほぼ完全に蒸発し、かつ、乾留が開始されない範囲の温度まで加熱される。言い換えれば、含水原料Ｘ１が乾燥炉本体１２１ａ内で１００℃〜３００℃まで加熱されるように、乾燥用流動化ガス１３１ａの温度、流量、乾燥炉１２１の長さ等が設計される。例えば、含水原料Ｘ１の水分量が多いほど、乾燥用流動化ガス１３１ａの温度、流量が大きくなり、乾燥炉１２１が長くなる。これにより、含水原料Ｘ１は乾燥され、乾燥原料とされる。なお、乾燥原料に水分が残っている場合、乾留炉１２２内で乾燥原料から水蒸気が発生し、この水蒸気によって乾留ガスが薄められる可能性がある。そこで、第１の実施形態では、含水原料Ｘ１を１００℃以上まで加熱する。その後、乾燥用流動化ガス１３１ａは、含水原料Ｘ１から発生した水蒸気と混合されることで乾燥ガス１８１ａとされ、乾燥ガス排出口１８１から排出される。
【００４２】
乾燥用流動化ガス１３１ａの流量（流速）は特に制限されず、後述する乾留用流動化ガス１３２ａと同じ流量でもよく、異なる流量でもよい。
【００４３】
乾燥用分散板１４１は、乾燥炉本体１２１ａと乾燥用プレナム室１３１とを仕切る板である。乾燥用分散板１４１には、乾燥用流動化ガス１３１ａが流通するための多数の貫通穴が形成されている。乾燥ガス排出口１８１は、乾燥ガス１８１ａ、すなわち乾燥用流動化ガス１３１ａ及び水蒸気が排出される部分であり、乾燥炉本体１２１ａの上端面に設けられる。
【００４４】
隔壁１１１は、乾燥炉１２１と乾留炉１２２とを仕切る壁であり、乾燥炉１２１及び乾留炉１２２の上端面から下端面にわたって設けられている。また、隔壁１１１の下方には、隙間（乾燥原料排出口）１１２が形成されている。乾燥された含水原料Ｘ１、すなわち乾燥原料は、この乾燥原料排出口１１２から乾留炉１２２に排出される。乾燥原料排出口１１２は、乾燥炉本体１２１ａの幅方向の全域にわたって形成されていても良く、乾燥炉本体１２１ａの幅方向の一部に形成されていてもよい。
【００４５】
乾燥炉本体１２１ａに投入される含水原料Ｘ１は、例えば、石炭、下水汚泥、バイオマス、及びゴミ等の有機物を含有する原料である。含水原料Ｘ１の含水量は、特に制限されない。
【００４６】
含水原料Ｘ１は、乾燥炉本体１２１ａ内で乾燥用流動化ガス１３１ａにより流動化されることで直接加熱される。このため、含水原料Ｘ１は、乾燥炉本体１２１ａの長さ方向に温度差が生じる。具体的には、含水原料Ｘ１の温度は、乾燥炉本体１２１ａ内に投入された直後に最低となり、含水原料Ｘ１の移動に伴って上昇し、含水原料Ｘ１が乾燥原料排出口１１２に到達した際に最高となる。すなわち、乾燥用流動床Ｘ２１の温度は、原料投入口１６０からの距離に略比例して大きくなる。言い換えれば、乾燥用流動床Ｘ２１の温度勾配は正の値を示す。
【００４７】
含水原料Ｘ１の平均粒径は３ｍｍ以下程度であることが好ましい。含水原料Ｘ１の粒径が大きすぎると、含水原料Ｘ１を乾留炉１２２内で流動化するために乾留用流動化ガス１３２ａの流量（流速）を大きくする必要が生じるからである。この結果、乾留ガス１８２ａの発熱量が低下する。また、含水原料Ｘ１は、例えば常温で乾燥炉本体１２１ａに投入される。
【００４８】
なお、平均粒径は、例えば以下のように測定される。まず、目開きの大きさが異なる篩を複数用意し、これらの篩を用いて原料を複数の粒径区分の各々に区分する。そして、各粒径区分の中央値と、各粒径区分に属する原料の割合（原料の総質量に対する質量％）とに基づいて、粒径（ｍｍ）の算術平均値を平均粒径として測定する。
【００４９】
乾留炉１２２は、乾燥炉１２１の後段に設けられ、間接加熱用熱媒体１５１を通す伝熱管１５０が設置された乾留用流動床Ｘ２２を有する。ここでいう乾留用流動床Ｘ２２とは、乾燥原料が流動化している領域および状態を言い、当該領域は流動化部とも称される。そして、乾留炉１２２は、乾燥原料を、乾留用流動化ガス１３２ａにより流動化すると共に当該ガス１３２ａの熱により直接加熱し、かつ、間接加熱用熱媒体１５１の熱により伝熱管１５０を通して間接加熱することで、乾燥原料を乾留して乾留ガスと固体の乾留生成物を生成する。すなわち、乾留炉１２２は、流動床による直接加熱及び伝熱管による間接加熱を併用した乾留を行う炉であり、乾留炉本体１２２ａ、乾留用プレナム室１３２、乾留用分散板１４２、伝熱管１５０、及び乾留ガス排出口１８２を備える。
【００５０】
乾留炉本体１２２ａは、乾燥原料が投入される部分であり、乾留用分散板１４２が乾留炉本体１２２ａの底面となっている。乾留炉本体１２２ａの長さ方向（乾留炉本体１２２ａ内で乾燥原料が進行する方向）の両側面のうち、一方の側面１２２ｂに乾留生成物排出口１７０が設けられている。他方の側面は上述した隔壁１１１となっている。
【００５１】
乾留用プレナム室１３２は、乾留用流動化ガス１３２ａが外部から導入される部分である。乾留用流動化ガス１３２ａは、乾留炉本体１２２ａ内の乾燥原料を乾留させるためのガスであり、例えば後述する燃焼装置２００（図７参照）から供給される。第１の実施形態では、乾燥原料の乾留に必要な熱量の多くを伝熱管１５０からの熱量、すなわち間接加熱で賄うので、乾留用流動化ガス１３２ａの流量は低減される。なお、例えば乾燥原料が石炭となる場合、乾留開始温度は約３００℃、乾留完了温度は約１０００℃であるので、乾留用流動化ガス１３２ａの温度は４００℃〜１２００℃程度であることが好ましい。
【００５２】
乾留用流動化ガス１３２ａは、乾留用分散板１４２を通って乾留炉本体１２２ａに導入される。そして、乾留用流動化ガス１３２ａは、乾留炉本体１２２ａ内の乾燥原料を流動化させることで、乾燥原料による乾留用流動床Ｘ２２が形成される。乾燥原料は、乾留炉本体１２２ａ内で少なくとも４００℃〜１０００℃まで加熱される。これにより、乾燥原料は乾留され、乾留生成物Ｘ３とされる。その後、乾留用流動化ガス１３２ａは、乾留によって生じたガスと混合され、乾留ガス１８２ａとして乾留ガス排出口１８２から排出される。なお、乾留用流動化ガス１３２ａの流量は特に制限されないが、乾留ガス１８２ａの熱量低下を抑制する観点からは、なるべく少ないほうが好ましい。
【００５３】
乾留用分散板１４２は、乾留炉本体１２２ａと乾留用プレナム室１３２とを仕切る板である。乾留用分散板１４２には、乾留用流動化ガス１３２ａが流通するための多数の貫通穴が形成されている。この乾留用分散板１４２よりも上方で、乾留用流動床Ｘ２２が形成される乾留炉内を流動化室とも言う。また、流動化室で流動している乾燥原料及び生じた乾留生成物が、乾留ガス１８２ａに同伴されて乾留ガス排出口１８２から排出されないように、又は、所定の粒度よりも大きな原料及び生じた乾留生成物が、乾留ガス１８２ａに同伴されて乾留ガス排出口１８０から排出されないように、流動化室よりも上方の乾留炉内は、断面積を大きくして（幅方向を拡大）流動化ガス流速を落とすようにしたフリーボード部を設けることが好ましい。第１の実施形態では、乾留用分散板１４２は、乾燥用分散板１４１と同じ高さに形成されている。乾留ガス排出口１８２は、乾留ガス１８２ａが排出される部分であり、乾留炉本体１２２ａの上端面に設けられる。
【００５４】
伝熱管１５０は、間接加熱を行う部分である。図２は、伝熱管１５０の配置を示す平面図である。なお、図２中、矢印Ａは乾燥原料の流れを示す。後述する図３〜図６においても同様である。図１及び図２に示すように、伝熱管１５０は、乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂから乾留炉本体１２２ａに導入され、隔壁１１１に向けて直線状に伸びる。そして、伝熱管１５０は、隔壁１１１の近傍で外部に抜ける。また、伝熱管１５０は、乾留炉本体１２２ａの下端部を通る。したがって、伝熱管１５０は、乾留用流動床Ｘ２２が形成された際に、乾留用流動床Ｘ２２を貫通する。
【００５５】
間接加熱用熱媒体１５１は、伝熱管１５０の内部を通る。間接加熱用熱媒体１５１は、溶融塩等の高温の液体や、排ガス等の高温の気体など、必要な顕熱を有している熱媒体であれば、その種類を問わないが、入手のし易さやコスト低減を考慮すれば、排ガス等の気体である間接加熱用ガスを使用することが好ましい。以下、間接加熱用熱媒体１５１として、間接加熱用ガス１５１を用いた例で説明する。
【００５６】
具体的には、間接加熱用ガス１５１は、乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂから乾留炉本体１２２ａに導入され、隔壁１１１の近傍で外部に排出される。間接加熱用ガス１５１の熱量は、伝熱管１５０を介して乾留用流動床Ｘ２２に供給される。すなわち、間接加熱用ガス１５１は、移動しながら熱量を乾留用流動床Ｘ２２に供給する。これにより、乾留用流動床Ｘ２２が間接加熱される。間接加熱用ガス１５１は、乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂから乾留炉本体１２２ａに導入されるので、乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂで最も温度が高く、隔壁１１１近傍で温度が最も低くなる。したがって、間接加熱用ガス１５１の温度、すなわち伝熱管１５０の温度は、乾燥原料排出口１１２からの距離に略比例して大きくなる。すなわち、伝熱管１５０の温度勾配も正の値を示す。したがって、乾留用流動床Ｘ２２の温度勾配は、間接加熱が行われない場合よりも急峻になる（温度勾配が大きくなる）。間接加熱用ガス１５１は、例えば後述する燃焼装置２００から供給される。間接加熱用ガス１５１の温度は、乾留用流動化ガス１３２ａと同様に、４００℃〜１２００℃程度とされることが好ましい。したがって、乾燥原料は、乾留用流動化ガス１３２ａ及び間接加熱用ガス１５１により乾留される。
【００５７】
伝熱管１５０は、伝熱面積を大きくするという観点からは、直径（外径）が小さいほうが好ましい。ただし、伝熱管１５０の直径が小さいほど伝熱管１５０の本数が増える。総熱量が確保される必要があるからである。そこで、伝熱管１５０の直径は例えば２〜１０ｃｍ程度であることが好ましい。伝熱管１５０の本数は、乾燥原料の単位時間あたりの処理量に依存する。同様に、乾留炉１２２の大きさも乾燥原料の単位時間あたりの処理量に依存する。
【００５８】
乾燥原料は、乾留用流動化ガス１３２ａにより流動化されることで直接加熱され、かつ、伝熱管１５０によって間接加熱される。これにより、乾燥原料は乾留される。また、乾燥原料は、乾留炉本体１２２ａの長さ方向に温度差が生じる。具体的には、乾燥原料の温度は、乾留炉本体１２２ａ内に投入された直後に最低となり、乾燥原料の移動に伴って上昇し、乾燥原料が乾留生成物排出口１７０に到達した際に最高となる。すなわち、乾留用流動床Ｘ２２の温度は、乾燥原料排出口１１２からの距離に略比例して大きくなる。言い換えれば、流動床の温度勾配は正の値を示す。
【００５９】
なお、図１及び図２では、伝熱管１５０は乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂから隔壁１１１に向けて直線状に伸びているが、伝熱管１５０の形状はこれに限られず、曲がった形状となっていてもよい。図３〜図６は、伝熱管１５０の変形例を示す平面図である。
【００６０】
図３に示す変形例では、伝熱管１５０の代わりに伝熱管１５０ａ、１５０ｂが乾留炉本体１２２ａを貫通する。伝熱管１５０ａは、乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂから乾留炉本体１２２ａに導入され、乾留炉本体１２２ａの中心近傍で９０°折れ曲がって上方に抜ける。伝熱管１５０ａ内を流通する間接加熱用ガス１５１ａは、乾留炉本体１２２ａの側面１２２ｂから乾留炉本体１２２ａに導入される。
【００６１】
一方、伝熱管１５０ｂは、隔壁１１１近傍から乾留炉本体１２２ａに導入され、乾留炉本体１２２ａの中心近傍で９０°折れ曲がって上方に抜ける。伝熱管１５０ｂ内を流通する間接加熱用ガス１５１ｂは、乾留炉本体１２２ａの中心近傍上方から導入される。なお、間接加熱用ガス１５１ｂは、図４に示すように、隔壁１１１側から乾留炉本体１２２ａに導入されてもよい。間接加熱用ガス１５１ａ、１５１ｂは、例えば後述する燃焼装置２００から供給される。
【００６２】
図３、４に示す変形例は、乾留用流動床Ｘ２２に与える総熱量を増加させる時に好適に使用される。すなわち、図２に示す例では、伝熱管１５０は、側面１２２ｂから隔壁１１１まで伸びているので、伝熱管１５０は、乾留用流動床Ｘ２２の長さ方向の全領域に熱量を供給する。このため、乾燥原料の処理量が多い場合には、伝熱管１５０の熱量が不足してしまう可能性がある。図２に示した伝熱管１５０の配置方法では伝熱管１５０の本数は乾留用流動床Ｘ２２の厚さ×幅で決まる。したがって、伝熱管１５０の本数を変更するためには、乾留用流動床Ｘ２２の厚さ及び幅の少なくとも一方を変更すればよい。ただし、厚さは原料の粒度や流動化ガスの関係から決まるので、厚さを変更することは容易でない。したがって、熱量を増加させるために伝熱管１５０の本数を増やす方法としては、乾留用流動床Ｘ２２の幅を広げることが挙げられる。乾留用流動床Ｘ２２の幅を広げた場合、処理量が同じならば乾留用流動床Ｘ２２の長さは短くなる。しかしながら、長さが長いほどピストンフロー化するため乾留用流動床Ｘ２２の長さが短いと熱効率は悪くなる。
【００６３】
これに対し、図３、４に示す例では、伝熱管１５０ａは、乾留用流動床Ｘ２２の各領域のうち、側面１２２ｂ側の領域に熱量を供給し、伝熱管１５０ｂは、隔壁１１１側の領域に熱量を供給することができる。このため、図３、４に示す例では、乾燥原料の処理量が多い場合には、乾留用流動床Ｘ２２の長さ方向の全領域により多くの熱量を供給することができる。なお、乾留用流動床Ｘ２２に温度勾配を生じさせる観点から、伝熱管１５０ａの温度は伝熱管１５０ｂの温度よりも高いことが好ましい。
【００６４】
図５に示す変形例では、伝熱管１５０の代わりに伝熱管１５０ｃが乾留炉本体１２２ａを貫通する。伝熱管１５０ｃは、矢印Ａに直交する方向、すなわち乾留炉本体１２２ａの幅方向に伸びている。また、伝熱管１５０ｃは、乾留炉本体１２２ａの長さ方向に所定間隔で複数本配置されている。また、ある伝熱管１５０ｃ内で間接加熱用ガス１５１ｃが流通する方向と、隣接する伝熱管１５０ｃ内で間接加熱用ガス１５１ｃが流通する方向とは互いに逆方向となる。これにより、乾留用流動床Ｘ２２の幅方向の温度分布がより均一になる。間接加熱用ガス１５１ｃは、例えば後述する燃焼装置２００から供給される。
【００６５】
図５に示す変形例も、乾燥原料の処理量が多い場合に好適に使用される。各伝熱管１５０ｃは、乾留用流動床Ｘ２２の長さ方向の各領域のうち、互いに異なる領域に熱量を供給することができるからである。なお、乾留用流動床Ｘ２２に温度勾配を生じさせる観点から、伝熱管１５０ｃから側面１２２ｂまでの距離が短いほど、伝熱管１５０ｃの温度を高くすることが好ましい。
【００６６】
また、隣接する伝熱管１５０ｃ同士を接続し、間接加熱用ガス１５１ｃを最も側面１２２ｂに近い側の伝熱管１５０ｃから導入し、最も隔壁１１１に近い側の伝熱管１５０ｃから排出するようにすることも可能である。
【００６７】
図６に示す変形例では、伝熱管１５０の代わりに伝熱管１５０ｄが乾留炉本体１２２ａを貫通する。伝熱管１５０ｄは、矢印Ａに斜めに交差する方向に伸びている。また、伝熱管１５０ｄは、乾留炉本体１２２ａの長さ方向に所定間隔で複数本配置されている。また、間接加熱用ガス１５１ｄは、すべて同じ方向に流通している。もちろん、図５に示すように、各間接加熱用ガス１５１ｄは、互い違いの方向に流通してもよい。間接加熱用ガス１５１ｄは、例えば後述する燃焼装置２００から供給される。図６に示す変形例も、乾燥原料の処理量が多い場合に好適に使用される。なお、流動床Ｘ２に温度勾配を生じさせる観点から、伝熱管１５０ｄから側面１２２ｂまでの距離が短いほど、伝熱管１５０ｄの温度を高くすることが好ましい。
【００６８】
図１に示す原料投入口１６０は、含水原料Ｘ１が乾燥炉本体１２１ａに投入される部分であり、乾燥炉本体１２１ａの側面１２１ｂに設けられる。原料投入口１６０には、原料供給ホッパ１６５が連結されており、原料供給ホッパ１６５から乾燥炉本体１２１ａ内に含水原料Ｘ１が供給される。乾留生成物排出口１７０は、乾留された乾燥原料、すなわち乾留生成物（チャー）Ｘ３が排出される部分である。乾留生成物排出口１７０は、側面１２２ｂの下端部、すなわち側面１２２ｂのうち、乾留用流動床Ｘ２２に対向する部分に設けられる。言い換えれば、乾留生成物排出口１７０は、流動床Ｘ２の側面に設けられる。
【００６９】
次に、乾留装置１００を用いた乾燥乾留方法について説明する。まず、原料投入口１６０から乾燥炉１２１に含水原料Ｘ１を投入する。なお、含水原料Ｘ１は、継続して投入される。ついで、乾燥用流動化ガス１３１ａを乾燥用分散板１４１の下方から乾燥炉本体１２１ａに供給する。これにより、乾燥炉本体１２１ａ内の含水原料Ｘ１が流動化される。すなわち、含水原料Ｘ１は流動床Ｘ２１とされる。乾燥用流動床Ｘ２１内の含水原料Ｘ１は、後続する含水原料Ｘ１により押されることで、乾燥原料排出口１１２に向けて移動する。また、含水原料Ｘ１は、乾燥用流動化ガス１３１ａにより加熱されることで、乾燥される。含水原料Ｘ１は、乾燥原料排出口１１２に達するまでに乾燥され、乾燥原料とされる。乾燥原料は、乾燥原料排出口１１２から乾留炉１２２に排出される。一方、乾燥用流動化ガス１３１ａは、水蒸気と共に乾燥ガス排出口１８１から外部に排出される。
【００７０】
ついで、乾留用流動化ガス１３２ａを乾留用分散板１４２の下方から乾留炉本体１２２ａに供給する。これにより、乾留炉本体１２２ａ内の乾燥原料が流動化される。すなわち、乾燥原料は乾留用流動床Ｘ２２とされる。一方、伝熱管１５０には間接加熱用ガス１５１が流される。乾留用流動床Ｘ２２内の乾燥原料は、後続する乾燥原料により押されることで、乾留生成物排出口１７０に向けて移動する。また、乾燥原料は、乾留用流動化ガス１３２ａ及び伝熱管１５０により加熱されることで、乾留される。すなわち、乾留装置１００は、流動床及び間接加熱を併用した乾留を行う。乾燥原料は、乾留生成物排出口１７０に達するまでに乾留され、乾留生成物Ｘ３とされる。乾留生成物Ｘ３は、乾留生成物排出口１７０から外部に排出される。一方、乾燥原料の乾留により発生したガス、すなわち乾留ガス１８２ａは、乾留用流動化ガス１３２ａと共に乾留ガス排出口１８２から外部に排出される。
【００７１】
次に、乾留装置１００を利用したプロセスフローについて説明する。図７〜図８は、乾留装置１００を利用したプロセスフローの一例を示す。図７に示すプロセスフローでは、含水原料Ｘ１は、乾留装置１００で乾燥及び乾留されることで乾留生成物Ｘ３（図では、乾留生成物Ｘ３がチャーＸ３の例である。図８も同様）とされる。乾燥生成物Ｘ３は、冷却器３００で冷却された後、他の装置で使用される。一方、乾燥原料の乾留で発生した乾留ガス１８２ａは、燃焼装置２００に導入される。燃焼装置２００は、乾留ガス１８２ａを燃焼することで、燃焼ガスを生成し、これを乾留装置１００に供給する。乾留装置１００は、燃焼ガスを乾燥用流動化ガス１３１ａ、間接加熱用ガス１５１及び乾留用流動化ガス１３２ａとして使用する。
【００７２】
なお、冷却器３００は特に制限されず、例えば外熱式のロータリー冷却器、流動床を利用した冷却器となる。また、乾留装置１００では、乾留ガス１８２ａの分級が行われてもよい。この分級により、乾留ガス１８２ａから微粉の乾留生成物Ｘ３（または乾燥原料）が回収される。回収された微粉は、成形された後に乾燥原料として利用されても良く、燃焼装置２００の熱源とされてもよい。なお、冷却器３００が流動床を利用するものである場合、冷却器３００で分級が行われてもよい。この場合、回収された冷却用流動化ガスから微粉が分級される。
【００７３】
図８に示すプロセスフローにおいても、含水原料Ｘ１は乾留装置１００で乾燥、乾留されることで乾留生成物Ｘ３とされる。乾留生成物Ｘ３は、冷却器３００で冷却された後、他の装置で使用される。一方、乾燥原料の乾留で発生した乾留ガス１８２ａは、分離器５００に導入される。分離器５００は、乾留ガス１８２ａを可燃ガスとタールとに分離する。可燃ガス及びタールは他の装置で使用される。また、乾留装置１００には、外部熱源から高温ガス２２０が供給される。乾留装置１００は、高温ガス２２０を乾燥用流動化ガス１３１ａ、間接加熱用ガス１５１及び乾留用流動化ガス１３２ａとして使用する。高温ガス２２０は、例えば燃焼ガスまたは予熱された乾留ガス１８２ａとなる。高温ガス２２０が乾留ガス１８２ａとなる場合、乾留装置１００から高濃度で乾留ガス１８２ａを回収することができる。
【００７４】
以上により、第１の実施形態に係る乾留装置１００は、乾燥炉１２１及び乾留炉１２２を有するので、乾燥炉１２１を別途用意する必要がない。このため、設備費が低減される。さらに、乾燥炉１２１と乾留炉１２２とは隔壁１１１で仕切られている。言い換えれば、一つの流動床炉１１０内に乾燥炉１２１と乾留炉１２２とが形成されている。したがって、設備構成が簡略化され、敷地面積も縮小される。
【００７５】
さらに、乾留装置１００は、流動床及び間接加熱を併用した乾留を行うので、乾留に必要な熱量の多くを間接加熱で賄うことができる。したがって、乾留装置１００は、乾留用流動化ガス１３２ａの流量を低減することができるので、乾留ガス１８２ａの発熱量の低下を低く抑えることができる。
【００７６】
さらに、乾留装置１００では、乾留用流動床Ｘ２２の側面に乾留生成物排出口１７０が設けられている。さらに、乾燥原料は、乾留用流動化ガス１３２ａにより流動化されることで直接加熱され、かつ、伝熱管１５０によって間接加熱される。このため、乾燥原料は、乾留炉本体１２２ａの長さ方向に温度差が生じる。したがって、乾留装置１００は、略均一混合状態の場合（例えば、引用文献１の場合）に比べて熱効率が高くなる。また、乾燥原料は、粒径によって炉内の平均滞留時間が異なるため、加熱される時間が異なる。具体的には、粒径の大きな乾燥原料ほど滞留時間が長くなる。一方、粒径の大きな乾燥原料ほど乾留に時間がかかる。したがって、乾留装置１００は、粒径の大きな乾燥原料も十分に乾留することができるので、乾留生成物Ｘ３の品質を向上することができる。なお、乾燥炉１２１内の含水原料Ｘ１も同様の挙動を示すので、乾留装置１００は、乾燥時の熱効率も高くなる。
【００７７】
さらに、乾留装置１００は、流動床を用いた乾留を用いるので、乾燥原料が粘結性を有しない場合であっても、乾留ができる。すなわち、乾留装置１００は、コークス炉では乾留困難だった石炭も乾留することができる。さらに、乾留装置１００は、流動床を用いた乾留を用いるので、設備が小型かつ簡単となる。さらに、乾留装置１００は、乾燥原料を成形する必要がない。
【００７８】
＜２．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に係る乾留装置１００の構成を示す側断面図である。第２の実施形態は、間接加熱用ガス１５１を乾燥用流動化ガス１３１ａとして使用するものである。
【００７９】
具体的には、乾燥用分散板１４１は、乾留用分散板１４２よりも高い位置に配置される。そして、伝熱管１５０の出口は、乾燥用プレナム室１３１内に配置される。これにより。間接加熱用ガス１５１は、乾留用流動床Ｘ２２に熱量を供給した後、乾燥用流動化ガス１３１ａとされる。なお、間接加熱用ガス１５１だけで含水原料Ｘ１の乾燥が可能である場合には、乾燥用流動化ガス１３１ａの供給を外部から受ける必要はない。しかし、含水原料Ｘ１の水分量、含水原料Ｘ１の単位時間あたりの処理量、及び間接加熱用ガス１５１の温度等によっては、間接加熱用ガス１５１により含水原料Ｘ１が十分に乾燥されない場合がある。この場合には、乾燥用流動化ガス１３１ａの供給を外部から受ければ良い。例えば、含水原料Ｘ１の水分量が増加するにしたがって、外部からの乾燥用流動化ガス１３１ａの供給量を増加させればよい。
【００８０】
また、乾燥用分散板１４１は、第１の実施形態と同様に、乾留用分散板１４２と同じ高さに配置されていてもよい。この場合、伝熱管１５０が取り回されることで、伝熱管１５０の出口が乾燥用プレナム室１３１内に配置される。
【００８１】
第２の実施形態では、間接加熱用ガス１５１を乾燥用流動化ガス１３１ａとして使用するので、乾燥用流動化ガス１３１ａの外部からの供給量を低減することができる。なお、外部からの供給量を維持してもよい。この場合、乾燥炉１２１を小型化することができる。
【００８２】
＜３．第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る乾留装置１００の構成を示す側断面図である。第３の実施形態は、第２の実施形態に冷却器１２３及び冷却物排出口１７５を追加したものである。すなわち、流動床炉１１０は、隔壁１１１、１１３により乾燥炉１２１、乾留炉１２２、及び冷却器１２３に分割されている。なお、第１の実施形態に冷却器を追加しても良いことはもちろんである。
【００８３】
隔壁１１３は、乾留炉１２２と冷却器１２３とを仕切る壁であり、乾留炉１２２及び冷却器１２３の上端面から下端面にわたって設けられている。また、隔壁１１３の下方には、隙間が形成されており、この隙間が乾留生成物排出口１１４となっている。乾留生成物は、乾留生成物排出口１１４から冷却器１２３に排出される。乾留生成物排出口１１４は、乾留炉本体１２２ａの幅方向の全域にわたって形成されていても良く、乾留炉本体１２２ａの幅方向の一部に形成されていてもよい。
【００８４】
冷却器１２３は、乾留炉１２２の後段に設けられ、乾留生成物を、冷却用流動化ガス１３３ａにより流動化すると共に、当該ガスにより直接冷却することで、乾留生成物を冷却するものである。冷却器１２３は、冷却器本体１２３ａ、冷却用プレナム室１３３、冷却用分散板１４３、及び冷却ガス排出口１８３を備える。
【００８５】
冷却器本体１２３ａは、乾留生成物が投入される部分であり、冷却用分散板１４３が冷却器本体１２３ａの底面となっている。冷却器本体１２３ａの長さ方向（冷却器本体１２３ａ内で乾留生成物が進行する方向）の両側面のうち、一方の側面１２３ｂに冷却物排出口１７５が設けられる。すなわち、冷却物排出口１７５は、冷却器１２３の側面のうち、冷却用流動床Ｘ２３に対向する部分に設けられる。他方の側面は上述した隔壁１１３となっている。
【００８６】
冷却用プレナム室１３３は、冷却用流動化ガス１３３ａが外部から導入される部分である。冷却用流動化ガス１３３ａは、冷却器本体１２３ａ内の乾留生成物を冷却させるためのガスである。冷却用流動化ガス１３３ａは、例えば室温〜１５０℃程度の温度で冷却用プレナム室１３３内に供給される。冷却用流動化ガス１３３ａは、外部から供給されてもよいが、乾燥炉１２１から排出された乾燥ガス１８１ａであってもよい。乾燥ガス１８１ａは、酸素濃度が低いので、冷却用流動化ガス１３３ａに好適である。乾燥ガス１８１ａは、十分に温度が低ければそのまま冷却用プレナム室１３３に導入されてもよいし、例えば、図示しない熱交換器により降温された後、冷却用プレナム室１３３に導入されてもよい。
【００８７】
冷却用流動化ガス１３３ａは、冷却用分散板１４３を通って冷却器本体１２３ａに導入される。そして、冷却用流動化ガス１３３ａは、冷却器本体１２３ａ内の乾留生成物を流動化させることで、乾留生成物を冷却用流動床Ｘ２３とする。乾留生成物は、冷却器本体１２３ａ内で少なくとも室温〜１５０℃程度まで冷却される。すなわち、乾留生成物は、外気に触れても燃焼しない程度の温度まで冷却される。これにより、乾留生成物は冷却され、冷却物Ｘ４とされる。その後、冷却用流動化ガス１３３ａは、冷却ガス１８３ａとして冷却ガス排出口１８３から排出される。なお、冷却物Ｘ４のハンドリング性を向上させるという観点からは、冷却物Ｘ４の温度は１００℃程度とされてもよい。この場合、冷却用流動化ガス１３３ａの温度は、室温〜１００℃程度とされる。冷却用流動化ガス１３３ａの流量（流速）は特に制限されない。
【００８８】
冷却用分散板１４３は、冷却器本体１２３ａと冷却用プレナム室１３３とを仕切る板である。冷却用分散板１４３には、冷却用流動化ガス１３３ａが流通するための多数の貫通穴が形成されている。冷却ガス排出口１８３は、冷却ガス１８３ａ、すなわち乾留生成物から熱量を吸収した冷却用流動化ガス１３３ａが排出される部分であり、冷却器本体１２３ａの上端面に設けられる。
【００８９】
乾留生成物は、冷却用流動化ガス１３３ａにより流動化されると共に、当該ガスにより直接冷却される。これにより、乾留生成物は冷却される。さらに、乾留生成物は、乾留生成物排出口１１４と冷却物排出口１７５とを結ぶ方向に温度差が生じる。具体的には、乾留生成物の温度は、冷却器本体１２３ａ内に投入された直後に最高となり、乾留生成物の移動に伴って減少し、乾留生成物が冷却物排出口１７５に到達した際に最低となる。すなわち、冷却用流動床Ｘ２３の温度は、乾留生成物排出口１１４からの距離に略比例して小さくなる。言い換えれば、乾燥用流動床Ｘ２１の温度勾配は負の値を示す。したがって、冷却器１２３は、乾留生成物を効率良く冷却することができる。冷却された乾留生成物、すなわち冷却物Ｘ４は、冷却物排出口１７５から排出される。
【００９０】
次に、乾留装置１００を利用したプロセスフローについて説明する。図１１〜図１２は、乾留装置１００を利用したプロセスフローの一例を示す。図１１に示すプロセスフローでは、含水原料Ｘ１は、乾留装置１００で乾燥、乾留、及び冷却されることで冷却物Ｘ４（図では、冷却物Ｘ４がチャーＸ４の例である。図１２も同様）とされる。冷却物Ｘ４は、他の装置で使用される。一方、乾燥原料の乾留で発生した乾留ガス１８２ａは、燃焼装置２００に導入される。燃焼装置２００は、乾留ガス１８２ａを燃焼することで、燃焼ガス２１０を生成し、これを乾留装置１００に供給する。乾留装置１００は、燃焼ガス２１０を乾燥用流動化ガス１３１ａ、間接加熱用ガス１５１及び乾留用流動化ガス１３２ａとして使用する。なお、乾留装置１００は、冷却用流動化ガス１３３ａを外部から供給されてもよい。
【００９１】
図１２に示すプロセスフローにおいても、含水原料Ｘ１は乾留装置１００で乾燥、乾留、及び冷却されることで冷却物Ｘ４とされる。冷却物Ｘ４は、他の装置で使用される。一方、乾燥原料の乾留で発生した乾留ガス１８２ａは、分離器５００に導入される。分離器５００は、乾留ガス１８２ａを可燃ガスとタールとに分離する。可燃ガス及びタールは他の装置で使用される。また、乾留装置１００には、外部熱源から高温ガス２２０が供給される。乾留装置１００は、高温ガス２２０を乾燥用流動化ガス１３１ａ、間接加熱用ガス１５１及び乾留用流動化ガス１３２ａとして使用する。高温ガス２２０は、例えば燃焼ガスまたは予熱された乾留ガス１８２ａとなる。高温ガス２２０が乾留ガス１８２ａとなる場合、乾留装置１００から高濃度で乾留ガス１８２ａを回収することができる。なお、乾留装置１００は、冷却用流動化ガス１３３ａを外部から供給されてもよい。
【００９２】
以上により、第３の実施形態では、流動床炉１１０内に冷却器１２３も設けられる。したがって、第３の実施形態では、設備構成がさらに簡略化され、敷地面積もさらに縮小される。また、冷却器１２３は、乾留生成物を効率良く冷却することができる。なお、冷却器１２３は、図７のプロセスフローで行われた分級をおこなってもよい。
【００９３】
＜４．第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。図１３は、第４の実施形態に係る乾留装置１００の構成を示す側断面図である。第４の実施形態は、第３の実施形態の乾燥炉１２１、乾留炉１２２、及び冷却器１２３の内部に整流用隔壁１９０を設けたものである。なお、整流用隔壁１９０は、乾燥炉１２１、乾留炉１２２、及び冷却器１２３のいずれかのみに設けられてもよい。また、整流用隔壁１９０は、第１〜第２の実施形態に設けられても良い。
【００９４】
整流用隔壁１９０は、各流動床内で含水原料Ｘ１等の乾留装置１００の長さ方向（すなわち、側面１２１ｂと側面１２３ｂとを結ぶ方向）への進行を抑制するものである。整流用隔壁１９０の数は特に制限されないが、整流用隔壁１９０の数が多いほど、含水原料Ｘ１等の流れがピストンフローに近づく。したがって、整流用隔壁１９０の数は多いほうが好ましい。整流用隔壁１９０同士の間隔は特に制限されない。整流用隔壁１９０は、流動床炉１１０の長さ方向（すなわち、含水原料Ｘ１等が流動床内で進行する方向）に直交する。なお、整流用隔壁１９０は、流動床炉１１０の長さ方向に交差する方向に設けられれば良い。
【００９５】
整流用隔壁１９０の下端部と各分散板１４１〜１４３との間には、開口部（隙間）１９１が形成されている。同様に、整流用隔壁１９０の上端部と流動床炉１１０の上端面との間にも開口部１９２が形成されている。開口部１９１の高さは、流動床の静止層厚（流動床が流動していない時の厚さ）の数分の一程度となればよい。開口部１９１は、流動床炉１１０の幅方向の全域にわたって形成されていても良く、幅方向の一部に形成されていてもよい。開口部１９１が幅方向の一部に形成される場合、開口部１９１の高さは、流動床の静止層厚よりも高くなってもよい。
【００９６】
整流用隔壁１９０は、上記の構成によって以下の役割を果たす。すなわち、整流用隔壁１９０は、流動床内で含水原料Ｘ１等の乾留装置１００の長さ方向（すなわち、側面１２１ｂと側面１２３ｂとを結ぶ方向）への進行を抑制するので、含水原料等の各空間（整流用隔壁１９０により仕切られた空間）の間での移動が開口部１９１に制限され、含水原料等の炉内での混合を抑制することができる。一方、含水原料Ｘ１等は、開口部１９１に導入される。すなわち、含水原料Ｘ１等は、開口部１９１を通ることで整流用隔壁１９０を通過する。したがって、整流用隔壁１９０によって含水原料Ｘ１等の流れがよりピストンフローに近づく。また、整流用隔壁１９０が多いほど、含水原料等の混合（例えば、温度が異なる含水原料同士の混合）がより確実に抑制されるので、含水原料Ｘ１等の流れはよりピストンフローに近づく。そして、含水原料Ｘ１等の流れがピストンフローに近づく程、乾留装置１００の熱効率が向上する（温度勾配が急峻になる）ので、各流動化ガス１３１ａ〜１３３ａの流量が低減される。これにより、乾留装置１００は、乾留ガス１８２ａをより高純度で回収することができる。さらに、乾留装置１００の熱効率が向上することから、乾留装置１００の全長も短くすることができる。
【００９７】
なお、乾留ガス１８２ａは、乾燥原料の温度に応じて組成が異なる。例えば、３００℃〜６００℃の乾留ガス１８２ａから得られる乾留ガス１８２ａには、メタン及び一酸化炭素を多く含むガスとタールとが含まれる。また、６００℃〜１０００℃の乾燥原料から得られる乾留ガス１８２ａには、水素が多く含まれる。
【００９８】
そこで、乾留ガス１８２ａを成分ごとに回収してもよい。この処理が可能な乾留装置１００としては、例えば以下のものが挙げられる。すなわち、この乾留装置１００では、乾留炉１２２内の整流用隔壁１９０が流動床炉１１０の上端面に連結されている。したがって、整流用隔壁１９０は、乾留ガスの乾留装置１００の長さ方向（すなわち、側面１２１ｂと側面１２３ｂとを結ぶ方向）への移動を遮る。具体的には、乾留炉１２２内の空間が複数の乾留空間に仕切られている。さらに、各乾留空間に、乾留ガス排出口が設けられている。各乾留空間内の乾燥原料は、互いに温度が異なるので、乾留装置１００は、各乾留空間から組成の異なる乾留ガス１８２ａを回収することができる。
【００９９】
なお、各プレナム室１３１〜１３３も整流用隔壁１９０と同様の隔壁により仕切られてもよい。この構成によれば、互いに流量、温度の異なる乾燥用流動化ガスを乾燥炉本体１２１ａに導入することができる。例えば、原料投入口１６０に近い領域では、流量、温度の低い乾燥用流動化ガスを乾燥炉本体１２１ａに導入することができる。乾留炉１２２、冷却器１２３においても同様である。
【０１００】
第４の実施形態によれば、乾留装置１００は、含水原料Ｘ１の乾燥、乾燥原料の乾留、及び乾留生成物の冷却をより効率良く行うことができる。
【０１０１】
なお、上述した各実施形態においては、被乾留物として石炭を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されることは無く、乾留によって乾留ガスと乾留生成物が生成する有機物には適用が可能であることは明らかであり、例えば、下水汚泥、バイオマス、又は一般ゴミ、或るいはこれらの混合物等に適用することができる。
【実施例】
【０１０２】
＜実施例１＞
次に、実施例１について説明する。実施例１は、第１の実施形態に相当するものである。そこで、実施例１を図１に基づいて説明する。実施例１では、含水原料Ｘ１として石炭を使用した。この石炭は水分を石炭の総質量に対して２０質量％含み、室温で乾燥炉本体１２１ａに投入された。また、石炭の平均粒径は約２ｍｍであった。この石炭は、６００℃で乾留した場合、理論的には、約３６００ｋｃａｌ／Ｎｍ３のガスと約７９００ｋｃａｌ／ｋｇのタールとをそれぞれ石炭の総質量に対する質量比で約３０％、８％発生する。石炭は、３１ｔ／ｈの割合で乾燥炉本体１２１ａに投入された。
【０１０３】
流動床炉１１０の幅は１．０ｍであった。また、乾燥炉１２１の長さは６．５ｍ、乾留炉１２２の長さは５．５ｍであった。また、各流動床Ｘ２１、Ｘ２２の静止層厚は０．３ｍとなった。また、乾燥原料の乾留により発生した乾留ガスの一部を燃焼し、この燃焼ガスに温度の低いガスを混合することで、４００℃、８００℃のガスを生成し、４００℃のガスを乾燥用流動化ガス１３１ａとし、８００℃のガスを乾留用流動化ガス１３２ａとした。乾燥用流動化ガス１３１ａは、４７０００Ｎｍ３／ｈの割合で使用された。
【０１０４】
乾燥用流動化ガス１３１ａの空塔速度（流量に相当）は、２Ｎｍ／ｓ、乾留用流動化ガス１３２ａの空塔速度は１Ｎｍ／ｓとした。また、伝熱管１５０として、直径５ｃｍの直管を２００本使用した。間接加熱用ガス１５１は、乾留用流動化ガス１３２ａと同様の８００℃のガスを使用し、流速を６Ｎｍ／ｓとした。
【０１０５】
上記の処理により、石炭は乾燥炉１２１内で１００℃まで上昇し、乾留炉１２２に排出された。また、石炭は乾留炉１２２内で約６００℃まで加熱された。また、乾留ガス１８２ａの発熱量は、ガスとタールとの合計で１３４０ｋｃａｌ／Ｎｍ３となった。
【０１０６】
＜実施例２＞
次に、実施例２について説明する。実施例２は、第２の実施形態に相当するものである。そこで、実施例２を図９に基づいて説明する。実施例２では、以下の点のみが実施例１と異なる。すなわち、実施例２では、間接加熱用ガス１５１が乾燥用流動化ガス１３１ａの一部として使用される。実施例２では、約１５０℃の間接加熱用ガス１５１が８６００Ｎｍ３／ｈの割合で使用された。また、実施例２では、４５０℃の乾燥用流動化ガス１３１ａが３８４００Ｎｍ３／ｈの割合で外部から導入された。すなわち、乾燥炉本体１２１ａに導入された乾燥用流動化ガス１３１ａの温度及び流量は実施例１と同様であった。また、間接加熱用ガス１５１は、乾燥用流動化ガス１３１ａの総体積の１８％を占めた。実施例２でも、乾燥原料は最大で約６００℃まで加熱された。また、乾留ガス１８２ａの発熱量は、ガスとタールとの合計で１３４０ｋｃａｌ／Ｎｍ３となった。
【０１０７】
＜比較例＞
次に、比較例について説明する。図１４は比較例に係る乾留装置１０００を示す。乾留装置１０００は、図１４に示すように、実施例１から伝熱管１５０が除外されたものである。乾燥用流動化ガス１３１ａ、乾留用流動化ガス１３２ａの空塔速度（流量に相当）は、石炭の乾留炉１２２内の温度を実施例と同様に６００℃まで上昇させるため、いずれも２Ｎｍ／ｓとした。
【０１０８】
上記の処理により、石炭は乾燥炉１２１内で１００℃まで上昇し、乾留炉１２２に排出された。また、石炭は乾留炉１２２内で約６００℃まで加熱された。しかし、乾留ガス１８２ａの発熱量は、ガスとタールとの合計で７７０ｋｃａｌ／Ｎｍ３にしかならなかった。
【０１０９】
＜評価＞
実施例１〜２及び比較例を比較すると、実施例１〜２では、より少ない流量の乾留用流動化ガス１３２ａにより乾燥原料を乾留することができた。さらに、実施例１〜２では、乾留ガス１８２ａの発熱量も比較例よりも大きく向上した。なお、実施例１〜２での乾留用流動化ガス１３２ａの流量を比較例の流量と同じにした場合、実施例１〜２では、乾留炉本体１２２ａの長さを比較例よりも大幅に短くすることができる。結果として、実施例１〜２では、乾留炉本体１２２ａの床面積を大幅に低減することができる。
【０１１０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０１１１】
１００    乾留装置
１１０    流動床炉
１１１、１１３    隔壁
１２１    乾燥炉
１２１ａ  乾燥炉本体
１２２    乾留炉
１２２ａ  乾留炉本体
１２３    冷却器
１２３ａ  冷却器本体
１３１    乾燥用プレナム室
１３２    乾留用プレナム室
１３３    冷却用プレナム室
１４１    乾燥用分散板
１４２    乾留用分散板
１４３    冷却用分散板
１５０    伝熱管
１５１    間接加熱用熱媒体（間接加熱用ガス）
１６０    原料投入口
１７０    乾留生成物排出口
１８２    乾留ガス排出口
１９０    整流用隔壁
１９１    開口部
【図１】
2014019835.tif 000003
【図２】
2014019835.tif 000004
【図３】
2014019835.tif 000005
【図４】
2014019835.tif 000006
【図５】
2014019835.tif 000007
【図６】
2014019835.tif 000008
【図７】
2014019835.tif 000009
【図８】
2014019835.tif 000010
【図９】
2014019835.tif 000011
【図１０】
2014019835.tif 000012
【図１１】
2014019835.tif 000013
【図１２】
2014019835.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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