(57)【要約】【課題】本発明は、水分子を選択的に吸着する吸着剤を用いて、吸着・分離作用により燃焼性有機物含有液体（アルコール分）を高効率であって安価に回収して燃料として利用し、かつ系全体のエネルギーを効率良く利用するシステムを提供する。【解決手段】熱利用システムは、低濃度燃焼性有機物含有液体から、水分吸着剤によって水分を吸着させて水分除去処理をする水分除去設備と、前記水分除去設備で水分が除去された高濃度燃焼性有機物含有液体を回収する回収貯槽と、前記回収貯槽から送られた高濃度燃焼性有機物含有液体を燃料に用いる燃焼装置と、前記燃焼装置から生じたガスを前記水分除去設備に送り、前記水分吸着剤に吸着された水分を蒸気として取り外させ当該水分除去設備から放出する水分脱着手段とを備える。【選択図】図１
2014202412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低濃度燃焼性有機物含有液体から、水分吸着剤によって水分を吸着させて水分吸着処理をする水分除去設備と、
前記水分除去設備で水分が除去された高濃度燃焼性有機物含有液体を回収する回収貯槽と、
前記回収貯槽から送られた高濃度燃焼性有機物含有液体を燃料に用いる燃焼装置と、
前記燃焼装置から生じたガスを前記水分除去設備に送り、前記水分吸着剤に吸着された水分を蒸気として取り外させ当該水分除去設備から放出する水分脱着手段と、を備える低濃度燃焼性有機物含有液体の熱利用システム。
【請求項２】
前記水分除去設備の水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間静置することを含む、請求項１に記載の熱利用システム。
【請求項３】
前記水分除去設備の水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間、攪拌器で攪拌することを含む、請求項１または２に記載の熱利用システム。
【請求項４】
前記水分除去設備の水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と循環させながら接触させることを含む、請求項１〜３のいずれか1項に記載の熱利用システム。
【請求項５】
前記水分除去設備は、第１除去設備および第２除去設備からなる２系列を有し、
前記第１除去設備または前記第２除去設備のいずれか一方で、前記水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去設備および第２除去設備のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う、請求項１〜４のいずれか1項に記載の熱利用システム。
【請求項６】
前記水分吸着剤は、水分を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱利用システム。
【請求項７】
低濃度燃焼性有機物含有液体から、水分吸着剤によって水分を吸着させて水分吸着処理をする水分吸着工程（水分除去工程）と、
前記水分吸着工程で水分が除去された高濃度燃焼性有機物含有液体を回収貯槽に回収する回収工程と、
前記回収貯槽から送られた高濃度燃焼性有機物含有液体を燃焼装置の燃料に用いる燃焼工程と、
前記燃焼装置から生じたガスを前記吸着剤へ送り込み、当該水分吸着剤に吸着された水分を蒸気として取り外す水分脱着工程と、を含む低濃度燃焼性有機物含有液体の熱利用方法。
【請求項８】
前記水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間静置することを含む、請求項７に記載の熱利用方法。
【請求項９】
前記水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間、攪拌器で攪拌することを含む、請求項７または８に記載の熱利用方法。
【請求項１０】
前記水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と循環させながら接触させることを含む、請求項７〜９のいずれか1項に記載の熱利用方法。
【請求項１１】
前記水分除去工程は、第１除去工程および第２除去工程からなる２系列を有し、
前記第１除去工程または前記第２除去工程のいずれか一方で、前記水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去工程および第２除去工程のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う、請求項７〜１０のいずれか1項に記載の熱利用方法。
【請求項１２】
前記水分吸着剤は、水分を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体である、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の熱利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低濃度燃焼性有機物含有液体の熱利用システムおよびその熱利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
日本酒は賞味期限を過ぎると返品され飲料用としては再利用できず、燃料となる有機分を含んでいるものの含水率が高く、有機分を分解するために焼却処理されている。同様に含水率８０％以上の低濃度アルコールについても、エネルギー利用されていない。アルコールと水分を分離する方法として、蒸留方法や分離膜の利用が考えられるが、いずれも分離の為のエネルギー消費が大きく、コストに見合ったエネルギー回収ができず、現状は産業廃棄物として焼却処理されている。
【０００３】
また、アルコール選択透過型浸透気化法が知られている（特許文献１参照）。この方法では、アルコール水溶液を共沸点より０℃〜５０℃低い温度に加温し、浸透気化膜の１次側に供給し、浸透気化膜の２次側は凝縮器を介して、真空ポンプにより真空状態からアルコール水溶液の飽和蒸気圧の範囲で保持し、アルコール濃度が高くなった蒸気を凝縮器で冷却し、液体にして回収する。
【０００４】
また、超音波振動子を用いてアルコール濃度を高める方法が知られている（特許文献２参照）。この方法では、超音波で低濃度アルコールからアルコール分を優先的に霧化できることを利用する。廃棄日本酒等からアルコール分を霧化・凝縮させ、燃料用空気に随伴させてボイラに供給することでエネルギー利用を可能とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２５２４３５
【特許文献２】特開２０１０−１７５１９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
産業廃棄物としてそのまま焼却する場合、燃料となる有機物を含んでいながら、それを効果的にエネルギーとして利用できていない。水分を大量に含むため焼却排ガス中の水分が増え、排ガス量も増える。条件によっては、化石燃料等の補助燃料を必要とする。
【０００７】
上記特許文献１の場合は、廃棄日本酒にはにごり酒も含まれ、固形物が存在し浸透気化膜の目詰まりの原因となり、浸透気化膜の劣化が促進されてしまう。浸透気化膜は高価で定期的に交換も必要なため、コストメリットが低い。
【０００８】
上記特許文献２の場合、通常の方法ではアルコール濃縮を５０％程度まで可能であり、エネルギーとして利用する場合に水分を蒸発させるためのエネルギーが損失となる。そして、水分の多い燃料のため排ガス中の水分が増加し、ボイラ出口の排ガスラインの結露が問題となる。また、アルコール以外の糖類等は霧化せず、超音波振動子に付着して性能低下や振動子の劣化を引き起こす。
【０００９】
そこで、上記従来の問題に鑑みて、本発明は、水分子を選択的に吸着する吸着剤を用いて、吸着・分離作用により燃焼性有機物含有液体（アルコール分）を高効率であって安価に回収して燃料として利用し、かつ系全体のエネルギーを効率良く利用するシステムまたはその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の低濃度燃焼性有機物含有液体の熱利用システムは、
低濃度燃焼性有機物含有液体から、水分吸着剤によって水分を吸着させて水分除去する水分除去設備と、
前記水分除去設備で水分が除去された高濃度燃焼性有機物含有液体を回収する回収貯槽と、
前記回収貯槽から送られた高濃度燃焼性有機物含有液体を燃料に用いる燃焼装置と、
前記燃焼装置から生じたガスを前記水分除去設備に送り、前記水分吸着剤に吸着された水分を蒸気として取り外させ当該水分除去設備から放出する水分脱着手段と、を備える。
【００１１】
この構成により、低濃度燃焼性有機物含有液体から水分吸着剤を利用して高効率に水分を吸着させて、高濃度燃焼性有機物含有液体を回収できる。そして高濃度燃焼性有機物含有液体を燃焼装置（例えばボイラ）の燃料として利用したときに生じるガス（例えば、排ガス）を水分吸着剤に直接送り込むことで水分吸着剤から水分を蒸発させ、再度利用できる。すなわち、水分吸着剤からの水の着脱にシステム内で回収した高濃度燃焼性有機物含有液体の燃焼廃熱を利用でき、外部燃料を必要としない。水分吸着剤を繰り返し使用でき、維持費も安価にできる。
【００１２】
「燃焼性有機物」は、例えば、アルコール類であり、メタノール、エタノール、ブタノール等が例示される。「低濃度」は、燃焼性有機物含有の液体が、室温（例えば、平均温度６〜２８℃）において自然発火、着火手段による着火・燃焼しない範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、アルコール類であれば、２０％以下である。「高濃度」は、燃焼性有機物含有の霧化体が、室温において着火手段による着火・燃焼可能な範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、アルコール類であれば、６０％以上、好ましくは６５％以上、より好ましくは７０％以上である。
【００１３】
燃焼装置から生じたガスは、例えば、燃焼装置から直接排出されたガスでもよく、燃焼装置（ボイラー）と連結された給水加熱装置（エコノマイザーまたは熱交換器）から排出された排ガスでもよい。排ガスは、水分吸着剤の有効温度（または耐熱温度未満）に調整されることが好ましい。例えば、水分吸着剤が後述するポリオキソメタレート複合体の場合には、排ガスの温度は、１００〜２００℃、好ましくは１１０〜１７０℃、より好ましくは１２０〜１５０℃である。
【００１４】
上記発明の一実施形態として、前記水分除去設備の水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間静置することを含む。「所定期間」は、水分吸着剤の種類によって設定されるが、例えば、１時間以上、２時間以上などが挙げられる。
【００１５】
上記発明の一実施形態として、前記水分除去設備の水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間、攪拌器で攪拌することを含む。「所定期間」は、水分吸着剤の種類によって設定されるが、例えば、１時間以上、２時間以上などが挙げられる。上記「静置」と「攪拌」とが組み合わされていてもよい。例えば、「攪拌」後に「静置」してもよく、「静置」後に「攪拌」してもよく、「静置」と「攪拌」とを繰り返し行ってもよい。
【００１６】
上記発明の一実施形態として、前記水分除去設備の水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と循環させながら接触させることを含む。例えば、水分除去設備の投入部と、排出部とを循環配管で連結し、前記燃焼性有機物含有液体が循環するように構成する。上記「静置」、上記「攪拌」、「循環」とを組み合わせて行われてもよい。
【００１７】
上記発明の前記水分除去設備は、前記水分吸着処理を所定回数（例えば、ｎ＝１、２・・１０回など）行った後で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理を行う。間欠運転する場合には、例えば、水分吸着処理を日中に行い、夜間に水分脱着処理をしてもよい。
【００１８】
上記発明の一実施形態として、前記水分除去設備は、第１除去設備および第２除去設備からなる２系列を有し、
前記第１除去設備または前記第２除去設備のいずれか一方で、前記水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去設備および第２除去設備のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う。
【００１９】
この構成では、一方の系列では水分吸着処理をさせ、その他の系列では水分脱着処理をさせることができるため、上記間欠処理とは異なり、連続的に処理を行える。
【００２０】
上記発明の一実施形態として、前記水分吸着剤は、水分を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体である。
【００２１】
ポリオキソメタレート複合体は、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレートとマクロカチオンとの結晶性複合体である。結晶性複合体は、下記（１）式で表される。
Ｙａ［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［ＸＷ１２Ｏ４０］・ｎＨ２Ｏ・・・（１）
ここで、（１）式中のＹａはＮａ２、Ｋ３、Ｒｂ４，Ｃｓ５から選択され、ＸはＰ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｉｒ、Ｓｉから選択される。
【００２２】
ポリオキソメタレートの負電荷が大きくなると空隙の割合が減少して、すなわち、負電荷の小さいポリオキソメタレート複合体ほど、炭素数の多いアルコール分子まで吸着できる。
【００２３】
例えば、水分を選択的に吸着するポリオキソメタレート複合体は、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］６−と、マクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋との複合体のＣｓ５［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］・７．５Ｈ２Ｏである。
【００２４】
上記ポリオキソメタレート複合体の製造方法は、例えば、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［ＸＷ１２Ｏ４０］ｎ−とマクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋とをＹイオンの存在下で、酸性条件で混合して結晶性複合体を得る方法である。ＹはＮａ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｋから選択され、ｎは３，４，５，６である。
【００２５】
また、他の水分を選択的に吸着する水分吸着剤としては、例えば、コーングリッツ、シリカゲル、アルミナ、イオン交換樹脂、ゼオライト、多孔性金属錯体（多孔性配位高分子：ＰＣＰ）などが挙げられる。これらは、水分子サイズに応じた空隙を有する構造を備えている。
【００２６】
各種水分吸着剤は、例えば、温度、加圧、減圧などの条件を設定することで、吸着処理および脱着処理を行える。
【００２７】
他の本発明の低濃度燃焼性有機物含有液体の熱利用方法は、
低濃度燃焼性有機物含有液体から、水分吸着剤によって水分を吸着させて水分吸着処理をする水分除去工程と、
前記水分除去工程で水分が除去された高濃度燃焼性有機物含有液体を回収貯槽に回収する回収工程と、
前記回収貯槽から送られた高濃度燃焼性有機物含有液体を燃焼装置の燃料に用いる燃焼工程と、
前記燃焼装置から生じたガスを前記吸着剤へ送り込み、当該吸着剤に吸着された水分を蒸気として取り外す水分脱着工程とを含む。
【００２８】
上記発明の一実施形態として、前記水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間静置することを含む。
【００２９】
上記発明の一実施形態として、前記水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と接触させながら所定期間、攪拌器で攪拌することを含む。
【００３０】
上記発明の一実施形態として、前記水分吸着処理は、前記低濃度燃焼性有機物含有液体を前記水分吸着剤と循環させながら接触させることを含む。
【００３１】
上記発明は、前記水分除去工程において、水分吸着処理を所定回数（例えば、ｎ＝１、２・・１０回など）行った後で、水分吸着剤から水分を取り外す水分脱着処理（工程）を行う。
【００３２】
上記発明の一実施形態として、前記水分除去工程は、第１除去工程および第２除去工程からなる２系列を有し、
前記第１除去工程または前記第２除去工程のいずれか一方で、前記水分吸着処理をし、その他方で、前記水分吸着剤から前記水分を取り外す水分脱着処理をし、前記第１除去工程および第２除去工程のそれぞれが交互に前記水分吸着処理と前記水分脱着処理とを行う。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態１に係る熱利用システムを説明するための図である。
【図２】実施形態２に係る熱利用システムを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（実施形態１）
本発明に係る実施形態１の熱利用システム（熱利用方法）を図１を参照しながら説明する。図１において、低濃度アルコール液L0は廃棄日本酒であるが、これに制限されない。
【００３５】
水分除去設備１は、水分吸着剤１１が充填されている。この水分吸着剤１１は、低濃度アルコール液L0の水分を吸着して、低濃度アルコール液L0を高濃度アルコール液Ｌ１へかえる。この水分吸着処理は、低濃度アルコール液L0を水分吸着剤１１と接触させながら所定期間（例えば１〜１２時間）静置することである。
【００３６】
水分吸着剤１１は、直径１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍの粒状（あるいは、最大直径または最大高さが１〜１０ｍｍ、好ましくは２〜５ｍｍの円筒状）にすることが好ましい。後述する排ガスG2を吹き込んでも飛散しない程度のサイズにすることが好ましいからである。
【００３７】
水分吸着剤１１は、Ｋｅｇｇｉｎ型ポリオキソメタレート［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］６−と、マクロカチオンクロム蟻酸錯体［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］＋との複合体のＣｓ５［Ｃｒ３Ｏ（ＯＯＣＨ）６（Ｈ２Ｏ）３］［α−ＣｏＷ１２Ｏ４０］・７．５Ｈ２Ｏである。なお、別実施形態の水分吸着剤１１として、例えば、コーングリッツ、シリカゲル、アルミナ、イオン交換樹脂、ゼオライト、多孔性金属錯体（多孔性配位高分子：ＰＣＰ）などが挙げられる。
【００３８】
回収貯槽２は、水分除去設備１で水分が除去された高濃度アルコール液Ｌ１を回収する。ここで、一時的に貯留される。高濃度アルコール液Ｌ１のアルコール濃度は、６５％以上である。
【００３９】
ボイラ３は、ポンプPによって送られた高濃度アルコール液Ｌ１を燃料として利用する。ボイラ３で生成された蒸気G1は、他の設備へ送られ利用される。また、ボイラ３と連結されたエコノマイザー４に、ボイラ３から排ガスが送られる。水分吸着処理の場合、エコノマイザー４から排ガスがそのまま大気へ排出される。
【００４０】
間欠運転する場合に、水分吸着剤１１から水分を取り外す水分脱着処理を行う。水分脱着処理の場合、エコノマイザー４から１５０〜２００℃の温度域の排ガスG2を抜き出し、他の排ガスは大気へ排出される。
【００４１】
エコノマイザー４から抜き出された排ガスG2は、開閉弁が設けられた配管を通じて水分除去設備１に送り込まれる。排ガスG2は、水分吸着剤１１と接触し、水分吸着剤１１中の水分を蒸発させる。蒸発した水分G3は、排出配管を通じて大気中へ放出される。水分除去設備１の内部を大気圧以下（好ましく大気圧未満）にして、水分を蒸発しやすいようにすることが好ましい。真空ブロワB（真空ポンプ）によって、水分除去設備１の内部を大気圧以下にすることができる。また、真空ブロワBの前段にろ過式集塵器７を設ける。ろ過式集塵器７は、水分吸着剤１１の損耗に伴ってその微粉が発生したときに、後段の真空ブロワBを保護する。また、ろ過式集塵器７を設置する場合、結露を避けるため集塵器出口で水の沸点以上（例えば、大気圧の場合１００℃）とすることが好ましい。
【００４２】
水分脱着(水分分離)手段は、エコノマイザー４、配管、水分除去設備１、排出配管、真空ブロワBを有して構成されている。
【００４３】
（実施形態２）
本発明に係る実施形態２の熱利用システム（熱利用方法）を図２を参照しながら説明する。以下では、実施形態１と異なる構成について説明し、同じ構成については説明を省略する場合がある。
【００４４】
実施形態２の水分除去設備は、第１除去設備１Ａおよび第２除去設備１Ｂからなる２系列を有する。第１除去設備１Ａまたは第２除去設備１Ｂのいずれか一方で、水分吸着処理をし、その他方で、水分吸着剤１１A、１１Bから水分を取り外す水分脱着処理をし、第１除去設備１Aおよび第２除去設備１Bのそれぞれが交互に水分吸着処理と水分脱着処理とを行う。
【００４５】
この実施形態２では、一方の系列では水分吸着処理をさせ、その他の系列では水分脱着処理をさせることができるため、間欠処理とは異なり、連続的に処理を行える。
【００４６】
（別実施形態）
上記実施形態１，２の水分吸着処理は、低濃度アルコール液L0を水分吸着剤１１と接触させながら所定期間（例えば１〜１２時間）静置することであったが、これに制限されず、他の処理でもよい。例えば、低濃度アルコール液L0を水分吸着剤と接触させながら所定期間（例えば１〜12時間）攪拌器で攪拌することを含んでもよく、低濃度アルコール液L0を水分吸着剤と所定期間（例えば２〜４時間以上）循環させながら接触させることを含んでいてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１      水分分離設備
１１    水分吸着剤
２      回収貯槽２
３      ボイラ
４      エコノマイザー
【図１】
2014202412.tif 000003
【図２】
2014202412.tif 000004