(57)【要約】種々の炭素質原料から収率よく目的とする炭化水素オイルを製造する。  炭素質原料を熱分解して乾留ガスとする熱分解装置と、乾留ガスを精製する精製装置と、精製した気体を炭化水素合成触媒の存在下に炭化水素オイルとする炭化水素合成装置とから構成された炭化水素オイル製造は前記精製装置と前記炭化水素合成装置との間に水素を供給する水素供給装置を備えている。
2010119973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素質原料を熱分解して乾留ガスとする熱分解装置と、
乾留ガスを精製する精製装置と、
精製した気体を炭化水素合成触媒の存在下に炭化水素オイルとする炭化水素合成装置と、
から構成された炭化水素オイル製造システムであって、
前記乾留ガスに乾留ガスの発生量に応じた水素を計量添加する水素供給装置を備えたことを特徴とする炭化水素オイル製造システム。
【請求項２】
前記精製装置と前記炭化水素合成装置との間に、前記精製した乾留ガスと前記水素とを混合して、ガス中の炭素と水素との割合を調整するためのガス調整装置を有していることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項３】
前記熱分解装置は、炭素質原料の投入量を測定するための重量センサ、キャリアガスの流量を測定するための流量センサ乾留ガスの排出量と排出温度を測定するための流量センサと温度センサとを備えており、
前記システムは、これらのセンサにより単位時間当たりの乾留ガス中の炭素含有量と水素含有量を測定するための電子計算機を備えており、測定した結果と炭素質原料の種類に基づいて水素の添加量を算出し、算出した水素添加量に基づいて前記水素供給系より水素を供給することを特徴とする請求項２に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項４】
前記ガス調整装置は、さらに炭化水素合成装置からの未反応のガスを混合するためのガス供給ラインを有しており、前記精製した乾留ガスと、前記水素供給装置からの水素と前記炭化水素合成装置からの未反応ガスとを混合することを特徴とする請求項２に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項５】
前記ガス調整装置は、各々流量調整バブルを備えた精製した乾留ガスの導入口と水素ガスの導入口と未反応ガス導入口を有するガス混合部と、混合ガスを一時的に貯蔵する少なくとも１つのバッファタンクより構成されていることを特徴とする請求項４に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項６】
過熱水蒸気をキャリアガスまたはキャリアガスおよび熱分解装置の熱源として、前記熱分解装置に導入することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項７】
前記水素供給装置は、過熱水蒸気と水素発生触媒との接触により水素を発生される水素発生装置を含むことを特徴とする請求項５に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項８】
前記水素供給装置は、水の電気分解により水素を発生する水素発生装置を含むことを特徴とする請求項２に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項９】
前記精製装置は、脱硫装置とイオン交換スクラバとから構成されていることを特徴とする請求項２に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１０】
前記炭素質原料を所定のサイズに粉砕するための少なくとも１つの粉砕装置をさらに有していることを特徴とする請求項２に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１１】
前記炭素質原料が、水産物由来原料、林業由来原料、農業由来原料、畜産由来原料、汚泥由来原料、廃棄物由来原料、石炭由来原料、一般廃棄物由来原料、廃プラスチック、廃タイヤ、ヘドロ、フロンガスおよびアスベストからなる群から選択された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１２】
前記炭素質原料を所定の炭素含有量、水素含有量となるように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９に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１３】
前記炭素質原料が、バイオマス原料であることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１４】
前記炭素質原料を所定の炭素含有量、水素含有量となるように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２に記載の炭化水素オイル製造システム。
【請求項１５】
製造する炭化水素オイルがジェット燃料用であ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１６】
炭素質原料を熱分解して乾留ガスを発生させ、乾留ガスを精製後に炭化水素合成触媒により炭化水素オイルを得る炭化水素オイルの製造方法であって、
（Ａ）  所定の炭素含有率および水素含有率を有する炭素質原料を熱分解装置に投入する工程と、
（Ｂ）  投入した炭素質原料を熱分解により乾留ガスとする工程と、
（Ｃ）  乾留ガスを精製する工程と、
（Ｄ）  精製した乾留ガスに所定の炭素：水素モル比となるように水素を添加して合成用の混合ガスを調製する工程と、
（Ｅ）  調製した混合ガスを炭化水素に転化する工程と
（Ｆ）  工程（Ｅ）で得られた混合ガスを炭化水素オイルと、未反応分とに分離する工程と
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１７】
さらに、工程（Ｆ）で生じた未反応分を工程Ｄの混合ガスに混合する工程を有することを特徴とする請求項１６に記載の炭化水素オイルの製造方法。
【請求項１８】
導入する炭素質原料中に含まれる炭素と水素との比率に基づいて、混合ガス中の炭素と水素との比率がモル比で１：２から１：４となるように水素を添加することを特徴とする請求項１６に記載の炭化水素オイルの製造方法。
【請求項１９】
前記炭素質原料を所定範囲の炭素含有量と水素含有量となるように水分調整する工程と、
前記炭素質原料を粉砕する工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５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、炭化水素オイル製造システム及び炭化水素オイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物やバイオマスを熱分解して、乾留ガスを発生させ、発生した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種々の試みが施されている。
特許文献１（特開２００６−２０５１３５号公報）には、低カロリー廃棄物をメタン発酵処理するメタン発酵槽と、高カロリー廃棄物を燃焼させて炭化処理する炭化炉と、該炭化炉にて製造した炭化物を導入し燃焼させてガス化するガス化炉と、該ガス化炉にて発生したガスを精製するガス精製装置と、該精製したＣＯ、Ｈ２を主成分とする精製ガスから液体燃料をＦＴ合成（フィッシャー・トロプシュ合成）する液体燃料合成装置とを備え、メタン発酵槽にて発生したバイオガスをガス化炉に助燃剤として送給する複合廃棄物処理システムが開示されている。
また、特許文献２（特開２００８−２６０８３２号公報）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として、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ー・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。
また、特許文献３（特開２００７−２０４５５８）には、バイオマスを一定量保持して加熱体で加熱しガス化するガス化部と、ガス化部により発生したバイオマスガスから粒子状物質、タール、硫黄化合物および窒素化合物から選択される少なくとも１つ以上の物質を除去し、バイオマスガスを精製するガス精製部と、精製されたバイオマス精製ガスを液体化してバイオマス液体燃料原液を製造する液体燃料製造部と、前記バイオマス液体燃料原液をバイオマス液体燃料、水および軽質炭化水素に分離する気液分離部と、前記気液分離部で分離されたバイオマス液体燃料を減圧して回収する減圧回収部と、前記ガス化部でガス化されない未反応物を燃焼させ、発生した熱を前記ガス化部へ供給する燃焼部と、からなるバイオマスからの液体燃料製造装置が開示されている。
これらの技術は、設計の段階あるいは実験段階であり、工業的規模で連続して運転可能な炭素質原料から炭化水素オイルを高い収量で製造する技術は、確立されていない。
すなわち、従来技術では、原料となる炭素質原料に含まれる炭素量に比較して少量の炭化水素しか得られなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２０５１３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２６０８３２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０４５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の別の課題は、目的とする工業的に価値のある炭化水素オイルを高い収量で得ることが可能な炭化水素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】
【０００５】
上記課題を解決する本発明は、炭素質原料を熱分解して乾留ガスとする熱分解装置と、乾留ガスを精製する精製装置と、精製した気体を炭化水素合成触媒の存在下に炭化水素オイルとする炭化水素合成装置と、から構成された炭化水素オイル製造システムであって、前記乾留ガスに水素を計量添加する水素供給装置を、好ましくは前記精製装置と前記炭化水素合成装置との間に備えたことを特徴とする。
前記精製装置と前記炭化水素合成装置との間に、前記精製した乾留ガスと前記水素とを混合して、ガス中の炭素と水素との割合を調整するためのガス調整装置を有していることが好ましく。さらに前記ガス調整装置は、さらに炭化水素合成装置からの未反応のガスを混合するためのガス供給ラインを有しており、前記精製した乾留ガスと、前記水素供給装置からの水素と前記炭化水素合成装置からの未反応ガスとを混合することが特に好ましい。
熱分解装置のキャリアガス熱源として過熱水蒸気が好ましく、更に好ましくは過熱水蒸気により水素を合成する。
精製装置は、脱硫装置とイオン交換スクラバとから構成されていることが好ましい。
本発明の炭素質原料として、水産物由来原料、林業由来原料、農業由来原料、畜産由来原料、汚泥由来原料、廃棄物由来原料、石炭由来原料、一般廃棄物由来原料、廃プラスチック、廃タイヤ、ヘドロ、フロンガスおよびアスベストからなる群から選択された少なくとも１つを適用可能である。
本発明のシステムは、前記炭素質原料を所定の炭素含有量、水素含有量となるように前処理する前処理装置を備えていることが好ましい。
上記課題を解決する本発明は、炭素質原料を熱分解して乾留ガスを発生させ、乾留ガスを精製後に炭化水素合成触媒により炭化水素オイルを得る炭化水素オイルの製造方法であって、（Ａ）  所定の炭素含有率および水素含有率を有する炭素質原料を熱分解装置に投入する工程と、（Ｂ）  投入した炭素質原料を熱分解により乾留ガスとする工程と、（Ｃ）  乾留ガスを精製する工程と、（Ｄ）  精製した乾留ガスに所定の炭素：水素モル比となるように水素を添加して合成用の混合ガスを調製する工程と、（Ｅ）  調製した混合ガスを炭化水素に転化する工程と（Ｆ）  工程（Ｅ）で得られた混合ガスを炭化水素オイルと、未反応分とに分離する工程とを含むことを特徴とする炭化水素オイルの製造方法である。
炭化水素オイルの製造方法は、さらに、工程（Ｆ）で生じた未反応ガスを工程Ｃの混合ガスに混合する工程を有することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、本発明の一実施形態に係る炭化水素オイル製造システムの基本構成を示す図面である。
図２は、本発明の別の実施形態に係る炭化水素オイル製造システムの基本構成を示す図面である。
図３は、本発明の炭化水素オイル製造システムに適用可能な原料の前処理装置の一例を示す図面である。
図４は、本発明の炭化水素オイル製造システムにおける熱分解装置の一例を示す図面である。
図５は、熱分解装置に供給するキャリアガス供給系の一例を示す図面。
図６は、本発明の炭化水素オイル製造システムにおける精製装置の一例を示す図面である。
図７は、本発明の炭化水素オイル製造システムにおける水素供給系の一例を示す図面である。
図８は、本発明の炭化水素オイル製造システムにおける調整装置の一例を示す図面である。
図９は、本発明の炭化水素オイル製造システムにおける水素添加量の算定の一例を示すフローチャートである。
図１０は、本発明の炭化水素オイルの製造方法を示すフローチャートである。
図１１は、本発明の炭化水素オイル製造システムを廃棄物処理に適用した例を示す図面である。
図１２は、本発明の炭化水素オイル製造システムをコンテナに搭載した例を示す図面である。
図１３は、本発明の炭化水素オイル製造システムを廃棄物処理に適用したビジネスモデルを示す図面である。
図１４は、本発明の炭化水素オイル製造システムを汚泥・ヘドロ等に適用する場合の前処理装置の一例を示す図面である。
図１５は、本発明の炭化水素オイル製造システムを汚泥・ヘドロ等の処理に適用した例を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
（基本構成）
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。まず、図１に基づいて本発明の炭化水素オイル製造システムの基本構成を説明する。
図１に示す通り、本発明の炭化水素製造システムは、炭素質原料を熱分解して乾留ガスとする熱分解装置１０と、乾留ガスを精製する精製装置２０と、精製した気体を炭化水素合成触媒の存在下に炭化水素オイルとする炭化水素合成装置であるＦＴ合成塔７０と、乾留ガスに炭化水素合成に不足分の水素を供給する水素供給装置５０とから主として構成されており、本発明の炭化水素製造システムは、精製した乾留ガスと水素とを混合する調整装置４０とを有している。更に好ましくは、本発明の炭化水素製造システムにおいて、調整装置４０は、ＦＴ合成塔において未反応のガスを所望に応じて未反応ガスタンク１００を介して調整装置４０に戻す構成を有している。
なお、後述する通り、熱分解装置１０は、原料または処理物である炭素質原料を投入するための投入口１１と、熱分解装置１０内の雰囲気を置換し、発生した乾留ガスを後段の精製装置３０へ送るキャリアガス供給系２０を備えている。
本発明の炭化水素オイル製造装置は、所定の炭素質原料を熱分解装置１０で熱分解して発生した乾留ガスを精製装置３０で精製し、精製した乾留ガスに水素を添加して混合ガスとし、この混合ガスをＦＴ合成塔により炭化水素オイルとする。この際に、炭素質原料の炭素含有量と水素含有量に基づいて不足分の水素を水素供給系５０から供給するので、本発明の炭化水素オイル製造装置における炭化水素オイルの収率が上がる。
また、本発明の好ましい実施形態において、ＦＴ合成塔で未反応のガスを循環混合するので、さらに炭化水素オイルの収率が更に増加する。
なお、図２に示す通り調整装置４０を設けず、精製装置３０からの乾留ガスに直接所定量の水素を水素供給系から計量添加することも本発明の範囲内である。また、水素は、キャリアガス供給系２０からのキャリアガスと同時に熱分解炉に所定量添加してもよい。
（原料）
本発明で使用可能な炭素質原料は、熱分解処理により乾留ガスを発生する炭素源を有するものであれば特に限定されるものではなく、幅広い炭素含有物質のなかから適宜用いることが可能である。
本発明で適用可能な炭素質原料として、図３に示す通り水産物由来原料、林業由来原料、農業由来原料、畜産由来原料、汚泥由来原料、廃棄物由来原料、石炭由来原料、一般廃棄物由来原料、廃プラスチック、廃タイヤ、ヘドロ、フロンガスおよびアスベストおよびこれらの混合物が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
本発明の炭化水素オイル製造システムにおいては、廃棄物から有価物としての炭化水素オイルを製造する廃棄物処理システムと、バイオマスなどの所定の原料から炭化水素オイル製造システムという二つの概念を含んでいることを当業者は用意に理解できるであろう。
なお、これらの炭素質原料は、由来に依存して異なる炭素含有量および水素含有量を有している。例えば、木材チップの場合、乾燥基準で炭素約５０から６０質量％、水素４〜８質量％、廃プラスチップの場合炭素約２０から３０質量％、水素５０〜７０質量％、汚泥の場合炭素約４０から５０質量％、水素１０〜２０質量％、一般廃棄物の場合炭素約４０から６０質量％、水素１５〜３０質量％が含まれている。このように多くの炭素質原料は、水素含有量に対して炭素含有量が過剰である。
このような炭素含有量、水素含有量に基づいて本発明では、最適な炭素：水素モル比（Ｃ：Ｈ）となうように水素を添加するが、一般には、Ｃ：Ｈ＝１：１．５から１：６、好ましくは１：２から１：５、より好ましくは１：２から１：４となるように水素含有量を調整する。
この際に、炭素質原料は、粗製原料として種々の形態で提供される。そのため、本発明では、２つの観点このような粗製原料を製造原料とするための前処理を施す。
本発明における前処理は、（１）所定の炭素水素モル比範囲内となるように十分な水分調整を行うこと（水分調整は、熱分解におけるエネルギの削減という観点からも重要である）と、（２）効率よく熱分解するように所定のサイズにあらかじめ粉砕しておくことが重要である。
しかしながら、前処理装置の導入、水分調整に要するエネルギ、粉砕装置の導入、粉砕装置の効率などの観点からこれらの炭素質原料の前処理は適宜選択される。本発明で重要なのは、炭素質原料が所定の原料基準（炭素および水素の含有率、水分含有量、サイズ）を満たすことである。
なお、炭素質原料は、例えば木材チップのように予め水分含有量が十分に少ない場合には水分調整を省略してもよく、また汚泥のように乾燥後粉砕を要しない場合には粉砕を省略してもよい。
本発明での前処理は、使用する炭素源（炭素質原料）及びその状況に応じて適宜選択される。前処理の際に重要であるのは、不純物のできる限り除去すること及び水分調整、サイズ調整である。
目標とする水分含有率は、６０％未満、好ましくは３０％未満、より好ましくは１０％未満である。水分含有量が高すぎると熱分解装置での過剰の蒸発によるエネルギ消費が大きくなりすぎる。
炭素質原料のサイズは、熱分解を効率的に行うという観点から細かいほど好ましい。たとえば、炭素質原料が廃棄物由来である場合には、選別、脱水、破砕、粉砕、乾燥により不純物をあらかた除去して、原料を所定のサイズ・水分含有量にする。
このようにして前処理することにより、単位重量当たりの炭素含有量および水素含有量が想定できる。換言すると、本発明においては、このようにして前処理した炭素質原料を出発原料の原料基準として、単位重量当たりの炭素および水素含有率に基づいて、後述する水素の添加量の算出基準とする。
なお、本発明の特定の実施形態において、炭素質原料を水分調整しながら破砕・粉砕をすることが好ましい。
（熱分解）
本発明において前処理された炭素質原料は、次いで熱分解装置１０で粗製乾留ガスに熱分解される。本発明において適用可能な熱分解装置１０は、例えば図４に示す通り前処理された炭素質原料投入する投入口１１と、熱分解装置１０内の雰囲気を置換する機能と、発生した乾留ガスを次工程に搬送するキャリアガス機能とを有するキャリアガス導入口１３と、発生した乾留ガス（粗製乾留ガス）を排出する排出口１２とを有しており、投入口１１から投入した炭素質原料を熱分解する図示しない熱源を有する装置であり、このような機能を有する熱分解装置であれば特に限定されるものではく、ロータリーキルン方式等の連続式であってもバッチ式であっても適用可能である。
図４に示す熱分解装置１０は、投入口１１から投入した炭素質原料を原料押し込み装置１１ａにより押し込む構成を有している。この際に、原料中に含まれる空気は投入口下方から排除され、熱分解装置１０内部に入る時には実質量の酸素が除去される。
そのため、キャリアガスの導入により相当量の空気が置換される。そして、導入した炭素質原料は、図示しない加熱手段によりキャリアガス雰囲気下で熱分解温度まで加熱されて熱分解されて不純物を含む乾留ガスと、残余の固体成分とになる。
なお、熱分解装置の熱源は、従来の通りオイルであることもできるが、熱分釜内の温度制御が容易である点から電気エネルギを使用するものあるいはオイル式とのハイブリッドが好ましい。
なお、電気エネルギを使用する場合には、本発明で得られた炭化水素（ガス及び／又はオイル）を熱源にあるいは、本発明により発生した水素と炭化水素とを混合したものをエネルギ源として使用することが好ましい。電気エネルギを使用する熱分解装置としては、従来のような電気炉であってもよいが、マイクロ波による加熱又はセラミック発熱体による加熱方式であってもよい。
なお、本発明の好ましい実施形態において、熱分解装置は、炭素質原料の投入量を測定するための投入量測定装置（例えば、重量センサ）、キャリアガスの流量を測定するための流量センサ、炉内温度を測定するための温度センサ、装置内圧力を測定する圧力センサ、乾留ガスの排出量と排出圧を測定するための流量センサなど周知のセンサを設けていることが好ましい。
特に、熱分解装置１０は、炭素質原料の投入量を測定するための重量センサ、キャリアガスの流量を測定するための流量センサ乾留ガスの排出量と排出温度を測定するための流量センサと温度センサからの情報は、炭素含有量と、水素含有量（したがって、炭素と水素とのモル比）を計算するのに重要である。
電熱方式は、これらのセンサからの情報に基づいて制御が容易であり、エネルギコスト削減、立ち上がりの早さ、メンテナンス・操作の容易性の点で好ましい。特にマイクロ波形式の場合、電気炉に比較してエネルギコストが１／１０程度となり（インバータ回路を入れることによりさらに半分）、立ちあがりがより早く（５分程度）、より高温熱分解が可能となり、小型化が可能であり、そしてメンテナンス・操作が容易であるという利点がある。
なお、このように所定の炭素質原料を一般には７００℃以上の高温で熱分解することにより、熱分解する炭素質原料の種類、前処理の程度に依存して所定の熱分解率で水性ガスを主体とした乾留ガスが生成する（粗製乾留ガス）。
例えば、本発明者等の実験によると、例えば廃棄物を出発原料にした場合、粗製乾留ガスは、一酸化炭素＋水素（水性ガス）５０〜６０％、低分子量炭化水素（メタン、エタン、ブタン、プロパン等）約２０％、その他のガス（窒素酸化物、硫黄酸化物、塩酸、ＶＯＣ等）約１０％、であり、残部が固形分（チャー、無機物等）であった。ついで、熱分解により生じた粗製乾留ガスは、次の精製装置へと送られる。
キャリアガス供給系２０としては、水蒸気を発生させる水を貯蔵する水タンク２１と発生した水蒸気を過熱するための誘導加熱ライン２２とから主として構成されている。過熱水蒸気は、６００℃から９００℃程度の温度にまで加熱することが可能であるので、熱分解装置１０の熱源として使用することも可能である。
なお、図５に示す実施形態では、過熱水蒸気を後述する水素供給系５０へ送り触媒反応により水素を発生するために使用することも可能であり、またイオン交換スクラバなどの精製装置４０からの水を熱時水タンク２１に送る構成とすることも可能である。
このように構成することにより、装置構成が簡単となりなおかつ消費エネルギが少なくなるという利点がある。
（精製装置）
精製装置３０は、生成した粗製乾留ガスから不純物を除去する装置であり、当該技術分野に周知の装置を組み合わせて構成することができる。本発明の好ましい実施形態において、図６に示す通り、脱硫・脱タール装置３１と、イオン交換スクラバ３３との組み合わせまたは脱硫・脱タール装置３１とイオン交換スクラバ３３とサイクロン３２との組み合わせが精製した乾留ガスがより純粋であり、最終生成物である炭化水素オイルに塩素等を含まない点で好ましい。
すなわち、イオン交換スクラバは、陰イオン交換樹脂層と陽イオン交換樹脂層の両方を有するスクラバであり、ＨＣｌ、ＨＣＮ、Ｃｌ２、ＮＯ２，ＳＯ２等のガス処理時９８％以上の効率で除去可能である。また、一つのチャンバ内で汚染ガスの吸着処理とイオン交換繊維の再生を同時に行うことが可能である。
従来、この種の熱分解により発生したガスは、通常のスクラバで処理されていた。しかしながら、炭素質原料の由来によっては、通常のスクラバでは塩素やヨウ素などのハロゲンや金属イオンを十分に除去できず精製したガス中に残存する場合があり、最終製品である炭化水素オイルに悪影響を及ぼす場合があった。そこで、本発明では、イオン交換スクラバを採用することが好ましい。
また、粗製水性ガスには硫黄成分やタール成分などが含まれる場合が多く、最終製品である炭化水素オイルに悪影響を及ぼす場合がある。そこで、本発明では、脱硫／脱タール装置によるこれらの成分の除去を行う。このような装置は、本発明の目的を奏するものであれば特に限定されないが、上流から下流に向かうに従って密となる活性炭により構成することができ、メンテナンスの面から複数の活性炭層を切り替える構成とすることも可能である。
脱硫・脱タール装置３１は、例えば特許文献３に記載の通り公知の装置であり、同様にサイクロン３２も周知の装置である。
このようにして構成することによって、本発明の前処理と組み合わせて炭素質原料の由来に無関係に一定の性状を有する精製還流ガスを得ることができる。すなわち、イオン成分、特にハロゲン成分や硫黄分などを実質的に含まない還流ガスとすることが好ましい。このような精製乾留ガスは、塩素等を含まない目的とする炭化水素オイルを提供するのに極めて有利である。
（水素供給系）
本発明において、炭素と比較して不足している水素を補うために精製した水性ガスを水素と混合する。すなわち、本発明により炭化水素オイルを製造するために必要な水素は、精製した水性ガスからの炭素と比較して不足している。そのため、本発明のシステム及び方法により良好な収率（収量）で炭化水素オイルを製造するために、水素供給系から精製した水性ガスに水素を供給する。本発明においては、水素をオンサイトで合成して、合成した水素を要求量に応じて使用することが好ましく、キャリアガスとして使用する過熱水蒸気と水素発生触媒により発生した水素を利用することより好ましい。
より具体的には、図７に示す通り、ＣａＢｒ／ＦｅＯ触媒を図５に示す過熱水蒸気と接触させることにより、水蒸気を酸素と水素とに分解する。得られた水素を水素タンクに取り込み、必要に応じて精製した水性ガスと混合するのに使用する。
このようにして、水素をシステム内で製造することが可能となる。システム内で水素を製造できる水素供給系５０を配置することによって、多量の水素を精製した水性ガスに供給することができる。これにより本発明のシステムで良好な収量で炭化水素を得ることが可能となる。また、得られた水素を発電に利用することも可能である。
（乾留ガスへの水素添加）
本発明において、このような水素供給系からの水素を精製した乾留ガスに添加するが、水素の添加は、キャリアガス中に予め添加してもよくあるいは過熱水蒸気の水源にマイクロバブルとして添加してもよいが、図８に示す通り、調整装置を設けることが好ましい。
（調整装置）
調整装置４０は、精製装置３０で精製した乾留ガスと、水素供給系５０からの水素と、好ましくは後述するＦＴ合成塔７０からの未反応ガスとを所定量で混合して、ＦＴ合成塔へ送る混合ガスを調整する装置であり、各ガスのガス圧を調整するための電磁弁等の制御弁４２ａ、４２ｂ、４２ｃを備えたガス混合器４１と混合したガスを一時的に貯蔵するバッファタンク４３とから構成されている。
この際の水素の添加量は、例えば図９に示す通りに決定される。
すなわち、本発明においては、図３で説明した通り出発原料とその前処理により予め原料基準が定められている（水素含有率と炭素含有率）、この原料基準により乾留ガスの水素含有率と炭素含有率が定まる。
そして、実際の熱分解装置１０の運転により発生し、熱分解装置１０から排出されるガスの量を測定することにより乾留ガスの単位時間当たりの発生量を算定する。なお、乾留ガスのガス発生量は、排出口１１から単位時間当たりに排出されるガスの流量から単位時間当たりに導入するキャリアガスの流量を減じた値として近似的に求めることができる。
そして、乾留ガスの組成（炭素および水素の含有率）と流量から不足分の水素量を算定する。
また、本発明の特定の実施形態において、ＦＴ合成塔７０からの未反応ガスを混合する場合、一般に未反応ガスの成分は、低級炭化水素であるので、これらの組成とその流量から要求水素量の補正を行って実際に導入する水素量を算定する。
調整装置４０は、このようにして算定した水素添加量に基づいて水素供給系５０から所定量の水素ガスを制御弁４２ｃを介して、精製装置３０から精製した乾留ガスを制御弁４２ａを介して、そして所望によりオフガスを制御弁４２ｂを介して各々流量制御してガス混合器４１に送り、そして、これらの気体の混合ガスをバッファタンク４３に一時貯蔵する構成となっている。
このようにして、調整装置４０内で、炭素：水素モル比が最適化された混合ガスを調製することが可能となる。
そしてこのようにして、炭素と水素の割合が最適化された混合ガスを後段のＦＴ合成塔に送る。
（ＦＴ合成）
本発明において、炭素と水素の割合を最適化した混合ガスをＦＴ合成塔７０に送り、所定の分子量範囲を有する炭化水素となるまでＦＴ合成反応を施す。ＦＴ合成塔自体は、当該技術分野で周知のフィッシャ・トロプシュ触媒を周知の方法で充填したＦＴ合成塔から構成される。
ＦＴ合成塔７０において、炭素と水素の割合が最適化された混合ガスを、例えば圧縮器６０で圧縮され、所定温度、代表的には２００から２５０℃の温度でフィッシャ・トロプシュ触媒と接触させることにより、所望の炭化水素へと転化させる。
このようにして合成した炭化水素を含む気体は、分離装置８０、一般的にはコンデンサにより炭化水素オイル９０と、低級炭化水素から主として構成されるオフガス（未反応ガス）とに分離する装置である。
本発明の好ましい実施形態において、分離された未反応ガスは、所望により未反応ガスタンク１００に一時的に貯蔵された後に、再び調整装置４０に戻して、精製した乾留ガスと、水素と混合されて、再びＦＴ合成塔７０で炭化水素合成反応に供される。なお、本発明でいう未反応ガスとは、所望の分子量まで転化されなかったガスを意味し、一般には未反応水性ガスと低級炭化水素（メタン、エタン、ブタン、プロパン等）を意味する。
このように、未反応ガスを循環させることにより炭化水素オイルの収量が増加する。
このように構成された本発明の炭化水素オイル製造システムでは、前処理した炭素質原料を出発原料として熱分解して熱分解により発生した乾留ガスを精製し、精製する。この際に、炭素質原料に含まれる不純物は、予め想定範囲内であり、実質的に全ての不純物を脱硫・脱タール装置およびイオン交換スクラバを含む精製装置により除去することが可能である。そのため、炭素：水素含有率が所定範囲内にある乾留ガスが安定して生成する。このような乾留ガスに所定量の水素を添加することによって収率よく炭化水素オイルを製造することが可能となる。また。分離した未反応のガスを調整装置に循環して、所定量の水素と乾留ガスとともにＦＴ合成を行うので収率はより一層向上できる。
（製造方法）
次に本発明の炭化水素オイルの製造方法を図１０に基づいて説明する。
本発明の炭化水素オイルの製造方法は、炭素質原料を熱分解して乾留ガスを発生させ、乾留ガスを精製後に炭化水素合成触媒により炭化水素オイルを得る炭化水素オイルの製造方法であって、下記の（Ａ）〜（Ｆ）工程を含む。
（Ａ）  所定の炭素含有率および水素含有率を有する炭素質原料を熱分解装置に投入する工程と、
（Ｂ）  投入した炭素質原料を熱分解により乾留ガスとする工程と、
（Ｃ）  乾留ガスを精製する工程と、
（Ｄ）  精製した乾留ガスに所定の炭素：水素モル比となるように水素を添加して合成用の混合ガスを調製する工程と、
（Ｅ）  調製した混合ガスを炭化水素に転化する工程と
（Ｆ）  工程（Ｅ）で得られた混合ガスを炭化水素オイルと、未反応分とに分離する工程
まず、工程Ａでは、例えば図３に示すように既知の炭素含有量と水素含有量になるように前処理された炭素質原料を熱分解装置に投入する。この際に、所定範囲内の炭素含有量と水素含有量となるように予め前処理しておくことが重要である。
次いで、工程Ｂで投入された既知量の炭素質原料を熱分解し、工程Ｃで不純物を精製する。
このようにして精製された乾留ガス中の炭素含有量と水素含有量は既知範囲内であり、最適な炭素と水素とのモル比を得るために必要な水素量は、例えば図９に示す通りに計算により求めることができる。このようにして計算した量の水素を工程Ｄにおいて、精製した乾留ガスに添加して混合ガスにおける炭素成分と水素成分の量を調整して最適化する。
この際のモル比は、前述の通りＣ：Ｈ＝１：１．５から１：６、好ましくは１：２から１：５、より好ましくは１：２から１：４である。
このようにして、炭素と水素とのモル比を調整した混合ガスを工程ＥでＦＴ合成により炭化水素に転化する。
そして、工程Ｆにおいて工程Ｅで得られた成分を炭化水素オイルと未反応分とに分離し、炭化水素オイルを回収する。
未反応分は、所望に応じて、工程Ｄに戻して再びＦＴ合成にすることもできる。
このように本発明の方法では、炭素分が過剰であり水素分が不足する数多くの炭素質原料に水素を添加するので、炭素分を余すことなく炭化水素オイルに転化できる。また、未反応分を調整工程に戻して再びＦＴ合成を行うことによって収量は更に増加することが可能である。
（適用例）
以下の本発明の特定の実施形態を示す。なお、以下の実施形態に示すシステムは、例えば図１に示すものが好ましい。
（廃棄物処理）
図１１から図１２に本発明のシステムを廃棄物処理に適用した例を示す。
図１１に示す実施形態は、生ゴミ、一般廃棄物、廃プラスチックなどの廃棄物処理に本発明の炭化水素オイル製造システムを適用した例である。
図１１に示す通り、廃棄物を脱水、選別、粉砕（一次・二次）、乾燥することによって、所定の原料基準を満たす炭素質原料として扱うことが可能である。
なお、廃棄物は、廃棄物の内容に応じて炭素：水素のモル比が変動するので、適宜前処理した廃棄物（炭素質原料）の成分分析のサンプリングを行って原料基準を補正することが好ましい。
また、図１２に示す通り、本発明のシステムを、コンテナ等に搭載して移動式廃棄物処理システムや一時設置廃棄物処理システムを構成することも可能である。これらの移動式廃棄物処理システムや一時設置廃棄物処理システムは、システムの建屋の設置や許可申請等の点で小規模廃棄物処理に適している。
また、本発明の炭化水素オイル製造システムに基づく廃棄物処理システムは、予め設定した原料基準の下に水素を添加して炭素と水素とのモル比を最適化しているので、処理量に応じて得られる炭化水素オイルの量がある程度想定可能である。そのため、導入コストや炭化水素オイルを販売して得られる利益などを計算することが可能であるので、システムを容易に導入することが可能である。
なお、図１２では、コンテナ１とコンテナ２の２つのコンテナに本発明の炭化水素製造システムを分けて導入したが１台のコンテナに全ての構成要素を搭載してもよく、あるいは例えば前処理装置などを現場に固定設置するなど適宜変更可能である。
また、図１３に示す通り、廃棄物を回収する廃棄物処理業者（原料供給元）と、本発明の炭化水素オイル製造システムに基づく廃棄物処理システムの運営サイトと製造した炭化水素オイル販売業者から構成される一連の新規事業を構築することが可能である。
（汚泥処理、家庭ゴミ処理、動物の糞尿処理等）
本発明の炭化水素オイル製造システムは、汚泥、ヘドロ、家庭から排出される生ごみ、動物（特に家畜、家禽の糞尿）などを適切に前処理して、本発明の要求する原料基準を満たす炭素質原料とすることが可能である。
この際に、例えば図１４に示す通り、所望に応じてスラリー状の汚泥を攪拌・切断して、メッシュによる脱水及び／又は遠心分離・吸引による脱水後に熱風乾燥することにより本発明の要求する原料基準を満たす炭素質原料とすることが可能であるとともに、汚泥等の減容化を図ることが可能である。このようにして得られた炭素質原料から炭化水素オイルを製造することは前述の通りである。
なお、図１５に示す通り家庭から排出される生ごみと糞尿とをストックして炭化水素オイルを製造することも可能である。
（ＢＴＬ）
図１１に示す実施形態は、バイオマスとして例えば藻類、ウッドチップ、農産物残渣（トウモロコシの芯、農産物の不要部分（茎、枝など食用にならない部分）、廃農産物などのバイオマスを適正に前処理した後に本発明の方法を実施することによって所定の炭化水素オイルとすることが可能である。特に、このようなバイオマス原料は、由来が明確であるので適切な前処理後にジェット燃料用の炭化水素オイルなどの所定要件を満たす製品用に適用可能である。
また、図１３に示すビジネスモデルと同様に、原料の供給元であるバイオマス製造業者におけるバイオマス生産業の育成とバイオマス資源の保全と、炭化水素オイル製造サイトによる炭化水素の製造と、製造した炭化水素オイルを販売する炭化水素オイル販売業とから構成される一連の新規事業を実施することが可能である。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されることなく幅広く適用可能である。例えば、図３に示す石炭、廃プラスチックなどの炭素質原料やフロンガスなどの気体原料など所定量の炭素を含む原料であれば本発明の製造システムおよび製造方法を適用することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
本発明は、炭素質原料を熱分解して乾留ガスとする熱分解装置と、乾留ガスを精製する精製装置と、精製した気体を炭化水素合成触媒の存在下に炭化水素オイルとする炭化水素合成装置と、から構成された炭化水素オイル製造システムにおいて、炭素質原料の炭素：水素モル比に応じて所定のモル比となるように水素を添加してからＦＴ合成により炭化水素オイルを製造するので、収率よく目的とする炭化水素オイルを製造することが可能である。
そのため。新規の炭化水素オイル製造システムの導入としてだけではなく、廃棄物処理分野やバイオマスエネルギ製造分野など幅広く適用可能である。
【符号の説明】
【０００９】
１０  熱分解装置
２０  キャリアガス供給系
３０  精製装置
４０  調整装置
５０  水素供給系
７０  ＦＴ合成塔
８０  炭化水素オイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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【図１５】
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【国際調査報告】
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