(57)【要約】【課題】バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの持つエネルギーをガスエンジンで効率良く回収する廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法を提供すること。【解決手段】廃棄物処理システム１は、バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉１４と、供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジン２と、前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合してガスエンジン２の稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスをガスエンジン２に前記燃料ガスとして供給するガス供給装置３と、を備える。【選択図】図１
2018108540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、
供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジンと、
前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給するガス供給装置と、を備える、廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記ガス供給装置は、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料をメタン発酵させることにより、前記メタン発酵原料から前記高発熱量ガスとしてのメタンガスを生じさせるメタン発酵槽を有する、請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記ガス供給装置は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置と、前記発熱量検出装置により検出された前記発熱量に基づいて、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置と、を有する、請求項１または２記載の廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記混合調節装置は、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合位置に供給される当該可燃性ガスの流量及び当該高発熱量ガスの流量のうちの少なくとも一方の流量を調節する流量調節バルブを有する、請求項３記載の廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記混合調節装置は、前記混合比率を変化させる前記発熱量検出装置により検出された前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量と当該発熱量の基準値とを対比して当該基準値に当該発熱量を近づけるように前記混合比率を変化させる発熱量制御部を有する、請求項３または４記載の廃棄物処理システム。
【請求項６】
前記発熱量制御部は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも高い場合に前記可燃性ガスの混合比率を増加させ、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも低い場合に前記可燃性ガスの混合比率を減少させる、請求項５記載の廃棄物処理システム。
【請求項７】
前記発熱量検出装置は、前記混合ガスに含まれる各成分のうち１つ以上の濃度を計測する濃度計測部と、前記濃度計測部により計測された前記各成分の濃度に基づいて前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を演算する発熱量演算部と、を有する請求項３〜６のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項８】
前記ガス供給装置は、前記可燃性ガスが前記高発熱量ガスに混合される前の前記可燃性ガスに含まれるガス以外の不純物を前記可燃性ガスから分離する不純物除去装置を更に有する、請求項１〜７のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項９】
バイオマス及び廃棄物のうち熱分解・ガス化が可能なガス化原料を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生じさせるガス化工程と、
前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料からメタンガスを生じさせるメタン発酵工程と、
前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成して当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給する混合供給工程と、を備える、廃棄物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物の燃焼より生じた排ガスの持つエネルギーを回収して発電等に利用する廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、廃棄物処理施設において、廃棄物の燃焼により生じた排ガスのもつエネルギーを回収する技術として、ボイラを用いたものが知られている。例えば、特許文献１に記載された廃棄物処理システムは、廃棄物の燃焼により生じた排ガスの熱により蒸気を生成するボイラと、当該蒸気により駆動されるタービンと、当該タービンの駆動によって発電する発電機と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５１４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記廃棄物処理システムは、廃棄物の燃焼により生じた排ガスのもつエネルギーを一旦蒸気の持つエネルギーに変換し、当該蒸気によってタービンを駆動するものであって、必ずしも良い回収効率は得られない。特に、小規模な廃棄物処理施設においては、回収された熱で発生する蒸気の量が少ないため、ボイラ・タービン発電では、発電効率が低くなってしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、その目的は、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの持つエネルギーをガスエンジンで効率良く回収する廃棄物処理システム及び廃棄物処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの持つエネルギーの回収効率を高めるため、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの持つエネルギーを直接機械的エネルギーに変換するガスエンジンによりエネルギーを回収することを考えた。しかしながら、ガスエンジンでは、ガスエンジンの稼働に一定以上の単位体積当たりの発熱量が必要とされる一方、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量では、ガスエンジンの稼働に必要な発熱量に満たないことが多く、この場合には、当該可燃性ガスは、有効利用することができず、焼却処理せざるを得ない。そこで、本発明者らは、ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも十分に大きい発熱量を有する高発熱量ガスにバイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスを混合することにより、ガスエンジンの稼働に必要な発熱量を有する混合ガスを燃料ガスとしてガスエンジンに供給することを考えた。
【０００７】
具体的には、本発明に係る廃棄物処理システムは、バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジンと、前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給するガス供給装置と、を備える。
【０００８】
この構成によれば、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの発熱量が低くても、当該可燃性ガスにこれよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスを混合して前記ガスエンジンの燃料ガスとして使用可能な発熱量をもつ混合ガスを生成することで、その可燃性ガスが持つエネルギーを前記ガスエンジンで効率良く回収することができる。
【０００９】
上記構成において、前記ガス供給装置は、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料をメタン発酵させることにより、前記メタン発酵原料から前記高発熱量ガスとしてのメタンガスを生じさせるメタン発酵槽をさらに備えることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、前記可燃性ガスと同様に廃棄物処理施設における前記バイオマス及び前記廃棄物から前記高発熱量ガスであるメタンガスを生成することができるので、より効率の高い廃棄物処理及びエネルギー回収が可能となる。
【００１１】
前記ガス供給装置は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置と、前記発熱量検出装置により検出された前記発熱量に基づいて、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置と、を有するのが、好ましい。
【００１２】
前記混合調節装置は、例えば、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合位置に供給される当該可燃性ガスの流量及び当該高発熱量ガスの流量のうちの少なくとも一方の流量を調節するガス流量調節バルブを含むものが、好適である。
【００１３】
前記混合調節装置は、前記発熱量検出装置により検出された前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量と当該発熱量の基準値とを対比して当該基準値に当該発熱量を近づけるように前記混合比率を変化させる発熱量制御部を有するのが好ましい。
【００１４】
具体的に、当該発熱量制御部は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも高い場合に前記可燃性ガスの混合比率を増加させることや、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも低い場合に前記可燃性ガスの混合比率を減少させることにより、前記発熱量の適正な制御を行うことができる。
【００１５】
前記発熱量検出装置は、前記混合ガスに含まれる各成分のうち１つ以上の濃度を計測する濃度計測部と、前記濃度計測部により計測された前記各成分の濃度に基づいて前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を演算する発熱量演算部と、を有してもよい。
【００１６】
この構成によれば、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を直接計測することが困難な場合でも、前記各成分のうち１つ以上の濃度を計測することによって前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を算定することが可能である。
【００１７】
上記構成において、前記ガス供給装置は、前記可燃性ガスが前記高発熱量ガスに混合される前の前記可燃性ガスに含まれるガス以外の不純物を前記可燃性ガスから分離する不純物除去装置を更に有してもよい。
【００１８】
この構成によれば、前記ガスエンジンに供給される前記混合ガスにすすなどの不純物が混入しにくくなるので、質の高い前記混合ガスが前記ガスエンジンに供給されるようになる。
【００１９】
本発明に係る廃棄物処理方法は、バイオマス及び廃棄物のうち熱分解・ガス化が可能なガス化原料を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生じさせるガス化工程と、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料からメタンガスを生じさせるメタン発酵工程と、前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成して当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給する混合供給工程と、を備える。
【００２０】
この方法によれば、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの発熱量が低くても、当該可燃性ガスにこれよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスを混合して前記ガスエンジンの燃料ガスとして使用可能な発熱量をもつ混合ガスを生成することで、その可燃性ガスが持つエネルギーを前記ガスエンジンで効率良く回収することができる。しかも、前記可燃性ガスと同様に廃棄物処理施設における廃棄物から前記高発熱量ガスであるメタンガスを生成することができるので、効率の高い廃棄物処理及びエネルギー回収が可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの持つエネルギーをガスエンジンで効率良く回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る廃棄物処理システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の廃棄物処理システムの発熱量検出装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態に係る廃棄物処理システムの混合ガスの単位体積当たりの発熱量の時間変化と、これに伴って増減される可燃性ガスの供給流量の時間変化の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態に係る廃棄物処理システム１を説明するために必要となる主要な構成要素を簡略化して示したものである。したがって、本発明の実施形態に係る廃棄物処理システム１は、本明細書が参照する各図に示されていない任意の構成要素を備え得る。
【００２４】
図１は、廃棄物処理システム１の概略構成図である。廃棄物処理システム１は、ガスエンジン２と、ガス化炉１４と、ガス供給装置３と、焼却炉４と、熱回収装置５と、発電装置６と、排ガス処理装置８と、を備える。
【００２５】
ガスエンジン２は、これに供給される燃料ガスが持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収する。具体的に、当該ガスエンジン２は、燃料ガスを内部に収めるシリンダーと、燃料ガスの燃焼により生じたガスが膨張することによりシリンダー内を往復運動するピストンと、ピストンの往復運動を回転力に変換するクランクと、を有する。ガスエンジン２には、発電機（図示省略）が接続されており、前記回転力によって発電機を回転させることにより、発電機に発電させる。ガスエンジン２で生じた排気ガスは、熱回収装置５に送られる。
【００２６】
この廃棄物処理システム１の運転にあたっては、事前に、バイオマス及び廃棄物をメタン発酵可能な成分を含むメタン発酵原料９と熱分解及びガス化が可能な成分を含むガス化原料１２とに分別する分別工程が行われる。当該分別は、バイオマス及び廃棄物の比重、体積および粒径などの大きさ、含水率、および生物による生分解性などの観点から行うことができる。さらに、分別されたガス化原料１２から金属類などのガス化しにくい廃棄物が予め除去されてもよい。尚、廃棄物処理システム１は、前記分別工程を行う分別装置を備えていてもよい。
【００２７】
前記ガス化炉１４は、前記ガス化原料１２を熱分解・ガス化させることにより、一酸化炭素や水素を含む可燃性ガスを生成する。生成された可燃性ガスは前記ガス供給装置３と前記焼却炉４とに分配される。前記ガス化原料１２に対し、好ましくは、前記熱回収装置５から乾燥用熱源として供給される熱による乾燥処理が事前に行われる。これにより、当該ガス化原料１２に含まれる脱水ケーキや木質バイオマス等の発熱量が低い成分がガス化炉１４へ供給される前に予め乾燥され、これによりガス化しやすくなる。可燃性ガスや不純物を焼却処理できるものであれば、いずれのものでもよく、前記ガス化炉１４には、例えば、流動床式炉、ストーカ式炉、ロータリキルン炉などを採用することができる。
【００２８】
前記焼却炉４は、前記ガス化炉１４で生成された可燃性ガスのうちの余剰分（前記ガスエンジン２に供給される可燃性ガスを除く残りの部分）や、不純物除去装置１５で可燃性ガスから分離された不純物を、さらに焼却処理する。焼却炉４には、例えば旋回式溶融炉が用いられる。
【００２９】
前記熱回収装置５は、ガスエンジン２から放出される熱や焼却炉４からの排気ガスや不純物除去装置１５からのスクラバ凝縮水の持つ熱を回収するものであり、例えば前記排気ガス及び前記スクラバ凝縮水と冷却媒体との間で熱交換を行わせる熱交換器を備えている。熱回収装置５は、排気ガスとスクラバ凝縮水の熱エネルギーを蒸気や温水の熱エネルギーに変換して回収し、前記メタン発酵槽１０及び前記ガス化原料１２の熱源として利用される。また、当該熱エネルギーによって蒸気を生成する等して発電装置６を構成するタービンに駆動力を供給し、発電を行わせる。
【００３０】
前記排ガス処理装置８は、例えばバグフィルタからなり、熱回収装置５により熱回収された後の排ガス中に含まれる粉塵や酸性ガスを除去する。排ガス処理装置８で処理された後の排ガスは、送風機２３に吸引され、煙突２４を通じて大気へ放出される。
【００３１】
前記ガス供給装置３は、前記ガス化炉１４により生成される可燃性ガスと当該可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合位置１１にて混合し、これにより前記ガスエンジン２の稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジン２に前記燃料ガスとして供給する。具体的に、当該ガス供給装置３は、メタン発酵槽１０と、ガス流量調節バルブ１６と、計測制御ユニット１７と、を有する。
【００３２】
前記メタン発酵槽１０は、前記メタン発酵原料９をメタン発酵させることにより前記高発熱量ガスであるメタンガスを生成する。当該メタンガスは前記混合位置１１に供給される。前記メタン発酵原料９は、前記メタン発酵槽１０におけるメタン発酵処理が停止している場合はガス化炉１４に供給される。これにより、メタン発酵槽１０で何らかのトラブルが発生し、メタン発酵処理を停止せざるを得ない場合であっても、廃棄物であるメタン発酵原料をガス化炉１４で処理することができるので、メタン発酵原料９が不必要にメタン発酵原料保管庫に溜まってしまうことが防止される。
【００３３】
メタン発酵槽１０においてメタン発酵により生じた発酵残渣はガス化原料１２に導入される。メタン発酵については、水分９０〜９５％程度の液体で発酵させる湿式法と、水分６０〜８５％程度の半固形状態で発酵させる乾式法のいずれの方式を採用してもよく、発酵温度が３７℃付近の中温発酵法と、発酵温度が５５℃付近の高温発酵法のいずれの発酵法を採用してもよい。
【００３４】
前記メタン発酵槽１０には、好ましくは、前記熱回収装置５にて回収された熱が供給される。前記メタン発酵原料９が中温発酵法により処理される場合は、メタン発酵槽１０内を３７℃付近に保つような熱の供給が行われる。メタン発酵原料９が高温発酵法により処理される場合は、メタン発酵槽１０内を５５℃付近に保つような熱の供給が行われる。
【００３５】
前記ガス流量調節バルブ１６は、前記計測制御ユニット１７からの制御信号の入力を受けて開閉作動し、これにより、前記ガス化炉１４から排出される前記可燃性ガスのうち前記不純物除去装置１５を通じて前記混合位置１１に供給される可燃性ガスの流量を変化させる。この流量の変化によって、前記混合位置１１における前記可燃性ガスと前記メタンガスとの混合比率の調節を行うことが可能である。
【００３６】
前記不純物除去装置１５は、前記ガス化炉１４から前記ガス流量調節バルブ１６を通じて前記混合位置１１に供給される可燃性ガスに含まれるガス以外の不純物を事前に分離して除去する。可燃性ガスから不純物を分離する手段には、可燃性ガスに回転運動を与え遠心力を利用して不純物を分離するサイクロンや、可燃性ガスを洗浄することにより不純物を分離するスクラバ等が採用される。可燃性ガスから分離された不純物は焼却炉４に送られる。
【００３７】
前記計測制御ユニット１７は、前記可燃性ガスと前記メタンガスとの混合により生成される混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置２６と、発熱量検出装置２６により検出された前記発熱量に基づいて前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置２５と、を構成する。具体的に、当該計測制御ユニット１７は、前記混合位置１１からガスエンジン２に供給される混合ガスに含まれる各成分の濃度を計測する濃度計測部２０と、濃度計測部２０により計測された各成分の濃度に基づいて混合ガスの単位体積当たりの発熱量を演算する発熱量演算部２１と、発熱量演算部２１により演算される発熱量を予め設定された基準値Ｌ１に近づけるように前記混合比率を調節すべく前記ガス流量調節バルブ１６を操作する発熱量制御部２２と、を有する。前記濃度計測部２０及び前記発熱量演算部２１は発熱量検出装置２６を構成し、前記発熱量制御部２２は前記ガス流量調節バルブ１６とともに混合調節装置２５を構成する。
【００３８】
次に、前記計測制御ユニット１７において行われる演算制御動作を図２のフローチャート及び図３のグラフを参照しながら説明する。
【００３９】
前記濃度計測部２０は、混合ガスに含まれる各成分の濃度を連続して計測する（ステップＳ１）。当該濃度計測部２０は、混合ガスの各成分の濃度を連続して計測することができるものであればよく、通常のガス成分連続分析計を採用することが可能である。
【００４０】
発熱量演算部２１は、濃度計測部２０から受け取った濃度データに基づいて混合ガスの単位体積当たりの発熱量を算出する（ステップＳ２）。具体的に、発熱量演算部２１は、各成分の濃度から各成分の単位体積当たりの発熱量を算出し、これらの発熱量を合算することにより前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を算出する。尚、発熱量演算部２１は、前記混合ガスに含まれる成分のうちいずれか１つの濃度（例えば、一酸化炭素）に基づいて混合ガスの単位体積当たりの発熱量を算出するようにしてもよい。
【００４１】
発熱量制御部２２は、前記発熱量演算部２１により算定された混合ガスの単位体積当たりの発熱量が予め設定された基準値Ｌ１よりも高いか低いかを判定する（ステップ３）。前記基準値Ｌ１は、ガスエンジン２が稼働する最低限の単位体積当たりの発熱量Ｌ２よりも高く設定される。例えば、基準値Ｌ１は、ガスエンジン２が稼働する最低限の単位体積当たりの発熱量Ｌ２が４ＭＪ／Ｎｍ３である場合、６ＭＪ／Ｎｍ３程度に設定されることが好ましい。
【００４２】
前記発熱量制御部２２は、発熱量演算部２１で算出された混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値Ｌ１よりも高い場合、混合ガスの単位体積当たりの発熱量を前記基準値Ｌ１に近づけるように混合位置１１に供給される可燃性ガスの流量を増やすべく、前記ガス流量調節バルブ１６の開度を増大させるような制御信号を当該ガス流量調節バルブ１６に入力する（ステップＳ４）。一方、前記発熱量制御部２２は、発熱量演算部２１で算出された混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値Ｌ１よりも低い場合、混合ガスの単位体積当たりの発熱量を前記基準値Ｌ１に近づけるように混合位置１１に供給される可燃性ガスの流量を減らすべく、前記ガス流量調節バルブ１６の開度を減少させるような制御信号を当該ガス流量調節バルブ１６に入力する（ステップＳ５）。
【００４３】
前記混合ガスの発熱量の増減については、その変化率に制限（例えば１％／分）を与えながら、当該発熱量を予め設定された上限及び下限の間の範囲に収めるように行われることが、好ましい。これにより、ガスエンジン２の安定した運転が可能になる。
【００４４】
図３は、廃棄物処理システム１の混合ガスの単位体積当たりの発熱量の時間変化と、これに伴って増減される可燃性ガスの供給流量（ガス化炉１４からガス流量調節バルブ１６を通じてガスエンジン２に供給される可燃性ガスの流量）の時間変化の例を示すグラフである。
【００４５】
図３に示すように、混合ガスの単位体積当たりの発熱量が基準値Ｌ１（ガスエンジン２が稼働する単位体積当たりの発熱量よりも十分大きな値）よりもさらに大きい場合（例えば、２０ＭＪ／Ｎｍ３）、発熱量制御部２２は、ガス化炉１４からガスエンジン２に供給される可燃性ガスの流量を徐々に増加させるようにガス流量調節バルブ１６の開度を増加させる。これにより、混合ガスに含まれる可燃性ガスの混合比率が徐々に増加し、逆に混合ガスの単位体積当たりの発熱量が徐々に低下する。
【００４６】
一方、混合ガスの単位体積当たりの発熱量が基準値Ｌ１よりも低くなると、前記発熱量制御部２２がガス化炉１４からガスエンジン２に供給される可燃性ガスの流量を徐々に減少させるようにガス流量調節バルブ１６の開度を減少させる。これにより、混合ガスに含まれる可燃性ガスの混合比率が徐々に減少し、逆に混合ガスの単位体積当たりの発熱量が徐々に増加する。このようにして、前記発熱量を前記基準値Ｌ１の近傍に保つことが達成される。このことは、ガスエンジン２に燃料ガスとして供給される混合ガスにガスエンジン２が稼働する範囲で可能な限り多くの可燃性ガスを含めることにより、ガスエンジン２の正常運転を保証しながら、より多くの可燃性ガスのエネルギーをガスエンジン２で効率よく回収することを可能にする。
【００４７】
本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような態様も包含する。
【００４８】
前記実施形態では、混合ガスの発熱量と単一の基準値Ｌ１との対比に基いて可燃性ガスの混合比率が増減されるが、当該発熱量が予め設定された許容範囲に収まっている場合には前記混合比率を維持するような操作がなされてもよい。すなわち、前記発熱量が前記許容範囲よりも高い場合にのみ前記可燃性ガスの混合比率を増加させる操作が行われ、前記発熱量が前記許容範囲よりも低い場合にのみ前記可燃性ガスの混合比率を減少させる操作が行われてもよい。また、当該発熱量制御にヒステリシスが与えられてもよい。
【００４９】
上記実施形態では、ガス流量調節バルブ１６は、不純物除去装置１５と混合位置１１との間に設けられてもよい。あるいは、混合位置１１に供給されるメタンガスの流量を増減させるべく前記メタン発酵槽１０と前記混合位置１１との間に設けられてもよい。しかしながら、ガス流量調節バルブ１６がガス化炉１４と不純物除去装置１５との間に設置されることは、ガスエンジン２に供給されない可燃性ガス（余剰分の可燃性ガス）が不純物除去装置１５に送られることを阻止して不純物除去装置１５の負荷を低減することを可能にする利点がある。
【００５０】
可燃性ガスに混合される「高発熱量ガス」は、メタン発酵槽１０で生成されたメタンガスに限定されない。当該「高発熱量ガス」は、系外から導入される専用のガス、例えば都市ガス、でもよい。しかしながら、「高発熱量ガス」としてメタン発酵槽１０で生成したメタンガスを使用することは、廃棄物のさらなる有効利用を可能にし、より効率の高いエネルギー回収を可能にする。
【符号の説明】
【００５１】
１          廃棄物処理システム
２          ガスエンジン
３          ガス供給装置
１０        メタン発酵槽
１２        メタン発酵原料
１５        不純物除去装置
１６        流量調節バルブ
１７        計測制御ユニット
２０        濃度計測部
２１        発熱量演算部
２２        発熱量制御部
２５        混合調節装置
２６        発熱量検出装置
【図１】
2018108540.tif 000003
【図２】
2018108540.tif 000004
【図３】
2018108540.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成29年5月12日(2017.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、
供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジンと、
前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給するガス供給装置と、を備え、
前記ガス供給装置は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置と、前記発熱量検出装置により検出された前記発熱量に基づいて、前記ガスエンジンの前記燃料ガスとして使用可能な発熱量をもつ前記混合ガスを生成するように前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置と、を有する、廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記ガス供給装置は、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料をメタン発酵させることにより、前記メタン発酵原料から前記高発熱量ガスとしてのメタンガスを生じさせるメタン発酵槽を有する、請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記混合調節装置は、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合位置に供給される当該可燃性ガスの流量及び当該高発熱量ガスの流量のうちの少なくとも一方の流量を調節する流量調節バルブを有する、請求項１又は２記載の廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記混合調節装置は、前記混合比率を変化させる前記発熱量検出装置により検出された前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量と当該発熱量の基準値とを対比して当該基準値に当該発熱量を近づけるように前記混合比率を変化させる発熱量制御部を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記発熱量制御部は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも高い場合に前記可燃性ガスの混合比率を増加させ、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも低い場合に前記可燃性ガスの混合比率を減少させる、請求項４記載の廃棄物処理システム。
【請求項６】
前記発熱量検出装置は、前記混合ガスに含まれる各成分のうち１つ以上の濃度を計測する濃度計測部と、前記濃度計測部により計測された前記各成分の濃度に基づいて前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を演算する発熱量演算部と、を有する請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項７】
前記ガス供給装置は、前記可燃性ガスが前記高発熱量ガスに混合される前の前記可燃性ガスに含まれるガス以外の不純物を前記可燃性ガスから分離する不純物除去装置を更に有する、請求項１〜６のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項８】
バイオマス及び廃棄物のうち熱分解・ガス化が可能なガス化原料を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生じさせるガス化工程と、
前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料からメタンガスを生じさせるメタン発酵工程と、
前記可燃性ガスと前記メタンガスとを混合してガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成して当該混合ガスを前記ガスエンジンに燃料ガスとして供給する混合供給工程と、を備え、
前記混合供給工程は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量に基づいて前記可燃性ガスと前記メタンガスとの混合比率を調節することを含む、廃棄物処理方法。
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月29日(2017.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
具体的には、本発明に係る廃棄物処理システムは、バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジンであって、当該ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量である必要発熱量が前記ガス化炉により生成される可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量よりも大きいものと、前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの前記必要発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給するガス供給装置と、を備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前記ガス供給装置は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置と、前記発熱量検出装置により検出された前記発熱量に基づいて、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置と、を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
前記混合調節装置は、前記発熱量検出装置により検出された前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量である検出発熱量と前記必要発熱量よりも大きい基準値とを対比して当該基準値に当該検出発熱量を近づけるように前記混合比率を変化させる発熱量制御部を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
本発明に係る廃棄物処理方法は、バイオマス及び廃棄物のうち熱分解・ガス化が可能なガス化原料を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生じさせるガス化工程と、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料からメタンガスを生じさせるメタン発酵工程と、前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成して当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給する混合供給工程と、を備える。前記混合供給工程では、前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量である必要発熱量が前記ガス化工程で生成される可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量よりも高いガスエンジンが用いられる。前記混合供給工程は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出することと、その検出された検出発熱量と前記ガスエンジンの前記必要発熱量よりも大きい基準値とを対比して当該基準値に当該検出発熱量を近づけるように前記可燃性ガスと前記メタンガスとの混合比率を調節することと、を含む。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
この方法によれば、バイオマス及び廃棄物の熱分解・ガス化により生じた可燃性ガスの発熱量がガスエンジンの必要発熱量より低くても、当該可燃性ガスに当該必要発熱量よりも高い発熱量を有する高発熱量ガスを混合して前記ガスエンジンの燃料ガスとして使用可能な発熱量をもつ混合ガスを生成することで、その可燃性ガスが持つエネルギーを前記ガスエンジンで効率良く回収することができる。しかも、前記可燃性ガスと同様に廃棄物処理施設における廃棄物から前記高発熱量ガスであるメタンガスを生成することができるので、効率の高い廃棄物処理及びエネルギー回収が可能となる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、
供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジンであって、当該ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量である必要発熱量が前記ガス化炉により生成される可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量よりも大きいものと、
前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの前記必要発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給するガス供給装置と、を備え、
前記ガス供給装置は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置と、前記発熱量検出装置により検出された前記発熱量に基づいて、前記ガスエンジンの前記燃料ガスとして使用可能な発熱量をもつ前記混合ガスを生成するように前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置と、を有し、当該混合調節装置は、前記発熱量検出装置により検出された前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量である検出発熱量と前記必要発熱量よりも大きい基準値とを対比して当該基準値に当該検出発熱量を近づけるように前記混合比率を変化させる発熱量制御部を有する、廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記ガス供給装置は、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料をメタン発酵させることにより、前記メタン発酵原料から前記高発熱量ガスとしてのメタンガスを生じさせるメタン発酵槽を有する、請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記混合調節装置は、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合位置に供給される当該可燃性ガスの流量及び当該高発熱量ガスの流量のうちの少なくとも一方の流量を調節する流量調節バルブを有する、請求項１又は２記載の廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記発熱量制御部は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも高い場合に前記可燃性ガスの混合比率を増加させ、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも低い場合に前記可燃性ガスの混合比率を減少させる、請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記発熱量検出装置は、前記混合ガスに含まれる各成分のうち１つ以上の濃度を計測する濃度計測部と、前記濃度計測部により計測された前記各成分の濃度に基づいて前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を演算する発熱量演算部と、を有する請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項６】
前記ガス供給装置は、前記可燃性ガスが前記高発熱量ガスに混合される前の前記可燃性ガスに含まれるガス以外の不純物を前記可燃性ガスから分離する不純物除去装置を更に有する、請求項１〜５のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項７】
バイオマス及び廃棄物のうち熱分解・ガス化が可能なガス化原料を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生じさせるガス化工程と、
前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料からメタンガスを生じさせるメタン発酵工程と、
前記可燃性ガスと前記メタンガスとを混合して混合ガスを生成して当該混合ガスを前記ガスエンジンに燃料ガスとして供給する混合供給工程と、を備え、
前記混合供給工程では、前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量である必要発熱量が前記ガス化工程で生成される可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量よりも高いガスエンジンが用いられ、
前記混合供給工程は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出することと、その検出された検出発熱量と前記ガスエンジンの前記必要発熱量よりも大きい基準値とを対比して当該基準値に当該検出発熱量を近づけるように前記可燃性ガスと前記メタンガスとの混合比率を調節することと、を含む、廃棄物処理方法。
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月24日(2018.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記構成において、前記ガス供給装置は、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料をメタン発酵させることにより、前記メタン発酵原料から前記高発熱量ガスとしてのメタンガスを生じさせるメタン発酵槽をさらに備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス及び廃棄物を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生成するガス化炉と、
供給される燃料ガスの持つエネルギーを機械的エネルギーに変換して回収するガスエンジンであって、当該ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量である必要発熱量が前記ガス化炉により生成される可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量よりも大きいものと、
前記可燃性ガスと前記可燃性ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスとを混合して前記ガスエンジンの前記必要発熱量よりも高い発熱量を有する混合ガスを生成し、当該混合ガスを前記ガスエンジンに前記燃料ガスとして供給するガス供給装置と、を備え、
前記ガス供給装置は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出する発熱量検出装置と、前記発熱量検出装置により検出された前記発熱量に基づいて、前記ガスエンジンの前記燃料ガスとして使用可能な発熱量をもつ前記混合ガスを生成するように前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合比率を調節する混合調節装置と、を有し、当該混合調節装置は、前記発熱量検出装置により検出された前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量である検出発熱量と前記必要発熱量よりも大きい基準値とを対比して当該基準値に当該検出発熱量を近づけるように前記混合比率を変化させる発熱量制御部を有し、
前記ガス供給装置は、前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料をメタン発酵させることにより、前記メタン発酵原料から前記高発熱量ガスとしてのメタンガスを生じさせるメタン発酵槽を有する、廃棄物処理システム。
【請求項２】
前記混合調節装置は、前記可燃性ガスと前記高発熱量ガスとの混合位置に供給される当該可燃性ガスの流量及び当該高発熱量ガスの流量のうちの少なくとも一方の流量を調節する流量調節バルブを有する、請求項１記載の廃棄物処理システム。
【請求項３】
前記発熱量制御部は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも高い場合に前記可燃性ガスの混合比率を増加させ、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量が前記基準値よりも低い場合に前記可燃性ガスの混合比率を減少させる、請求項１または２記載の廃棄物処理システム。
【請求項４】
前記発熱量検出装置は、前記混合ガスに含まれる各成分のうち１つ以上の濃度を計測する濃度計測部と、前記濃度計測部により計測された前記各成分の濃度に基づいて前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を演算する発熱量演算部と、を有する請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項５】
前記ガス供給装置は、前記可燃性ガスが前記高発熱量ガスに混合される前の前記可燃性ガスに含まれるガス以外の不純物を前記可燃性ガスから分離する不純物除去装置を更に有する、請求項１〜４のいずれかに記載の廃棄物処理システム。
【請求項６】
バイオマス及び廃棄物のうち熱分解・ガス化が可能なガス化原料を熱分解・ガス化させて可燃性ガスを生じさせるガス化工程と、
前記バイオマス及び前記廃棄物のうちメタン発酵が可能なメタン発酵原料からメタンガスを生じさせるメタン発酵工程と、
前記可燃性ガスと前記メタンガスとを混合して混合ガスを生成して当該混合ガスを前記ガスエンジンに燃料ガスとして供給する混合供給工程と、を備え、
前記混合供給工程では、前記ガスエンジンの稼働に必要な単位体積当たりの発熱量である必要発熱量が前記ガス化工程で生成される可燃性ガスの単位体積当たりの発熱量よりも高いガスエンジンが用いられ、
前記混合供給工程は、前記混合ガスの単位体積当たりの発熱量を検出することと、その検出された検出発熱量と前記ガスエンジンの前記必要発熱量よりも大きい基準値とを対比して当該基準値に当該検出発熱量を近づけるように前記可燃性ガスと前記メタンガスとの混合比率を調節することと、を含む、廃棄物処理方法。