(57)【要約】【課題】一酸化炭素や二酸化炭素といった副産物が生成されるのを抑制した反応器及び下水処理システムを提供する。【解決手段】反応器は、炭化水素ガスから水素ガスとカーボンブラックとを生成するための反応器であって、前記反応器の上部に設けられ、前記炭化水素ガスを前記反応器の内部に供給するための供給孔と、前記反応器の上部に設けられた電極と、前記反応器の下部に設けられ、前記電極から前記炭化水素ガス中を電流が流れる放電の放電先となるとともに、この放電により前記炭化水素ガスを化学反応させて、水素ガスとカーボンブラックとを生成するための放電先部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素ガスから水素ガスとカーボンブラックとを生成するための反応器であって、
前記反応器の上部に設けられ、前記炭化水素ガスを前記反応器の内部に供給するための供給孔と、
前記反応器の上部に設けられた電極と、
前記反応器の下部に設けられ、前記電極から前記炭化水素ガス中を電流が流れる放電の放電先となるとともに、この放電により前記炭化水素ガスを化学反応させて、水素ガスとカーボンブラックとを生成するための放電先部と、
を備える反応器。
【請求項２】
前記反応器の下部に設けられ、生成された前記水素ガスと前記カーボンブラックとを排出するための排出孔を、さらに備える請求項１に記載の反応器。
【請求項３】
前記反応器の内部に設けられ、前記供給孔から供給された前記炭化水素ガスの流れを整える整流器を、さらに備える請求項１又は請求項２に記載の反応器。
【請求項４】
前記整流器には、複数のスリットが形成されている、請求項３に記載の反応器。
【請求項５】
前記整流器は、前記反応器の上部から下部に延びる円筒状の側壁を有し、その上部と下部には開口が形成されており、
前記供給孔は前記円筒状の側壁の外側に配置されており、
前記電極は前記円筒状の側壁の内側に配置されている、
請求項４に記載の反応器。  
【請求項６】
複数の前記電極が、前記反応器の上部に円周状に配置されている、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の反応器。
【請求項７】
前記放電先部は、複数の凹凸を有する構造物により構成されている、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の反応器。
【請求項８】
前記反応器の側壁内周に、前記反応器の内周方向に延びる突起状のリブを、さらに備える請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の反応器。
【請求項９】
前記電極と前記放電先部との間で発生する前記放電は、プラズマ放電である、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の反応器。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の反応器と、
前記反応器の前処理として、下水汚泥を消化して生成された消化ガスから前記炭化水素ガスを生成して、前記反応器に供給する、前処理機構と、
を備える下水処理システム。
【請求項１１】
前記反応器で生成された前記水素ガスと前記カーボンブラックを分離して、前記水素ガスと前記カーボンブラックとをそれぞれ取得する、固気分離機構を、さらに備える請求項１０に記載の下水処理システム。
【請求項１２】
前記反応器から排出された前記水素ガスと前記カーボンブラックとから熱を回収して、発電を行う、熱回収利用機構を、さらに備える請求項１０又は請求項１１に記載の下水処理システム。
【請求項１３】
前記前処理機構から排出された後で前記反応器に供給される前の前記炭化水素ガスと、前記反応器で生成された前記水素ガス及び前記カーボンブラックとの間で熱交換を行う、熱交換器をさらに備える請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の下水処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、反応器及び下水処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場で水素ガスを製造する場合、下水汚泥から微生物を用いて消化して生成された消化ガスを、水蒸気改質することにより、水素ガスを製造していた。しかし、水蒸気改質をする際には、一酸化炭素や二酸化炭素などの利用しにくい副産物が生成される問題があった。このため、このような利用しにくい副産物が生成されるのを抑制することのできる技術が必要とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８６７１８２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】B-DASHプロジェクトNo.11「下水バイオガス原料による水素創エネ技術導入ガイドライン（案）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一酸化炭素や二酸化炭素といった副産物が生成されるのを抑制した反応器及び下水処理システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態に係る反応器は、炭化水素ガスから水素ガスとカーボンブラックとを生成するための反応器であって、前記反応器の上部に設けられ、前記炭化水素ガスを前記反応器の内部に供給するための供給孔と、前記反応器の上部に設けられた電極と、前記反応器の下部に設けられ、前記電極から前記炭化水素ガス中を電流が流れる放電の放電先となるとともに、この放電により前記炭化水素ガスを化学反応させて、水素ガスとカーボンブラックとを生成するための放電先部とを備える。
【０００７】
本実施形態に係る下水処理システムは、上記の反応器と、前記反応器の前処理として、下水汚泥を消化して生成された消化ガスから前記炭化水素ガスを生成して、前記反応器に供給する、前処理機構とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る下水処理システム１の全体構成を説明するブロック図。
【図２】図２（ａ）は、反応機構の構成を説明するための側面図、図２（ｂ）は、反応器４２の上面レイアウトを説明する図、図２（ｃ）は、反応器４２の下面レイアウトを説明する図。
【図３】図３（ａ）は、変形例に係る反応器の構成を説明する側面図であり、図３（ｂ）は、変形例に係る反応器の内部に設けられた整流器の側壁を展開した４つの例を示す展開図。
【図４】さらに別の変形例に係る反応器の構成を説明する斜視図。
【図５】ガス分離装置を構成する分離膜の一例を示す図。
【図６】ガス分離装置を構成する分離膜の別の例を示す図。
【図７】ガス分離装置を構成する圧力変動吸着装置（ＰＳＡ）の一例を示す図。
【図８】第２実施形態に係る下水処理システム１の全体構成を説明するブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、実施形態に係る反応器及び下水処理システムを説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行うこととする。
【００１０】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る下水処理システム１の全体構成を説明するブロック図である。この図１に示すように、本実施形態に係る下水処理システム１は、前処理機構２と、反応機構４と、固気分離機構６と、熱回収利用機構８とを備えて構成されている。
【００１１】
前処理機構２は、下水汚泥から発生する消化ガスから、濃縮されたメタンガスを発生させる装置である。本実施形態においては、この前処理機構２は、脱硫塔２０と、シロキサン除去塔２２と、送気ブロア２４と、ガス分離装置２６とを備えて構成されている。
【００１２】
脱硫塔２０には、下水汚泥を消化することにより生成された消化ガスが供給される。そして、脱硫塔２０にて、消化ガスに含まれている硫化水素を除去する。硫化水素が除去された消化ガスは、脱硫塔２０からシロキサン除去塔２２に供給される。
【００１３】
シロキサン除去塔２２では、消化ガスに含まれているシロキサンを除去する。シロキサンが除去された消化ガスは、送気ブロア２４の力により、シロキサン除去塔２２からガス分離装置２６に供給される。
【００１４】
ガス分離装置２６では、消化ガスに含まれる不純物であるオフガスと、メタンガスとを分離して、濃縮されたメタンガスを生成する。このガス分離装置２６は、例えば、分離膜や圧力変動吸着（ＰＳＡ：Pressure Swing Adsorption）装置で構成することができる。オフガスが分離された消化ガス、すなわち、濃縮されたメタンガスは、ガス分離装置２６から反応機構４に供給される。
【００１５】
反応機構４は、供給されたメタンガスから、水素ガスとカーボンブラックを生成する。化学的な反応式としては、ＣＨ４→Ｃ＋２Ｈ２で表すことができる。また、一般的に、前処理機構２から排出されて、反応機構４に供給されたメタンガスの組成は、メタン（ＣＨ４）が６０％程度であり、二酸化炭素（ＣＯ２）が４０％程度である。本実施形態においては、この反応機構４は、熱交換器４０と、反応器４２とを備えて構成されている。
【００１６】
熱交換器４０は、反応器４２から排出された、加熱された水素ガスとカーボンブラックの熱を回収して、反応器４２に供給するメタンガスを加熱する。すなわち、熱交換器４０では、前処理機構２から供給されたメタンガスと、反応器４２から排出された水素ガス及びカーボンブラックとの間で、熱交換を行う。これにより、熱効率の改善を図っている。熱交換器４０で加熱されたメタンガスは、反応器４２に供給される。
【００１７】
反応器４２では、この反応器４２の上部に設けられた電極から放電をして、供給されたメタンガスから、水素ガスとカーボンブラックを生成する。本実施形態では、このときの反応温度を、１５００℃〜２０００℃とする。このため、反応器４２には、複数の温度測定器４４が設けられており、反応器４２内のメタンガスが１５００℃〜２０００℃となるように温度管理が行われる。具体的には、反応器４２内のメタンガスが１５００℃〜２０００℃となるように、熱交換器４０から反応器４２に供給されるメタンガスの温度を制御する。反応器４２で生成されて混合状態にある水素とカーボンブラックは、熱交換器４０と熱回収利用機構８とを経由して、固気分離機構６に供給される。
【００１８】
固気分離機構６は、反応器４２から供給された混合状態にある水素ガスとカーボンブラックとを分離して、水素ガスとカーボンブラックとを別個にそれぞれ取得する。本実施形態においては、固気分離機構６は、サイクロン６０とフィルタ６２とを備えて構成されている。
【００１９】
サイクロン６０は、反応機構４から供給された水素ガスとカーボンブラックを、遠心分離する装置である。このサイクロン６０で遠心分離された水素ガスは、誘引ブロア６４により誘引されて、この下水処理システム１の外部に供給される。
【００２０】
一方、フィルタ６２には、サイクロン６０で遠心分離されたカーボンブラックが供給され、このフィルタ６２で捕捉されたカーボンブラックも、この下水処理システム１の外部に供給される。また、フィルタ６２を通過した残留の水素ガスも、誘引ブロア６４により誘引されて、この下水処理システム１の外部に供給される。
【００２１】
熱回収利用機構８は、反応機構４から排出された混合状態の水素ガスとカーボンブラックから熱を回収して、熱効率を向上させている。このため、熱回収利用機構８は、必須の装置ではないともいえる。本実施形態においては、この熱回収利用機構８は、熱交換器８０と、蒸気タービン８２と、発電機８４と、復水器８６と、冷却塔８８と、復水ポンプ９０と、トランス９２と、コンバータ９４とを備えて構成されている。
【００２２】
熱交換器８０は、反応機構４の反応器４２から供給された混合状態の水素ガスとカーボンブラックの熱を回収して、蒸気を生成する。例えば、この熱交換器８０は、いわゆる排熱回収ボイラにより構成されている。熱交換器８０で生成された蒸気は、蒸気タービン８２に供給される。
【００２３】
蒸気タービン８２は、熱交換器８０から供給された蒸気をエネルギーとして、この蒸気タービン８２に設けられたタービンを回す。すなわち、蒸気タービン８２は、蒸気エネルギーを回転エネルギーに変換する装置である。この蒸気タービン８２のタービンが回転することにより、発電機８４が駆動し、発電がなされて電力が生成される。
【００２４】
蒸気タービン８２でタービンを回転駆動させた後の蒸気も、まだ、相応の熱を有している。このため、本実施形態においては、この余剰熱で温水を生成することも可能である。すなわち、この下水処理システム１が設けられている施設にある他の設備で、熱利用することが可能である。この余剰熱も利用された後の蒸気は、復水器８６に供給される。
【００２５】
復水器８６では、余剰熱が利用された後の蒸気を、水に戻す。このため、復水器８６では、冷却塔８８から供給された冷水と、蒸気との間で熱交換がなされる。復水器８６で生成された水は、復水ポンプ９０の力により、再び、熱交換器８０に供給される。
【００２６】
上述した発電機８４で生成された電力は、トランス９２で昇圧されて、コンバータ９４で交流電流から直流電流に変換されて、反応器４２で放電を行うために用いられる。なお、蒸気タービン８２で生成される電力だけでは、この下水処理システム１の起動時等には、電力不足が生じるおそれもあることから、本実施形態における下水処理システム１の電力系統には、外部からの系統電力も供給されている。
【００２７】
発電機８４で生成された電力や系統電力は、上述した送気ブロア２４と、誘引ブロア６４と、復水ポンプ９０とにも、供給されており、また、この下水処理システム１が設けられた施設の各所に供給されている。このように、反応器４２で加熱された水素ガスとカーボンブラックとの熱エネルギーを、熱回収利用機構８で回収して、電力を生成したり、温水を生成したりして、エネルギーの効率化を図っている。
【００２８】
以上が、本実施形態に係る下水処理システム１の全体構成であるが、次に、反応機構４における反応器４２の構成を詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る反応器４２の構成の一例を説明する図であり、図２（ａ）は、反応機構４の構成を説明するための側面図であり、図２（ｂ）は、反応器４２の上面レイアウトを説明する図であり、図２（ｃ）は、反応器４２の下面レイアウトを説明する図である。
【００２９】
これら図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、反応器４２の上部には、電極１００が設けられている。本実施形態においては、電極１００は複数設けられて、円筒形の反応器４２に合わせて、反応器４２の同心円の円周状に配置されている。この電極１００には、上述したように、発電機８４で発電した電力が、コンバータ９４を介して、供給されている。電極１００は、例えば、カーボングラファイト（炭素）により形成されている。無論、電極１００は、他の金属材料で形成することもできる。
【００３０】
また、反応器４２の上部には、熱交換器４０から、加熱されたメタンガスが供給される。本実施形態においては、反応器４２の上部に複数の供給孔１０２が設けられており、この供給孔１０２からメダンガスが、反応器４２の内部に供給される。つまり、メタンガスが供給される供給孔１０２の近傍に、放電を行う電極１００が配置されていることとなる。
【００３１】
一方、反応器４２の下部には、放電先部１０４が形成されており、電極１００からの放電先となる。本実施形態においては、この放電先部１０４は、複数の凹凸を有する構造物により構成されている。特に本実施形態においては、先端が鋭角の複数の突起物が反応器４２の底部で円周状に同心円をなすように、配置されている。そして、電極１００が陽極となり、放電先部１０４が陰極となり、電極１００から放電先部１０４に向けてメタンガス中を電流が流れて、放電が発生する。本実施形態においては、特に、気体の絶縁破壊、すなわち、メタンガスの絶縁破壊による放電を促して、プラズマを生成する。ここで、プラズマを生成する放電には、火花放電、アーク放電、グロー放電、コロナ放電など、種々の放電が含まれる。
【００３２】
また、反応器４２の下部には、生成された水素ガスとカーボンブラックとが混合状態で排出される排出孔１０６が、設けられている。特に本実施形態においては、排出孔１０６は、反応器４２の底部の中央部分に設けられている。これは、本実施形態に係る反応器４２の底部に設けられた放電先部１０４は、緩やかに中央部分へ向けて凹んだ形状をなしており、生成されたカーボンブラックは、次第に、反応器４２の底部の中央部分に集まるように構成されている。このため、本実施形態においては、反応器４２の底部における中央部分に、排出孔１０６が設けられている。
【００３３】
安定した放電を生成するためには、放電先部１０４の凹凸は、凸部の先端が鋭角であることが望ましい。また、放電先部１０４の凹凸の数や配置間隔は、反応器４２の大きさや形状に合わせて任意に調整可能である。このように、反応器４２の上部に電極１００を設け、下部に放電先部１０４を設けることにより、放電が反応器４２の上部から下部の全体に行き渡るようになり、メタンガスから水素ガスとカーボンブラックとを生成する反応を、より促進させることができる。このため、本実施形態における反応器４２の上部とは、反応器４２におけるおよそ上方を意味しており、頂部を意味するものではない。同様に、反応器４２における下部とは、反応器４２のおよそ下方を意味しており、底部を意味するものではない。
【００３４】
次に、図３に基づいて、反応器４２の別の構成例を説明する。図３（ａ）は、変形例に係る反応器４２の構成を説明する側面図であり、上述した図２（ａ）に対応する図である。図３（ｂ）は、変形例に係る反応器４２の内部に設けられた整流器１１０の側壁を展開した４つの例を示す展開図である。
【００３５】
これら図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本変形例に係る反応器４２には、その内部に、供給されたメタンガスの流れを整える整流器１１０が設けられている。この整流器１１０は円筒形状であり、上部と下部は開口している。つまり、整流器１１０は、反応器４２の上部から下部に延びる円筒状の側壁により形成されている。そして、この整流器１１０の内側に、放電用の電極１００が配置されており、整流器１１０の外側にメタンガスの供給孔１０２が配置されている。
【００３６】
また、この整流器１１０の側壁には、スリット１１２が形成されている。スリット１１２の形状や配置は任意であるが、所定の大きさのスリット１１２が、所定の周期、或いは、所定の規則性で配置されている。このため、反応器４２の上部から供給されたメタンガスは、この整流器１１０によって、流れが整えられて、反応器４２の下部に流れる。また、供給孔１０２から供給されたメタンガスは、スリット１１２から整流器１１０の内部に流れ込み、均一かつ段階的に放電されたプラズマ等と反応する。このように、メタンガスに均一的に反応を起こさせることにより、生成されるカーボンブラックの粒子を細かくかつ均一にすることができる。
【００３７】
図３（ｂ）に示す第１パターンでは、整流器１１０には、正方形のスリット１１２が、斜め上方に延びるライン上に複数並ぶように形成されている。第２パターンでは、長方形のスリット１１２が複数本、水平に延びており、かつ、そのスリット１１２の始点と終点が互いにずれて水平方向にシフトするように配置されている。第３パターンでは、長方形のスリット１１２が複数本、垂直方向に延びており、かつ、そのスリット１１２の始点と終点とが互いにずれて垂直方向にシフトするように配置されている。第４パターンでは、正方形のスリット１１２が、市松模様を形成するように配置されている。
【００３８】
本実施形態においては、例えば、メタンガスが１５００℃〜２０００℃に加熱された状態で、この反応器４２の内部で、化学反応を生じさせる。このような高温の状態で、メタンガスが放電されたプラズマ等と段階的に、均一に反応することを意図しているため、その目的の範囲内において、スリット１１２のパターンは、図３（ｂ）に示したものに限られるものではない。
【００３９】
さらに、本実施形態に係る反応器４２においては、その下部の周囲にリブ１１４が設けられている。リブ１１４は、リング状をなして、反応器４２の側壁内周で、内周方向に延びる突起状に形成されている。このリブ１１４を設ける位置は任意であるが、本実施形態においては、円筒状の整流器１１０の下端と、底部に設置された放電先部１０４との間の高さに、設けられている。
【００４０】
このリブ１１４が存在することにより、メタンガスの流れにより、反応器４２の底部に堆積したカーボンブラックが舞い上がってしまうのを回避することができる。これらの説明から明らかなように、整流器１１０やリブ１１４は、必ずしも反応器４２に必要なものではないが、これら整流器１１０やリブ１１４が設けられていることにより、より効率的に、反応器４２の内部で、メタンガスから水素ガスとカーボンブラックとを生成することができるようになる。
【００４１】
次に、図４に基づいて、反応器４２のさらに別の変形例を説明する。この図４は、さらに別の変形例における反応器４２の構成を説明する斜視図である。図４に示すように、この変形例では、反応器４２は、配管状に形成されている。つまり、下水処理システム１に反応器４２のための反応容器を設けるのではなく、配管の一部として反応器４２を設置する。このため、図４の上部開口からメタンガスが供給され、下部開口から水素ガスとカーボンブラックとが排出される。
【００４２】
反応器４２の内部には、スリット１１２が形成された整流器１１０が設けられている。このスリット１１２の形状や配置は、上述したように種々のものが考えられる。また、整流器１１０の内部には、電極１００が配置されている。このため、メタンガスから水素ガスとカーボンブラックとを生成するための化学反応は、この整流器１１０の内部で発生する。
【００４３】
また、反応器４２は、メタンガスの流れる方向が下向きになるように、斜めに傾けて配置されている。このため、メタンガスから生成されたカーボンブラックは、反応器４２の下部に溜まり、そこから反応器４２の外部に排出される。なお、上述した例と同様に、反応器４２は垂直に設置することも可能である。
【００４４】
上流から流れ込んだメタンガスは、整流器１１０で整流され、段階的にスリット１１２から整流器１１０の内部に流れ込み、プラズマ等の放電により、水素ガスとカーボンブラックとが生成される。このように段階的にメタンガスを反応させることにより、均一で細かい粒子のカーボンブラックを生成することができる。
【００４５】
また、本実施形態においては、放電先部１０４は、整流器１１０の内周側下端部に設けられている。このため、電極１００に所定の電圧を印加することにより、電極１００から放電先部１０４へ、メタンガス中を電流が流れる放電が、発生する。図４の例では、放電先部１０４は、整流器１１０の内周側上下にそれぞれ設けられた一対の突起物により構成されている。この突起物の数は２つに限るものではなく、放電が発生するような条件であれば任意である。
【００４６】
なお、反応器４２にも、突起状のリブ１１４が設けられていてもよい。この図４の例では、リブ１１４は、反応器４２の側壁の内周側上下にそれぞれ設けられた一対の突起物により構成されている。但し、このリブ１１４は、上述した例と同様に、反応器４２の内周側に設けられたリング状の突起物により構成することも可能である。このリブ１１４により、反応器４２に堆積したカーボンブラックが舞い上がるのを防止しつつ、カーボンブラックが反応器４２の下部に溜まって、反応器４２の外部に排出されるのを促進している。
【００４７】
このように反応容器を別途設ける必要をなくして、配管の一部として反応器４２を設置することにより、反応器４２の省スペース化を図ることができ、設置コストや製造コストを低減することができる。なお、配管の一部として反応器４２を構成することから、メタンガスの流速や流量を調整して、反応器４２の内部で、メタンガスの化学反応により水素ガスとカーボンブラックとが生成されるようにする必要がある。
【００４８】
次に、図５乃至図７に基づいて、ガス分離装置２６の具体的な構成例を説明する。まず、図５は、ガス分離装置２６を構成する分離膜１２０の一例を示す図である。この図５に示すように、ガス分離装置２６を分離膜１２０で構成した場合、シロキサンを除去した消化ガスは、送気ブロア２４で圧縮され、中空糸状の高分子膜の一端から供給されて、中空糸状の高分子膜を通過する。この際、メタンガスの分子と、他のオフガスの分子の透過量の違いにより、メタンガスが選択的に分離膜１２０を透過して、中空糸状の高分子膜の他端から排出される。一方、メタンガス以外のオフガスは、分離膜１２０を通過することなく、その周囲から排出される。
【００４９】
図６は、ガス分離装置２６を構成する分離膜１２０の別の例を示す図である。これら図５及び図６から分かるように、中空糸状の高分子膜１２０は、種々の構成が存在するが、いずれの構成でも、メタンガスの透過率が高く、オフガスの透過率が低いという特性に基づいて、消化ガスから純度の高いメタンガスを精製する。
【００５０】
図７は、ガス分離装置２６を圧力変動吸着装置（ＰＳＡ）１３０で構成した場合の例を示す図である。ガス分離装置２６を圧力変動吸着装置１３０で構成する場合、この圧力変動吸着装置１３０の下部に、シロキサンを除去した消化ガスが、送気ブロア２４で圧縮されて供給され、圧力変動吸着装置１３０の上部から、純度の高いメタンガスが排出される。すなわち、分子サイズの違いによる、吸着剤への吸着速度の差を利用して、メタンガスを選択的に抽出する。
【００５１】
なお、これら図５乃至図７は、ガス分離装置２６において、消化ガスから純度の高いメタンガスを抽出するための構成の一例に過ぎず、種々の手法で、メタンガスを精製することが可能である。
【００５２】
以上のように、本実施形態に係る反応器４２によれば、電極１００から放電先部１０４への放電により、前処理機構２から供給されたメタンガスを化学反応させて、水素ガスとカーボンブラックとを生成することとした。このため、従来のように、一酸化炭素や二酸化炭素などの利用しにくい副産物を生成することなく、水素ガスを生成することができる。また、そのような反応器４２を用いて、下水処理システム１を構成したので、下水汚泥を消化して生成される消化ガスから、利用価値のない副産物を生成することなく、水素ガスを取得することができる。
【００５３】
〔第２実施形態〕
第２実施形態は、上述した第１実施形態に係る下水処理システム１において、固気分離機構６で生成された水素ガスを濃縮して純度を上げるためのガス分離装置を、固気分離機構６の後段に設けて、水素燃料自動車などの他の用途に直接利用することができるようにしたものである。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。
【００５４】
図８は、第２実施形態に係る下水処理システム１の全体構成を説明するブロック図であり、上述した第１実施形態の図１に対応する図である。この図８に示すように、本実施形態に係る下水処理システム１においては、誘引ブロア６４により誘引された水素ガスが供給されるガス分離装置１４０が追加的に設けられている。
【００５５】
このガス分離装置１４０は、供給された水素ガスを濃縮して、水素の純度を上げる役割を有している。このガス分離装置１４０の構成は、上述した第１実施形態におけるガス分離装置２６と同様に、種々のものが考えられる。このガス分離装置１４０の構成は、上述したガス分離装置２６と同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００５６】
このガス分離装置１４０を通過して、純度の上がった水素ガスは、そのまま、水素燃料自動車などの他の用途に利用することができる。また、その一部を、反応器４２にフィードバックして供給して、水素プラズマ等を反応器４２の内部に生成するために利用することも可能になる。
【００５７】
以上のように、本実施形態に係る反応器４２及びそのような反応器４２を用いた下水処理システム１によっても、従来のように、一酸化炭素や二酸化炭素などの利用しにくい副産物を生成することなく、水素を生成することができる。また、生成された水素ガスの純度を高めたので、そのまま水素燃料自動車などの他の用途に利用することができる。
【００５８】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【００５９】
例えば、上述した各実施形態では、下水処理システム１や反応器４２で処理するガスが、メタンガスである場合を例に、本発明を説明したが、下水処理システム１や反応器４２で処理するガスは、メタンガスに限られるものではなく、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等の炭化水素ガスを下水処理システム１や反応器４２で処理するようにすることもできる。
【００６０】
また、水素ガスの生成を目的とせずに、カーボンブラックの生成のみを目的とする場合には、上述した下水処理システム１におけるガス分離装置２６を省略することが可能である。すなわち、シロキサン除去塔２２でシロキサンを除去した消化ガスを反応器４２に供給し、プラズマ放電等により化学反応させることにより、消化ガスからカーボンブラックを生成することができる。
【００６１】
さらに、上述した反応器４２は、下水処理システム１以外の用途にも使用することが可能である。例えば、天然ガスは９０％程度のメタン（ＣＨ４）を含んでいるが、このような天然ガスを反応器４２に供給して、水素ガスとカーボンブラックとを生成することもできる。
【符号の説明】
【００６２】
１：下水処理システム、２：前処理機構、４：反応機構、６：固気分離機構、８：熱回収利用機構、２０：脱硫塔、２２：シロキサン除去塔、２４：送気ブロア、２６：ガス分離装置、４０：熱交換器、４２：反応器、６０：サイクロン、６２：フィルタ、８０：熱交換器、８２：蒸気タービン、８４：発電機、８６：復水器、８８：冷却塔、９０：復水ポンプ、９２：トランス、９４：コンバータ
【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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