(57)【要約】【課題】焼却灰から効率よく水素を得る水素製造方法及び装置を提供することを課題とする。【解決手段】廃棄物焼却炉から排出される金属アルミニウム含有の焼却灰に水を接触させ、焼却灰中の金属アルミニウムと水との反応により水素を発生させ、発生した水素含有ガスを回収する水素製造装置において、水の溶存酸素濃度を低下させた低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰との混合物を収容する反応槽１Ａを有し、混合物中の金属アルミニウムと水とを接触させて水素を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物焼却炉から排出される金属アルミニウム含有の焼却灰に水を接触させ、焼却灰中の金属アルミニウムと水との反応により水素を発生させ、発生した水素含有ガスを回収する水素製造方法において、
水の溶存酸素濃度を低下させた低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰とを接触させて水素を発生させることを特徴とする水素製造方法。
【請求項２】
水に不活性ガスを吹き込み溶存酸素を脱気した低酸素濃度水にアルカリ剤を添加して低酸素濃度アルカリ水溶液とし、焼却灰と該低酸素濃度アルカリ水溶液とを混合し、低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰中の金属アルミニウムとを接触させて水素を発生させることとする請求項１に記載の水素製造方法。
【請求項３】
水に亜硫酸ナトリウムを供給して水中の溶存酸素を還元して低酸素濃度アルカリ水溶液とし、焼却灰と該低酸素濃度アルカリ水溶液とを混合し、低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰中の金属アルミニウムとを接触させて水素を発生させることとする請求項１に記載の水素製造方法。
【請求項４】
発生した水素含有ガスを膜分離処理して高純度の水素ガスを回収することとする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載の水素製造方法。
【請求項５】
廃棄物焼却炉から排出される金属アルミニウム含有の焼却灰に水を接触させ、焼却灰中の金属アルミニウムと水との反応により水素を発生させ、発生した水素含有ガスを回収する水素製造装置において、
水の溶存酸素濃度を低下させた低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰との混合物を収容する反応槽を有し、混合物中の金属アルミニウムと水とを接触させて水素を発生させることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
水に不活性ガスを吹き込み溶存酸素を脱気して低酸素濃度アルカリ水溶液とする不活性ガス吹込装置を有することとする請求項5に記載の水素製造装置。
【請求項７】
水に亜硫酸ナトリウムを供給して水中の溶存酸素を還元して低酸素濃度アルカリ水溶液とする亜硫酸ナトリウム供給装置を有することとする請求項５に記載の水素製造装置。
【請求項８】
発生した水素含有ガスを膜分離処理して高純度の水素ガスを回収する膜分離処理装置を有することとする請求項５ないし請求項７のうちの一つに記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃棄物の焼却灰を処理して水素を製造する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物を焼却炉で焼却して発生する焼却灰には金属アルミニウムが数％含まれており、その金属アルミニウムはアルカリ溶液中で、次の水和反応により水素ガスを発生することが非特許文献1にて知られている。  
２Ａｌ+６Ｈ２Ｏ→２Ａｌ(ＯＨ)３+３Ｈ２
【０００３】
焼却灰はカルシウムを含有しているので、焼却灰と水との混合液はアルカリ性を示すことから、金属アルミニウムとカルシウムを含む焼却灰が水と接触すると水素ガスが発生する。また、焼却灰と水との混合物にアルカリ剤として消石灰を供給して水溶液のｐＨを１１以上として金属アルミニウムと水との反応を促進させることができる。廃棄物焼却施設から排出される焼却灰を水と反応させ、水素ガスを発生させこれを回収するシステムを実用化すれば水素エネルギーとしての利用が期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】「一般廃棄物焼却灰からの水素ガス発生特性に関する基礎的研究」、第２８回廃棄物資源循環学会研究発表会講演原稿２０１７  C２−２、廃棄物資源循環学会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かくして、廃棄物焼却灰に含まれる金属アルミニウムと水との反応により水素ガスを発生させ、利用するシステムが検討されている。
【０００６】
しかし、反応の進行に伴い金属アルミニウム表面に水和膜や水酸化物が生成され、金属アルミニウムと水との接触が妨げられてしまい、水素の発生が抑制され反応率を向上させることができない問題が生じてしまう。
【０００７】
このような状況下において、本発明は、焼却灰中の金属アルミニウムと水との接触の際、金属アルミニウムの表面に、水和膜や水酸化物が生成されずに、高い反応率で水素ガスを発生させる水素製造方法そして装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
金属アルミニウムと水との反応により水素ガスを発生させる反応に影響を与える要因について検討し、金属アルミニウム表面に水酸化物が生成する反応には水中の溶存酸素濃度が大きく影響を与えていることを見出した。そこで、上述の課題は、本発明により次のように構成される水素製造方法そして水素製造装置により解決される。
【０００９】
＜水素製造方法＞
本発明に係る水素製造方法は、廃棄物焼却炉から排出される金属アルミニウム含有の焼却灰に水を接触させ、焼却灰中の金属アルミニウムと水との反応により水素を発生させ、発生した水素含有ガスを回収する。
【００１０】
このような水製造方法において、本発明では、水の溶存酸素濃度を低下させた低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰とを接触させて水素を発生させることを特徴としている。
【００１１】
かかる構成の本発明方法によると、金属アルミニウムと低酸素濃度アルカリ水溶液とが接触し、その際、水溶液に含有される酸素量が低いので、水和膜や水酸化物の発生が抑制された状態で金属アルミニウムと水との反応が持続し、良好に水素が発生する。
【００１２】
本発明において、水に不活性ガスを吹き込み溶存酸素を脱気した低酸素濃度水にアルカリ剤を添加して低酸素濃度水溶液とし、焼却灰と該低酸素濃度アルカリ水溶液とを混合し、低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰中の金属アルミニウムとを接触させて水素を発生させることができる。
【００１３】
さらには、本発明において、水に亜硫酸ナトリウムを供給して水中の溶存酸素を還元して低酸素濃度アルカリ水溶液とし、焼却灰と該低酸素濃度アルカリ水溶液とを混合し、低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰中の金属アルミニウムとを接触させて水素を発生させることもできる。
【００１４】
本発明において、発生した水素含有ガスを膜分離処理して高純度の水素ガスを回収することが好ましい。
【００１５】
＜水素製造装置＞
本発明に係る水素製造装置は、廃棄物焼却炉から排出される金属アルミニウム含有の焼却灰に水を接触させ、焼却灰中の金属アルミニウムと水との反応により水素を発生させ、発生した水素含有ガスを回収する。
【００１６】
このような水素製造装置において、本発明では、水の溶存酸素濃度を低下させた低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰との混合物を収容する反応槽を有し、混合物中の金属アルミニウムと水とを接触させて水素を発生させることを特徴としている。
【００１７】
かかる構成の本発明装置によると、金属アルミニウムと低酸素濃度アルカリ水溶液とが接触し、その際、水溶液に含有される酸素量が低いので、水和膜や水酸化物の発生が抑制された状態で、金属アルミニウムと水との反応が持続し、良好に水素ガスが発生する。
【００１８】
本発明において、水に不活性ガスを吹き込み溶存酸素を脱気して低酸素濃度アルカリ水溶液とする不活性ガス吹込装置を有することができる。
【００１９】
本発明において、水に亜硫酸ナトリウムを供給して水中の溶存酸素を還元して低酸素濃度アルカリ水溶液とする亜硫酸ナトリウム供給装置を有することもきる。
【００２０】
本発明において、発生した水素含有ガスを膜分離処理して高純度の水素ガスを回収する膜分離処理装置を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上のように、廃棄物焼却炉から排出される金属アルミニウム含有の焼却灰に水を接触させ、焼却灰中の金属アルミニウムと水との反応により水素を発生させ、発生した水素含有ガスを回収する際に、水の溶存酸素濃度を低下させた低酸素濃度アルカリ水溶液と焼却灰とを接触させて水素を発生させて水素含有ガスを回収することとしたので、金属アルミニウムと接触する低酸素濃度アルカリ水溶液に含有される酸素量が低いため、水和膜や水酸化物の発生を抑制し、金属アルミニウムと水との反応が持続し、良好に水素が発生するようになり、水素ガス製造における効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付図面１にもとづき、本発明の一実施形態を説明する。
【００２４】
図１において、本実施形態における水素製造装置は、反応装置１と膜分離装置２とを有し、反応装置１は反応槽１Ａと混合促進部材１Ｂを有している。反応槽１Ａは、廃棄物焼却炉から排出される焼却灰を受けるとともに、低酸素濃度アルカリ水溶液を受ける槽本体として形成され、該反応槽１Ａに、該反応槽１Ａ内の焼却灰と低酸素濃度アルカリ水溶液との混合を促進させる混合促進部材１Ｂとが設けられている。該混合促進部材１Ｂは、図示の例の場合、撹拌機である。上記焼却灰は、通常、金属アルミニウムが含まれている。上記低酸素濃度アルカリ水溶液は、例えば、反応装置１に接続された低酸素アルカリ水溶液生成部(図示せず)で作成され、水に消石灰等のアルカリ剤と亜硫酸ナトリウムを添加し溶存酸素濃度を下げて低酸素濃度アルカリ水溶液として生成され、あるいは、不活性ガス吹込装置(図示せず)で水に窒素等の不活性ガスを吹込んで溶存酸素濃度を下げ、消石灰等のアルカリ剤を添加して脱酸素低酸素濃度アルカリ水溶液として生成される。かくして、低酸素濃度アルカリ水溶液を得て、これが反応槽１Ａへ供給される。
【００２５】
上記反応装置１には、膜分離装置２が接続されている。膜分離装置２は、上記反応装置１で生じた発生ガスとしての水素含有ガスを受け、水素とそれ以外のガスとに分離する装置である。分離膜としては、ゼオライト膜が好ましい。
【００２６】
次に、このような実施形態装置での水素の製造の要領について説明する。
【００２７】
反応装置１の反応槽１Ａへ焼却灰と低酸素濃度アルカリ水溶液が供給され、この焼却灰と低酸素濃度アルカリ水溶液が混合促進部材１Ｂにより混合される。反応槽１Ａ内では、焼却灰中の金属アルミニウムと低酸素濃度アルカリ水溶液とが接触し、金属アルミニウムがアルカリ雰囲気下で水と反応して水素を生成し水素含有ガスを得る。
【００２８】
この反応において、上記アルカリ水溶液は低酸素濃度であるので、溶存酸素濃度が低いため金属アルミニウムの表面に水和膜が形成されたり、あるいは、水酸化物が生成されることがなく、金属アルミニウムは良好にアルカリ水と接触状態を保ち、水素を生成し続け水素ガス含有ガスを持続して得る。
【００２９】
上記水素含有ガスは、次に、膜分離装置２へもたらされる。該膜分離装置２では、上記水素含有ガスが水素と、それ以外のガスに分離される。かくして、高純度の水素が取り出され、水素以外のガスは残分として排出される。
【００３０】
得られた水素ガスは燃料として利用でき、例えば、水素ガスを廃棄物焼却炉へ燃料として供給し、ボイラで発生させる蒸気量を増加させ、蒸気タービン発電機による発電効率を向上させることができる。水素含有ガスから高純度の水素を取り出す必要がないときには、本発明において、上記膜分離装置２は必須ではない。 
【符号の説明】
【００３１】
１  反応装置
１Ａ  反応槽
１Ｂ  混合促進部材(撹拌機)
２  膜分離装置
【図１】
2019202903.tif 000003