(57)【要約】【課題】  安価に且つ効率の良い方法で有機物を熱分解して、そこから発生する熱分解ガスをエネルギー化する方法及び装置を提供する。【解決手段】  熱分解室１１と、熱分解室１１に接続された窒素加熱手段としての窒素加熱ユニット１２と、窒素加熱ユニット１２に対して並列に上記熱分解室１１に接続された窒素冷却ユニット１３と、熱分解室１１に接続された熱分解ガス冷却ユニット１４と、熱分解ガス冷却ユニットに接続された窒素発生ユニット１５と、熱分解ガス冷却ユニットに接続された抽出成分収納タンク１６と、窒素発生ユニットに接続された分離ガス収納タンク１７と、窒素発生ユニット１５、窒素加熱ユニット１２、及び窒素冷却ユニット１３の間に接続された窒素供給配管ユニット１８と、抽出成分収納タンクと分離ガス収納タンクに接続された混合燃料生成ユニット１９とを備えて成る熱分解装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密室を有し、気密室内部に有機物からなる原材料が投入されこの原材料を熱分解する熱分解手段と、
前記熱分解手段に接続され、窒素を加熱するとともに加熱された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素加熱手段と、
前記窒素加熱手段とは並列に前記熱分解手段に接続され、窒素を冷却するとともに冷却された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素冷却手段と、
前記熱分解手段に接続され、前記熱分解手段から前記窒素及び熱分解により発生した熱分解ガスを受け取って冷却する冷却手段と、
前記冷却手段に接続され、この冷却手段により冷却、抽出された成分以外の希ガスから窒素を分離、精製する窒素発生手段と、
前記冷却手段に接続され、この冷却手段により冷却、抽出された成分を貯蔵する抽出成分収納手段と、
前記窒素発生手段に接続され、この窒素発生手段により分離、精製された窒素以外のガスを貯蔵する分離ガス収納手段と、
前記窒素発生手段と、前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段との間に接続され前記窒素発生手段により分離、精製された窒素を前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段へ送給する窒素供給配管手段と、
から成る有機物熱分解装置。
【請求項２】
熱分解手段の気密室は、周囲を断熱材で覆われる一方、内面はステンレス板を貼設して成ることを特徴とする請求項１に記載の有機物熱分解装置。
【請求項３】
窒素は窒素加熱手段において０℃〜９００℃の範囲で加熱される一方、
窒素冷却手段においてマイナス２００℃〜０℃の範囲で加熱されること
を特徴とする請求項１記載の有機物熱分解装置。
【請求項４】
有機物材料が投入され密閉された熱分解室に加熱窒素ガスを注入する工程と、
前記熱分解室内で、加熱窒素ガスの注入をコントロールすることにより、有機物材料の加熱温度を１００℃〜９００℃の範囲でコントロールして有機物材料を熱分解する工程と、
前記熱分解の後、加熱窒素ガスの供給を停止する一方、窒素冷却ユニットより熱分解室へ冷却窒素ガスを注入して、熱分解室の内部をそれまでの最高加熱温度からマイナス２００℃の範囲の所定温度まで冷却する工程と、
前記冷却の後、熱分解室の内部の温度を常温にする工程と、
前記熱分解においてガスとして発生した有機物材料の成分を熱分解ガス冷却ユニットにおいて炭化水素液として抽出する工程と、
前記炭化水素液抽出工程において液体にならない希ガス類から窒素ガスを取り除き、可燃ガスを抽出する工程と、
を含む熱分解ガスのエネルギー化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、有機物熱分解装置及び分解ガスのエネルギー化方法、特に加熱窒素、冷却窒素を使用して有機物を熱分解する装置、及びその有機物熱分解装置により分解されたガスをエネルギー化する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  これまでの有機物の熱分解方法としては、火力、電力、高温水蒸気を使用した炭化による方法や発酵による方法が知られていた。そのような有機物の熱分解方法としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。この従来発明は、汚泥と、その他の少なくとも１種類の有機性廃棄物とを混合し、この混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する水熱処理を行い、この水熱処理された混合汚泥を嫌気環境で生物処理することにより熱分解処理を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９００４１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、熱分解処理を行う場合、及び熱分解処理を行って発生する熱分解ガスを処理するには、火力、電力などのエネルギーが大量に必要であり、コストが発生するのに加えて、大掛かりな設備が必要になる等のさらに多大なコストがかかり、熱分解にかかる経費は高価なものとなっている。また、多様な有機物の熱分解は、発生する熱分解ガスも多様であり、これに対する中和や熱分解装置エネルギーも多様なものとなり、画一的な方法では対処できず、熱分解装置そのものの価格が高価になるという課題があった。また一方では、資源不足である日本において、安価で有機物をエネルギーに変換できる方法や装置に対する要求は大きい。【０００５】  本発明は上記のような従来の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、安価に且つ効率の良い方法で有機物を熱分解して、そこから発生する熱分解ガスをエネルギー化する方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】    本発明は、前記課題を解決するために、気密室を有し、気密室内部に有機物からなる原材料が投入されこの原材料を熱分解する熱分解手段と、前記熱分解手段に接続され、窒素を加熱するとともに加熱された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素加熱手段と、前記窒素加熱手段とは並列に前記熱分解手段に接続され、窒素を冷却するとともに冷却された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素冷却手段と、前記熱分解手段に接続され、前記熱分解手段から前記窒素及び熱分解により発生した熱分解ガスを受け取って冷却する熱分解ガス冷却手段と、前記熱分解ガス冷却手段に接続され、この熱分解ガス冷却手段により冷却、抽出された成分以外の希ガスから窒素を分離、精製する窒素発生手段と、前記熱分解ガス冷却手段に接続され、この熱分解ガス冷却手段により冷却、抽出された成分を貯蔵する抽出成分収納手段と、前記窒素発生手段に接続され、この窒素発生手段により分離、精製された窒素以外のガスを貯蔵する分離ガス収納手段と、前記窒素発生手段と、前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段との間に接続され前記窒素発生手段により分離、精製された窒素を前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段へ送給する窒素供給配管手段と、から成る有機物熱分解装置を要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】  上述の構成を有しているため、本発明の熱分解装置は従来のものに比べて、熱分解手段の内部ヒーターを使用して室内温度を調整していたコストが外部の窒素を熱するだけのコストで済み、安価である。また、熱分解手段の外部から加熱窒素を供給することにより加熱窒素が、有機物材料に直接浸透するため、熱分解が早まり、分解時間の短縮になり、エネルギーコストが減少する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】  本発明の一実施の形態に係る熱分解装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】  次に、本発明の一実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る熱分解装置の構成を示す図である。この熱分解装置は、有機物からなる原材料（以下、「有機物材料」という）を熱分解する熱分解手段としての熱分解室１１と、熱分解室１１に接続された窒素加熱手段としての窒素加熱ユニット１２と、窒素加熱ユニット１２に対して並列に上記熱分解室１１に接続された窒素冷却ユニット１３と、熱分解室１１に接続された熱分解ガス冷却ユニット１４と、熱分解ガス冷却ユニットに接続された窒素発生ユニット１５と、熱分解ガス冷却ユニットに接続された抽出成分収納タンク１６と、窒素発生ユニットに接続された分離ガス収納タンク１７と、窒素発生ユニット１５、窒素加熱ユニット１２、及び窒素冷却ユニット１３の間に接続された窒素供給配管ユニット１８と、抽出成分収納タンクと分離ガス収納タンクに接続された混合燃料生成ユニット１９とを備えて成る。
【００１０】  熱分解室１１は、密閉されたときは、気密構造になるよう作られており外部からの空気の侵入は不可能になっている。この熱分解室１１には有機物材料１０が投入される。また、熱分解室１１は周囲の壁（筐体）に断熱材２１が取り付けられ、さらに断熱材２１の内側にはステンレス板２２が密閉状態に貼り付けられて、断熱材２１に、熱分解ガスが浸み込まないようにされている。断熱材２１の外側にもステンレス板２３が密閉状態に貼り付けられている。また熱分解室１１には、室内を加熱するためのヒーターなどは取り付けられておらず、上述のように完全なる気密性と断熱性を確保している。
【００１１】  窒素加熱ユニット１２はヒーターと送風機とから成り、ヒーターにより窒素ガスを加熱するとともに加熱された窒素ガスを送風機により熱分解室１１へ送給する。そして、ヒーターの発熱量及び送風機の送風量をコントロールすることにより熱分解室１１の温度調節及び温度調節速度を調整できるようになっている。窒素加熱ユニット１２と熱分解室１１との間の管路には、加熱された窒素ガスが逆流することなく円滑に窒素加熱ユニット１２から熱分解室１１へ供給されるよう、加熱窒素注入開閉弁が設けられている。本実施の形態において、窒素加熱ユニット１２は窒素を０℃〜９００℃に熱してコントロールし、熱分解室１１内の温度を調整するように設定されている。
【００１２】  窒素冷却ユニット１３は、冷却器と送風機とから成り、冷却器により窒素ガスを冷却するとともに冷却された窒素ガスを送風機により熱分解室１１へ送給する。そして、冷却器により冷却された窒素ガスの熱量及び送風機の送風量をコントロールすることにより熱分解室１１の温度調節及び温度調節速度を調整できるようになっている。窒素冷却ユニット１３と熱分解室１１との間の管路には、冷却された窒素ガスが逆流することなく円滑に窒素冷却ユニット１３から熱分解室１１へ供給されるよう、冷却窒素注入開閉弁が設けられている。本実施の形態において、窒素冷却ユニット１３は窒素をマイナス２００℃〜０℃に冷却してコントロールし、熱分解室１１内の温度を調整するように設定されている。窒素加熱ユニット１２と窒素冷却ユニット１３は、いずれか一方が単独、又は両方を組み合わせて作動せしめられ、結果として熱分解室１１内の温度をマイナス２００℃〜９００℃の範囲で熱分解室１１の外部から調整するように設定されている。
【００１３】  熱分解ガス冷却ユニット１４は、熱分解室１１から高温の窒素ガス及び熱分解により発生した熱分解ガスを受け取って冷却する。冷却機構としては、水冷、空冷、化学的方法などの種々の方法がある。熱分解ガスの一部成分は冷却されることにより液化し、熱分解ガスの残りの成分及び窒素ガスはガス状態を維持し、希ガスとして熱分解ガス冷却ユニット１４から排出される。液化した成分の一例としては炭化水素液、木酢、タール等があり、これらの液化成分は抽出される。
窒素発生ユニット１５は、熱分解ガス冷却ユニット１４により冷却され且つ抽出された成分以外の希ガスから窒素を分離、精製する。抽出成分収納タンク１６は、熱分解ガス冷却ユニット１４により冷却、抽出された成分を貯蔵するタンクである。分離ガス収納タンク１７は、上述のようにして窒素発生ユニット１５により分離、精製された窒素以外の分離ガスを貯蔵するタンクである。分離ガスにはメタンガスなどの可燃性ガスが含まれる。
【００１４】  窒素供給配管ユニット１８は、上記窒素発生ユニット１５により分離、精製された窒素を窒素加熱ユニット１２及び窒素冷却ユニット１３へ送給する配管である。この窒素供給配管ユニット１８は、窒素発生ユニット１５に接続している入口側は１つの配管から成る一方、出口側部分においては分岐構造となって窒素加熱ユニット１２及び窒素冷却ユニット１３のそれぞれに接続している。なお、上記窒素供給配管ユニット１８は、窒素発生ユニット１５から窒素加熱ユニット１２及び窒素冷却ユニット１３のそれぞれへ独立して窒素を供給するよう２つの独立した配管から構成されていてもよい。混合燃料生成ユニット１９は、抽出成分収納タンク１６と分離ガス収納タンク１７からそれぞれ抽出成分及び分離ガス（メタンなど）を受け取って混合燃料を生成する。この混合燃料は業務用或いは一般家庭用の燃料として使用可能である。
【００１５】  以上のような構成を有する熱分解装置について、以下動作を説明する。熱分解室１１には有機物材料１０が投入され、外部から空気の自由な出入りができないよう密閉される。この実施の形態では熱分解室１１にはヒーターなどの加熱手段が設けられていないため、熱分解室１１内部を加熱するには窒素加熱ユニット１２で加熱された窒素ガスが用いられる。すなわち、加熱窒素注入開閉弁を開放することにより不活性ガスとしての加熱窒素ガスが注入される。第１段階として有機物材料１０は水分を含むものであるから、１００℃〜１５０℃に温度を保ち（１５０℃が好ましい）、長時間（１０時間或いはそれ以上）水分を充分に気化させる。したがって、最初の段階では熱分解室１１からは主として空気（酸素）及び気化した水分が熱分解ガス冷却ユニット１４へ向けて排出される。これと同時に同量の加熱窒素ガスを窒素加熱ユニット１２より注入し、常に熱分解室１１内を有機物材料１０が酸化しない状態、すなわち、気密な窒素雰囲気にしておく。
【００１６】  更に加熱窒素ガスを窒素加熱ユニット１２より熱分解室１１へ注入し、完全乾燥状態になった有機物材料１０を加熱し、また、加熱窒素ガスの注入をコントロールすることにより、有機物材料１０の加熱温度を１００℃〜９００℃の範囲でコントロールして有機物材料１０に含まれる成分の熱分解を行う。この場合、加熱温度の値によっては窒素冷却ユニット１３からの冷却窒素ガスを並行して導入してもよい。この熱分解動作に際しては、加熱窒素が有機物材料１０に直接浸透するため、熱分解が早まり、分解時間の短縮になり、エネルギーコストが減少する。この熱分解においてガスとして発生した有機物材料１０成分はすべて熱分解室１１から熱分解ガス冷却ユニット１４へ送られ、熱分解室１１へはその都度窒素ガスが注入され不活性雰囲気を保つことが必要である。すると有機物材料１０中の炭素と結合している成分が炭素を残して遊離し、１００℃〜９００℃で気化しない改良された炭素が残存する。この改良された炭素を組成する炭素は、強い活性を有する。
【００１７】  その後加熱窒素ガスの供給を停止する一方、窒素冷却ユニット１３より熱分解室１１へ冷却窒素ガスを注入して、熱分解室１１の内部をそれまでの最高加熱温度（例えば５００℃）からマイナス２００℃程度までの範囲の所定の温度に冷却する。次に熱分解室１１の室内温度を常温（２０℃程度）に」戻した後、室内に残った炭素を取り出す。熱分解の際、発生した熱分解ガスは熱分解ガス冷却ユニット１４へ送られ冷却される。熱分解ガスは上記冷却過程で液化され、炭化水素液として取り出されて抽出成分収納タンク１６に収納される。冷却しても液体にならない希ガス類は窒素量が多いため、これを窒素発生ユニット１５へ送られ、窒素ガスを取り除くことにより、高カロリーの可燃ガス（プロパン、メタン）が取り出され、これを分離ガス収納タンク１７に回収する。また、窒素ガスは、窒素供給配管ユニット１８を経由して窒素加熱ユニット１２又は窒素冷却ユニット１３へ循環送給され、加熱、冷却用として再利用される。炭化水素液と可燃性ガスは、混合燃料生成ユニット１９へ送られ、エネルギーとして活用される。さらに、熱分解室１１内に残った炭素は燃料、乾燥材、消臭材、その他の用途に利用することができる。
【００１８】  以上の方法により、有機物の廃棄物（食品、木、竹、廃材等）が、廃棄物としてではなく、エネルギー源として再資源となるものである。
【産業上の利用可能性】
【００１９】  熱分解室にヒーターを備えず、外部で加熱された窒素ガスを熱分解室内に導入し直接有機物材料へ吹きかけて加熱しまた、外部で冷却された窒素ガスを熱分解室内に導入し直接有機物材料へ吹きかけて冷却することにより、加熱窒素が、有機物に直接浸透するため、熱分解が早まり、分解時間の短縮になり、エネルギーコストが減少するという点で有用である。
【符号の説明】
【００２０】１１  熱分解室
１２  窒素加熱ユニット
１３  窒素冷却ユニット
１４  熱分解ガス冷却ユニット
１５  窒素発生ユニット
１６  抽出成分収納タンク
１７  分離ガス収納タンク
１８  窒素供給配管ユニット
１９  混合燃料生成ユニット
２０  有機物材料
２１  断熱材
２２，２３  ステンレス板
【図１】
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