(57)【要約】【課題】被分解物を、少ない外部エネルギーで、効率良く分解できる分解装置を提供する。【解決手段】被分解物２２を供給する供給手段２１と、供給手段２１から供給される被分解物２２を捕捉する捕捉手段２３と、供給手段２１と捕捉手段２３との間に備えられ酸素または空気を導入する導入手段２４とで構成され、捕捉手段２３で捕捉された被分解物２２の一部を、導入手段２４より導入される酸素または空気により酸化させるものであり、供給手段２１から供給され捕捉手段２３で捕捉された被分解物２２と、導入手段２４より導入された酸素または空気とを反応させ、被分解物２２の一部を酸化させて発熱させ、これで得られる熱を酸化せずに残っている被分解物２２に与えることにより、被分解物２２を分解する。【選択図】  図２
2004256672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被分解物を捕捉する第１のステップと、前記第１のステップで捕捉した前記被分解物の一部を化学反応により発熱させる第２のステップと、前記第２のステップで発生する熱を前記被分解物に与えて前記被分解物を分解する第３のステップとからなる分解方法。
【請求項２】
被分解物は、炭化水素を主成分とする被分解物であることを特徴とする請求項１記載の分解方法。
【請求項３】
第２のステップでは、被分解物と酸素が自然に反応する温度帯で酸化反応させることを特徴とする請求項１または２記載の分解方法。
【請求項４】
被分解物を供給する供給手段と、前記供給手段から供給される前記被分解物を捕捉する捕捉手段と、前記供給手段と前記捕捉手段との間に備えられ酸素または空気を導入する導入手段とで構成され、前記捕捉手段で捕捉された前記被分解物の一部を、前記導入手段より導入される酸素または空気により酸化させることを特徴とする分解装置。
【請求項５】
供給手段は、炭化水素を主成分とする被分解物を供給することを特徴とする請求項４記載の分解装置。
【請求項６】
捕捉手段に捕捉された被分解物と、導入手段より導入される酸素または空気が、前記被分解物が自然に酸化する温度帯で酸化反応するように構成されていることを特徴とする請求項４または５記載の分解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被分解物の分解方法または分解装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭や事業所から排出される都市ごみを無酸素または低酸素雰囲気で加熱、分解して処理する方法が提案されている。
【０００３】
この種の処理方法は、熱分解の際に発生する熱分解ガスを燃焼し、その排気ガスを排熱ボイラに導いて蒸気を発生させ、その蒸気により発電して熱エネルギーを回収している。
【０００４】
しかしながら、都市ごみには塩化ビニールや生ごみが含まれるため、熱分解過程で塩素分が熱分解ガスに混入して発生する。その結果、廃熱ボイラや熱交換器などの伝熱面が腐食されるという課題があった。
【０００５】
このような理由から、廃熱ボイラや熱交換器の腐食を防止するために、これらに熱分解ガスが導入される前に、塩素分を除去することが望ましい。
【０００６】
このような塩素分除去に関する従来の技術としては、熱分解ガスに水または水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ水溶液を噴霧する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
以下、図面を参照しながら上記従来の都市ごみの処理方法および装置について説明する。
【０００８】
図３は従来の都市ごみの処理装置の系統図である。
【０００９】
図３に示すように、第１分解炉１は、熱分解ドラムを用いており、都市ごみを加熱して熱分解を行う。
【００１０】
第２分解炉２は、第１分解炉１から生じる熱分解ガスをそれ以上の温度で加熱して、タール分をガス化する。
【００１１】
熱交換器３は第２分解炉２から排出される熱分解ガスと、常温空気を熱交換して、冷却された熱分解ガスをスクラバー式の湿式洗浄塔４に導入する。
【００１２】
ガス燃焼炉５と高温溶融炉６は、燃焼器の役割を果たすものであり、ガス燃焼炉５では湿式洗浄塔４で浄化された熱分解ガスを燃焼し、高温溶融炉６では第１分解炉１で発生する熱分解残渣のうちチャーを燃焼する。
【００１３】
フィーダー７は第１分解炉１にごみを供給する。ファン（またはブロワ）８〜１２は、外部からの空気などを導入、循環するために設けられている。
【００１４】
以上のように構成された都市ごみの処理装置について、以下その動作について説明する。
【００１５】
まず、一般家庭や事業所から排出される都市ごみをフィーダー７から第１分解炉１に投入する。第１分解炉１内の温度は、一般に４５０℃程度である。この熱分解により生じた熱分解ガスは、第２分解炉２に送られる。このため、熱分解残渣であるガレキ、アルミ、鉄などとチャーとに分別される。
【００１６】
第２分解炉２においては、熱分解ガスを第１分解炉１より高い温度で加熱し、タール分を分解してガス化する。タールを分解した後の熱分解ガスは、熱交換器３に送られ、常温空気と熱交換して冷却され後、湿式洗浄塔４に導入される。湿式洗浄塔４内では、熱分解ガスに水または水酸化ナトリウム水溶液などのアルカリ溶液を噴霧して、熱分解ガス中に含まれる塩素分を除去する。
【００１７】
脱塩後の熱分解ガスはガス燃焼炉５で、熱交換器３で加熱された空気と混合されて燃焼される。ガス燃焼炉５では、燃焼排ガスと空気が熱交換され、この空気は第１分解炉１、第２分解炉２とガス燃焼炉５との間で循環されて、第１分解炉１、第２分解炉２の熱源となる。
【００１８】
高温溶解炉６では、熱分解残渣から分別されたチャーやガス燃焼炉５で空気との熱交換により冷却された燃焼排ガスのほか、常温空気が導入され、所定の過剰酸素条件下で高温燃焼する。温度は１２００℃以上、好ましくは灰分の溶融温度より１００〜１５０℃程度高い１３００℃程度とする。この燃焼で生じる溶融灰は、例えば炉底から冷却水槽に落として急冷し、スラグとして回収する。
【００１９】
【特許文献１】
特開平７−３２４７１６号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の構成は、都市ごみの熱分解生成物を燃焼して生ずる燃焼排ガスの熱エネルギーを熱交換により回収するにあたり、熱分解ガス中のタール分をガス化し、さらに燃焼排ガス中の塩化水素を除去することができるので、熱交換器などの腐食の防止することができる。
【００２１】
しかしながら、熱分解ガス中のタールを分解するために、第２分解炉２を高温化している。その熱源としては、ガス燃焼炉５の廃熱を利用するべく空気を熱媒体として循環させている。
【００２２】
このため、例えば第２分解炉２を７００℃程度の高温を維持するためには、空気の温度をそれ以上にする必要があり、循環回路からの熱ロスが大きく、装置全体の熱効率が悪化するという課題があった。
【００２３】
本発明は従来の課題を解決するもので、タール等の被分解物を少ないエネルギーで効率よく簡単な構成で分解できる分解方法と分解装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の分解方法の発明は、被分解物を捕捉する第１のステップと、第１のステップで捕捉した被分解物の一部を化学反応により発熱させる第２のステップと、第２のステップで発生する熱を被分解物に与えて被分解物を分解する第３のステップからなる。
【００２５】
上記構成の分解方法において、被分解物の一部を化学反応により発熱させ、その熱を利用して残りの被分解物を分解するので、分解に必要な外部エネルギー削減できるという作用を有する。
【００２６】
本発明の請求項２に記載の分解方法の発明は、請求項１に記載の発明における被分解物を、主成分が炭化水素の被分解物としたものであり、水素など燃料ガスに富んだ分解ガスを回収することができるという作用を有する。
【００２７】
請求項３に記載の分解方法の発明は、請求項１または２に記載の発明における第２のステップでは、被分解物と酸素が自然に反応する温度帯で酸化反応させるものであり、被分解物の一部を酸化反応で自然発火、つまり発熱反応させ、この得られる熱を反応に使用しなかった被分解物に与える。その結果、被分解物が分解される。つまり、ほとんど外部エネルギーを与えることなく、簡単な方法で被分解物を分解できるという作用を有する。
【００２８】
本発明の請求項４に記載の分解装置の発明は、被分解物を供給する供給手段と、供給手段から供給される被分解物を捕捉する捕捉手段と、供給手段と捕捉手段との間に備えられ酸素または空気を導入する導入手段とで構成され、捕捉手段で捕捉された被分解物の一部を、導入手段より導入される酸素または空気により酸化させるものであり、供給手段から供給され捕捉手段で捕捉された被分解物と、導入手段より導入された酸素または空気とを反応させる。このとき、被分解物の一部が酸化して発熱する。この得られる熱を酸化せずに残っている被分解物に与えることにより、被分解物を分解させることができる。このように簡単な構成で、少ない外部エネルギーで被分解物を効率よく分解できるという作用を有する。
【００２９】
本発明の請求項５に記載の分解装置の発明は、請求項４に記載の発明における供給手段が、炭化水素を主成分とする被分解物を供給するものであり、簡単な構成で、被分解物の分解により、水素に富んだ燃料ガスを効率よく発生させることができるという作用を有する。
【００３０】
本発明の請求項６に記載の分解装置の発明は、請求項４または５に記載の発明において、捕捉手段に捕捉された被分解物と、導入手段より導入される酸素または空気が、被分解物が自然に酸化する温度帯で酸化反応するように構成されているものであり、簡単な構成で発熱させることができるという作用を有する。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による分解方法および分解装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による分解方法の説明図である。
【００３３】
図１に示すように、被分解物の分解は３つのステップで構成される。
【００３４】
まず、第１のステップでは、被分解物を捕捉する。ここで、被分解物の主成分として炭化水素を挙げているが、タール類、アルコール類や有機性化合物全般を対象としている。
【００３５】
捕捉材としては、多孔質材料の活性アルミナや活性炭が有効である。このような多孔質材料は、通常数１０〜数１０００ｍ２／ｇ程度の比表面積をもっており、気体分子を捕捉するのに効果がある。さらに、捕捉対象物の極性、化学物性、物理物性などを考慮して、表面極性、ＰＨ、形状などを調整するとさらに効果は向上する。
【００３６】
また、被分解物の分解を促進する目的で、捕捉材にニッケル、鉄、銅、白金、パラジウム、ラジウムなどの触媒機能を有する物質を担持させておくことは有効である。
【００３７】
このようにして、第１のステップで、被分解物を捕捉した後、第２のステップでは、捕捉材近傍に酸素（空気）を送り込み、被分解物の一部を酸化（燃焼）させる。
【００３８】
被分解物の温度が発火点以上にある場合は、着火器を備える必要がなく、被分解物が自然に燃焼し、発熱する。一方、温度が引火点から発火点の間にあるときは、プラグ等の着火器を備えておく必要がある。なお、構成が簡単になることから、前者が望ましい。
【００３９】
ここで、被分解物の沸点、引火点、着火点の例を（表１）に示す。
【００４０】
【表１】
2004256672.tif 000003
【００４１】
（表１）から、捕捉材の温度は、５００℃〜８００℃程度にすることが望ましい。
【００４２】
次に、第２のステップで発生した熱を利用して、残りの被分解物を分解する。被分解物は、水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素などに分解され排出される。水素、メタン等は燃料ガスとして広く用いられている。とくに水素は近年の燃料電池用の燃料として利用され、非常に価値がある。
【００４３】
以上のように、本実施の形態の分解方法は、被分解物を捕捉する第１のステップと、第１のステップで捕捉した被分解物の一部を化学反応により発熱させる第２のステップと、第２のステップで発生する熱を被分解物に与えて分解する第３のステップとからなり、まず、被分解物を捕捉し、続いて捕捉された被分解物の一部を利用して、酸化反応等の発熱反応を起こし、これで得られる熱を残りの被分解物に与えて被分解物を分解する。
【００４４】
このことにより、少ない外部エネルギーで被分解物を効率よく分解できる。
【００４５】
また、被分解物の主成分が炭化水素であるので、水素など燃料ガスに富んだ分解ガスを回収することができる。
【００４６】
また、本実施の形態の分解方法の第２のステップでは、被分解物と酸素が自然に反応する温度帯で酸化反応させるので、被分解物の一部が自然発火、つまり発熱反応し、この得られる熱を反応に使用しなかった被分解物に与えて、被分解物を分解させる。つまり、ほとんど外部エネルギーを与えることなく、被分解物を簡単な方法で分解できる。
【００４７】
なお、先に供給される被分解物の発熱反応により得られる熱を、遅れて供給される被分解物の分解に利用してもよい。
【００４８】
なお、被分解物の分解ガス中の水素濃度を高める目的で、水蒸気を混在させて水性ガス化反応やシフト反応を行ってもよい。
【００４９】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２による分解装置の構成図である。図２において、供給手段２１は、有機化合物を加熱して熱分解する加熱炉である。被分解物２２は、厨芥、木屑、汚泥など有機化合物を低酸素または無酸素雰囲気で加熱したときに生じるタールなどの揮発分を想定している。
【００５０】
捕捉手段２３は、供給手段２１から供給される被分解物２２を捕捉するものであり、多孔質活性アルミナのハニカム構造体であり、表面には被分解物２２の分解を促進するべく、ニッケル触媒を担持している。また、活性アルミナの代りに活性炭やゼオライトなどの多孔性材料を用いても構わない。さらに、ニッケル触媒の代りに、白金、銅、鉄、ラジウムなどの触媒を用いても構わない。
【００５１】
導入手段２４は、供給手段２１と捕捉手段２３との間に備えられ、外部から酸素または空気を捕捉手段２３近傍に導入するものである。ポンプ２５は、導入手段２４に酸素または空気を送り込むものであり、導入手段２４上に設けられている。
【００５２】
分解装置本体２６は、供給手段２１、捕捉手段２３、導入手段２４、ポンプ２５により構成される。ここでは示していないが、分解装置本体２６は放熱を抑制するために断熱材で覆った方が好ましい。
【００５３】
以上のように構成された分解装置の動作について説明する。
【００５４】
まず、供給手段２１内が加熱されて有機化合物が熱分解し、タールなどの揮発分や炭化水素系ガスなどの被分解物２２が発生する。一般的な有機化合物の場合は、４５０℃程度で分解する。
【００５５】
供給手段２１から発生した被分解物２２は捕捉手段２３に供給され、そこで捕捉される。このときポンプ２５が作動し、導入手段２４を介して捕捉手段２３近傍に酸素または空気が導入される。
【００５６】
このとき、被分解物２２と導入手段２４から供給される酸素または空気は、被分解物２２の発火点以上の温度であれば、被分解物２２は自然発火して発熱する。さらに、着火プラグ等を備えておけば、引火点から発火点の温度帯であっても被分解物２２は燃焼して発熱する。
【００５７】
被分解物２２の一部をこの反応により、発熱させる。そして、この熱を残りの被分解物２２に与えて分解する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の分解装置では、被分解物２２を供給する供給手段２１と、供給手段２１から供給される被分解物２２を捕捉する捕捉手段２３と、供給手段２１と捕捉手段２３との間に備えられ酸素または空気を導入する導入手段２４とで構成され、捕捉手段２３で捕捉された被分解物２２の一部を、導入手段２４より導入される酸素または空気により酸化させるものであり、供給手段２１から供給され捕捉手段２３で捕捉された被分解物２２と、導入手段２４より導入された酸素または空気とを反応させ、被分解物２２の一部を酸化させて発熱させ、これで得られる熱を酸化せずに残っている被分解物２２に与えることにより、被分解物２２を分解する。このように簡単な構成で、少ない外部エネルギーで、被分解物２２を効率よく分解できる。
【００５９】
ここで、供給手段２１が、炭化水素を主成分とする被分解物２２を供給する場合は、被分解物２２の分解により、水素などに富んだ燃料ガスを効率よく発生させることができる。
【００６０】
また、本実施の形態の分解装置では、捕捉手段２３に捕捉された被分解物２２と、導入手段２４より導入される酸素または空気が、被分解物２２が自然に酸化する温度帯で酸化反応するように構成されているので、簡単な構成で発熱させることができる。
【００６１】
なお、被分解物２２の分解ガス中の水素濃度を高める目的で、水蒸気を混在させて水性ガス化反応やシフト反応を行ってもよい。
【００６２】
なお、分解ガスの組成等を調整して、マイクロガスタービンや燃料電池に供給すると発電することが可能となり、分解ガスの有効利用ができる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、供給手段２１として熱分解を目的とした加熱炉を用いたが、都市ガス供給設備やガスボンベを用いてもよい。さらに、メタノールやエタノールなどの常温で液体の物質を用いてもよい。
【００６４】
なお、捕捉手段２３に炭化物等が堆積した場合、導入手段２４より酸素または空気を導入することで、酸化、除去できる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の分解方法の発明は、被分解物を捕捉する第１のステップと、第１のステップで捕捉した被分解物の一部を化学反応により発熱させる第２のステップと、第２のステップで発生する熱を被分解物に与えて被分解物を分解する第３のステップからなるので、被分解物の分解に必要な外部エネルギー削減できる。
【００６６】
また、本発明の請求項２に記載の分解方法の発明は、請求項１に記載の発明における被分解物を、主成分が炭化水素の被分解物としたので、水素など燃料ガスに富んだ分解ガスを回収することができる。
【００６７】
また、請求項３に記載の分解方法の発明は、請求項１または２に記載の発明における第２のステップでは、被分解物と酸素が自然に反応する温度帯で酸化反応させるので、ほとんど外部エネルギーを与えることなく、簡単な方法で被分解物を効率よく分解できるという作用を有する。
【００６８】
また、本発明の請求項４に記載の分解装置の発明は、被分解物を供給する供給手段と、供給手段から供給される被分解物を捕捉する捕捉手段と、供給手段と捕捉手段との間に備えられ酸素または空気を導入する導入手段とで構成され、捕捉手段で捕捉された被分解物の一部を、導入手段より導入される酸素または空気により酸化させるので、簡単な構成で、少ない外部エネルギーで、被分解物を効率よく分解できる。
【００６９】
また、本発明の請求項５に記載の分解装置の発明は、請求項４に記載の発明における供給手段が、炭化水素を主成分とする被分解物を供給するので、簡単な構成で、被分解物の分解により、水素に富んだ燃料ガスを効率よく発生させることができる。
【００７０】
また、本発明の請求項６に記載の分解装置の発明は、請求項４または５に記載の発明において、捕捉手段に捕捉された被分解物と、導入手段より導入される酸素または空気が、被分解物が自然に酸化する温度帯で酸化反応するように構成されているので、簡単な構成で発熱させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による分解方法の説明図
【図２】本発明の実施の形態２による分解装置の概略構成図
【図３】従来の都市ごみの処理装置の系統図
【符号の説明】
２１  供給手段
２２  被分解物
２３  捕捉手段
２４  導入手段
【図１】
2004256672.tif 000004
【図２】
2004256672.tif 000005
【図３】
2004256672.tif 000006