(57)【要約】  【課題】有機化合物の熱分解と、そのときに生成するタールを少ないエネルギー消費で改質する。  【解決手段】燃料２３の燃焼熱を加熱源として有機化合物２１を熱分解し、有機化合物２１の熱分解により生成する副生成物と燃料２３の燃焼時に生成する水蒸気を反応させて、揮発性物質が低分子に分解される。このように燃料２３の燃焼時に発生する水分（水蒸気）を有機化合物２１の分解に利用し、水蒸気の生成エネルギーを低減できるので、有機化合物２１の分解のエネルギー効率を向上できるようにしたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の燃焼熱を加熱源として有機化合物を熱分解し、前記有機化合物の熱分解により生成する副生成物と前記燃料の燃焼時に生成する水蒸気を反応させることを特徴とする有機化合物の分解方法。
【請求項２】
燃料が炭化水素を主成分とするガスであることを特徴とする請求項１記載の有機化合物の分解方法。
【請求項３】
燃料がメタンを主成分とするガスであることを特徴とする請求項１または２記載の有機化合物の分解方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機化合物の分解方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術は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】
図３は、特許文献１に記載された従来の都市ごみの処理装置の系統図を示すものである。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
以上のように構成された都市ごみの処理装置について、以下その動作を説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１９】
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。
【特許文献１】特開平７−３２４７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上記従来の構成では、熱分解ガス中のタールを分解するために、第２分解炉２の温度を高温化して対応している。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。
【００２１】
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。
【００２２】
本発明は従来の課題を解決するもので、タール等の揮発分と燃料ガスの燃焼時に発生する水蒸気を反応させることにより改質するので、水蒸気の生成エネルギーを低減し、さらに水蒸気を加熱対象物の近傍で発生させるために水蒸気搬送中の熱ロスを低減させ、装置全体のエネルギー効率を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記従来の課題を解決するために、本発明の有機化合物の分解方法は、燃料の燃焼熱を加熱源として有機化合物を熱分解し、有機化合物の熱分解により生成する副生成物と燃料の燃焼時に生成する水蒸気を反応させるのである。
【００２４】
これにより、燃料が燃焼（酸化）するときの燃焼熱により、有機化合物は加熱されて昇温する。昇温した有機化合物は、熱分解してタールなど揮発性物質が発生する。この揮発性物質と燃料が燃焼したときに発生した水蒸気が高温状態で反応することにより、揮発性物質が低分子に分解される。このように燃料の燃焼時に発生する水分（水蒸気）を有機化合物の分解に利用し、水蒸気の生成エネルギーを低減できるので、有機化合物の分解のエネルギー効率を向上できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の有機化合物の分解方法によれば、燃料の燃焼時に発生する水分（水蒸気）を有機化合物の分解に利用し、水蒸気の生成エネルギーを低減できるので、有機化合物の分解のエネルギー効率を向上できる。また、有機化合物の熱分解時に生成されるタール分等を高効率に改質できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
請求項１に記載の有機化合物の分解方法の発明は、燃料の燃焼熱を加熱源として有機化合物を熱分解し、有機化合物の熱分解により生成する副生成物と燃料の燃焼時に生成する水蒸気を反応させるものであり、燃料が燃焼（酸化）するときの燃焼熱により、有機化合物は加熱されて昇温する。昇温した有機化合物は、熱分解してタールなど揮発性物質が発生する。この揮発性物質と燃料が燃焼したときに発生した水蒸気が高温状態で反応することにより、揮発性物質が低分子に分解される。このように燃料の燃焼時に発生する水分（水蒸気）を有機化合物の分解に利用し、水蒸気の生成エネルギーを低減できるので、有機化合物の分解のエネルギー効率を向上できる。
【００２７】
請求項２に記載の有機化合物の分解方法の発明は、請求項１に記載の発明において、燃料が炭化水素を主成分とするガスとしたものであり、燃料を高発熱量の炭化水素ガスにすることにより、供給した燃料のほぼ全量を熱源として利用できるので、燃料供給量を低減することができ、供給に必要な動力を低減できるので、エネルギー効率がさらに向上できる。
【００２８】
請求項３に記載の有機化合物の分解方法の発明は、請求項１または２に記載の発明において、燃料がメタンを主成分とするガスとしたものであり、燃料をメタン主成分にすることにより、都市ガスからの供給が可能で新たな特別な供給手段を必要とせずガスの圧力だけで供給できるので、供給動力が不要となり、メタンの発熱量のほぼ全量を熱源として利用できるので、エネルギー効率をさらに向上できる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による有機化合物の熱重量変化の説明図である。図２は本発明の実施の形態１による有機化合物の分解に使用する分解装置の構成図である。
【００３１】
図１において、有機化合物は加熱されると、初期（約４７３Ｋ以下）において含んでいる水分が蒸発するため重量が減少する。例えば、食品では通常７０〜８０％が水分であり、この段階での重量減少が著しい。
【００３２】
さらに、加熱すると、４７３〜６７３Ｋでは、揮発分が揮発し始めて重量が減少する。この揮発分はタール分など炭化水素である。この揮発分は生成後温度が下がると配管等に付着、堆積するので閉塞される。一方、高温状態で水蒸気と反応すると低分子化されて、メタン、エチレン、水素などの燃料ガスとして排気される。
【００３３】
さらに加熱を続けると、６７３〜９７３Ｋでは、ほとんど重量変化は見られないが、水蒸気が共存すると約９７３Ｋを越えたあたりから再び、重量減少が認められる。これは有機化合物を構成している炭素と水蒸気が下式（１）または下式（２）に示される水性ガス化反応が生じているためである。
Ｃ十Ｈ２０→ＣＯ十Ｈ２…（１）
Ｃ十２Ｈ２０→ＣＯ２十２Ｈ２…（２）
このように、有機化合物の加熱過程に水蒸気を供給することは、有機化合物を燃料として利用しやすい、ガスに変換する方法として有効である。
【００３４】
以上説明した有機化合物の分解するための装置について、図２を参照して説明する。
【００３５】
図２において、有機化合物２１は、厨芥、木屑、汚泥などバイオマス資源や、石炭など化石資源を想定している。これらの資源は主成分が炭素、水素、酸素である化合物であり、微量の硫黄や塩素なども含まれている。また、金属としてはカルシウム、カリウム、マグネシウム、ナトリウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が含まれている。
【００３６】
加熱庫２２は内部に収納している有機化合物２１を加熱するものであり、断熱構造の筐体である。ここでは示していないが、壁面内にグラスウールやシリカ粉末などの断熱材を充填することで、加熱庫２２からの放熱を低減できる。
【００３７】
また、加熱庫２２は内部温度が８００℃以下の場合は、汎用材料であるステンレスを使用できるが、８００℃を越えるような高温の使用条件の場合は、インコネルやハステロイなど耐熱材料を使用することが好ましい。
【００３８】
加熱庫２２下部には燃料２３を供給する燃料注入口２４と、空気（酸素）２５を供給する空気供給口２６を備えたバーナー２７を設けている。
【００３９】
例えば、燃料２３として水素１ｍｏｌ（標準状態で２２．４Ｌ）を適用すると、燃焼によって約２８５ｋＪの熱量と１ｍｏｌの水蒸気を得ることができる。水素は燃焼により水蒸気のみを生成するので、高温で有機化合物２１と接触した場合に、目的外の反応が起こりにくいという利点がある。
【００４０】
また、プロパン１ｍｏｌを燃料２３とすると、約２２２０ｋＪの熱量と４ｍｏｌの水蒸気が得られ、同体積の水素と比較して約７〜８倍の熱量と４倍の水蒸気を得ることができ、燃料２３供給のために必要な動力を低減することができる。
【００４１】
また、メタンを燃料２３とした場合には、１ｍｏｌあたり約８９０ｋＪの熱量と２ｍｏｌの水蒸気を得ることができる。メタンは都市ガスの主成分であり、既設のインフラを利用して供給可能である利点がある。
【００４２】
また、プロパンやメタンなど炭化水素系燃料は、水素脆化等の問題が発生しにくいため、安全性向上や汎用材料の使用による低価格化が可能である。
【００４３】
供給機２８は有機化合物２１を連続的に供給するもので、一軸偏心ねじポンプである。供給機２８は比較的高粘度の流体や粉末でも搬送可能であるが、有機化合物２１にサイズの大きな異物が混入した場合、閉塞して破損の原因となるので、供給機２８に投入される有機化合物２１は予め粉砕するか、投入口に別途粉砕機を備えることが望ましい。供給機２８は供給管２９により加熱庫２２下部と接続されている。
【００４４】
加熱庫２２には上部に生成ガスを排気する排気管３０を設けている。この排気管３０は、長期間の使用により未反応タールやその他固形物などの堆積することを防止するために、脱着可能もしくは洗浄剤による洗浄可能である。
【００４５】
以上のように構成された有機化合物の分解装置の動作について説明する。
【００４６】
まず、適度な大きさに粉砕された有機化合物２１が、供給機２８に供給される。供給機２８に供給された有機化合物２１は、供給管２９を介して加熱庫２２に供給される。
【００４７】
供給された有機化合物２１は、加熱庫２２下部に堆積される。通常、供給速度は一定に保たれ、加熱庫２２内に滞留する有機化合物２１の量は一定にする。しかし、諸要因で有機化合物２１の滞留量が過多あるいは過少なときは、供給機２８のモーター回転数を調整することにより、供給量を可変するとよい。
【００４８】
有機化合物２１が加熱庫２２に供給されると、バーナー２７により有機化合物２１は加熱される。メタン、プロパンなどの燃料ガス２３が燃料注入口２４を、空気（酸素）２５が空気供給ロ２６を介して供給されてバーナー２７に供給されて混合し、燃焼する。
【００４９】
この燃焼熱により、加熱庫２２下部の温度が上昇して有機化合物２１が加熱される。このとき、バーナー２７への燃料ガス供給量と空気（酸素）供給量を調整することにより、加熱量（温度）を調整できる。また、燃焼した燃料ガスは、二酸化炭素と水蒸気となり加熱庫２２内部に充填された有機化合物２１層を上昇する。
【００５０】
有機化合物２１が約４７３Ｋ以上に加熱されると、タールなどの揮発が開始する。このタールなどは、加熱庫２２内部を燃料ガスの燃焼によって生成された二酸化炭素および水蒸気とともに上昇する。
【００５１】
バーナー２７による加熱量の調整により、温度が上昇するとタールと水蒸気が反応してタールがメタン、エチレン、水素などの低分子ガスに分解される。この分解反応を効率良く行うために、アルミナのような多孔質材料をガス流路に備える方法もある。また、分解反応を促進するために、ニッケルや白金などの触媒を用いても良い。
【００５２】
このように生成したガスは、排気管３０から外部に排気される。ここでは示していないが、これらのガスはボイラによるタービン発電、ガスエンジン発電機、ガスタービン発電機、燃料電池用の燃料として利用できる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、燃料２３の燃焼熱を加熱源として有機化合物２１を熱分解し、有機化合物２１の熱分解により生成する副生成物と燃料２３の燃焼時に生成する水蒸気を反応させるものであり、燃料２３が燃焼（酸化）するときの燃焼熱により、有機化合物２１は加熱されて昇温する。昇温した有機化合物２１は、熱分解してタールなど揮発性物質が発生する。
【００５４】
この揮発性物質と燃料２３が燃焼したときに発生した水蒸気が高温状態で反応することにより、揮発性物質が低分子に分解される。このように燃料２３の燃焼時に発生する水分（水蒸気）を有機化合物２１の分解に利用し、水蒸気の生成エネルギーを低減できるので、有機化合物２１の分解のエネルギー効率を向上できる。
【００５５】
また、本実施の形態では、燃料２３が炭化水素を主成分とするガスとしたものであり、燃料２３を高発熱量の炭化水素ガスにすることにより、少量の燃料２３で有機化合物２１の反応に必要な熱量を供給できるので、燃料２３供給に必要な動力を低減できるので、エネルギー効率がさらに向上できる。
【００５６】
また、本実施の形態では、燃料２３がメタンを主成分とするガスとしたものであり、燃料２３をメタン主成分にすることにより、都市ガスからの供給が可能で新たな特別な供給手段を必要とせず、ガス圧力だけで供給できるので、供給動力が不要となり、エネルギー効率をさらに向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上のように、本発明にかかる有機化合物の分解方法は、有機化合物を燃料ガスの燃焼熱を利用して熱分解し、さらに燃焼時に生成する水蒸気をタールの改質剤や炭化物のガス化剤として利用するため、消費エネルギーを低減して高効率な分解が可能となるので、厨芥や有機汚泥など発生場所が分散しており、一回当たりの処理量が少量な状況でも熱分解、ガス化してエネルギー源として有効利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１による有機化合物の温度と重量変化の関係を示す特性図
【図２】本発明の実施の形態１による有機化合物の分解に使用する分解装置の構成図
【図３】従来の都市ごみの処理装置の系統図
【符号の説明】
【００５９】
２１  有機化合物
２３  燃料（メタン）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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