(57)【要約】【課題】稲科草本類（稲、竹等）、木本類等のバイオマス、有機系廃棄物（プラスチック、畜糞、建設系廃木材等）等の有機物を主体とするガス化原料をガス化する場合、熱分解時に発生する軟化・溶融物質、発泡物質等により装置内の閉塞やコーキング等が発生する。【解決手段】発泡しやすいガス化原料を前処理熱分解して一度発泡させ、その後に粉砕して粒径を調整し、ガス化炉に供給することにより、装置の運転トラブルを発生させることなく連続運転ができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物を主体とするガス化原料を１００℃〜４００℃の温度範囲内で前処理熱分解した後に、４００℃以上でガス化することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項２】
請求項１において、有機物を主体とするガス化原料が稲科草本類、木本類のバイオマス、有機系廃棄物であることを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項３】
請求項１において、有機物を主体とするガス化原料が稲科草本類と木本類のバイオマスの混合物であることを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項４】
請求項１において、有機物を主体とするガス化原料が木本類のバイオマスとプラスチックとの混合物であることを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項５】
請求項１において、有機物を主体とするガス化原料が稲科草本類と建設系廃木材との混合物であることを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項６】
請求項１において、有機物を主体とするガス化原料がプラスチックと建設系廃木材との混合物であることを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項７】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６において、前処理熱分解時に必要な熱の供給方法として、酸素ガス濃度が10ｖｏｌ．％以下である加熱ガスを媒体として供給することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項８】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６において、前処理熱分解時に必要な熱の供給方法として、酸素ガスを含まない加熱ガスを媒体として供給することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項９】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８において、前処理熱分解時に必要な熱の供給媒体である加熱ガスの代わりに、加熱された固形物をガス化原料と直接混合して使用することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項１０】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９において、前処理熱分解時に必要な熱の供給を間接加熱により共有することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項１１】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０において、前処理熱分解時に固体粒子の撹拌機能を設けた熱分解装置を使用することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項１２】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１において、前処理の熱分解工程で処理した有機物を粉砕工程で粉砕処理し、次の造粒工程で適正な粒径に造粒した後に、当該造粒固体粒子をガス化炉の原料として使用することを特徴とする有機物の処理方法。
【請求項１３】
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１において、前処理の熱分解工程で処理した有機物を粉砕工程で粉砕処理し、次の造粒工程で適正な粒径に造粒した後に、当該造粒固体粒子を微粉炭ボイラ、焼却炉等の燃料として使用することを特徴とする有機物の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、稲科草本類（稲、竹）、木本類等のバイオマス、有機系廃棄物等の有機物を主体とするガス化原料をガス化する場合、当該ガス化原料を前処理熱分解した後にガス化することにより、熱分解時に発生する軟化・溶融物質、発泡物質等によって発生する装置内の閉塞やコーキング等の課題を解消する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明において、有機系廃棄物とは、廃棄物処理法で分類されている一般廃棄物の中では可燃ゴミ（紙類、厨芥、繊維、木、竹類、プラスチック、ゴム）、産業廃棄物の中では廃プラスチック、有機汚泥、紙くず、木くず、繊維くず、動植物性残渣、ゴムくず、動物の糞尿が該当する。当該物質には、構成する元素として炭素および水素を含んでおり、炭素および水素を含有する有機物であれば、前記物質に特定されるものではない。
【０００３】
有機物を酸素が存在しない環境で加熱していくと、以下の工程を経て熱分解が進行する。プラスチックを除く有機物では、一般に約６０〜２００℃の温度領域において、水分が蒸発して有機物の熱分解が始まる。ヘミセルロース構造を持つ物質ではこの熱分解が始まり、熱に弱い高分子成分が壊れて低分子に変わっていく。
【０００４】
初期の熱分解段階で、木酢液や竹酢液のような有機酸類、アルコール類、フェノール類等を含む熱分解生成物が発生する。この熱分解段階で発泡状態を示す有機物がある。これらの状態では、熱分解生成物が媒体となって、熱分解過程の固体粒子を相互に融着させる場合がある。その結果、装置内で固体の粒径が増大して閉塞のトラブルや、発泡した粒子が装置壁面に融着してコーキングトラブルの要因になる場合がある。
【０００５】
プラスチックを除く有機物をさらに加熱すると、一般に約１５０〜４５０℃の温度領域において、セルロースやリグニンの熱分解が起こり、高温ではこれらのほとんどが分解してしまう。
【０００６】
プラスチックを除く有機物をさらに高温に加熱すると、一般に約４５０℃以上の温度領域においては、さらに炭化が進行してゆく。この炭化が進行した状態では、固体粒子（炭化物）相互の融着は発生しない。
【０００７】
一方、プラスチックの場合にはその種類により熱分解の状態が異なる。熱可塑性プラスチック（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル等）では、約１５０〜２５０℃の温度領域において、軟化・溶融が始まる。
【０００８】
熱可塑性プラスチックを約２５０〜４５０℃に加熱すると熱分解が進行し、さらに高温では炭化が進行する。この熱分解初期の段階では、発泡現象を生じる場合があり、装置の壁面等への付着が発生する。この溶融プラスチックが壁面に付着した状態のままでさらに高温に加熱を続けると、炭化が進行してコーキング等のトラブルの要因となる。
【０００９】
有機物の炭化については、例えば後掲非特許文献１に特性の詳細が紹介されている。廃プラスチックの熱分解特性については、例えば後掲非特許文献２に紹介されている。また、例えば特許文献１にはゴム系廃棄物について、特許文献２には有機汚泥について、特許文献３には熱分解装置について、それぞれの方法や装置が提案されている。ところが、従来提案されている炭化の方法や装置には、炭化する原料の軟化・溶融現象及びその対策については記載されていない。
【００１０】
【非特許文献１】大谷杉朗、真田雄三、「炭素化工学の基礎」、オーム社、昭和５５年、ｐ．1−５８
【非特許文献２】社団法人プラスチック処理促進協会、「廃プラスチックの有効利用実例集（その積極的利用と用途開発）」、化学工学社、昭和４７年、ｐ．１５９−２２３
【００１１】
【特許文献１】特開平８−１５９４３０
【特許文献２】特開平９―４７７９５
【特許文献３】特開平９―２１７９１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
有機物をガス化する場合、ガス化反応に必要な熱を供給する方法として、ガス化原料である有機物の一部を燃焼させて、この時に発生する燃焼熱をガス化反応熱として使用する部分酸化ガス化法がある。この方法では、燃焼時に発生する二酸化炭素がガス化生成ガス中に混在するために、生成ガスの発熱量が低下するため、高発熱量のガスを必要とする場合には、部分酸化ガス化法は好ましくない。
【００１３】
前処理熱分解時に必要な熱の供給ガス媒体として、酸素ガス濃度が１０ｖｏｌ．％以下の加熱ガスを媒体として供給する方法がある。一般に、酸素が存在する雰囲気で有機物を加熱処理すると、有機物は着火する。着火条件は有機物の種類、加熱温度、酸素濃度により異なるが、酸素濃度が約１０ｖｏｌ．％以下では着火しにくくなる。低酸素濃度の加熱ガスとして、燃焼排ガスが一般に利用される。この方法では、残留酸素による燃焼反応が進行する可能性があるので、酸素ガスを含まない加熱ガスを媒体として供給する方が好ましい。この場合、水蒸気、窒素、二酸化炭素等の加熱ガスが使用される。
【００１４】
一方、必要なガス化反応熱をガス化炉の外部加熱により供給する間接加熱ガス化法がある。この方法では、燃焼時に発生する二酸化炭素がガス化生成ガスと混在しないため、発熱量約４，０００（ｋｃａｌ／Ｎｍ3）以上の高発熱量のガス化生成ガスが得られる。
【００１５】
この間接加熱ガス化法の場合、前処理熱分解を行っていないガス化原料をガス化炉内に供給すると以下の課題が発生する場合がある。すなわち、常温から高温のガス化状態にガス化原料が昇温されていく過程で、発泡状態となった固体粒子が相互に融着する。その結果、これが装置の運転トラブルの要因となる。
【００１６】
前記ガス化原料の中で、特に稲科草本類（稲、竹等）等のバイオマス、プラスチック類を含む廃棄物等の有機物は、常温から高温のガス化状態にガス化原料が昇温されていく過程で、発泡状態になりやすい。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
そこで、本発明は実用規模で有機物をガス化する場合、発泡しやすいガス化原料を前処理熱分解して一度発泡させ、その後に粉砕して粒径を調整し、ガス化炉に供給することにより、装置の運転トラブルを発生させることなく連続運転ができる方法を提案する。
【００１８】
また、発泡状態を発生しやすい有機物と、発泡しない有機物とを事前に混合処理した後に前処理熱分解することにより、ガス化原料の全体が融着して大粒径の固体粒子に成長することを防止できる方法を提案する。
【発明の効果】
【００１９】
稲科草本類（稲、竹等）、木本類等のバイオマス、有機系廃棄物（プラスチック、畜糞、建設系廃木材等）等の有機物を主体とするガス化原料をガス化する場合、当該ガス化原料を前処理熱分解して、発泡現象により融着を発生する要因になる成分を事前に分解処理した後に、生成した当該熱分解処理物をガス化する。この前処理により、従来の方法では防止できなかった熱分解時に発生する軟化・溶融物質を事前に分離することができ、発泡物質等による固体粒子の相互融着を防止することができる。その結果、装置内の閉塞やコーキング等の課題を解消して、安全に連続してガス化を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を、図１の実施例に基づいて以下に説明する。前処理工程において、粒径の調整や予備脱水・乾燥等の処理をされたガス化原料１は、ノズル２を経て熱分解炉３の内部に供給される。熱分解炉３の内部に供給されたガス化原料１の加熱は、酸素濃度が低い加熱用ガス４をガス化原料１に直接接触させる方法や、ガス化原料１を供給した熱分解炉３の内筒５を外側から間接的に加熱する方法がある。図１に示す実施例では、熱分解炉３の外筒６に配設されたノズル７と、内筒に配設されたノズル８の両方に加熱用ガス４を供給できる構造の例を示す。
【００２１】
加熱用ガス４としては、酸素濃度が低い燃焼排ガスや、水蒸気が好ましい。加熱用ガス４として空気を使用してもよいが、熱分解時に発生した低沸点ガスが燃焼する場合があるので好ましくはない。加熱用ガス４として炭酸ガスや窒素等の不活性ガスを使用してもよいが、処理コストが高くなる。
【００２２】
プラスチックを除く有機物の場合、一般に約６０〜２００℃の温度領域において、水分が蒸発して有機物の熱分解が始まる。ヘミセルロース構造を持つ物質ではこの熱分解が始まり、熱に弱い高分子成分が壊れて低分子に変わっていく。一方、熱可塑性プラスチック（ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル等）の場合、約１５０〜２５０℃の温度領域において、軟化・溶融が始まる。従って、ガス化原料の加熱用ガス４の供給温度は、放熱を考慮して１００〜３００℃が好ましい。適正な加熱用ガス４の温度は、ガス化原料の種類、量、熱分解炉３の放熱量等を考慮して設定する。加熱温度が３００℃以上になるとガス化原料の炭化が急激に進行する。炭化度を高くする場合には、前記加熱用ガス４の温度を３００〜５００℃の高温に設定する場合もある。
【００２３】
熱分解炉３の構造としては、ロータリーキルンのような横型回転体の型式でもよいが、稲科草本類、木本類等のバイオマス、有機系廃棄物等の有機物の中で熱分解時に軟化・溶融して固体粒子の相互融着を生ずるガス化原料に対して、融着した固体粒子を分離させることができる機能を有する構造が好ましい。図１の実施例では、熱分解炉内筒５の内部に二軸の攪拌機９を配設した横置き円筒型熱分解炉の構造例を示す。熱分解炉３として、竪置き円筒型熱分解炉を使用する場合もある。
【００２４】
図１に示す構造の熱分解炉３を使用する場合、ガス化原料１はノズル２を経て熱分解炉３の内筒５に供給された後、加熱ガス４で加熱されて熱分解を開始する。熱分解の過程でガス化原料の固体粒子が融着した場合には、熱分解炉３の内筒５の内部に配設された攪拌機９により融着状態が破壊されて個々の固体粒子に分離される。
【００２５】
所定の滞留時間を経過して熱分解が進行した熱分解生成物は、ノズル１０から排出されてガス化炉に供給される。加熱ガス４は、内筒５に配接された排ガスノズル１１または外筒６に配接された排ガスノズル１２を経て排出される。
【００２６】
図２に、熱分解装置で熱分解処理された後のガス化原料を利用するシステムについての実施例を示す。熱分解工程１３で熱分解処理されたガス化原料（以下炭化物と呼ぶ）は、次の粉砕工程１４で粉砕処理される。前記炭化物の粉砕機としては、竪型ロールミルやボールミル等が一般に使用される。
【００２７】
粉砕処理された炭化物は、造粒工程１５で輸送しやすい粒径に造粒される。但し、炭化物
の利用工程が熱分解工程と直接連続しており、造粒が不用な場合には当該造粒工程１５は省略される場合がある。
【００２８】
造粒工程１５により適正な粒径に造粒された炭化物は、輸送工程１６を経て、次に微粉炭ボイラ１７，ガス化炉１８，燃料加工工程１９等に輸送されて利用される。
【００２９】
前処理熱分解時に必要な熱の供給媒体としては、前述の加熱ガスの代わりに、加熱された固形物（砂、石灰石、触媒等）を熱分解炉内に供給して、ガス化原料と直接混合することにより加熱しても良い。この場合、加熱された固形物が媒体となり、その周囲にガス化原料が融着して数ミリメートルの粒径に自然に造粒される場合がある。この場合には、前記の造粒操作が不要になる。
【００３０】
前記の操作により造粒された固体粒子（熱分解処理を行ったガス化原料）は、次の工程でガス化炉の原料として使用される。ガス化炉の型式は特に限定されるものではなく、噴流層型、流動層型、ロータリーキルン型があり、いずれの型式にも利用できる。
【００３１】
前記の方法で熱分解処理を行った固体粒子は、ガス化原料のほかに、微粉炭ボイラ、焼却炉等の燃料としても使用することができる。
【００３２】
以上のように熱分解操作により製造した熱分解生成物は、前記の熱分解処理過程において融着の原因となる形質成分が揮発・分離されることになる。従って、次段階でガス化原料や微粉炭ボイラ、焼却炉等の燃料として、熱分解生成物の固体粒子が相互に融着することを防止することができる。その結果、種々の工程において、運転トラブルを発生することなく、高効率で運転操作を遂行することができる。
【実施例１】
【００３３】
本発明による図１に示す処理方法により、以下の条件で熱分解運転を行った。
（１）熱分解条件
１）ガス化原料
竹材、粒径６ｍｍ以下、２５kg／ｈ
２）熱分解温度
熱分解炉内筒の平均温度１５０〜１５５℃
３）熱分解装置
図１に示す二軸撹拌機付き横型円筒
（２）熱分解運転結果
熱分解生成物の状況は、以下の通りであった。
ａ）攪拌機を回転しない場合
竹材の粒子が相互に融着して、約２０〜４０ｍｍの粒径に成長した固体粒子が得られた。
ｂ）攪拌機を回転させた場合
融着した固体粒子を攪拌機が破砕してしまうために、粒径６ｍｍ以上の固体粒子は発生しなかった。
（３）ガス化運転結果
前記の図１に示す熱分解炉により製造した固体粒子を使用して、図２に示すガス化システムによりガス化運転を行った。その結果、安定した運転を継続することができた。
１）ガス化炉
噴流層型ガス化炉を使用した。
ガス化原料供給量  ２０kg／ｈ
ガス化温度        ８５５℃
２）生成ガス
ａ）ガス組成
Ｈ２  ４５、ＣＯ  ２６、ＣＯ２  １４、ＣＨ４  ７、その他  ８（vol．％）
ｂ）生成ガス量
５０Ｎｍ３／ｈ  
【実施例２】
【００３４】
本発明による図１に示す処理方法により、以下の条件で熱分解運転を行った。
（１）熱分解条件
１）ガス化原料
竹  材、粒径６ｍｍ以下、１５kg／ｈ
間伐材、粒径６ｍｍ以下、１０kg／ｈ
２）熱分解温度
熱分解炉内筒の平均温度１５０〜１５５℃
３）熱分解装置
図１に示す二軸撹拌機付き横型円筒
（２）熱分解運転結果
融着した固体粒子はほとんど発生せず、粒径６ｍｍ以下の固体粒子が得られた。。
（３）ガス化運転結果
前記の図１に示す熱分解炉により製造した固体粒子を使用して、図２に示すガス化システムによりガス化運転を行った。その結果、安定した運転を継続して高発熱量のガスを製造することができた。
１）ガス化炉
噴流層型ガス化炉を使用した。
ガス化原料供給量  ２０kg／ｈ
ガス化温度        ８６０℃
２）生成ガス
ａ）ガス組成
Ｈ２  ４４、ＣＯ  ２５、ＣＯ２  １６、ＣＨ４  ７、その他  ８（vol．％）
ｂ）生成ガス量
５７Ｎｍ３／ｈ  
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明における実施の形態を示す一例である。
【図２】本発明を示す熱分解・ガス化・発電システム全体の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…ガス化用原料
２…ノズル
３…熱分解炉
４…加熱用ガス
５…熱分解炉内筒
６…熱分解炉外筒
７…ノズル
８…ノズル
９…攪拌機
１０…ノズル
１１…排ガスノズル
１２…排ガスノズル
１３…熱分解工程
１４…粉砕工程
１５…造粒工程
１６…輸送工程
１７…微粉炭ボイラ
１８…ガス化炉
１９…燃料加工工程
【図１】
2007186651.tif 000003
【図２】
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