(57)【要約】 【課題】熱分解ガス化装置の効率化、省エネ化を図る。【解決手段】加熱手段４により木質廃材等の炭化材料３０を加熱して炭化する炭化窯１と、炭化窯１の外に設けられて炭化の際に生じる熱分解ガス中の有機成分を回収する有機物回収装置２とを備える。炭化窯１は、電気化学反応により酸素含有混合ガス中から酸素を分離して取り出す酸素富化器６を備えており、この酸素富化器６により炭化窯１内の酸素を除去して窯内を低酸素雰囲気にする。炭化窯１内より除去された酸素は木ガスの燃焼に使用し、その燃焼熱は窯内において炭化材料３０の炭化熱源として使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段により木質廃材等の炭化材料を加熱して炭化する炭化窯と、当該炭化窯の外に設けられて、炭化の際に生じる熱分解ガス中の有機成分を回収する有機物回収装置とを備える熱分解ガス化装置において、
前記炭化窯は、酸素含有混合ガス中から酸素を分離して取り出す酸素富化器を備え、当該酸素富化器により前記炭化窯内の酸素を除去することを特徴とする熱分解ガス化装置。
【請求項２】
前記有機物回収装置は、前記酸素富化器より排出される酸素富化空気を使用して、前記熱分解ガス中の有機物が回収された木ガスを燃焼する燃焼装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱分解ガス化装置。
【請求項３】
前記燃焼装置による燃焼熱を前記炭化材料の炭化熱源として使用することを特徴とする請求項２に記載の熱分解ガス化装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱分解ガス化装置を用いて炭化材料より炭と木酢液を製造する方法であって、
前記炭化窯に前記炭化材料を供給した後、前記酸素富化器により前記炭化窯内の酸素を除去しつつ、前記炭化材料を加熱して炭を得ると共に、炭化の際に生じる熱分解ガス中より木酢液を回収することを特徴とする炭と木酢液の製造方法。
【請求項５】
燃焼装置を設け、前記酸素富化器より排出される酸素富化空気を使用して前記熱分解ガス中の木酢液が回収された木ガスを燃焼することを特徴とする請求項４に記載の炭と木酢液の製造方法。
【請求項６】
前記木ガスを燃焼した際の熱を前記炭化材料を加熱するための熱源として使用することを特徴とする請求項５に記載の炭と木酢液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質廃材等の炭化材料から炭と木酢液を製造する熱分解ガス化装置、および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、炭化窯で木質廃材等を加熱・炭化して炭を製造すると共に、この炭化の際に生じる熱分解ガスを有機物回収装置において冷却して熱分解ガス中の有機成分を分離することにより木酢液を製造する熱分解ガス化装置が知られている（特許文献１参照）。製造された炭は、例えば、作物育成材、養殖場や湖沼の浄化材、臭気や微小有害物質の吸着材、燃料等として用いられ、また、木酢液は、医療原料、食品添加剤、農薬原料、脱臭剤等として用いられている。タールや木酢液が回収された後の木ガスは焼却され、無害化される。
【特許文献１】特開２００３−７３６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、木質廃材等の炭化は無酸素状態で行われるのが好ましい。炭化窯内の残存酸素は木質廃材等の燃焼に使用されてしまうが、酸素が除去された低酸素雰囲気中の方が木質廃材等の炭化が促進され、良質の炭を多量に製造することができる。また、タールや木酢液が回収された後の木ガスを効率良く焼却するには燃焼用の酸素が必要である。
【０００４】
本発明は、係る事情に鑑み成されたもので、炭化窯内の酸素を除去して炭化を促進すると共に、除去した酸素を木ガスの燃焼に使用し、さらには、その燃焼熱を炭化材料の炭化熱源として使用した効率的な熱分解ガス化装置、およびこの熱分解ガス化装置を用いた炭と木酢液の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、請求項１に記載の発明は、加熱手段により木質廃材等の炭化材料を加熱して炭化する炭化窯と、当該炭化窯の外に設けられて、炭化の際に生じる熱分解ガス中の有機成分を回収する有機物回収装置とを備える熱分解ガス化装置において、前記炭化窯は、酸素含有混合ガス中から酸素を分離して取り出す酸素富化器を備え、当該酸素富化器により前記炭化窯内の酸素を除去することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱分解ガス化装置において、前記有機物回収装置は、前記酸素富化器より排出される酸素富化空気を使用して、前記熱分解ガス中の有機物が回収された木ガスを燃焼する燃焼装置を備えることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱分解ガス化装置において、前記燃焼装置による燃焼熱を前記炭化材料の炭化熱源として使用することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の熱分解ガス化装置を用いて炭化材料より炭と木酢液を製造する方法であって、前記炭化窯に前記炭化材料を供給した後、前記酸素富化器により前記炭化窯内の酸素を除去しつつ、前記炭化材料を加熱して炭を得ると共に、炭化の際に生じる熱分解ガス中より木酢液を回収することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の炭と木酢液の製造方法において、燃焼装置を設け、前記酸素富化器より排出される酸素富化空気を使用して前記熱分解ガス中の木酢液が回収された木ガスを燃焼することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の炭と木酢液の製造方法において、前記木ガスを燃焼した際の熱を前記炭化材料を加熱するための熱源として使用することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、酸素富化器を用いて炭化窯内の酸素を除去し、窯内を低酸素雰囲気にすることにより、炭化材料の炭化が促進され、良質で多量の炭を製造することができると共に、環境汚染の原因となる二酸化炭素等の排出量を低減できる。
【００１２】
また、請求項２、３に記載の発明によれば、上述の酸素富化器より排出される酸素富化空気を木ガスの燃焼に使用すると共に、その燃焼熱を炭化材料の炭化熱源として使用することにより、熱分解ガス化装置の省エネ化、コージェネレーション化が図れる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明によれば、炭化窯内の酸素を除去しつつ、炭化材料を加熱するようにしたので、炭化材料の炭化が促進され、良質で多量の炭を製造することができると共に、環境汚染の原因となる二酸化炭素等の排出量を低減できる。
【００１４】
また、請求項５、６に記載の発明によれば、酸素富化器より排出される酸素富化空気を木ガスの燃焼に使用すると共に、その燃焼熱を炭化材料の炭化熱源として使用するようにしたので、木ガスを燃焼するための燃料コストと炭化材料を炭化するための燃料コストをそれぞれ低減することができ、安価で良質な炭と木酢液を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図１〜図３に基づいて本発明に係る熱分解ガス化装置の実施形態を説明する。図１は本実施形態による熱分解ガス化装置の構成を示し、図２はその要部を示し、図３は電気化学セルの構成を示している。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の熱分解ガス化装置は、炭化材料３０を加熱して炭化する炭化窯１を備える。
この炭化窯１は、耐火材料で成る密閉筒形構造を有し、その上側部には窯内に木質廃材等の炭化材料３０を供給するための材料補給口３が配設され、また、窯底側には、製造された炭（木炭）を取り出す取出口５や窯内の炭化材料３０を加熱するための熱風炉４等が配設されている。熱風炉４はバーナ９を備え、このバーナ９の燃焼により発生させた熱風を炭化窯１内に導入して窯内の炭化材料３０を熱処理する。
【００１７】
また、本実施形態の炭化窯１では、天井部の外表面に酸素含有混合ガス中から酸素を選択的に取り出すことができる酸素富化器６が配設されており、この酸素富化器６を作動させることにより、炭化窯１内の酸素を除去し窯外に排出できるようになっている。
【００１８】
本実施形態では、上記酸素富化器６として、電気化学反応により酸素を分離する電気化学セル２０を用いて構成したものが使用されている。図３に示すように、この電気化学セル２０は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質２１の両面にそれぞれアノード電極２２とカソード電極２３を配した電気化学デバイスであって、電気化学セル２０を作動温度に昇温するための図示しない昇温手段（例えば、ヒータ）を備え、図示のように、電極２２、２３間に直流電圧Ｖを印加することにより、およそ、４００〜８００℃の温度下において、上記固体電解質２１が、その一方の面（カソード電極２３側）から他方の面（アノード電極２２側）に向けて酸素含有混合ガス中から酸素のみを選択的に透過させる酸素透過膜として作用する。
【００１９】
電気化学セル２０は、例えば、イットリア添加ジルコニア（ＹＳＺ）で成る固体電解質２１の両面にＬＳＣ：Ｌａ0.6Ｓｒ0.4ＣｏＯ3で成る電極２２、２３を配したもの、或いは、コバルト添加ランタンガレート（ＬＳＧＭＣ）で成る固体電解質２１の両面にＳＳＣ：Ｓｍ0.5Ｓｒ0.5ＣｏＯ3で成る電極を配したものが用いられる。
【００２０】
本実施形態では、図２に示すように、炭化窯１の天井部に外部に貫通する通孔７を設け、この通孔７を外側から覆うように、且つ、電気化学セル２０のアノード電極２２側が窯外に位置し、カソード電極２３側が窯内に位置するように酸素富化器６が配設されている。
従って、この酸素富化器６を用いて、窯内の酸素分をカソード電極２３側からアノード電極２２側に透過させることにより、窯内の酸素を除去し、窯内を低酸素雰囲気にすることが可能となる。
尚、図１では、天井部の一箇所に酸素富化器６を配設した例を示したが、酸素富化器６は必要に応じて複数箇所に配設することも勿論可能である。
【００２１】
他方、炭化窯１の外には、炭化材料３０の炭化により炭化窯１内に生じる熱分解ガス中から有機成分を分離して回収するための有機物回収装置２が配設されている。
【００２２】
この有機物回収装置２は、炭化窯１から排出される高温度（２００〜２５０℃）の熱分解ガスを常温に冷却するための第１、第２熱交換部１０ａ、１０ｂを備えた回収器１０と、この回収器１０の下流側に配設されて、回収器１０において熱分解ガス中の有機物が分離・回収された後の排ガス（木ガス）を燃焼するための燃焼装置１１とを備える。
【００２３】
回収器１０の入口部は煙管１２を介して炭化窯１の側部に連結されており、回収器１０の出口部は排ガス管１３を介して燃焼装置１１に連結されている。尚、必要であれば、煙管１２の途上に吸引ファンを設けても良い。
また、燃焼装置１１には、酸素富化器６より排出された酸素富化空気を導入するための吸引ファンＦ１が配設された送気管８が連結されており、この送気管８の上流端部は、図２に示すように、電気化学セル２０のアノード電極側を覆うような状態で酸素富化器６に連結されている。符号１４は、燃焼装置１１からの燃焼熱を炭化窯１に導入するための熱道である。尚、上記吸引ファンＦ１は必要に応じて配設される。
【００２４】
次に、上記構成の熱分解ガス化装置を用いて炭化材料から炭と木酢液を製造する方法を説明する。
【００２５】
先ず、材料補給口３より木質廃材等の炭化材料３０を窯内に供給すると共に、酸素富化器６を作動（例えば、ヒータを通電して電気化学セル２０を作動温度に昇温する）させて窯内の酸素分を除去し、窯内を低酸素雰囲気にしておく。熱風炉４のバーナ９を点火し、熱風を窯内に供給して窯内温度を炭化可能な、例えば、５００〜８００℃に昇温する。
この高温度の低酸素雰囲気下において、炭化材料３０は乾留されて炭化すると共に、その際の熱分解によってタール成分、一酸化炭素、水素、メタン類が揮発し、例えば、２００〜２５０℃の熱分解ガスとなる。尚、この乾留で製造された炭（木炭）は、取出口５から取り出すことができる。
【００２６】
炭化窯１にて発生した高温度の熱分解ガスは、煙管１２を通して回収器１０に送り込まれ、先ず、上流側の第１熱交換部１０ａにおいて冷却され、熱分解ガス中より木タールが分離され、次いで、下流側の第２熱交換部１０ｂにおいてさらに冷却されて、木酢液が分離・回収される。
【００２７】
また、これら熱交換部１０ａ、１０ｂを通して熱分解ガス中の木タールと木酢液が分離された残余の木ガス（メタンや二酸化炭素を含む）は、排ガス管１３を通して燃焼装置１１に送られ、この燃焼装置１１において焼却される。
この際、炭化窯１内より除去された酸素が送気管８を通して燃焼装置１１に送り込まれると共に、燃焼装置１１内において、回収器１０から導入された木ガスと混合させられ、木ガスを効率良くクリーンな状態で燃焼させる。また、この燃焼動作により得られた高温度の燃焼ガスは熱道１４より炭化窯１内に送り込まれ、その熱が窯内において炭化材料３０の炭化熱源として使用される。
【００２８】
このように、本実施形態の製造方法によれば、炭化の際に酸素富化器６により炭化窯１内の酸素を除去して窯内を低酸素雰囲気にすることにより炭化が促進され、良質で多量の炭を製造することができると共に、環境汚染の要因となる二酸化炭素等の排出量を低減できる。また、酸素富化器６を用いることにより、不活性ガス等を使用することなく、簡便な機構で、且つ、容易に窯内を低酸素雰囲気にすることがきる。
【００２９】
また、上述の酸素富化器６により排出される酸素富化空気を燃焼装置１１による木ガスの燃焼に使用することにより、燃焼装置１１の燃焼効率を向上させることができ、木ガス中の有害物質を確実に焼却することができ、且つ、そのための燃料コストを低減できる。
さらには、この燃焼熱を炭化窯１に導入して炭化材料３０の炭化熱源として使用することにより、熱分解ガス化装置のエネルギーロスを少なくできると共に、熱風炉４におけるバーナ９燃料を節約でき、省エネ化・コージェネレーション化が図れる。これにより、安価で良質の炭と木酢液を得ることができる。
【００３０】
以上、本実施形態では、酸素富化器６（電気化学セル２０）に昇温手段を設けた構成を説明したが、昇温手段に依らず熱風炉４の熱風を利用して酸素富化器６を昇温するように構成しても構わない。酸素富化器６は炭化窯１内の熱溜まりとなる天井部に配設されているから、炭化材料３０の炭化が始まる前に、酸素富化器６を作動温度に昇温することは十分可能である。係る構成により、昇温手段としてのヒータ等を無くすことが可能であり、酸素富化器６の構造が簡略化されると共に、ヒータ等による電力消費を無くし、より一層の省エネ化・コージェネレーション化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る熱分解ガス化装置の構成を示す図。
【図２】酸素富化器設置部の拡大図。
【図３】電気化学セルの構成を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１  炭化窯
２  有機物回収装置
４  加熱手段（熱風炉）
６  酸素富化器
１１  燃焼装置
３０  炭化材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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