(57)【要約】【課題】有機廃棄物を原料として、高カロリーの燃料ガスを得ることができる燃料ガス製造システムを提供する。【解決手段】下水脱水汚泥などの含水系の有機廃棄物を原料とする燃料ガス製造システムであり、有機廃棄物を水溶性有機物に可溶化する高温高圧の可溶化部１と、可溶化された水溶性有機物を燃料ガスに転換する高温高圧のガス化部２とからなる。可溶化部１の後端とガス化部の先端とが、気体及び液体のみを通過させるフィルタ７を介して一体に接続されている。可溶化部１から出た気体と液体はそのままガス化部２に入り、固体状の非可溶化物は外部に取り出され、脱水機１１で脱水されたうえ熱風発生炉１２で燃焼され、ガス化部２の外部熱源となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水系の有機廃棄物を原料とする燃料ガス製造システムであって、有機廃棄物を水溶性有機物に可溶化する高温高圧の可溶化部と、可溶化された水溶性有機物を燃料ガスに転換する高温高圧のガス化部を備え、前記可溶化部とガス化部とが、気体及び液体のみを通過させるフィルタを介して一体に接続されていることを特徴とする燃料ガス製造システム。
【請求項２】
可溶化部の温度が８０〜４００℃、望ましくは２００〜３５０℃であり、圧力が当該温度における水の飽和蒸気圧以上であり、ガス化部の温度が２００〜６５０℃、望ましくは４５０〜６５０℃であり、圧力が水の臨界圧力以下、望ましくは４〜１５ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の燃料ガス製造システム。
【請求項３】
可溶化部で生成された非可溶化物を可溶化物の一部と混合した形で取り出し、脱水分離する分離機構を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の燃料ガス製造システム。
【請求項４】
フィルタに付着した非可溶化物の掻取り機構を備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の燃料ガス製造システム。
【請求項５】
分離機構で分離された非可溶化物を可溶化部またはガス化部の熱源として用いることを特徴とする請求項３に記載の燃料ガス製造システム。
【請求項６】
フィルタにガス化促進用の触媒を担持させたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の燃料ガス製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水汚泥等の含水系の有機廃棄物を原料として高温高圧で分解処理し、燃料ガスを得る燃料ガス製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥等の有機廃棄物中の有機分を高温高圧条件で分解処理し、メタンや水素等の燃料ガスに転換することは、例えば特許文献１に示されるように従来から知られている。燃料ガスの収率を高めるためには酸素比を抑える必要があるが、含水系の有機廃棄物を一般的な５〜１５ＭＰａ，３００〜６００℃の高温高圧条件で分解処理して燃料ガス化する場合、有機分の熱分解が進んで難分解性のチャーが生成されてしまうという問題がある。
【０００３】
例えば、１５ＭＰａ、５２０℃、酸素比０.５の条件で脱水下水汚泥のガス化を行うと、投入カーボンの１５％程度が難分解性のチャーとして残渣に含まれ排出されてしまう。酸素比を１.２とすれば投入カーボンは１００％分解されてチャーは発生しないが、生成ガスはＣＯ２のみとなって燃料ガスは得られない。また酸素比を０.７とすると燃料ガスのカロリーは酸素比０.５の場合と比較して４４％も低下してしまう。このように、燃料ガスのカロリーを高めようとするとチャーとして排出されてしまうカーボン量が増え、カーボンガス化率を高めることができない。
【０００４】
この問題を解決するために、下水汚泥を前処理することによりカーボンガス化率を高める方法が検討されている。例えば脱水汚泥を１０ＭＰａ，２５０℃で前処理すると、加水分解力が極大となった液相水の作用により汚泥内の有機物が速やかに分解、低分子化される。このようにして低分子化したうえでガス化部に導入すれば、ガス化に要する活性化エネルギーが低下するため、残渣中に残るカーボンの割合が低下すると期待される。
【０００５】
しかし、加水分解の速度は極めて迅速であるうえ、下水汚泥中に有機分が均一に分布しているわけでもないため、１００％の有機物に加水分解を作用させ、さらに二次分解や再重合が発生する前に反応を停止させることは困難である。例えば、昇温に１時間、降温に２時間程度を掛けても下水汚泥中の全カーボンの３５％程度が可溶化されるに過ぎず、４５％程度は残渣として排出されてしまう。
【０００６】
この残渣は、加水分解を受ける前に熱分解によって生成したチャーと、一度可溶化したものの二次分解により親水性を失って析出した有機物や、再重合によって分子が大きくなって析出した有機物が含まれていると想定される。このように、前処理を行っても可溶化率を高めることは容易ではない。
【０００７】
上記した問題の解決策として、特許文献２にはバイオマスを可溶化したうえ脱水分離し、これをガス化反応装置の外部熱源として利用するシステムが記載されている。これによって酸素比を抑制し、高カロリーの燃料ガスを回収することができる。しかしこのシステムは、可溶化部とガス化部との間に固液分離機構や圧入ポンプが配置されているので、可溶化部から排出された高圧の可溶化液を一度圧力解放し、冷却して固液分離し、その後再びガス化反応装置に圧入する必要がある。このためエネルギー損失が大きく、可溶化部とガス化部とにそれぞれ圧入ポンプが必要となるなどの問題がある。
【特許文献１】特開２００５−２０５２５２号公報
【特許文献２】特許第２９６１２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記した従来の問題点を解決し、有機廃棄物を原料として高カロリーの燃料ガスを得ることができ、しかもカーボンガス化率が高く、エネルギー損失が小さく、複数台の圧入ポンプも必要としない燃料ガス製造システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明は、含水系の有機廃棄物を原料とする燃料ガス製造システムであって、有機廃棄物を水溶性有機物に可溶化する高温高圧の可溶化部と、可溶化された水溶性有機物を燃料ガスに転換する高温高圧のガス化部を備え、前記可溶化部とガス化部とが、気体及び液体のみを通過させるフィルタを介して一体に接続されていることを特徴とするものである。
【００１０】
なお、可溶化部の温度が８０〜４００℃、望ましくは２００〜３５０℃であり、圧力が当該温度における水の飽和蒸気圧以上であり、ガス化部の温度が２００〜６５０℃、望ましくは４５０〜６５０℃であり、圧力が水の臨界圧力以下、望ましくは４〜１５ＭＰａであることが好ましい。
【００１１】
また、可溶化部で生成された非可溶化物を可溶化物の一部と混合した形で取り出し、脱水分離する分離機構を備えること、フィルタに付着した非可溶化物の掻取り機構を備えること、分離機構で分離された非可溶化物を可溶化部またはガス化部の熱源として用いること、フィルタにガス化促進用の触媒を担持させること等の構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可溶化部とガス化部とを気体及び液体のみを通過させるフィルタを介して一体に接続したので、ガス化部に不溶性有機物が投入されることがない。このためガス化部の酸素比を下げることができ、有機物の燃焼を抑えて高カロリーの燃料ガスを得ることができ、しかもカーボンガス化率を高めることができる。また本発明によれば、特許文献２とは異なり可溶化部とガス化部とが一体化されているので、固液分離のために圧力・温度を下げ、再び高める必要がなくなる。従って圧入ポンプは１台でよく、エネルギー損失も小さい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１において、１は耐圧構造の円筒体からなる可溶化部、２は同じく耐圧構造の円筒体からなるガス化部である。可溶化部１は外部加熱用のジャケット３を備え、その内部は８０〜４００℃、望ましくは２００〜３５０℃、圧力は当該温度における水の飽和蒸気圧以上に維持されている。下水脱水汚泥のような含水系の有機廃棄物は圧入ポンプ４により可溶化部１の入口に圧入され、螺旋状の送り羽根５によって可溶化部１の内部をガス化部２の方向に徐々に移送されながら水溶性有機物に可溶化される。なお、可溶化を促進するために可溶化部１にはアルカリを添加することが好ましい。
【００１４】
ガス化部２は、可溶化された水溶性有機物を燃料ガスに転換するための高温高圧部であり、可溶化部１と同様に外部加熱用のジャケット３を備えた耐圧構造の円筒体からなる。その内部は２００〜６５０℃、望ましくは４５０〜６５０℃であり、圧力が水の臨界圧力以下、望ましくは４〜１５ＭＰａに維持されている。このガス化部２の内部にも螺旋状の送り羽根６が設けられている。
【００１５】
本発明においては、可溶化部１の後端とガス化部２の先端とは、気体及び液体のみを通過させるフィルタ７を介して一体に接続されている。このフィルタ７は上記のような高温高圧状態においても腐食せず強度を保つことができる焼結金属フィルタまたはセラミックフィルタを用いることができる。このように可溶化部１とガス化部２とは気体及び液体が通過可能なフィルタ７を介して接続されているので、両者の圧力はほぼ同一となり、例えば可溶化部１が１０ＭＰａであると、ガス化部２はフィルタ７の差圧分だけ低い９ＭＰａ程度となる。
【００１６】
上記のように含水系の有機廃棄物は可溶化部１で水溶性有機物及びガスに可溶化されるが、一部は固体状の非可溶化物となってフィルタ７で分離される。水溶性有機物及びガスは高温高圧状態のままガス化部２に入り、より高温でガス化されてメタンや水素等の燃料ガスに転換される。本発明では可溶化部１の後端とガス化部２の先端とが直結されているので、特許文献２の方法とは異なりエネルギー損失が小さく、圧入ポンプ４は１台で済む。なおフィルタ７にガス化促進用の触媒を担持させておけば、より効率よくガス化させることができる。
【００１７】
一方、フィルタ７の可溶化部１側にはフィルタ７の表面に付着した非可溶化物を取り除くための機械的な掻取り機構８が設けられており、フィルタ７で分離された固体状の非可溶化物を可溶化物の一部とともに混合された状態で二重弁９，９を経由して外部に排出する。二重弁９，９の下方には冷却器１０と脱水機１１とが設けられており、フィルタ７の部分から排出された非可溶化物及び可溶化物を冷却、脱水する。脱水機１１としては例えば遠心脱水機やベルトプレスなどを用いることができる。
【００１８】
脱水機１１で脱水された非可溶化物は、前記したように加水分解を受ける前に熱分解によって生成したチャーと、一度可溶化したものの二次分解により親水性を失って析出した有機物や、再重合によって分子が大きくなって析出した有機物を含むもので、多量のカーボンを含んでいる。そこでこれを熱風発生炉１２において燃焼させ、その高温排ガスをガス化部２のジャケット３に送ってガス化部２の外部加熱に使用する。これにより有機廃棄物の含有カーボンを有効利用することができる。分離された水は少量であるから、含水系の有機廃棄物と混合して圧入ポンプ４に送ればよい。
【００１９】
このようにして、ガス化部２では可溶化された水溶性有機物がガス化されるので、酸素比を低く抑えることができる。なおこのガス化部２でもガス化されなかったタール分等や固形残渣が発生するので、ガス化部２の出口側に設けた気固液分離器１３でガスと残渣排液とを分離し、ガスは減圧弁１４から取り出して燃料ガスとして用いる。
【００２０】
以上に説明した本発明の燃料ガス製造システムにおいては、ガス化しにくい非可溶化物をフィルタ７で分離し、ガス化部２ではガス化し易い液状の可溶化物のみをガス化させる一方、非可溶化物はガス化部２の外部熱源として利用するようにしたので、原料となる有機廃棄物中のカーボンを有効に燃料ガスとして取り出すことができる。
【００２１】
図２は本発明におけるカーボン収支を示す図であり、原料は脱水汚泥でその含有カーボン量を１００％としてある。なお可溶化部１は温度が２００〜３００℃で圧力は１０ＭＰａ、ガス化部２は温度が５００〜６００℃で圧力は９ＭＰａである。フィルタ７を通過するガス中に２０％のカーボンが含まれ、液状の可溶化物中に３５％のカーボンが含まれる。残部の４５％は熱風発生炉１２において燃焼され、炭酸ガスとして放出される。
【００２２】
またガス化部２に移行した５５％のカーボンのうち３０％が燃料ガスとして回収され、２０％は炭酸ガスとなり、５％が残渣排液に移行する。このように、本発明によれば炭酸ガスの含有率が低い高カロリーの燃料ガスを得ることができる。
【００２３】
一方、可溶化部１からの排出物をフィルタ７で分離せずに全てガス化部２に入れた場合には、ガス化部２の酸素比を高める必要があるため、図３に示すように原料となる有機廃棄物中のカーボンの６０％は炭酸ガスとなり、燃料ガス中への移行率は２０％である。このため取り出された燃料ガス中の炭酸ガス含有率は非常に高くなり、低カロリーの燃料ガスしか得られない。また１５％のカーボンは残渣として排出される。
【００２４】
このように、本発明によればガス化しにくい非可溶化物をフィルタ７で分離するため、ガス化部２の酸素比を下げることができ、有機物の燃焼を抑えて高カロリーの燃料ガスを得ることができ、カーボンガス化率を高めることができる。また本発明では圧入ポンプは１台でよく、エネルギー損失も小さい利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態を示す概念的な断面図である。
【図２】本発明におけるカーボン収支の説明図である。
【図３】可溶化部からの排出物を全てガス化部に入れた場合のカーボン収支の説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  可溶化部
２  ガス化部
３  ジャケット
４  圧入ポンプ
５  送り羽根
６  送り羽根
７  フィルタ
８  掻取り機構
９  二重弁
１０  冷却器
１１  脱水機
１２  熱風発生炉
１３  気固液分離器
１４  減圧弁
【図１】
2007146066.tif 000003
【図２】
2007146066.tif 000004
【図３】
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