(57)【要約】      （修正有）【課題】有機物の熱分解ガスを燃料化するとき、熱分解ガス中のタール分の処理に多くの費用を要しており、更に熱分解ガスは一般的に空気を熱分解炉内に導入するため窒素で希薄され低カロリーを余儀なくされている。これらタールの無害化と熱分解ガスを分離させ、熱分解ガスの高カロリー化とタールの無害化及び高カロリーガス化へと改質された有機物熱分解ガス燃料化装置を提供する。【解決手段】有機物熱分解炉から排出される有機物熱分解ガスを冷却しタール分とガス分を分離する分離装置Ａと、分離されたガス分から窒素を除去する窒素除去装置Ｏと、窒素を除去したガス分とタール分を過熱水蒸気でクリーンで高カロリーなガスに改質するガス改質装置Ｋと、改質したガスを急冷させることでクリーンで高カロリーな良質なガスを生成する有機物熱分解炉熱分解ガス燃料化装置Ｗ。【選択図】図１
2013014698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物熱分解炉から排出される有機物熱分解ガスを導入して冷却しタール分とガス分を分離する分離装置と、
該分離装置で分離されたガス分を導入して窒素を除去する窒素除去装置と、
該窒素除去装置で窒素を除去されたたガス分と前記分離装置で分離されたタール分と過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気とを導入してクリーンで高カロリーなガスに改質するガス改質反応炉を備えたガス改質装置と、
該ガス改質装置で改質されたクリーンで高カロリーなガスを導入して急冷する急冷装置とを備えたことを特徴とする有機物熱分解ガス燃料化装置。
【請求項２】
前記分離装置は、螺旋パイプが設置されていて、該螺旋パイプの最下部にタールを除去するドレンが設けられ、該ドレンから排出されたタール分を収納する格納容器を備え、該格納容器に収納されたタール分をポンプで前記ガス改質装置に導入するようにしたことを特徴とする請求項１の有機物熱分解ガス燃料化装置。    
【請求項３】
前記急冷装置は、螺旋パイプおよび送風機を備えてなることを特徴とする請求項１乃至２の有機物熱分解ガス燃料化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は有機廃棄物を熱分解炉で熱分解された排ガスをクリーンで高カロリーなガスに改質させる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術は、下記に示す課題がある。
特許文献１に記載のシステムは熱分解ガス中のタール及び未反応残渣を熱分解させその熱を利用することによる複雑な行程に課題がある。
特許文献２に記載のシステムは、窒素除去の方法及び窒素除去の目的に課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許公開２０１０−７７２６０
【特許文献２】特許公開平7−４３２７
【特許文献３】特許公開２００８−８５５９
【特許文献４】特許公開２００９−４６５５４
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】一般社団法人日本エネルギー学会発行  著者  山田修他３名            「木質系バイオマスを原料とした過熱水蒸気（ＳＨＳ）ガス化システム」
【発明の概要】
【０００５】
本発明は有機廃棄物を熱分解炉で熱分解させる際発生する熱分解ガス中のタール分及びガス分を無害化して、ガス分中の窒素を除去し直接ガスエンジン等で使用できるクリーンで高カロリーなガスの提供にある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術は、下記に示す課題がある。
特許文献１に記載のシステムは熱分解ガスの改質手段でタールおよび未反応残渣を再度熱分解させその熱を利用する、また改質ガス中の水蒸気の利用をするなど複雑な工程に課題がある。
特許文献２に記載のシステムは、窒素除去の目的は空気中の酸素を透過させ窒素を透過させないのであって、本発明が求めている窒素除去の目的は熱分解ガス中の可燃ガスを透過させることであり窒素除去の目的に課題がある。
特許文献３の熱分解炉の基本システムは低温であるが、送風機等のエネルギーを使用することで高温を可能にして乾留速度を上げていたが、本発明では基本の低温１５０〜３５０℃で乾留させることで乾留のためのエネルギーが全く不要になり、極めて経済性が高くなるとともに従来は高温でタールの発生を抑えていたが、高温にするためのエネルギーを使用することなくタールを良質の可燃性ガスに変換することが出来るようになった。
特許文献４に記載のシステムはガス改質に過熱水蒸気を利用して炭化水素や一酸化炭素の合成が計られているが、製造過程ではバイオマスのチップ化や水素や一酸化炭素を炭化水素に合成する際触媒を使い反王室を幾重にも設置していて、本発明の工程に比して製造工程が複雑と成っている。
非特許文献１に記載のシステムは、バイオマスの原料杉ペレットを５mm×Ｌ１．５〜１０mm程度の円柱状のものをガス化していて、本発明のガス化は特許文献３の熱分解炉でガス化する際に、原料を粒状や粉末などに加工することなく例えば丸太のままガス化が出来るため前処理のための費用が不要であり経済的効果は大きい、また非特許文献１に記載のシステムはタールの生成を低減させているが、本発明はタールそのものを高カロリーガス化させてエネルギー量の増大を計られていて、特許文献３の熱分解炉から排出される熱分解ガス中の粉塵そのものの排出が極めて少量であり、極めて少ない粉塵の排出が当熱分解炉の特徴の一つでもあり大気汚染防止法の定める規制値を常に超えることなく環境に優しいシステムと成っている。
【０００７】
本発明の目的は極めて簡易で安価な熱分解ガスの改質をすることと、可燃ガス中の窒素を除去し熱分解ガスを高カロリー化することにある。
【０００８】
有機物を燃料化する際バイオマスガス化或いは熱分解ガス化の方法が行われているが、バイオマスガスの場合は発生するガスが低カロリーであり燃料として単独で利用が出来ない。例えば自動車エンジンの燃料にしようとすれば軽油などの燃料で低カロリーを補わなければならず、エンジンの改造などにに大きな費用が懸かっている、また熱分解ガスを燃料化するとき、熱分解ガス中のタール分の処理に構造面で多くの費用を要している。
更に熱分解ガスは一般的に還元雰囲気のなかで行われる、即ち空気を炉内に導入するため出来た燃料が窒素で希薄され低カロリーを余儀なくされている。
これらの厄介者のタールの無害化と更にタールのハイカロリー化及び低カロリーガスの高カロリー化を解決するのが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（請求項１について）
有機物熱分解炉から排出される有機物熱分解ガスを導入して冷却しタール分とガス分を分離する分離装置と、該分離装置で分離されたガス分を導入して窒素を除去する窒素除去装置と、該窒素除去装置で窒素を除去されたたガス分と前記分離装置で分離されたタール分と過熱水蒸気発生装置で発生した過熱水蒸気とを導入してクリーンで高カロリーなガスに改質する反応炉を備えたガス改質装置と、該ガス改質装置で改質されたクリーンで高カロリーなガスを導入して急冷する急冷装置とを備えたこと。
【００１０】
（請求項２について）
前記分離装置は、螺旋パイプが設置されていて、該螺旋パイプの最下部にタールを除去するドレンが設けられ、該ドレンから排出されたタール分を収納する格納容器を備え、該格納容器に収納されたタール分をポンプで前記ガス改質装置に導入するようにしたこと。
【００１１】
（請求項３について）
前記急冷装置は、螺旋パイプおよび送風機を備えてなること。
【発明の効果】
【００１２】
有機廃棄物を熱分解炉で熱分解させる際発生するガス中のガス分とタール分を分離装置で分離させ、ガス分中の可燃ガスは窒素を除去され高カロリー化し、また分離したタール分は高温の過熱水蒸気を備えたガス改質装置で無害化されクリーンで高カロリーガスに改質される。
【００１３】
本発明は有機廃棄物の内、燃やすか埋めるか以外にリサイクルや他の有効な利用が困難な一般のゴミを熱分解して、クリーンでハイカロリーなガスを生成することで環境負荷の少ないエネルギーとすることが出来、また二酸化炭素の固定化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る有機物熱分解ガス燃料化装置の概略構成図。
【図２】ガス改質反応炉の詳細図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
有機物熱分解ガス燃料化装置Ｗは、有機物熱分解炉（記載しない）から排出される有機物熱分解ガスを導入して冷却しタール分とガス分を分離する分離装置Ａと、分離装置Ａで分離されたガス分を導入して窒素を除去する窒素除去装置Ｏと、窒素除去装置Ｏで窒素を除去されたたガス分と分離装置Ａで分離されたタール分と、過熱水蒸気発生装置Ｌで発生した過熱水蒸気とを導入してクリーンで高カロリーなガスに改質するガス改質反応炉Ｍを備えている。
そしてガス改質装置Ｋで改質されたクリーンで高カロリーなガスを導入して急冷する急冷装置Ｒとを備えている。
【００１６】
以上のような構成で、有機物熱分解炉（記載しない）から排出される有機物熱分解ガスは、冷却されガス分とタール分に分離され、ガス分は窒素除去装置Ｏで窒素を除去され、タール分は窒素を除去さたガス分と同時にガス改質装置Ｋへ導入され改質されてクリーンで高カロリーなガスに生成される。
【００１７】
急冷装置Ｒは、螺旋パイプＣ３、螺旋パイプＣ４および送風機Ｓを備えている。
このように構成することで高温で排出されたクリーンで高カロリーなガスを急冷することで改質前のガス成分に戻ることを防止する。
【実施例】
【００１８】
本発明の実施例（請求項１，２，３）を図１〜図２に基づいて説明する。
【００１９】
図１は実施例に係る有機物熱分解ガス燃料化装置Ｗの概略構成図である。
係る本実施形態は、図1〜図２に示すように図１の有機物熱分解ガス燃料化装置Ｗは、有機物熱分解炉（不記載）から排出される有機物熱分解ガスを導入する有機物熱分解ガス導入パイプＢ介して、分離装置Ａの第一の螺旋パイプＣ１の最上段に接続され、最下段で逆流防止弁ＤＤ１を備えた第一のドレンＤ１を経てタール格納容器Ｅに接続される。    そして、螺旋パイプＣ１の最下段で有機物熱分解ガス導入パイプＦ１を介して、螺旋パイプＣ２の最上段に接続され、最下段で逆流防止弁ＤＤ２を備えた第二のドレンＤ２を経てタール格納容器Ｅに接続される。  
タール格納容器Ｅの底の任意の位置には逆流防止弁ＧＧ１を備えたドレンＧが設けられ、ドレンＧに接続されたポンプＩを備えたガス改質反応炉導入パイプＨを介してタール噴出ノズルＪに接続される。
一方、螺旋パイプＣ２は最下段で窒素導入パイプＮを介して窒素除去装置Ｏに接続され、ガス改質反応炉導入パイプＰを介してガス改質装置Ｋのガス改質反応炉Ｍに接続される。
ガス急冷装置Ｒは、ステンレス製のケース、寸法高さ１，０５０ｍｍ幅６７５ｍｍ奥行３５０ｍｍで、螺旋パイプＣ３と螺旋パイプＣ４の上部に送風機Ｓが設けられていてる。  また、ガス改質装置Ｋのガス改質反応炉Ｍは、冷却導入パイプＱを介して冷却螺旋パイプＣ３の最上段に接続され、最下段で有機物熱分解ガス導入パイプＦ２を介して螺旋パイプＣ４の最上段に接続され、更に最下段でガスホルダー導入パイプＴを介してガスホルダーＵに接続される。    
【００２０】
分離装置Ａは、有機物熱分解ガスを導入する口径２５mm、厚さ０．８mmのステンレス製の有機物熱分解ガス導入パイプＢを介して、螺旋の口径２５mm、厚さ０．８mm、直径３００mmのステンレス製で螺旋間の間隔を２５mmに保った高さ１，０００ｍｍ奥行き３００ｍｍ幅３００ｍｍの螺旋パイプＣ１に最上段で接続され、最下段で逆流防止弁ＤＤ１を備えた第一ドレンＤ１を介して幅６７５mm高さ２５０mm奥行き３００mm厚さ１．２ｍｍのステンレス製タール格納容器Ｅに接続される。
更に、螺旋パイプＣ１の最下段で、有機物熱分解ガス導入パイプＦ１を介して螺旋パイプＣ２の最上段に接続され、最下段で逆流防止弁ＤＤ２を備えた第二ドレンＤ２を介してステンレス製のタール格納容器Ｅに導入される。
分離装置Ａ及びタール格納容器Ｅは、同梱でステンレス製のケース高さ１０，５０ｍｍ幅６７５ｍｍ奥行３５０ｍｍに納められている。
尚、分離装置Ａの有機物熱分解ガスを導入する螺旋については他に効率よくガスが導入できる口径、厚さ、長さがあれば変更しても良い。また材質についても上記と同じく効率の良いものが有ればステンレス製でなくても良い。
【００２１】
窒素除去装置Ｏは、分離装置Ａの螺旋パイプＣ２の最下段から窒素導入パイプＮで接続されている。
また、窒素除去装置Ｏはガス改質導入パイプＰを通ってガス改質装置Ｋのガス改質反応炉Ｍに接続される。  
窒素ガス除去装置Ｎは外装幅３００ｍｍ×奥行３９０ｍｍ×高さ６４０ｍｍである（内部機構は記載しない）。
【００２２】
ガス改質装置Ｋは過熱水蒸気発生装置Ｌ、及びガス改質反応炉Ｍで構成されていて、タール格納容器Ｅの逆流防止弁ＧＧ１を備えたタール排出ドレンＧから、タール排出ポンプＩを備えたタール導入パイプＨを介して、ガス改質反応炉Ｌに接続される。
そして、同時に前記タール導入パイプＨを介してガス改質反応炉Ｍに導入されたタールと、また前記窒素除去装置Ｏからガス改質反応炉導入パイプＰを介してガス改質反応炉Ｍに導入された窒素を除去されたガスとともに、過熱水蒸気発生装置Ｌで発生された過熱水蒸気で混合反応される。
過熱水蒸気発生装置Ｌ及びガス改質反応炉Ｍは同梱で、高さ６７５ｍｍ奥行き３００ｍｍ幅１，０００ｍｍの厚さ１．２ｍｍのステンレス製のケースに組み込まれている。
【００２３】
。
急冷装置Ｒはガス改質装置Ｋから冷却導入パイプＱで接続されている。
急冷装置Ｒは高さ１，０５０mm幅６７５mm奥行き３５０ｍｍに螺旋パイプＣ３、螺旋パイプＣ４及び上部に送風機Ｓを設け、厚さ１．２mmのステンレスのケースに組み込まれている。  
【００２４】
ガスホルダーＵを示す。
ガスホルダーＵは急冷装置Ｒからガス導入パイプＴで接続されている。
【００２５】
図２はガス改質装置Ｋのガス改質反応炉Ｍの詳細図である。
ガス改質反応炉Ｍは過熱水蒸気１、窒素除去後の熱分解ガス２及びタール３を導入して、混合する混合部Ｙと、混合されたガスを反応させる円錐形の反応部Ｘとで構成されていて、過熱水蒸気１の流量調整は過熱水蒸気発生装置Ｌで行われ、窒素除去後の熱分解ガス２の流量調整は窒素除去装置で行われ、タール３の流量調整はタール噴出ノズルＪで行われる。寸法は図２に図示する。
なお、詳細図で１、２及び３のパイプの口径は１６mmであるが、よりよい効率の口径が有れば変更しても良い、また混合部Ｙ及び反応部Ｘの大きさについても、よりよい効率の容量が有れば変更しても良い。
【００２６】
次に、実施例の有機物熱分解ガス燃料化装置Ｗを使った有機物熱分解ガス燃料化について説明する。
有機物熱分解炉（記載しない）から１６６℃の温度で排出された有機物熱分解ガスは、有機物熱分解ガス導入パイプＢを通って分離装置Ａで窒素除去装置の稼働温度である４０℃以下に冷却される。分離装置Ａにおける冷却能力としては、窒素除去装置Ｏの稼働温度により異なるが、窒素除去装置Ｏの稼働温度より低い温度まで冷却できることが必要である
このような状態で有機物熱分解ガスは液状のタール分とガス状のガス分に分離される。
尚、実施例では有機物熱分解炉から排出された温度は１６６℃であるが、１５０〜５００℃の温度で排出された有機物熱分解ガスでも冷却の対応ができる。
【００２７】
前記分離された有機物熱分解ガスの内、ガス状のガス分は窒素導入パイプＮを通って窒素除去装置Ｏへ導入される。
そして、ガス分はガス改質反応炉導入パイプＰでガス改質装置Ｋのガス改質反応炉Ｍへ導入され、過熱水蒸気発生装置Ｌで発生された過熱水蒸気と反応して改質される。なお、窒素除去装置Ｏで窒素（Ｎ２）を９８％以上除去されることにより低カロリーのガス分は高カロリーなガス分となる。
窒素除去の効果の一つはこのような有機物熱分解ガスの高カロリーなガスに変換させることにあり、もう一つは、有機物熱分解ガスの窒素を除去せずに直接８００℃以上の過熱水蒸気を反応させると窒素化合物（ＮＯＸ）が生成される恐れがあり、窒素化合物（ＮＯＸ）の生成を防止するため、事前に有機物熱分解ガスの窒素を除去することにある。
尚、有機物熱分解ガス中の窒素を除去する方法は、膜式、ＰＳＡ方式及びその他の方法でも良い。
また、ガス改質反応炉導入パイプＰ内のガスを磁石で磁化することでガスクラスターが細分化されガス改質の効率を上げることが出来る。
【００２８】
また、有機物熱分解ガスの内、液状のタール分は第一ドレンＤ１を通ってタール格納容器Ｅに収納され、タール格納容器Ｅの逆流防止弁ＧＧ１を備えたタール排出ドレンＧからタール導入パイプＨを通ってポンプＩでポンプアップされ噴出ノズルＪからガス改質反応炉Ｍに噴霧導入され、過熱水蒸気発生装置Ｌで発生された１，０００℃以上の過熱水蒸気と反応して、無害化されてクリーンなガスに改質される。なお、過熱水蒸気の温度が８００℃未満では効果的な反応が望めない。
尚、タール導入パイプＨ内のタールを磁石で磁化することでタールクラスターが細分化されガス改質の効率を上げることが出来る。すなわち４００℃の過熱水蒸気であっても効果的な反応が得られる。
【００２９】
ガス改質反応炉Ｍで、過熱水蒸気発生装置Ｌで発生された１，０００℃以上の過熱水蒸気の温度を加えられ、改質されたクリーンで高カロリーなガスは、ともに冷却導入パイプＱを通って急冷装置Ｒで急冷され、有機物熱分解炉（記載しない）から排出される有機物熱分解ガスはクリーンで高カロリーなガスに生成される。
このようにすることで、高温で排出されたクリーンで高カロリーなガスは、冷却用送風機Ｓを備えた急冷装置Ｒで急冷されることで、反応前のガスの成分、主に水分に戻ることが防止される。
急冷装置Ｒの冷却能力としては、ガスホルダーＵの稼働温度により異なるが、ガスホルダーＵの稼働温度より低い温度まで冷却できることが必要である。なお、急冷装置の螺旋パイプの長さは冷却効率の良い長さに設定することが出来る。
【００３０】
ガスホルダーＵは急冷装置Ｒから反応ガス導入パイプＴで接続されている。
生成されたクリーンで高カロリーなガスはガスホルダーＵで貯留されることで、ガスタービン発電機や天然ガス自動車などの燃料として供給できるだけでなく、他の機関の燃料としても常時供給の体制ができて利便性が上がる。
【００３１】
実施例として割り箸１立方メートル、重量１２０kgを熱分解時間３時間、熱分解温度１６６℃の条件で有機物熱分解炉から排出された有機物熱分解ガスを有機物熱分解ガス導入パイプＢで計測した成分は以下の通りである。
一酸化炭素      ４．５％
二酸化炭素      ３．１％
酸素            ４．５％
窒素          ５０．３％
水素            ０．９％
煤塵量          ０．０６９ｇ／ｎ立方メートル
水分            ３．９％
タール          ０．３６０Ｌ
【００３２】
上記の有機物熱分解ガスを過熱水蒸気の温度１，０００℃、流量２．５立方メートル／分で、およそ２秒間以上ガス改質反応炉に導入し、得られた改質ガスの組成は、冷却導入パイプＱで測定したところ以下の通りであった。
二酸化炭素    ２０．６％
一酸化炭素    ２６．０
水素          ４８．５
メタン          ５．９
なお、生成されたクリーンで高カロリーなガス量はおおよそ４５０立方メートルであった。
組成が１００％超えるのは熱分解ガス中の水分とタール中の水分が１，０００℃の過熱水蒸気が起こす水性ガス反応による水素及び二酸化炭素に変換したと推測される。
おおよそ都市ガスと同じカロリーであり、直接ガス仕様の自動車等での使用が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
有機廃棄物のリサイクルは進んではいるが、現在の取り組みは肥料化、炭化、バイオマスガスなどがあり、それぞれ進化しているものの全体に占めるリサイクル率は家畜排泄物のようにおおよそ８０％堆肥等に利用されているものもあるが、一般的に高いもので３０数％止まりであり、食品廃棄物に至っては９０％が焼却・埋却処理されている。
このような状況の中で、本発明は種別を問わず有機廃棄物を高カロリーで安全なガス化が出来るとともに、ガス化のコストが安価であることから産業上の利用の可能性は極めて大きい。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ      分離装置  
Ｂ      有機物熱分解ガス導入パイプ
Ｃ１    螺旋パイプ
Ｃ２    螺旋パイプ
Ｃ３    螺旋パイプ
Ｃ４    螺旋パイプ
Ｄ１    第一ドレン
ＤＤ１  逆流防止弁
Ｄ２    第二ドレン
ＤＤ２  逆流防止弁
Ｄ３    第三ドレン
ＤＤ３  逆流防止弁
Ｄ４    第四ドレン
ＤＤ４  逆流防止弁
Ｅ      タール格納容器
Ｆ１    有機物熱分解ガス導入パイプ
Ｆ２    反応ガス導入パイプ
Ｇ      タール排出ドレン
ＧＧ１  逆流防止弁
Ｈ      タール導入パイプ
Ｉ      タール送出ポンプ
Ｊ      タール噴出ノズル
Ｋ      ガス改質装置
Ｌ      過熱水蒸気発生装置
Ｍ      ガス改質反応炉
Ｎ      窒素導入パイプ
Ｏ      窒素除去装置
Ｐ      ガス改質反応炉導入パイプ
Ｑ      冷却導入パイプ
Ｒ      急冷装置                    
Ｓ      送風機
Ｔ      反応ガス導入パイプ
Ｕ      ガスホルダー
Ｗ      有機物熱分解ガス燃料化装置
【図１】
2013014698.tif 000003
【図２】
2013014698.tif 000004