(57)【要約】【課題】  バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解して、再生するのに要する熱エネルギーコストを削減し、環境保護にも配慮する。【解決手段】  バイオマスや廃棄物を燃焼炉で燃焼し、発生する加熱空気の熱エネルギーを利用し、水を水蒸気に変化し、この水蒸気を更に上記加熱空気により加熱して、過熱水蒸気に転化し、この過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解して、液体燃料や可燃性ガス及び炭化物に再生する。また、上記過熱水蒸気を動力源として、蒸気タービンを介して、発電を行い、発生する電力を、装置内のモータ等、電気系統を作動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスや廃棄物を燃焼炉で燃焼し、発生する加熱空気により、水を加熱して転化した、過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を、熱分解して再生する方法。
バイオマスや廃棄物を燃焼して、加熱空気を得る第１の工程と、この加熱空気により、水を水蒸気にする第２の工程と、上記加熱空気により、第２の工程で得られた、水蒸気を過熱水蒸気に転化する第３の工程と、この過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解し、液体燃料や可燃性ガス及び炭化等に再生する第４の工程とを含む、バイオマスや廃棄物の処理方法。
【請求項２】
上記第４の工程において、廃プラスチックや廃油等の原材料を熱分解して、液体燃料や可燃性ガスの回収を主体とする場合、このバイオマスや廃棄物の原材料を上記過熱水蒸気により、間接的に加熱する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第４の工程において、野菜残渣やコーヒー粕等の様に、熱分解して炭化物の回収を主体とする場合、この原材料と上記過熱水蒸気を、直接的に接触して加熱する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記過熱水蒸気を動力源として、蒸気タービンを介して、発電を行い、発生する電力を、装置内のモータ等、電気系統を作動させる請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、バイオマスや廃棄物の原材料を、熱分解するに要する熱エネルギーを、バイオマスや廃棄物を燃焼して得られる、加熱空気を利用して、水を水蒸気にし、この水蒸気を更に上記加熱空気により加熱し、過熱水蒸気に転化し、この過熱水蒸気を熱分解の熱源とする方法。
また、上記過熱水蒸気を動力源として、蒸気タービンを介して、発電を行い、発生する電力を、装置内のモータ等の電気系統を作動させる方法。
【背景技術】
【０００２】従来、バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解する熱源は、化石燃料や再生油を燃焼して得られる、熱エネルギーを使用するもので、容易に利用されてきた。
また、電気炉を使用した、電熱式熱分解装置も容易に熱エネルギーを取り出せる方法であるため、多く利用されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開ＷＯ  ２００７／０８６３４８Ａ１号（要約等）
【特許文献２】特開２０１１−２３６３９０（要約等）
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社エヌ・ティー・エス発行「廃プラスチック油化技術の開発と実施動向」（７５Ｐ  図５発泡スチロール油化還元装置フローシート）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】しかしながら、化石燃料や電力を熱源として使用することは、地球温暖化や資源減少の原因となっている。
また、油化装置等で回収された、液体燃料を自家消費する方法もあるが、ボイラー等の燃料として全量使用されることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】請求項１に記載の発明は、バイオマスや廃棄物を燃焼炉で燃焼し、発生する加熱空気により、水を加熱して転化した、過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を、熱分解して再生する方法。
バイオマスや廃棄物を燃焼して、加熱空気を得る第１の工程と、この加熱空気により、水を水蒸気にする第２の工程と、上記加熱空気により、第２の工程で得られた、水蒸気を過熱水蒸気に転化する第３の工程と、この過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解し、液体燃料や可燃性ガス及び炭化物に再生する第４の工程とを含む、バイオマスや廃棄物の処理方法。
請求項２に記載の発明は、上記第４の工程において、廃プラスチックや廃油等の原材料を熱分解して、液体燃料や可燃性ガスの回収を主体とする場合、このバイオマスや廃棄物の原材料を上記過熱水蒸気により、間接的に加熱する請求項１に記載の方法。
請求項３に記載の発明は、上記第４の工程において、野菜残渣やコーヒー粕等の様に、熱分解して炭化物の回収を主体とする場合、この原材料と上記過熱水蒸気を、直接的に接触して加熱する請求項１に記載の方法。
請求項４に記載の発明は、上記過熱水蒸気を動力源として、蒸気タービンを介して、発電を行い、発生する電力を、装置内のモータ等、電気系統を作動させる請求項１に記載の方法。
【発明の効果】
【０００７】本発明は、バイオマスや廃棄物を燃焼炉で燃焼し、７００〜８００℃の加熱空気の熱エネルギー利用し、水を水蒸気にし、この水蒸気を、更に上記加熱空気で加熱し、５００〜６００℃の過熱水蒸気に転化し、この過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解して再生する方法。
熱分解の熱源として、化石燃料や再生油、電力を使用しない。
過熱水蒸気は、大気圧下で１００℃の飽和蒸気を、更に加熱した、完全に気体状態の「乾き飽和蒸気」である。
対象物の温度を上昇するのに必要な熱量は、比熱と呼ばれる。
過熱水蒸気の比熱は、１．３３７ｃａｌ／ｇ・℃であり、加熱空気の比熱０．２４ｃａｌ／ｇ・℃と比較すると、約５．５倍の熱量を有する。
この過熱水蒸気を、熱分解の熱源として活用することで、原材料の熱処理を効率良く進行できる。
過熱水蒸気は、５００℃の高温にも達する、高温ガス体であるが、無酸素状態であるため、火災の危険性は少ない。
蒸気タービン発電機では、蒸気の持つエネルギーを、タービンと軸を介し、回転運動へと変換し、その動力によって発電する。
この動力源として、高温の乾き度の高い、過熱水蒸気をタービンに供給し、タービンの出口側から、過熱状態を保ったまま、過熱水蒸気を排出することで、ドレンが発生しないので、熱効率の高い発電を実現できる。
蒸気タービン発電機が、同一装置内に存在することで、バイオマスや廃棄物の再生に必要な電力を、装置内で供給出来る便利さを持つ。
バイオマスや廃棄物の熱分解における加熱方式は、バイオマスや廃棄物の原材料の性質により異なる。
例えば、廃プラスチックの油化や廃油の改質の様に、熱分解ガスの回収を主体とする場合、回収される液体燃料に水分が混入しないように、過熱水蒸気を２重管の外側に吹き込む、間接的な加熱の方法により原材料を熱分解する。
また、原材料が野菜残渣やコーヒー粕等の様に、残渣の回収を主体とする場合は、過熱水蒸気を、原材料と直接接触させ、乾燥・炭化を行う直接加熱の方法による。
本発明は、間接加熱・直接加熱の双方の機能を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の概念を説明する図
【図２】本発明の実施例を示す図
【図３】本発明の内、コーヒー粕の炭化装置の実施例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】以下、本発明のバイオマスや廃棄物の熱分解の方法について、図例に基づき説明する。
ここで、バイオマスや廃棄物の熱分解の方法とは、廃プラスチックの油化、廃油の改質、コーヒー粕の炭化等に再生する、広義の概念である。
本装置の概念を図１に示す。
処理装置の構成は、燃焼部Ａ、水蒸気発生部Ｂ、熱分解及び蒸気発電部Ｃによってなる。
燃焼部Ａは、バイオマスや廃棄物を燃焼炉で、燃焼させる部分で、燃焼用空気は、ブロアから送風されて、加熱空気を発生させる。
燃焼部Ａの燃焼炉は、予熱バーナーを運転し、予め熱して置く。
次に、燃料となるバイオマスや廃棄物を、ホッパーからスクリューコンベによって、予め熱せされた燃焼炉に投入し、ブロアーからの燃焼用空気を送風し、バイオマスや廃棄物を燃焼して、加熱空気を発生させる。
燃焼炉で、燃料のバイオマスや廃棄物の燃焼が安定すれば、予熱バーナーの運転を中止する。
水蒸気発生部Ｂは、燃焼炉で発生した加熱空気により、水を加熱して水蒸気を発生させ、更に上記加熱空気により、この水蒸気を更に加熱し、過熱水蒸気に転化し、熱分解の熱源とする。
熱分解部Ｃは、上記過熱水蒸気を熱源として、投入されたバイオマスや廃棄物の原材料を、外部加熱により、間接的に加熱する方法及び上記過熱水蒸気を直接原材料と接触させて、乾燥・炭化を行う直接加熱方式があり、原材の性質により使い分ける。
熱分解ガスは、外部に取り出され、冷却されて液体となる回収油と液化されない可燃性ガスに分離され、それぞれに再生される。
炭化された炭化物は、スクリューコンベアで外部の炭化槽へ貯留される。
また、バイオマスや廃棄物を燃焼して得られた加熱空気により、水を水蒸気に変化し、更に水蒸気を加熱して転化した、過熱水蒸気を動力源として、蒸気発電機のタービンを回転して発電した電力を装置内で利用する。
【００１０】本発明の、バイオマスや廃棄物の熱分解方法の、実施例を図２に示す。
図２の燃焼部Ａは、バイオマスや廃棄物の燃焼して、加熱空気を発生させる。
図２の燃焼部Ａでは、燃焼炉１に燃料として、固形のバイオマスや廃棄物を、ホッパー２に投入し、スクリューコンベア３を通過し、モータ４を駆動し燃焼炉１に投入する。
液状のバイオマスや廃棄物を、燃焼炉１に輸送するには、廃油タンク５からポンプ６によって、燃焼炉１に投入する。
燃焼炉は、予め予熱バーナー８を運転し熱しておく。
燃焼炉１でバイオマスや廃棄物を、燃焼させるのに必要な燃焼空気は、ブロア７によって送風する。
燃料用の廃プラスチックが、燃焼炉で安定した燃焼状態に入れば、予熱バーナー８を止める。
熱分解部Ｃの、分離槽２７で、液化されない、可燃性ガスは、燃焼炉１に送られて燃焼される。
図２の水蒸気発生部Ｂは、水を加熱して水蒸気に変化し、この水蒸気を更に上記加熱空気により加熱し、過熱水蒸気に転化する。
図２の水蒸気発生部Ｂでは、燃焼炉１で発生した加熱空気は、１次加熱器１０の、煙道１１を通過する間に、多数の水管１２を介して、熱交換を行い、水蒸気発生釜９にて、水を水蒸気に変化させ、加熱空気は大気中に排出される。
１次加熱器１０で、発生した水蒸気は、２次加熱器１３に送られ、銅パイプの蛇管１４を介して、燃焼炉１で発生する、加熱空気により加熱され、５００℃の過熱水蒸気に転化する。この過熱水蒸気を熱分解の熱源として使用する。
図２の熱分解及び蒸気発電部Ｃは、過熱水蒸気を熱源として、バイオマスや廃棄物の原材料を熱分解して、液体燃料や可燃性ガス及び炭化等に再生する。
図２の熱分解及び蒸気発電部Ｃでは、固形のバイオマスや廃棄物の原材料を、ホッパー２０から、スクリューコンベア２１を通過し、モータ２２を駆動し、仕切り弁２３を開き、熱分解槽１５へ投入する。
液状のバイオマスや廃棄物の原材料の場合は、廃油タンク２４から、ポンプ２５によって、熱分解槽１５へ投入する。
熱分解槽１５に投入された、バイオマスや廃棄物の原材料は、上記過熱水蒸気によって加熱され、熱分解されるが、原材料の性質により、間接加熱及び直接加熱に分かれる。
廃プラスチックや廃油等の熱分解は、間接加熱により、原材料の熱分解を行う。
間接加熱弁１７を開けて、過熱水蒸気を熱分解槽１５の、２重缶の外側の缶に送り、間接的に原材料を加熱する。
原材料が、野菜残渣やコーヒー粕等の場合は、直接加熱弁１６を開け、過熱水蒸気を、原材料と直接接触させて熱分解を行う。
熱分解槽１５において、過熱水蒸気により、熱分解された原材料は、熱分解ガスとして、外部に取り出され、冷却器２６で冷却され、液体燃料と可燃性ガスに分離される。液体燃料は、分離槽２７で水分等を除去され、貯油タンク２８に蓄えられ、ボイラー等の燃料に使用される。
冷却器２６で、液化されない可燃性ガスは、燃焼炉１にて、燃焼される。
熱分解槽１５に、投入された原材料が、熱分解された後の残渣は、スクリューコンベア２９のモータ３０を駆動させて、炭化槽３１へ輸送される。
上記過熱水蒸気は、バイオマスや廃棄物の原材料の、熱分解の熱源としての利用する。
蒸気発電仕切り弁１９を開けて、過熱水蒸気を、蒸気発電機１８に送り、タービンを回して発電を行い、その電力を、装置内の電気系統で使用する。
【実施例】
【００１１】図３にバイオマスや廃棄物の原材料を、熱分解して再生する方法の中で、コーヒー粕を炭化する処理装置の実施例を示す。
炭化装置は、燃焼部、水蒸気発生部、熱分解部からなる。
図３の燃焼部は、バイオマスや廃棄物を燃料として燃焼させ、加熱空気を発生させる部分である。
燃焼部では、燃料用の廃プラスチックをホッパーから、スクリューコンベアで燃焼炉に投入し燃焼する。
燃焼炉は、予め予熱バーナーを運転し熱しておく。
予め熱せられた燃焼炉に、燃料用の廃プラスチックを送り、ブロアーからの燃焼空気により燃焼する。
燃料用の廃プラスチックが、燃焼炉で安定した燃焼状態に入れば、予熱バーナーを止める。
燃焼炉で発生した加熱空気は、次の水蒸気発生部に送られる。
水蒸気発生部では、上記加熱空気の熱エネルギーを利用して、水を水蒸気に変化し、この水蒸気を更に上記加熱空気により加熱し、過熱水蒸気に転化し、熱分解の熱源とする方法である。
加熱空気は２系統に分かれて利用されている。
一つは、上記加熱空気により、水を水蒸気にする、ボイラーとしての役割を持ち、上記加熱空気は、水槽に設けられた、煙道を通過する間に、多数の水管を加熱し、水管を通る水を温め水蒸気に変化し、加熱空気は煙道から排気される。この工程を、１次加熱器と言う。
いま一つは、上記１次加熱器で発生した、水蒸気を銅パイプの蛇管内を通し、燃焼炉で発生する上記加熱空気により加熱し、５００℃の過熱水蒸気に転化し、熱源として熱分解部へ送る。この工程を、２次加熱器と言う。
熱分解部では、コーヒー粕が熱分解槽に送られ、上記過熱水蒸気を熱源として、直接的にコーヒー粕を加熱し、乾燥・炭化が行われる。
炭化物は、熱分解槽に設置されたスクリューコンベアで炭化槽に貯留される。
熱分解槽で炭化されなかった熱分解ガスは、燃焼炉に送られ燃焼される。
図３に示す実施例の、全体の大きさは、幅１．５ｍ、奥行き１．５ｍ、高さ２．０ｍである。【００１２】実施の一例として、含水率８０％のコーヒー粕２０ｋｇ／ｈで、処理を行い、３．８ｋｇ／ｈの炭化物を回収することが出来た。
【産業上の利用可能性】
【００１３】従来、バイオマスや廃棄物を熱分解して、液体燃料や可燃性ガスの回収及び炭化等を行ってきたが、熱分解に要する熱エネルギーは、化石燃料や再生油、電力が、多く使用されてきた。
その結果、地球温暖化や地球資源減少の原因となっている。
本発明は、熱分解に要する熱エネルギーを、バイオマスや廃棄物を燃料とし、発生する加熱空気の熱エネルギーを利用して、水を加熱して水蒸気に変化し、この水蒸気を更に加熱して、過熱水蒸気に転化し、この過熱水蒸気を熱分解の熱源にすることにより、従来、熱源としてきた、化石燃料や再生油、電力を使用するという課題を、解決することが出来る。
また、バイオマスや廃棄物を燃焼して、得た過熱水蒸気を動力源として、タービンを回し、水蒸気発電を行い、発電した電力を、処理装置内でモータ等の電気系統の電源として使用する。
【符号の説明】
【００１４】燃焼部Ａ
燃料を燃焼炉で燃焼し、加熱空気を発生させる部分。
水蒸気発生部Ｂ
加熱空気により、水を加熱して過熱水蒸気に転化する部分。
熱分解及び蒸気発電部Ｃ
過熱水蒸気を熱源として、原材料を熱分解する部分。
及び過熱水蒸気を動力源として、蒸気発電を行う部分。
１    燃焼炉
９    水蒸気発生釜
１０  １次加熱器
１１  煙道
１２  水管
１３  ２次加熱器
１４  蛇管
１５  熱分解槽
１６  直接加熱弁
１７  間接加熱弁
１８  蒸気発電機
２６  冷却器
２７  分離槽
２８  回収油タンク
３１  炭化槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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