バイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法
【課題】有機系廃棄物から生成したバイオガスを用いて発電を行う際の残渣の発生を減少させる。
【解決手段】有機系廃棄物７０１から生成したバイオガスと水酸素ガス３０２と水とを反応炉３１内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気４０１を発生させる発熱反応装置３と、高温高圧蒸気４０１を用いて発電を行う発電装置７と、有機系廃棄物７０１を収容した熱分解槽に対して常圧過熱水蒸気２０１ｂを送り込んで熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持してバイオガスとしての熱分解ガス３０１を生成する熱分解ガス化処理を実行する熱分解装置２とを備え、発熱反応装置３は、熱分解ガス３０１を用いて高温高圧蒸気４０１を発生させる。
【解決手段】有機系廃棄物７０１から生成したバイオガスと水酸素ガス３０２と水とを反応炉３１内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気４０１を発生させる発熱反応装置３と、高温高圧蒸気４０１を用いて発電を行う発電装置７と、有機系廃棄物７０１を収容した熱分解槽に対して常圧過熱水蒸気２０１ｂを送り込んで熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持してバイオガスとしての熱分解ガス３０１を生成する熱分解ガス化処理を実行する熱分解装置２とを備え、発熱反応装置３は、熱分解ガス３０１を用いて高温高圧蒸気４０１を発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機系廃棄物から生成したバイオガスを用いて発電を行うバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電システムとして、特許第４５３５８６１号公報に開示された発電システムが知られている。この発電システムは、バイオガス生成装置、ゼットガス発生器、太陽熱温水槽、反応炉、蒸気タービンおよび発電機などを備えて構成されている。この発電システムでは、バイオガス生成装置が生廃棄物（生ごみ）を微生物処理してバイオガスを生成し、ゼットガス発生器が水を電気分解してゼットガス（水酸素ガス）を生成し、太陽熱温水槽が水を加温する。生成されたバイオガスおよび加温された水は、加圧されて反応炉内に吹き込まれ、ゼットガスの燃焼炎によって高温加熱される。この際に、高温高圧高速気体流が生成され、この高温高圧高速気体流によって蒸気タービンが回転する。また、蒸気タービンの回転によって発電機を回転し、これによって発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３５８６１号公報（第５−６頁、第１−２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した従来の発電システムには、解決すべき以下の課題がある。すなわち、この発電システムでは、生廃棄物としての生ゴミを微生物処理してバイオガスを生成している。しかしながら、生ゴミを微生物処理したときには、多量の有機性の残渣が生じる。この有機性残渣は、そのまま埋め立てる方法や、焼却して減量した後に埋め立てる方法によって最終処分される。しかしながら、そのまま埋め立てる方法は、埋め立て地の確保が難しい状況下において好ましくなく、また、焼却した後に埋め立てる方法は、ランニングコストが高騰する点で好ましくない。このように、従来の発電システムには、生廃棄物を微生物処理してバイオガスを生成する際に生じる多量の残渣を処分する上での課題が存在し、この点の改善が望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、有機系廃棄物から生成したバイオガスを用いて発電を行う際の残渣の発生を減少させ得るバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載のバイオガス発電システムは、有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させる発熱反応装置と、前記高温高圧蒸気を用いて発電を行う発電装置とを備えたバイオガス発電システムであって、前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行する熱分解装置を備え、前記発熱反応装置は、前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させる。
【０００７】
また、請求項２記載のバイオガス発電システムは、請求項１記載のバイオガス発電システムにおいて、前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行する加水分解処理装置を備え、前記熱分解装置は、前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する。
【０００８】
また、請求項３記載のバイオガス発電システムは、請求項１または２記載のバイオガス発電システムにおいて、前記水蒸気を生成する水蒸気生成装置を備え、前記水蒸気生成装置は、前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる。
【０００９】
また、請求項４記載のバイオガス発電方法は、有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させ、前記高温高圧蒸気を用いて発電装置によって発電を行うバイオガス発電方法であって、前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行し、前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させる。
【００１０】
また、請求項５記載のバイオガス発電方法は、請求項４記載のバイオガス発電方法において、前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行し、前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する。
【００１１】
また、請求項６記載のバイオガス発電方法は、請求項４または５記載のバイオガス発電方法において、前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載のバイオガス発電システム、および請求項４記載のバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持してバイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行し、生成した熱分解ガスを用いて高温高圧蒸気を発生させることにより、有機系廃棄物の大部分を発電用の熱分解ガスにガス化することができる。このため、有機系廃棄物の大部分がガス化される分、熱分解ガス化処理において生じる残渣を確実に減少させることができる。したがって、このバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法によれば、従来の発電システムが有していた残渣の処分に関する課題を確実に改善することができる。
【００１３】
また、請求項２記載のバイオガス発電システム、および請求項５記載のバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を熱分解ガス化処理以前に実行することにより、有機系廃棄物の含水率を低減させつつ、熱分解ガス化処理が効率的に行われる状態に有機系廃棄物を分解することができる。このため、このバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物に対して加水分解処理を行うことなく、熱分解ガス化処理を直接行う構成および方法と比較して、熱分解ガス化処理の効率を十分に高めることができる。
【００１４】
また、請求項３記載のバイオガス発電システム、および請求項６記載のバイオガス発電方法によれば、熱分解ガス化処理の際に生じる有機系廃棄物の残渣を水蒸気を生成する際の燃料として用いることにより、残渣を廃棄物として排出することなく、バイオガス発電方法によって発電を行うバイオガス発電システム内において消費することができるため、資源の有効利用をさらに推進することができる。また、残渣を廃棄物として埋め立てなどの方法によって処分する必要がないため、環境保護に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】バイオガス発電システム１００の構成を示す構成図である。
【図２】バイオガス発電システム１００によって実行される各処理の流れを説明する工程図である。
【図３】発熱反応装置３の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、バイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
最初に、図１，２に示すバイオガス発電システム１００（以下「発電システム１００」ともいう）の構成について説明する。発電システム１００は、有機系廃棄物（特に家庭ごみを主体とした有機系廃棄物）７０１から生成したバイオガス（有機系ガス）を用いて発電を行うシステムであって、両図に示すように、加水分解処理装置１、熱分解装置２、発熱反応装置３、水酸素ガス生成装置４、太陽熱温水装置５、水蒸気生成装置６、発電装置７、熱交換器８、分離装置９および水素回収装置１０を備えて構成されている。また、発電システム１００は、図１に示すように、搬入された有機系廃棄物７０１を受け入れる搬入ピット１０１、搬入ピット１０１と加水分解処理装置１との間に配設されたコンベヤ１０２、各装置や設備を稼働させるのに必要な電力を供給する図外の電力供給設備、並びに各装置や設備の間に配設された配管１０３ａ〜１０３ｊおよび搬送機構１０４などの付帯設備を備えている。
【００１８】
加水分解処理装置１は、図１に示すように、処理槽１１を備えて構成され、熱分解装置２によって実行される後述する熱分解ガス化処理の前処理として、効率的な熱分解ガス化処理が可能な状態に有機系廃棄物７０１を分解する加水分解処理（水熱処理）を実行する。
【００１９】
処理槽１１は、図１に示すように、一例として略円筒状に形成されて、有機系廃棄物７０１を収容可能に構成されている。また、処理槽１１の上部には、搬入ピット１０１に搬入されてコンベヤ１０２によって搬送される有機系廃棄物７０１を処理槽１１内に収容させるための開口部１１ａが設けられている。また、処理槽１１の一方の側部には、水蒸気生成装置６によって生成される水蒸気（飽和水蒸気）２０１ａ（図２参照）を処理槽１１内に送り込むための開口部１１ｂが設けられている。さらに、処理槽１１の他方の側部には、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１を送り出すための開口部１１ｃが設けられている。
【００２０】
熱分解装置２は、図１に示すように、熱分解槽２１を備えて構成され、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１に対して熱分解ガス化処理を実行してバイオガス（有機系ガス）としての熱分解ガス３０１（図２参照）を生成する。
【００２１】
熱分解槽２１は、図１に示すように、一例として略円筒状に形成されて、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１を収容可能に構成されている。また、熱分解槽２１の一方の側部には、処理槽１１の開口部１１ｃから搬送機構１０４によって搬送される加水分解処理後の有機系廃棄物７０１を熱分解槽２１内に収容させるための開口部２１ａが設けられている。また、熱分解槽２１の上部には、熱分解ガス化処理によって生成した熱分解ガス３０１（図２参照）を送り出すための開口部２１ｂが設けられている。さらに、熱分解槽２１の他方の側部には、水蒸気生成装置６の加熱機６２によって生成される常圧過熱水蒸気２０１ｂ（同図参照）を熱分解槽２１内に送り込むための開口部２１ｃが設けられている。
【００２２】
発熱反応装置３は、図１，２に示すように、反応炉３１および圧縮機３２，３３を備えて構成され、熱分解装置２によって生成される熱分解ガス３０１と、水酸素ガス生成装置４によって生成される後述する水酸素ガス３０２と、太陽熱温水装置５によって生成される温水３０３とを用いて高温高圧蒸気４０１を生成する。
【００２３】
反応炉３１は、図１，３に示すように、一例として略円筒状に形成されている。また、反応炉３１の上部には、図３に示すように、熱分解装置２における熱分解槽２１の開口部２１ｂから配管１０３ｃを通って送り出され、圧縮機３２によって加圧された熱分解ガス３０１を反応炉３１内に噴射（送入）するための開口部３１ａが設けられている。また、同図に示すように、反応炉３１の一方（同図における左側）の側部には、水酸素ガス生成装置４によって生成されて配管１０３ｅを通って送り出される水酸素ガス３０２を反応炉３１内に送り込むための開口部３１ｂが設けられている。
【００２４】
さらに、反応炉３１の下部には、図３に示すように、温水タンク５ａから配管１０３ｄを通って供給され、圧縮機３３（図１，２参照）によって加圧された温水３０３を反応炉３１内に噴射（送入）するための開口部３１ｃが設けられている。また、図３に示すように、反応炉３１の他方（同図における右側）の側部には、反応炉３１内において生じる発熱反応（燃焼）によって生成される高温高圧蒸気４０１をダクト３１ｅを通して発電装置７に送り出すための開口部３１ｄが形成されている。
【００２５】
水酸素ガス生成装置４は、水酸素ガス３０２（別名として、ブラウンガス、原子水素ガス、ＨＨＯガス、ＺＥＴガス、ＣＰガス、Ｅ＆Ｅガス、アクアガス等）を生成する。水酸素ガス生成装置４によって生成された水酸素ガス３０２は、発熱反応装置３の反応炉３１と水酸素ガス生成装置４との間に配設された配管１０３ｅ（図１，３参照）を通って開口部３１ｂから反応炉３１内の反応領域３１ｆに送り込まれる。なお、この水酸素ガス３０２は、原子状態（非分子状態）の水素と原子状の酸素とを２：１の比率で混合した気体であって、水酸素ガス生成装置４は、一例として、配管１０３ｉを通って供給されて純水製造装置４ａ（図１参照）によって精製された水５０３を電気分解することによってこの水酸素ガス３０２を生成する。
【００２６】
太陽熱温水装置５は、図１，２に示すように、水５０３を太陽熱を用いて加温し、８０℃程度の程度の温水３０３を生成する。また、太陽熱温水装置５は、配管１０３ｆを通って熱交換器８から供給される温水５０２を、水５０３に代えて（または水５０３と共に）加温することが可能となっている。太陽熱温水装置５によって生成された温水３０３は、配管１０３ｇを通って送り出されて温水タンク５ａに貯留された後に、発熱反応装置３の圧縮機３３に供給される。
【００２７】
水蒸気生成装置６は、図１に示すように、ボイラー６１および加熱機６２を備えて構成されている。ボイラー６１は、１００℃〜２００℃の水蒸気２０１ａを生成する。この場合、ボイラー６１によって生成された水蒸気２０１ａの一部は、処理槽１１とボイラー６１との間に配設された配管１０３ａを通って開口部１１ｂから処理槽１１内に送り込まれて、加水分解処理に用いられる。また、ボイラー６１は、図２に示すように、熱交換器８によって生成される温水５０２を熱源として用いている。また、ボイラー６１は、重油を主燃料として用いると共に、熱分解装置２によって実行される熱分解ガス化処理によって僅かに生じる有機系廃棄物７０１の残渣（熱分解ガス化処理によって分解しきれなかった有機物）７０２を補助燃料として用いることが可能に構成されている。
【００２８】
加熱機６２は、ボイラー６１によって生成された水蒸気２０１ａの一部を加熱することにより、４００℃〜６００℃の常圧過熱水蒸気２０１ｂ（過熱水蒸気の一例）を生成する。この場合、図２に示すように、加熱機６２によって生成された常圧過熱水蒸気２０１ｂは、熱分解槽２１と加熱機６２との間に配設された配管１０３ｂ（図１参照）を通って開口部２１ｃから熱分解槽２１内に送り込まれて熱分解ガス化処理に用いられる。
【００２９】
発電装置７は、発熱反応装置３から送り出される高温高圧蒸気４０１によって回転するタービンとタービンの回転力によって発電を行う発電機（いずれも図示せず）を備えて構成されている。この場合、発電装置７によって発電された電力６０１は、発電システム１００の各装置および設備にも供給される。
【００３０】
熱交換器８は、図１，２に示すように、発電装置７から排出されて配管１０３ｈを通って送り込まれる排蒸気５０１の一部を用いて熱交換を行い、水５０３を加温して温水５０２を生成する。なお、発電装置７から排出される排蒸気５０１の他の一部は、発電システム１００の外部に送り出されて、二次発電に用いられる。分離装置９は、熱交換器８によって熱交換が行われた後の排蒸気５０１から水素および二酸化炭素を分離する。水素回収装置１０は、分離装置９によって分離された水素を回収する。
【００３１】
次に、発電システム１００によるバイオガス発電方法について、発電システム１００の各構成要素によって実行される処理の内容を中心に図面を参照して説明する。
【００３２】
図１に示すように、家庭ごみを主体とする有機系廃棄物７０１は、トラック等の輸送手段によって発電システム１００が設置されている施設に搬入されて、搬入ピット１０１に投入されて、搬入ピット１０１内に一時的に貯留される。この場合、家庭ごみを主体とする有機系廃棄物７０１は、未処理の状態（処理槽１１内に収容された状態）において６０重量％程度の水分を含んでいる。
【００３３】
搬入ピット１０１に貯留された有機系廃棄物７０１は、図１，２に示すように、コンベヤ１０２によって加水分解処理装置１の処理槽１１の上部に設けられている開口部１１ａに搬送され、開口部１１ａから処理槽１１内に収容される。発電システム１００の運転中において、コンベヤ１０２は、処理槽１１に対する単位時間当たりの搬送量が予め決められた一定の重量となるように、有機系廃棄物７０１を連続的または断続的に搬送する。これにより、処理槽１１には、単位時間当たりに一定重量の有機系廃棄物７０１が収容される。
【００３４】
一方、運転中の発電システム１００では、図２に示すように、水蒸気生成装置６のボイラー６１が、１００℃〜２００℃の水蒸気１０１を生成し、水蒸気生成装置６の加熱機６２が、ボイラー６１によって生成された水蒸気１０１を加熱することにより、４００℃〜６００℃の常圧過熱水蒸気２０１ｂを生成する。また、水酸素ガス生成装置４が、水酸素ガス３０２を生成し、太陽熱温水装置５が温水３０３を生成する。
【００３５】
ボイラー６１によって生成された水蒸気２０１ａは、配管１０３ａを通って開口部１１ｂから加水分解処理装置１の処理槽１１内に送り込まれ、処理槽１１内の温度を上昇させる。この場合、処理槽１１内の温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲内（好ましくは１９０℃程度）に維持されるように水蒸気２０１ａの温度および送り込み量を調整する。
【００３６】
水蒸気２０１ａが送り込まれた処理槽１１内では、水蒸気２０１ａと有機系廃棄物７０１との水熱反応によって有機系廃棄物７０１を乾燥させつつ分解する加水分解処理（水熱処理）が開始される。この加水分解処理が継続されることにより、有機系廃棄物７０１の分解に伴って含水率が徐々に低下する。この場合、有機系廃棄物７０１を処理槽１１内に３０分程度滞留させて、加水分解処理を３０分程度継続させることで、６０重量％程度の含水率を有していた有機系廃棄物７０１が、２０重量％程度にまで含水率が低下した状態に分解される。
【００３７】
この発電システム１００では、上記したように、熱分解ガス化処理の前処理として加水分解処理を実行することで、含水率が６０重量％程度の有機系廃棄物７０１を含水率が２０重量％程度の状態に分解することが可能となっている。このため、自然乾燥だけを前処理として行う構成および方法と比較して、その後の熱分解ガス化処理を効率的に行うことが可能となっている。
【００３８】
加水分解処理装置１による加水分解処理で分解された有機系廃棄物７０１は、図１，２に示すように、搬送機構１０４によって熱分解装置２の熱分解槽２１に搬送され、開口部２１ａから熱分解装置２の熱分解槽２１内に収容される。また、加熱機６２によって生成された常圧過熱水蒸気２０１ｂが、配管１０３ｂを通って開口部２１ｃから熱分解槽２１内に送り込まれ、熱分解槽２１内の温度を上昇させる。この場合、熱分解槽２１内の圧力が１気圧以上３気圧以下の範囲内で、かつ熱分解槽２１内の温度が４００℃以上６００℃以下の範囲内に維持されるように常圧過熱水蒸気２０１ｂの温度および送り込み量を調整する。
【００３９】
また、常圧過熱水蒸気２０１ｂの送り込みに伴って空気が排出されて、熱分解槽２１内が低酸素状態（または無酸素状態）に維持される。この雰囲気下において、熱分解槽２１内では、有機系廃棄物７０１が熱分解されて熱分解ガス３０１が生成される熱分解ガス化処理が行われる。この発電システム１００では、熱分解槽２１内の圧力を１気圧以上３気圧以下の比較的低い範囲内に維持し、かつ熱分解槽２１内の温度を４００℃以上６００℃以下の比較的低い温度範囲内に維持した状態で熱分解ガス化処理が行われるため、高い耐熱性や高い耐圧性を有する熱分解槽を用いることなく、比較的簡易な構成の熱分解槽２１を用いて有機系廃棄物７０１を熱分解することが可能となっている。また、この発電システム１００では、低酸素状態（または無酸素状態）の熱分解槽２１内において熱分解ガス化処理が行われるため、ダイオキシン等の環境影響物質の発生が抑制される。
【００４０】
この熱分解ガス化処理により、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１のうちの７０重量％程度がガス化され、３０重量％程度が残渣７０２として残留する。ここで、搬入時（加水分解処理前）の有機系廃棄物７０１は、６０重量％程度の水分を含んでいる。つまり、１００重量部の搬入時の有機系廃棄物７０１は、６０重量部の水分と４０重量部の固形分で構成されている。一方、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１は、２０重量％程度の水分を含んでいる。つまり、１００重量部の搬入時の有機系廃棄物７０１のうちの５０重量部程度の水分が加水分解処理によって除去され、これにより、２０重量％程度の水分を含んだ５０重量部程度の加水分解処理後の有機系廃棄物７０１が生成される。そして、この５０重量部程度の加水分解処理後の有機系廃棄物７０１のうちの３０重量％程度に相当する１５重量部程度が残渣７０２として残留する。したがって、１００重量部の搬入時の有機系廃棄物７０１のうちの１５重量部程度、すなわち、搬入時の有機系廃棄物７０１のうちの１５重量％程度が残渣７０２として残留し、８５重量％程度がガス化されることとなる。このように、この発電システム１００では、有機系廃棄物７０１の大部分を熱分解ガス３０１にガス化して発電用のエネルギーとして用いることができる。そして、有機系廃棄物７０１の大部分をガス化することができる分、残渣７０２の発生を十分に少なく抑えることが可能となっている。
【００４１】
一方、残渣７０２は主として有機物で構成されているため、エネルギー源として利用することができる。この発電システム１００では、この残渣７０２をエネルギー源として利用するため、熱分解槽２１から定期的に取り出してボイラー６１に搬送し、ボイラー６１は、残渣７０２を補助燃料として用いて水蒸気２０１ａを生成する。このように、この発電システム１００では、残渣７０２を廃棄物として排出することなく、発電システム１００内において消費することで、資源の有効利用が図られている。また、残渣７０２を廃棄物として埋め立てなどの方法によって処分する必要がないため、環境保護に資することが可能となっている。
【００４２】
一方、図３に示すように、熱分解ガス化処理によって生成された熱分解ガス３０１は、熱分解槽２１の開口部２１ｂから送り出され、配管１０３ｃを通って発熱反応装置３の圧縮機３２に送り込まれる。また、圧縮機３２に送り込まれた熱分解ガス３０１は、圧縮機３２によって加圧されて、開口部３１ａから反応炉３１内に噴射される。この場合、反応炉３１内に送り込まれた熱分解ガス３０１は、開口部３１ａ付近において、４００℃の温度となっている。
【００４３】
また、太陽熱温水装置５によって生成された温水３０３は、圧縮機３３に送り込まれ、図３に示すように、圧縮機３３によって加圧されて開口部３１ｃから反応炉３１内に霧状に噴射される。この状態において、水酸素ガス生成装置４によって生成されて配管１０３ｅを通って開口部３１ｂから反応炉３１内に送り込まれる水酸素ガス３０２に着火する。この際に、反応炉３１内に噴射された熱分解ガス３０１が水酸素ガス３０２と共に燃焼（発熱反応の一例）し、燃焼に伴う熱によって霧状に噴射された温水３０３が熱せられて高温高圧蒸気４０１が生成される。
【００４４】
また、反応炉３１内で生成された高温高圧蒸気４０１は、図３に示すように、開口部３１ｄから送り出され、ダクト３１ｅを通って発電装置７に送り込まれる。この際に、発電装置７では、送り込まれた高温高圧蒸気４０１によってタービンが回転し、このタービンの回転力によって発電機が発電を行う。発電機によって発電された電力６０１は、発電システム１００の外部に送電されると共に、その一部は、発電システム１００の各装置および設備に供給される。
【００４５】
一方、タービンを回転させることによってエンタルピが低下した高温高圧蒸気４０１は、図１，２に示すように、発電装置７から排蒸気５０１として排出されて配管１０３ｈを通って熱交換器８に送り込まれる。熱交換器８は、送り込まれた排蒸気５０１を用いて熱交換を行い、配管１０３ｉを通って供給される水５０３を加温して温水５０２を生成する。熱交換器８によって生成された温水５０２は、配管１０３ｆを通って太陽熱温水装置５に供給される。
【００４６】
また、熱交換器８による熱交換によってエンタルピがさらに低下した排蒸気５０１は、図１，２に示すように、配管１０３ｊを通って分離装置９に送り込まれる。分離装置９は、送り込まれた排蒸気５０１から水素および二酸化炭素を分離する。この場合、分離された水素は、水素回収装置１０によって回収される。
【００４７】
以上により、有機系廃棄物７０１の搬入から有機系廃棄物７０１のガス化に至る１サイクル分の各処理および各工程が終了する。以後、各装置が各処理および各工程をそれぞれ連続して実行することにより、有機系廃棄物７０１のガス化が連続して行われる。
【００４８】
このように、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物７０１を収容した熱分解槽２１に対して常圧過熱水蒸気２０１ｂを送り込んで熱分解槽２１内を低酸素状態または無酸素状態に維持して熱分解ガス３０１を生成する熱分解ガス化処理を実行し、生成した熱分解ガス３０１を用いて発電用の高温高圧蒸気４０１を生成することにより、有機系廃棄物７０１の大部分を発電用の熱分解ガス３０１にガス化することができる。このため、有機系廃棄物７０１の大部分がガス化される分、熱分解ガス化処理において生じる残渣を確実に減少させることができる。したがって、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、従来の発電システムが有していた残渣の処分に関する課題を確実に改善することができる。
【００４９】
また、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物７０１を収容した処理槽１１に対して水蒸気２０１ａを送り込んで有機系廃棄物７０１を乾燥させつつ分解する加水分解処理を熱分解ガス化処理の以前に実行することにより、有機系廃棄物７０１の含水率を６０重量％程度から２０重量％程度まで低減させつつ、熱分解ガス化処理が効率的に行われる状態に有機系廃棄物７０１を分解することができる。このため、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物７０１に対して加水分解処理を行うことなく、熱分解ガス化処理を直接行う構成および方法と比較して、熱分解ガス化処理の効率を十分に高めることができる。
【００５０】
また、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、熱分解ガス化処理の際に生じる残渣７０２を水蒸気２０１ａを生成する際の燃料として用いることにより、残渣７０２を廃棄物として排出することなく、発電システム１００内において消費することができるため、資源の有効利用をさらに推進することができる。また、残渣７０２を廃棄物として埋め立てなどの方法によって処分する必要がないため、環境保護に資することができる。
【００５１】
なお、バイオガス発電システムの構成、およびバイオガス発電方法は上記した構成および方法に限定されず、適宜変更することができる。例えば、家庭ごみを主体とする有機系廃棄物７０１から生成したバイオガスとしての熱分解ガス３０１を用いて発電を行う構成および方法について説明したが、有機系である限り、家庭ごみ以外の事業所系のごみなどの廃棄物から生成したバイオガスを用いる構成および方法を採用することができる。
【００５２】
また、加水分解処理装置１による加水分解処理、および熱分解装置２による熱分解ガス化処理を連続して行う構成および方法について説明したが、これらの処理を非連続で行う（これらの処理をバッチ方式で行う）構成および方法を採用することもできる。この場合、熱分解装置２によって生成される熱分解ガス３０１を貯留タンクに貯留し、その貯留タンクから熱分解ガス３０１を発熱反応装置３に定量ずつ供給することで、発熱反応装置３による熱反応を安定的に行わせることができる。
【００５３】
また、上記の構成および方法では、ボイラー６１が、熱分解ガス化処理の際に生じる残渣７０２を補助燃料として用いて水蒸気２０１ａを生成しているが、残渣７０２を主燃料として用いて水蒸気２０１ａを生成する構成および方法や、残渣７０２だけで水蒸気２０１ａを生成する構成および方法を採用することもできる。また、残渣７０２を燃料として用いない構成も採用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 加水分解処理装置
２ 熱分解装置
３ 発熱反応装置
６ 水蒸気生成装置
７ 発電装置
１１ 処理槽
２１ 熱分解槽
３１ 反応炉
６１ ボイラー
６２ 加熱機
１００ バイオガス発電システム
２０１ａ 水蒸気
２０１ｂ 常圧過熱水蒸気
３０１ 熱分解ガス
３０２ 水酸素ガス
４０１ 高温高圧蒸気
７０１ 有機系廃棄物
７０２ 残渣
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機系廃棄物から生成したバイオガスを用いて発電を行うバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の発電システムとして、特許第４５３５８６１号公報に開示された発電システムが知られている。この発電システムは、バイオガス生成装置、ゼットガス発生器、太陽熱温水槽、反応炉、蒸気タービンおよび発電機などを備えて構成されている。この発電システムでは、バイオガス生成装置が生廃棄物（生ごみ）を微生物処理してバイオガスを生成し、ゼットガス発生器が水を電気分解してゼットガス（水酸素ガス）を生成し、太陽熱温水槽が水を加温する。生成されたバイオガスおよび加温された水は、加圧されて反応炉内に吹き込まれ、ゼットガスの燃焼炎によって高温加熱される。この際に、高温高圧高速気体流が生成され、この高温高圧高速気体流によって蒸気タービンが回転する。また、蒸気タービンの回転によって発電機を回転し、これによって発電が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４５３５８６１号公報（第５−６頁、第１−２図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した従来の発電システムには、解決すべき以下の課題がある。すなわち、この発電システムでは、生廃棄物としての生ゴミを微生物処理してバイオガスを生成している。しかしながら、生ゴミを微生物処理したときには、多量の有機性の残渣が生じる。この有機性残渣は、そのまま埋め立てる方法や、焼却して減量した後に埋め立てる方法によって最終処分される。しかしながら、そのまま埋め立てる方法は、埋め立て地の確保が難しい状況下において好ましくなく、また、焼却した後に埋め立てる方法は、ランニングコストが高騰する点で好ましくない。このように、従来の発電システムには、生廃棄物を微生物処理してバイオガスを生成する際に生じる多量の残渣を処分する上での課題が存在し、この点の改善が望まれている。
【０００５】
本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、有機系廃棄物から生成したバイオガスを用いて発電を行う際の残渣の発生を減少させ得るバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載のバイオガス発電システムは、有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させる発熱反応装置と、前記高温高圧蒸気を用いて発電を行う発電装置とを備えたバイオガス発電システムであって、前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行する熱分解装置を備え、前記発熱反応装置は、前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させる。
【０００７】
また、請求項２記載のバイオガス発電システムは、請求項１記載のバイオガス発電システムにおいて、前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行する加水分解処理装置を備え、前記熱分解装置は、前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する。
【０００８】
また、請求項３記載のバイオガス発電システムは、請求項１または２記載のバイオガス発電システムにおいて、前記水蒸気を生成する水蒸気生成装置を備え、前記水蒸気生成装置は、前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる。
【０００９】
また、請求項４記載のバイオガス発電方法は、有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させ、前記高温高圧蒸気を用いて発電装置によって発電を行うバイオガス発電方法であって、前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行し、前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させる。
【００１０】
また、請求項５記載のバイオガス発電方法は、請求項４記載のバイオガス発電方法において、前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行し、前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する。
【００１１】
また、請求項６記載のバイオガス発電方法は、請求項４または５記載のバイオガス発電方法において、前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載のバイオガス発電システム、および請求項４記載のバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持してバイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行し、生成した熱分解ガスを用いて高温高圧蒸気を発生させることにより、有機系廃棄物の大部分を発電用の熱分解ガスにガス化することができる。このため、有機系廃棄物の大部分がガス化される分、熱分解ガス化処理において生じる残渣を確実に減少させることができる。したがって、このバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法によれば、従来の発電システムが有していた残渣の処分に関する課題を確実に改善することができる。
【００１３】
また、請求項２記載のバイオガス発電システム、および請求項５記載のバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を熱分解ガス化処理以前に実行することにより、有機系廃棄物の含水率を低減させつつ、熱分解ガス化処理が効率的に行われる状態に有機系廃棄物を分解することができる。このため、このバイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物に対して加水分解処理を行うことなく、熱分解ガス化処理を直接行う構成および方法と比較して、熱分解ガス化処理の効率を十分に高めることができる。
【００１４】
また、請求項３記載のバイオガス発電システム、および請求項６記載のバイオガス発電方法によれば、熱分解ガス化処理の際に生じる有機系廃棄物の残渣を水蒸気を生成する際の燃料として用いることにより、残渣を廃棄物として排出することなく、バイオガス発電方法によって発電を行うバイオガス発電システム内において消費することができるため、資源の有効利用をさらに推進することができる。また、残渣を廃棄物として埋め立てなどの方法によって処分する必要がないため、環境保護に資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】バイオガス発電システム１００の構成を示す構成図である。
【図２】バイオガス発電システム１００によって実行される各処理の流れを説明する工程図である。
【図３】発熱反応装置３の構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、バイオガス発電システムおよびバイオガス発電方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１７】
最初に、図１，２に示すバイオガス発電システム１００（以下「発電システム１００」ともいう）の構成について説明する。発電システム１００は、有機系廃棄物（特に家庭ごみを主体とした有機系廃棄物）７０１から生成したバイオガス（有機系ガス）を用いて発電を行うシステムであって、両図に示すように、加水分解処理装置１、熱分解装置２、発熱反応装置３、水酸素ガス生成装置４、太陽熱温水装置５、水蒸気生成装置６、発電装置７、熱交換器８、分離装置９および水素回収装置１０を備えて構成されている。また、発電システム１００は、図１に示すように、搬入された有機系廃棄物７０１を受け入れる搬入ピット１０１、搬入ピット１０１と加水分解処理装置１との間に配設されたコンベヤ１０２、各装置や設備を稼働させるのに必要な電力を供給する図外の電力供給設備、並びに各装置や設備の間に配設された配管１０３ａ〜１０３ｊおよび搬送機構１０４などの付帯設備を備えている。
【００１８】
加水分解処理装置１は、図１に示すように、処理槽１１を備えて構成され、熱分解装置２によって実行される後述する熱分解ガス化処理の前処理として、効率的な熱分解ガス化処理が可能な状態に有機系廃棄物７０１を分解する加水分解処理（水熱処理）を実行する。
【００１９】
処理槽１１は、図１に示すように、一例として略円筒状に形成されて、有機系廃棄物７０１を収容可能に構成されている。また、処理槽１１の上部には、搬入ピット１０１に搬入されてコンベヤ１０２によって搬送される有機系廃棄物７０１を処理槽１１内に収容させるための開口部１１ａが設けられている。また、処理槽１１の一方の側部には、水蒸気生成装置６によって生成される水蒸気（飽和水蒸気）２０１ａ（図２参照）を処理槽１１内に送り込むための開口部１１ｂが設けられている。さらに、処理槽１１の他方の側部には、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１を送り出すための開口部１１ｃが設けられている。
【００２０】
熱分解装置２は、図１に示すように、熱分解槽２１を備えて構成され、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１に対して熱分解ガス化処理を実行してバイオガス（有機系ガス）としての熱分解ガス３０１（図２参照）を生成する。
【００２１】
熱分解槽２１は、図１に示すように、一例として略円筒状に形成されて、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１を収容可能に構成されている。また、熱分解槽２１の一方の側部には、処理槽１１の開口部１１ｃから搬送機構１０４によって搬送される加水分解処理後の有機系廃棄物７０１を熱分解槽２１内に収容させるための開口部２１ａが設けられている。また、熱分解槽２１の上部には、熱分解ガス化処理によって生成した熱分解ガス３０１（図２参照）を送り出すための開口部２１ｂが設けられている。さらに、熱分解槽２１の他方の側部には、水蒸気生成装置６の加熱機６２によって生成される常圧過熱水蒸気２０１ｂ（同図参照）を熱分解槽２１内に送り込むための開口部２１ｃが設けられている。
【００２２】
発熱反応装置３は、図１，２に示すように、反応炉３１および圧縮機３２，３３を備えて構成され、熱分解装置２によって生成される熱分解ガス３０１と、水酸素ガス生成装置４によって生成される後述する水酸素ガス３０２と、太陽熱温水装置５によって生成される温水３０３とを用いて高温高圧蒸気４０１を生成する。
【００２３】
反応炉３１は、図１，３に示すように、一例として略円筒状に形成されている。また、反応炉３１の上部には、図３に示すように、熱分解装置２における熱分解槽２１の開口部２１ｂから配管１０３ｃを通って送り出され、圧縮機３２によって加圧された熱分解ガス３０１を反応炉３１内に噴射（送入）するための開口部３１ａが設けられている。また、同図に示すように、反応炉３１の一方（同図における左側）の側部には、水酸素ガス生成装置４によって生成されて配管１０３ｅを通って送り出される水酸素ガス３０２を反応炉３１内に送り込むための開口部３１ｂが設けられている。
【００２４】
さらに、反応炉３１の下部には、図３に示すように、温水タンク５ａから配管１０３ｄを通って供給され、圧縮機３３（図１，２参照）によって加圧された温水３０３を反応炉３１内に噴射（送入）するための開口部３１ｃが設けられている。また、図３に示すように、反応炉３１の他方（同図における右側）の側部には、反応炉３１内において生じる発熱反応（燃焼）によって生成される高温高圧蒸気４０１をダクト３１ｅを通して発電装置７に送り出すための開口部３１ｄが形成されている。
【００２５】
水酸素ガス生成装置４は、水酸素ガス３０２（別名として、ブラウンガス、原子水素ガス、ＨＨＯガス、ＺＥＴガス、ＣＰガス、Ｅ＆Ｅガス、アクアガス等）を生成する。水酸素ガス生成装置４によって生成された水酸素ガス３０２は、発熱反応装置３の反応炉３１と水酸素ガス生成装置４との間に配設された配管１０３ｅ（図１，３参照）を通って開口部３１ｂから反応炉３１内の反応領域３１ｆに送り込まれる。なお、この水酸素ガス３０２は、原子状態（非分子状態）の水素と原子状の酸素とを２：１の比率で混合した気体であって、水酸素ガス生成装置４は、一例として、配管１０３ｉを通って供給されて純水製造装置４ａ（図１参照）によって精製された水５０３を電気分解することによってこの水酸素ガス３０２を生成する。
【００２６】
太陽熱温水装置５は、図１，２に示すように、水５０３を太陽熱を用いて加温し、８０℃程度の程度の温水３０３を生成する。また、太陽熱温水装置５は、配管１０３ｆを通って熱交換器８から供給される温水５０２を、水５０３に代えて（または水５０３と共に）加温することが可能となっている。太陽熱温水装置５によって生成された温水３０３は、配管１０３ｇを通って送り出されて温水タンク５ａに貯留された後に、発熱反応装置３の圧縮機３３に供給される。
【００２７】
水蒸気生成装置６は、図１に示すように、ボイラー６１および加熱機６２を備えて構成されている。ボイラー６１は、１００℃〜２００℃の水蒸気２０１ａを生成する。この場合、ボイラー６１によって生成された水蒸気２０１ａの一部は、処理槽１１とボイラー６１との間に配設された配管１０３ａを通って開口部１１ｂから処理槽１１内に送り込まれて、加水分解処理に用いられる。また、ボイラー６１は、図２に示すように、熱交換器８によって生成される温水５０２を熱源として用いている。また、ボイラー６１は、重油を主燃料として用いると共に、熱分解装置２によって実行される熱分解ガス化処理によって僅かに生じる有機系廃棄物７０１の残渣（熱分解ガス化処理によって分解しきれなかった有機物）７０２を補助燃料として用いることが可能に構成されている。
【００２８】
加熱機６２は、ボイラー６１によって生成された水蒸気２０１ａの一部を加熱することにより、４００℃〜６００℃の常圧過熱水蒸気２０１ｂ（過熱水蒸気の一例）を生成する。この場合、図２に示すように、加熱機６２によって生成された常圧過熱水蒸気２０１ｂは、熱分解槽２１と加熱機６２との間に配設された配管１０３ｂ（図１参照）を通って開口部２１ｃから熱分解槽２１内に送り込まれて熱分解ガス化処理に用いられる。
【００２９】
発電装置７は、発熱反応装置３から送り出される高温高圧蒸気４０１によって回転するタービンとタービンの回転力によって発電を行う発電機（いずれも図示せず）を備えて構成されている。この場合、発電装置７によって発電された電力６０１は、発電システム１００の各装置および設備にも供給される。
【００３０】
熱交換器８は、図１，２に示すように、発電装置７から排出されて配管１０３ｈを通って送り込まれる排蒸気５０１の一部を用いて熱交換を行い、水５０３を加温して温水５０２を生成する。なお、発電装置７から排出される排蒸気５０１の他の一部は、発電システム１００の外部に送り出されて、二次発電に用いられる。分離装置９は、熱交換器８によって熱交換が行われた後の排蒸気５０１から水素および二酸化炭素を分離する。水素回収装置１０は、分離装置９によって分離された水素を回収する。
【００３１】
次に、発電システム１００によるバイオガス発電方法について、発電システム１００の各構成要素によって実行される処理の内容を中心に図面を参照して説明する。
【００３２】
図１に示すように、家庭ごみを主体とする有機系廃棄物７０１は、トラック等の輸送手段によって発電システム１００が設置されている施設に搬入されて、搬入ピット１０１に投入されて、搬入ピット１０１内に一時的に貯留される。この場合、家庭ごみを主体とする有機系廃棄物７０１は、未処理の状態（処理槽１１内に収容された状態）において６０重量％程度の水分を含んでいる。
【００３３】
搬入ピット１０１に貯留された有機系廃棄物７０１は、図１，２に示すように、コンベヤ１０２によって加水分解処理装置１の処理槽１１の上部に設けられている開口部１１ａに搬送され、開口部１１ａから処理槽１１内に収容される。発電システム１００の運転中において、コンベヤ１０２は、処理槽１１に対する単位時間当たりの搬送量が予め決められた一定の重量となるように、有機系廃棄物７０１を連続的または断続的に搬送する。これにより、処理槽１１には、単位時間当たりに一定重量の有機系廃棄物７０１が収容される。
【００３４】
一方、運転中の発電システム１００では、図２に示すように、水蒸気生成装置６のボイラー６１が、１００℃〜２００℃の水蒸気１０１を生成し、水蒸気生成装置６の加熱機６２が、ボイラー６１によって生成された水蒸気１０１を加熱することにより、４００℃〜６００℃の常圧過熱水蒸気２０１ｂを生成する。また、水酸素ガス生成装置４が、水酸素ガス３０２を生成し、太陽熱温水装置５が温水３０３を生成する。
【００３５】
ボイラー６１によって生成された水蒸気２０１ａは、配管１０３ａを通って開口部１１ｂから加水分解処理装置１の処理槽１１内に送り込まれ、処理槽１１内の温度を上昇させる。この場合、処理槽１１内の温度が１５０℃以上２００℃以下の範囲内（好ましくは１９０℃程度）に維持されるように水蒸気２０１ａの温度および送り込み量を調整する。
【００３６】
水蒸気２０１ａが送り込まれた処理槽１１内では、水蒸気２０１ａと有機系廃棄物７０１との水熱反応によって有機系廃棄物７０１を乾燥させつつ分解する加水分解処理（水熱処理）が開始される。この加水分解処理が継続されることにより、有機系廃棄物７０１の分解に伴って含水率が徐々に低下する。この場合、有機系廃棄物７０１を処理槽１１内に３０分程度滞留させて、加水分解処理を３０分程度継続させることで、６０重量％程度の含水率を有していた有機系廃棄物７０１が、２０重量％程度にまで含水率が低下した状態に分解される。
【００３７】
この発電システム１００では、上記したように、熱分解ガス化処理の前処理として加水分解処理を実行することで、含水率が６０重量％程度の有機系廃棄物７０１を含水率が２０重量％程度の状態に分解することが可能となっている。このため、自然乾燥だけを前処理として行う構成および方法と比較して、その後の熱分解ガス化処理を効率的に行うことが可能となっている。
【００３８】
加水分解処理装置１による加水分解処理で分解された有機系廃棄物７０１は、図１，２に示すように、搬送機構１０４によって熱分解装置２の熱分解槽２１に搬送され、開口部２１ａから熱分解装置２の熱分解槽２１内に収容される。また、加熱機６２によって生成された常圧過熱水蒸気２０１ｂが、配管１０３ｂを通って開口部２１ｃから熱分解槽２１内に送り込まれ、熱分解槽２１内の温度を上昇させる。この場合、熱分解槽２１内の圧力が１気圧以上３気圧以下の範囲内で、かつ熱分解槽２１内の温度が４００℃以上６００℃以下の範囲内に維持されるように常圧過熱水蒸気２０１ｂの温度および送り込み量を調整する。
【００３９】
また、常圧過熱水蒸気２０１ｂの送り込みに伴って空気が排出されて、熱分解槽２１内が低酸素状態（または無酸素状態）に維持される。この雰囲気下において、熱分解槽２１内では、有機系廃棄物７０１が熱分解されて熱分解ガス３０１が生成される熱分解ガス化処理が行われる。この発電システム１００では、熱分解槽２１内の圧力を１気圧以上３気圧以下の比較的低い範囲内に維持し、かつ熱分解槽２１内の温度を４００℃以上６００℃以下の比較的低い温度範囲内に維持した状態で熱分解ガス化処理が行われるため、高い耐熱性や高い耐圧性を有する熱分解槽を用いることなく、比較的簡易な構成の熱分解槽２１を用いて有機系廃棄物７０１を熱分解することが可能となっている。また、この発電システム１００では、低酸素状態（または無酸素状態）の熱分解槽２１内において熱分解ガス化処理が行われるため、ダイオキシン等の環境影響物質の発生が抑制される。
【００４０】
この熱分解ガス化処理により、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１のうちの７０重量％程度がガス化され、３０重量％程度が残渣７０２として残留する。ここで、搬入時（加水分解処理前）の有機系廃棄物７０１は、６０重量％程度の水分を含んでいる。つまり、１００重量部の搬入時の有機系廃棄物７０１は、６０重量部の水分と４０重量部の固形分で構成されている。一方、加水分解処理後の有機系廃棄物７０１は、２０重量％程度の水分を含んでいる。つまり、１００重量部の搬入時の有機系廃棄物７０１のうちの５０重量部程度の水分が加水分解処理によって除去され、これにより、２０重量％程度の水分を含んだ５０重量部程度の加水分解処理後の有機系廃棄物７０１が生成される。そして、この５０重量部程度の加水分解処理後の有機系廃棄物７０１のうちの３０重量％程度に相当する１５重量部程度が残渣７０２として残留する。したがって、１００重量部の搬入時の有機系廃棄物７０１のうちの１５重量部程度、すなわち、搬入時の有機系廃棄物７０１のうちの１５重量％程度が残渣７０２として残留し、８５重量％程度がガス化されることとなる。このように、この発電システム１００では、有機系廃棄物７０１の大部分を熱分解ガス３０１にガス化して発電用のエネルギーとして用いることができる。そして、有機系廃棄物７０１の大部分をガス化することができる分、残渣７０２の発生を十分に少なく抑えることが可能となっている。
【００４１】
一方、残渣７０２は主として有機物で構成されているため、エネルギー源として利用することができる。この発電システム１００では、この残渣７０２をエネルギー源として利用するため、熱分解槽２１から定期的に取り出してボイラー６１に搬送し、ボイラー６１は、残渣７０２を補助燃料として用いて水蒸気２０１ａを生成する。このように、この発電システム１００では、残渣７０２を廃棄物として排出することなく、発電システム１００内において消費することで、資源の有効利用が図られている。また、残渣７０２を廃棄物として埋め立てなどの方法によって処分する必要がないため、環境保護に資することが可能となっている。
【００４２】
一方、図３に示すように、熱分解ガス化処理によって生成された熱分解ガス３０１は、熱分解槽２１の開口部２１ｂから送り出され、配管１０３ｃを通って発熱反応装置３の圧縮機３２に送り込まれる。また、圧縮機３２に送り込まれた熱分解ガス３０１は、圧縮機３２によって加圧されて、開口部３１ａから反応炉３１内に噴射される。この場合、反応炉３１内に送り込まれた熱分解ガス３０１は、開口部３１ａ付近において、４００℃の温度となっている。
【００４３】
また、太陽熱温水装置５によって生成された温水３０３は、圧縮機３３に送り込まれ、図３に示すように、圧縮機３３によって加圧されて開口部３１ｃから反応炉３１内に霧状に噴射される。この状態において、水酸素ガス生成装置４によって生成されて配管１０３ｅを通って開口部３１ｂから反応炉３１内に送り込まれる水酸素ガス３０２に着火する。この際に、反応炉３１内に噴射された熱分解ガス３０１が水酸素ガス３０２と共に燃焼（発熱反応の一例）し、燃焼に伴う熱によって霧状に噴射された温水３０３が熱せられて高温高圧蒸気４０１が生成される。
【００４４】
また、反応炉３１内で生成された高温高圧蒸気４０１は、図３に示すように、開口部３１ｄから送り出され、ダクト３１ｅを通って発電装置７に送り込まれる。この際に、発電装置７では、送り込まれた高温高圧蒸気４０１によってタービンが回転し、このタービンの回転力によって発電機が発電を行う。発電機によって発電された電力６０１は、発電システム１００の外部に送電されると共に、その一部は、発電システム１００の各装置および設備に供給される。
【００４５】
一方、タービンを回転させることによってエンタルピが低下した高温高圧蒸気４０１は、図１，２に示すように、発電装置７から排蒸気５０１として排出されて配管１０３ｈを通って熱交換器８に送り込まれる。熱交換器８は、送り込まれた排蒸気５０１を用いて熱交換を行い、配管１０３ｉを通って供給される水５０３を加温して温水５０２を生成する。熱交換器８によって生成された温水５０２は、配管１０３ｆを通って太陽熱温水装置５に供給される。
【００４６】
また、熱交換器８による熱交換によってエンタルピがさらに低下した排蒸気５０１は、図１，２に示すように、配管１０３ｊを通って分離装置９に送り込まれる。分離装置９は、送り込まれた排蒸気５０１から水素および二酸化炭素を分離する。この場合、分離された水素は、水素回収装置１０によって回収される。
【００４７】
以上により、有機系廃棄物７０１の搬入から有機系廃棄物７０１のガス化に至る１サイクル分の各処理および各工程が終了する。以後、各装置が各処理および各工程をそれぞれ連続して実行することにより、有機系廃棄物７０１のガス化が連続して行われる。
【００４８】
このように、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物７０１を収容した熱分解槽２１に対して常圧過熱水蒸気２０１ｂを送り込んで熱分解槽２１内を低酸素状態または無酸素状態に維持して熱分解ガス３０１を生成する熱分解ガス化処理を実行し、生成した熱分解ガス３０１を用いて発電用の高温高圧蒸気４０１を生成することにより、有機系廃棄物７０１の大部分を発電用の熱分解ガス３０１にガス化することができる。このため、有機系廃棄物７０１の大部分がガス化される分、熱分解ガス化処理において生じる残渣を確実に減少させることができる。したがって、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、従来の発電システムが有していた残渣の処分に関する課題を確実に改善することができる。
【００４９】
また、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物７０１を収容した処理槽１１に対して水蒸気２０１ａを送り込んで有機系廃棄物７０１を乾燥させつつ分解する加水分解処理を熱分解ガス化処理の以前に実行することにより、有機系廃棄物７０１の含水率を６０重量％程度から２０重量％程度まで低減させつつ、熱分解ガス化処理が効率的に行われる状態に有機系廃棄物７０１を分解することができる。このため、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、有機系廃棄物７０１に対して加水分解処理を行うことなく、熱分解ガス化処理を直接行う構成および方法と比較して、熱分解ガス化処理の効率を十分に高めることができる。
【００５０】
また、この発電システム１００およびバイオガス発電方法によれば、熱分解ガス化処理の際に生じる残渣７０２を水蒸気２０１ａを生成する際の燃料として用いることにより、残渣７０２を廃棄物として排出することなく、発電システム１００内において消費することができるため、資源の有効利用をさらに推進することができる。また、残渣７０２を廃棄物として埋め立てなどの方法によって処分する必要がないため、環境保護に資することができる。
【００５１】
なお、バイオガス発電システムの構成、およびバイオガス発電方法は上記した構成および方法に限定されず、適宜変更することができる。例えば、家庭ごみを主体とする有機系廃棄物７０１から生成したバイオガスとしての熱分解ガス３０１を用いて発電を行う構成および方法について説明したが、有機系である限り、家庭ごみ以外の事業所系のごみなどの廃棄物から生成したバイオガスを用いる構成および方法を採用することができる。
【００５２】
また、加水分解処理装置１による加水分解処理、および熱分解装置２による熱分解ガス化処理を連続して行う構成および方法について説明したが、これらの処理を非連続で行う（これらの処理をバッチ方式で行う）構成および方法を採用することもできる。この場合、熱分解装置２によって生成される熱分解ガス３０１を貯留タンクに貯留し、その貯留タンクから熱分解ガス３０１を発熱反応装置３に定量ずつ供給することで、発熱反応装置３による熱反応を安定的に行わせることができる。
【００５３】
また、上記の構成および方法では、ボイラー６１が、熱分解ガス化処理の際に生じる残渣７０２を補助燃料として用いて水蒸気２０１ａを生成しているが、残渣７０２を主燃料として用いて水蒸気２０１ａを生成する構成および方法や、残渣７０２だけで水蒸気２０１ａを生成する構成および方法を採用することもできる。また、残渣７０２を燃料として用いない構成も採用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 加水分解処理装置
２ 熱分解装置
３ 発熱反応装置
６ 水蒸気生成装置
７ 発電装置
１１ 処理槽
２１ 熱分解槽
３１ 反応炉
６１ ボイラー
６２ 加熱機
１００ バイオガス発電システム
２０１ａ 水蒸気
２０１ｂ 常圧過熱水蒸気
３０１ 熱分解ガス
３０２ 水酸素ガス
４０１ 高温高圧蒸気
７０１ 有機系廃棄物
７０２ 残渣
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させる発熱反応装置と、前記高温高圧蒸気を用いて発電を行う発電装置とを備えたバイオガス発電システムであって、
前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行する熱分解装置を備え、
前記発熱反応装置は、前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させるバイオガス発電システム。
【請求項２】
前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行する加水分解処理装置を備え、
前記熱分解装置は、前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する請求項１記載のバイオガス発電システム。
【請求項３】
前記水蒸気を生成する水蒸気生成装置を備え、
前記水蒸気生成装置は、前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる請求項１または２記載のバイオガス発電システム。
【請求項４】
有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させ、前記高温高圧蒸気を用いて発電装置によって発電を行うバイオガス発電方法であって、
前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行し、
前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させるバイオガス発電方法。
【請求項５】
前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行し、
前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する請求項４記載のバイオガス発電方法。
【請求項６】
前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる請求項４または５記載のバイオガス発電方法。
【請求項１】
有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させる発熱反応装置と、前記高温高圧蒸気を用いて発電を行う発電装置とを備えたバイオガス発電システムであって、
前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行する熱分解装置を備え、
前記発熱反応装置は、前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させるバイオガス発電システム。
【請求項２】
前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行する加水分解処理装置を備え、
前記熱分解装置は、前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する請求項１記載のバイオガス発電システム。
【請求項３】
前記水蒸気を生成する水蒸気生成装置を備え、
前記水蒸気生成装置は、前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる請求項１または２記載のバイオガス発電システム。
【請求項４】
有機系廃棄物から生成したバイオガスと水素および酸素の混合気体である水酸素ガスと水とを反応炉内に送入して発熱反応させて高温高圧蒸気を発生させ、前記高温高圧蒸気を用いて発電装置によって発電を行うバイオガス発電方法であって、
前記有機系廃棄物を収容した熱分解槽に対して水蒸気を送り込んで当該熱分解槽内を低酸素状態または無酸素状態に維持して前記バイオガスとしての熱分解ガスを生成する熱分解ガス化処理を実行し、
前記熱分解ガスを用いて前記高温高圧蒸気を発生させるバイオガス発電方法。
【請求項５】
前記有機系廃棄物を収容した処理槽に対して水蒸気を送り込んで当該有機系廃棄物を乾燥させつつ分解する加水分解処理を実行し、
前記加水分解処理後の有機系廃棄物に対して前記熱分解ガス化処理を実行する請求項４記載のバイオガス発電方法。
【請求項６】
前記熱分解ガス化処理の際に生じる前記有機系廃棄物の残渣を前記水蒸気を生成する際の燃料として用いる請求項４または５記載のバイオガス発電方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１２２６５５（Ｐ２０１２−１２２６５５Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７３１２０（Ｐ２０１０−２７３１２０）
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５０７３３３４４３）株式会社アイ・ネットコーポレーション (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月８日（２０１０．１２．８）
【出願人】（５０７３３３４４３）株式会社アイ・ネットコーポレーション (3)
【Ｆターム（参考）】
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