熱分解処理システム
【課題】汚泥を熱分解して炭化処理するにあたり、廃プラスチックを混合させることにより助燃料を用いることなく熱分解処理できる熱分解処理システムを提供する。
【解決手段】下水汚泥１１と廃プラスチック１２とを混合して、熱分解装置１３により低酸素環境で加熱して熱分解処理し、熱分解ガス１５と炭化物１４とを得る熱分解処理システムであって、下水汚泥１１に対する廃プラスチック１２の混合比率を、前記熱分解により生じる熱分解ガス１５により、補助燃料を用いることなく前記下水汚泥１１を熱分解する量の熱分解ガスを発生可能な最小適正比率以上とすることを特徴とする。
【解決手段】下水汚泥１１と廃プラスチック１２とを混合して、熱分解装置１３により低酸素環境で加熱して熱分解処理し、熱分解ガス１５と炭化物１４とを得る熱分解処理システムであって、下水汚泥１１に対する廃プラスチック１２の混合比率を、前記熱分解により生じる熱分解ガス１５により、補助燃料を用いることなく前記下水汚泥１１を熱分解する量の熱分解ガスを発生可能な最小適正比率以上とすることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水等から生じる汚泥と廃プラスチックとを混合して、熱分解装置により低酸素環境で加熱して熱分解処理し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温室効果ガス排出削減対策として、バイオマスの総合的な利活用が求められている。バイオマスの原材料のひとつである下水汚泥は、賦存量は多いが、水分の含有量が多いため、燃料化（熱分解）を行うためには大量のエネルギーが必要になる。
【０００３】
下水汚泥を熱分解し炭化燃料として有効活用する事業は、従来から多く行われているが、汚泥の熱分解を行うための補助燃料として、石炭、石油等の化石由来燃料を利用するものが一般的である。そこで、補助燃料として化石燃料の使用を抑制することを目的に木質系バイオマスを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記公報で記載されている技術では、炭化炉での炭化処理で汚泥から発生する熱分解ガスに木質系バイオマスから発生する熱分解ガスが加わることで、熱分解ガスを燃料として燃焼機関を運転し、汚泥を炭化処理するのに必要なエネルギーを得ることができるとしている。
【特許文献１】特許第３８６１０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、木質系バイオマスの中には発熱量の低い間伐材や剪定材、枝、葉なども多く含まれており発熱量が安定しないため、炭化炉の一定温度制御が行い難い。このため、炭化炉での熱分解処理運転等を安定させる必要から助燃料として多量の木質系バイオマスを使用しなくてはならなくなるという新たな問題が生じた。
【０００６】
また、これまで熱分解により生じる排熱は、再利用・回収されることなく捨てられている。一方で、特に寒冷地において、凍結防止や微生物処理（水温10℃以上）のために、水道水や排水を加温しておりそのための熱源が別途必要になるなど、熱エネルギーの有効活用化が充分でなかった。
【０００７】
すなわち、熱分解処理のため汚泥加熱に有効利用されるのは、投入した熱量の一部のみであり、残りの大部分は有効利用されないまま、排熱として捨てられてしまう。一方では、水道水や排水を加温するために、多くの燃料が使用されている。
【０００８】
本発明の目的は、下水等から生じる汚泥を熱分解して炭化処理するにあたり、廃プラスチックを混合させることにより補助燃料を用いることなく熱分解処理できる熱分解処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる熱分解処理システムは、汚泥と廃プラスチックとを混合して、熱分解装置により低酸素環境で加熱し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムであって、前記汚泥に対する廃プラスチックの混合比率を、前記熱分解により生じる熱分解ガスの量が、前記加熱用の燃料として補助燃料を用いることなく前記汚泥を熱分解可能な量となる最小適正比率以上とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、熱分解装置の処理容量Ｃｐは、ある標準的な汚泥量Ｗ´に対する熱分解装置への廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxが、前記標準的な汚泥量Ｗ´に対する前記最小適正比率から求まる必要プラスチック量Ｐneed´より大きな投入量となるように設定されており、前記熱分解装置によって実際に処理される汚泥量Wとそれに対する必要プラスチック量Ｐneedと熱分解装置の処理容量Ｃｐとから廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxを決定する制御手段を有する。
【００１１】
また、本発明では、熱分解装置により処理される汚泥量Ｗ、及びこの汚泥に混合可能な廃プラスチックの備蓄量Ｐstockのデータを収集する手段と、この収集されたデータから前記汚泥量Ｗに対する最大混合可能量Ｐmaxを求める手段と、この最大混合可能量Ｐmaxが廃プラスチックの備蓄量Ｐstockより多い場合は、廃プラスチック供給元に廃プラスチックの供給要求を行う手段とをさらに備えた構成でもよい。
【００１２】
また、本発明では、熱分解装置の排熱を加熱源とし低温水を冷却源として沸点の低い作動媒体に対する加温及び冷却が行われ、前記加温により前記作動媒体を気化させてタービンを駆動し、タービン駆動後の作動媒体を前記冷却により凝縮させるランキンサイクル発電設備をさらに設けた構成でもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、汚泥に対し廃プラスチックを混合させて熱分解処理するので、従来汚泥を加熱するために必要であった補助燃料が不要となり、しかも余剰分は他の燃料源としても有効活用することができる。
【００１４】
また、熱分解に用いられた後の排熱をランキンサイクル発電などに利用することで、熱源のより一層の有効活用化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる熱分解処理システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
下水などから生じる汚泥を熱分解処理して炭化燃料を生成する場合、汚泥を熱分解装置の炭化炉内に投入し、低酸素状態で加熱して所謂蒸し焼きの状態にし、この過程で生じる乾留ガスを加熱用の燃料としている。このような熱分解処理により、炭化炉からは乾留ガスと炭化燃料（炭化材）が得られる。この場合、下水汚泥は含水率が高いため、多くの加熱量が必要であり、自己から生成される乾留ガスだけでは充分な熱量を得ることができない。このため化石由来の燃料を補助燃料として用いなければならなかった。
【００１７】
そこで、本発明では、汚泥加熱用の助燃材として、化石由来燃料の代わりに、工場等から廃棄物として処分されている廃プラスチックを回収し、熱分解炉で汚泥とともに混合熱分解して、炭化燃料を生成する。
【００１８】
すなわち、この実施の形態は、図１で示すように、汚泥１１と廃プラスチック１２とを混合して、熱分解装置１３により低酸素環境で加熱して熱分解処理し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムであって、汚泥１１に対する廃プラスチック１２の混合比率を、後述する最小適正比率以上とすることを特徴とする。ここで、熱分解により汚泥１１と廃プラスチック１２との混合物から炭化燃料（炭化物）１４と熱分解ガス１５とが生じる。熱分解ガス１５は、従来と同様に汚泥１１から生じる乾留ガス１５ａと廃プラスチック１２から生成される可燃性のガス成分１５ｂ（その一部は油として回収される）とからなる。乾留ガス１５ａは従来と同様に熱分解用の加熱用燃料に用いられるが、前述のようにこれだけでは不足する。
【００１９】
しかし、本実施の形態では、廃プラスチック１２からも可燃性のガス成分１５ｂが生成されており、この油及びガス１５ｂも熱分解用の加熱用燃料に用いることができる。この廃プラスチック１２から生成される油、ガスの量は、汚泥１１に混合される廃プラスチック１２の割合が高いほど多くなる。
【００２０】
前記最小適正比率とは、熱分解により汚泥１１と廃プラスチック１２との混合物から生成される熱分解ガスの量が、補助燃料を用いることなく下水汚泥を熱分解できる量のとなる、最小限度の廃プラスチック１２の混合比率である。この最小適正比率より廃プラスチック１２が多く混合されていれば、熱分解に要する以上の余剰分が生成されることになる。この余剰分は熱分解以外に用いればよく、無駄になることはない。したがって、汚泥１１に対する廃プラスチック１２の混合比率は、前述したように、最小適正比率以上とする。この最小適正比率は、質量比で約１０％程度である。
【００２１】
以下、実際の処理例を説明する。まず、下水汚泥を乾燥工程において含水率８０％程度から含水率５０％程度まで乾燥させる。乾燥に必要な熱源は、熱分解工程からの排熱を利用できる。この後、乾燥させた汚泥１１と廃プラスチック１２とを混合して熱分解装置１３に投入し、５００℃程度で熱分解を行う。汚泥加熱用として補助燃料を使用せずに必要なエネルギーを賄うためには、エネルギー収支と物質収支の試算によれば、乾燥汚泥（５０wt％）に対して、質量比で約１０％強のプラスチックを混合する。ただしこの値は、汚泥の性状や含水率など、諸条件によって異なる。大体の目安は下表に示す通りである。
【表１】
【００２２】
このように、最低適正比率で廃プラスチック１２を混合させることで、熱分解用の加熱用補助燃料として用いられていた化石由来燃料は不要となり、省エネルギー効果を得ることができる。
【００２３】
また、混合する廃プラスチック１２の量を多くすれば、熱分解により生成される油やガス１５ｂに余剰が生じるため、この分を、例えば下水処理場内で活用することにより、更なる省エネルギーを図ることも可能となる。
【００２４】
図２は混合熱分解装置のエネルギー収支を説明するイメージ図である。図２（ａ）は、ある所定量の汚泥１１に対し、前述した最低適正比率による必要最小限の廃プラスチック１２を混合させた場合のエネルギー収支を表している。この場合、熱分解装置１３からは、熱分解に伴い炭化燃料１４と熱分解ガス１５（乾留ガス１５ａ、油・ガス１５ｂ）が生成される。このうち、熱分解ガス１５は熱分解装置１３に対する加熱熱源として燃焼される。また、熱分解装置１３からは、熱分解ガス１５の燃焼熱による加熱後の排熱１６が生じる。この図２（ａ）では、所定量の汚泥１１に対して最低適正比率による必要最小限の廃プラスチック１２を混合させた場合であり、生成された熱分解ガス１５はすべて熱分解装置１３の加熱用熱源として用いられている。
【００２５】
これに対し、図２（ｂ）の例では、図２（ａ）と同量の汚泥１１に対して廃プラスチック１２の混合量を、最低適正比率による必要最小限より多くしている（１２Ａの部分）。この場合、廃プラスチック１２の混合量が多い分、熱分解ガス１５の生成量も多くなる。処理される汚泥１１の量は同じであるため、熱分解装置１３に対する加熱用燃料としてのガス量は図２（ａ）とほぼ等しくなり、残りは余剰分１５Ａとなる。この余剰分１５Ａは前述のように下水処理場等における他の用途に活用することができる。
【００２６】
ここで、汚泥の処理量は、諸々の条件により日々変化する。一方、熱分解装置の処理容量は、一般に最大時の汚泥処理量を想定して設計する。したがって、汚泥処理量が少ない時には、装置の処理容量に余裕を残したまま、熱分解処理を行うことになり、装置を最大限利用していないことになる。
【００２７】
そこで、汚泥処理量と装置の処理容量から廃プラスチックの最大混合可能量を算出し、プラスチックの投入量を調整して、熱分解装置の処理容量を最大限に利用することが好ましい。このようにすれば、汚泥は常に全量を利用することを前提とするため、汚泥の貯留施設は不要となる。その代わりに廃プラスチックの投入量は変化するため、ある程度の量を備蓄しておく。廃プラスチックの備蓄量が不足した場合は、廃プラスチックの供給源である、例えば周辺工場へ廃プラスチックの臨時提供を要求する。この時、輸送コストが最小となるように要求順位、要求量を制御する。
【００２８】
図３は上記関係を模式的に表している。図３において、熱分解装置１３は下水処理場１に設置されているものとする。この下水処理場１は、他の下水処理場２，３からの下水汚泥を受け入れ、併せて熱分解処理するものとする。また、熱分解装置１３は、廃プラスチック１２の備蓄設備１２Ａを持っており、廃プラスチック１２の供給源である、周辺の工場Ａ，Ｂ，Ｃから定期的に廃プラスチックの供給を受けているものとする。ここで、各工場Ａ，Ｂ，Ｃは、備蓄設備１２Ａとの輸送距離の関係から、輸送費はＡ＜Ｂ＜Ｃとする。
【００２９】
熱分解装置１３を設計するにあたっては、汚泥処理量：Ｗ´（ある標準的な汚泥処理量）を想定する。この汚泥処理量Ｗ´を、補助燃料を使わずに熱分解するために最低限必要なプラスチック量：Ｐneed´は、次の（１）から求める。
【００３０】
Ｐneed´＝Ｗ´×最小適正比率（約１０％強） ・・・（１）
熱分解装置１３の処理容量を設計する際には、汚泥処理量の変動を想定して、処理量に適度な係数を乗じて処理容量を決定するので、熱分解装置の処理容量：Ｃpは、次の（２）式から求められる。
【００３１】
Ｃｐ＝（Ｗ´＋Ｐneed´）×係数（１．２〜１．５程度） ・・・（２）
熱分解装置１３は、汚泥処理量の変動に関わらずに装置を最大限に活用するために、装置の処理容量Ｃｐの最大になるまで廃プラスチックを投入する。すなわち、廃プラスチックの最大混合可能量：Ｐmaxは、次の（３）式から求められる。
【００３２】
Ｐmax＝Ｃｐ−Ｗ ・・・（３）
プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxは、実際の汚泥処理量：Ｗによって変動する。実際の汚泥処理量Ｗを補助燃料を用いることなく熱分解するために最低限必要なプラスチック量：Ｐneedは前記（１）式から以下の様に求まる。
【００３３】
Ｐneed＝Ｗ×最小適正比率（約１０％強） ・・・（１）´
これらの関係から、熱分解処理時に、実際に熱分解装置１３に投入される廃プラスチック量（最大混合可能量）Ｐmaxは、実際の汚泥処理量Ｗに応じて図４で示すように変化する。
【００３４】
図４（ａ）は設計時の想定内容を表しており、ある標準的な汚泥処理量Ｗ´に対する、補助燃料を使わずに熱分解するために最低限必要なプラスチック量Ｐneed´に対し、熱分解装置１３の処理容量Ｃｐから、熱分解ガスの余剰分を生じる最大混合可能量Ｐmaxが想定されている。すなわち、熱分解装置１３の処理容量Ｃｐは、ある標準的な汚泥量Ｗ´に対する熱分解処理装置１３への廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxが、標準的な下水汚泥量Ｗ´に対する最小適正比率から求まる必要プラスチック量Ｐneed´より大きな投入量となるように設定されている。
【００３５】
図４（ｂ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値よりも多い場合である。この場合、Ｐmax＜Ｐneedとなってしまうため、Ｐmaxを混合しても汚泥処理量Ｗの全てを熱分解するためにはエネルギーが不足する。そのため、補助燃料の投入が必要になるので、このような運用は避ける。
【００３６】
図４（ｃ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値と等しい場合である。この場合、Ｐmax＝Ｐneedとなるため、Ｐmaxを投入すれば、過不足なく汚泥を熱分解することができる。
【００３７】
図４（ｄ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値よりも少ない、想定内の場合である。この場合、Ｐmax＞Ｐneedとなるため、Ｐmaxを混合すればエネルギーに余剰が発生する。
【００３８】
図４（ｅ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値よりも大幅に少ない場合である。この場合も、Ｐmax＞Ｐneedであり、Ｐmaxを混合すると多くの余剰エネルギーが発生する。
【００３９】
このように、熱分解装置１３は、図示しない制御手段により、実際に処理される汚泥量Wに対し、それに対する必要プラスチック量Ｐneedと熱分解装置の処理容量Ｃｐとから求まる廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxを決定し、廃プラスチック１２の投入量を制御する。
【００４０】
図３で説明したように、熱分解装置１３は、廃プラスチック１２の備蓄設備１２Ａを持っている。この備蓄設備（倉庫等）１２Ａには、廃プラスチック供給源である近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃから回収したプラスチックを備蓄しておく。この備蓄量をＰstockとする。熱分解装置１３に対する廃プラスチック１２の投入量（最大混合可能量）Ｐmaxは、前述のように汚泥消費量Ｗによって変化する。したがって、汚泥処理量Ｗと廃プラスチック備蓄量Ｐstockを常に把握し、それぞれの変動を予測する。そのために、熱分解装置１３を含む熱分解処理システムでは、図５で示すように、サーバ２１及びデータベース２２を有するデータ処理装置を設けている。
【００４１】
サーバ２１は、図３で示した下水処理場１，２，３からの汚泥回収量（汚泥処理量でもある）Ｗや廃プラスチック備蓄量Ｐstock、及び廃プラスチック供給源である近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・，Ｘでの廃プラスチック備蓄量Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，・・・，Ｐｘなどのデータを収集する。そして、データベース２２に保持された熱分解装置１３の処理容量Ｃｐ、各工場からの輸送費データなどを用いて、必要な量の廃プラスチック１２を適切な工場に対し要求する。
【００４２】
このように、汚泥処理量Ｗの変動予測値から廃プラスチック１２の最大投入可能量Ｐmaxを予測し、廃プラスチック備蓄量Ｐstockが不足する場合は、近隣工場に対して臨時で廃プラスチックの提供要求を行う。すなわち、サーバ２１及びデータベース２２を有するデータ処理装置は、熱分解装置１３により処理される下水汚泥量Ｗ、及びこの下水汚泥に混合可能な廃プラスチックの備蓄量Ｐstockのデータを収集する手段と、この収集されたデータから下水汚泥量Ｗに対する最大混合可能量Ｐmaxを求める手段と、この最大混合可能量Ｐmaxが廃プラスチックの備蓄量Ｐstockより多い場合は、廃プラスチック供給先に廃プラスチックの供給要求を行う手段とを備えている。
【００４３】
一般的に、近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・，Ｘからの廃プラスチック回収は、定期的（週１回、月１回 等）に行うことが考えられる。したがって、これら近隣工場には、前回の回収時から現時点にいたるまで、一定量のプラスチックが蓄積されていると考えられる。工場Ｘの現時点のプラスチック蓄積量をＰxとする。
【００４４】
廃プラスチックの臨時提供要求を実施する場合には、各工場からの輸送費を考慮し、輸送費が最小となるように要求を行う。この動作を図６のフローチャートで説明する。なお、近隣工場Ａ、Ｂ、Ｃからの輸送費は、前述のように、Ａ＜Ｂ＜Ｃであるとする。
【００４５】
まず、図３で示した下水処理場１，２，３からの汚泥回収量（汚泥処理量でもある）Ｗや廃プラスチック備蓄量Ｐstockなどのデータ収集を行う（ステップ６０１）。次に、上記汚泥回収量から熱分解装置１３による汚泥処理量Ｗを予測すると共に、データベース２２に保持された熱分解装置１３の処理容量Ｃｐから廃プラスチック投入量Ｐmaxを予測演算する（ステップ６０２）。また、廃プラスチック供給源である近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・，Ｘでの廃プラスチック備蓄量Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，・・・，Ｐｘなどのデータを収集する（ステップ６０３）。
【００４６】
前記廃プラスチック投入量Ｐmaxの予測演算の結果、Ｐmax≦Ｐstockであれば（ステップ６０４：Ｙｅｓ）、汚泥と廃プラを混合して熱分解処理装置１３に投入する（ステップ６０５）。これに対し、Ｐmax≦Ｐstockでない（ステップ６０４：Ｎｏ）場合は、廃プラスチック１２の不足分：Ｐ(不足)＝Ｐmax−Ｐstockを求める（ステップ６０６）。
【００４７】
この場合、輸送費の大小関係から、まず、近隣工場Ａに対して、廃プラスチック不足分：Ｐ(不足)＝Ｐmax−Ｐstockを要求する（ステップ６０７）。工場Ａのプラスチック蓄積量：Ｐaが、Ｐ(不足)以上であれば（ステップ６０８：Ｙｅｓ）、工場ＡからＰ(不足)分を臨時で回収し（ステップ６０９）、廃プラスチック備蓄量Ｐstockに加える（ステップ６１０）。この後、汚泥と廃プラを混合して熱分解処理装置１３に投入する（ステップ６０５）。
【００４８】
工場Ａのプラスチック蓄積量：Ｐaが、Ｐ(不足)より少ない場合（ステップ６０８：Ｎｏ）は、工場Ａから備蓄量Ｐaは全て回収し、輸送費に基く次の優先順位の工場Ｂに対して、不足分：Ｐ(不足)−Ｐaを要求する（ステップ６１１，６１２）。
【００４９】
これ以降同様の処理を、Ｐ(不足)≦Ｐxとなるまで繰り返し（ステップ６１３〜６１７）、各工場に臨時で要求するプラスチックの量を決定する。決定後、各工場を巡回して、必要プラスチックを臨時回収する。
【００５０】
これらの結果、廃プラスチック備蓄量Ｐstockと臨時回収した廃プラスチックの合計はＰmaxとなるので（ステップ６１５又は６１８）、これと汚泥を混合して熱分解を行う（ステップ６０５）。
【００５１】
熱分解装置１３からは、図２で示したように熱分解のための加熱後の排熱１６が生じる。従来、この排熱は有効活用されることなく単に放熱されていた。そこで、この排熱と下水処理場等の低温水（水道水／排水）の温度差を利用して温度差発電を行い、排熱の有効活用化を図る。この場合、中低温熱源を想定し、ランキンサイクル発電システムを利用する。すなわち、熱分解装置１３の排熱を加熱源とし、下水処理場等における低温水を冷却源として沸点の低い作動媒体（例えば、アンモニアなど）に対する加温及び冷却を行う。そして、前記加温により作動媒体を気化させてタービンを駆動し、タービン駆動後の作動媒体は前記冷却により凝縮させるランキンサイクル発電設備を構成する。
【００５２】
図７はランキンサイクルを用いたシステムを示している。熱分解装置１３からは５５０℃程度の排ガスが生じるのでこれを排熱ボイラ２５に供給して、例えば、汚泥乾燥機用の加熱蒸気を生成する。この排熱ボイラ２５を経た排ガスは２００℃程度となり、さらに、熱交換器HEX-ａを経て１６０℃程度の排ガスとなる。この熱交換器HEX-ａは、ランキンサイクル発電システム２６に高温水を供給するものである。
【００５３】
一方、下水処理場２７では、冬季など０℃程度の低温水（水道水、排水など）が得られるので、この低温水を熱交換器HEX- dに通す。この熱交換器HEX- dは、ランキンサイクル発電システム２６に低温水を供給するものである。下水処理場２７における低温水は、熱交換器HEX- dを経ることにより１０℃程度に温められ、ボイラなどに供給される。
【００５４】
ランキンサイクル発電システム２６は沸点の低い作動媒体（例えば、アンモニアなど）に対する加温用の熱交換器HEX-ｂ及び冷却用の熱交換器HEX-ｃを有する。熱交換器HEX-ｂは熱分解装置１３の排熱を熱源とするもので、熱交換器HEX-ａから供給される約９０℃の高温水により沸点の低い作動媒体を加温し、気化させる。なお、熱交換器HEX-ｂを経た高温水は８０℃程度に温度低下し、前記熱交換器HEX-ａに戻され、ここで再び約９０℃の高温水となる。
【００５５】
前記加温により気体となった作動媒体はタービン２８を駆動し、発電機２９による発電に供される。タービン駆動後の作動媒体は熱交換器HEX-ｃに送られ、熱交換器HEX- dからの１０℃程度の低温水により冷却され、凝縮して液状となる。熱交換器HEX-ｃに供給された低温水は、作動媒体を凝縮させることにより２０℃程度に温度上昇し、熱交換器HEX- dに戻される。そして、この熱交換器HEX- dで再び１０℃程度の低温水となる。
【００５６】
このように、熱分解装置１３から排出される熱の一部を熱交換器HEX-ａで回収し、高温水の温度を上昇させる。この高温水の熱を利用して、熱交換器HEX-ｂで、ランキンサイクル内の熱媒体を液体から気体に加熱し、タービン２８を回して発電機２９による発電を行う。発電後の熱媒体は熱交換器HEX-ｃで冷却され液体となる。熱交換器HEX-ｃで熱媒体から回収した熱を、熱交換機：HEX-ｄで下水処理場２７の低温水（水道水や排水）に移動させることにより、水道水や排水を加温する。
【００５７】
なお、熱交換器HEX-ａ、HEX-ｄは、熱分解装置１３とランキンサイクル発電システム２６、及びランキンサイクル発電システム２６と下水処理場２７との責任分解点を明確にするために設置した。
【００５８】
これにより、排熱の回収利用による電力が得られるだけでなく、特に寒冷地で見られる凍結防止や微生物処理を目的とした水道水や排水の加温に必要なエネルギーを削減することができる。または、ボイラの予熱として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による熱分解処理システムの一実施の形態を示す概念図である。
【図２】同上一実施の形態におけるエネルギー収支を説明する図である。
【図３】同上一実施の形態における処理汚泥と供給源から回収される廃プラスチックとの関係を説明するイメージ図である。
【図４】同上一実施の形態に用いる熱分解装置における汚泥処理量と廃プラスチック投入量との関係を説明する図である。
【図５】同上一実施の形態に用いる情報処理システムの構成例を示す図である。
【図６】同上一実施の形態における廃プラスチック追加要求に関する制御フローの一例を示す図である。
【図７】本発明を利用したランキンサイクル発電システムを説明するブロック構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１ 汚泥
１２ 廃プラスチック
１３ 熱分解装置
１４ 炭化燃料
１５ 熱分解ガス
２６ ランキンサイクル発電設備
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下水等から生じる汚泥と廃プラスチックとを混合して、熱分解装置により低酸素環境で加熱して熱分解処理し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
温室効果ガス排出削減対策として、バイオマスの総合的な利活用が求められている。バイオマスの原材料のひとつである下水汚泥は、賦存量は多いが、水分の含有量が多いため、燃料化（熱分解）を行うためには大量のエネルギーが必要になる。
【０００３】
下水汚泥を熱分解し炭化燃料として有効活用する事業は、従来から多く行われているが、汚泥の熱分解を行うための補助燃料として、石炭、石油等の化石由来燃料を利用するものが一般的である。そこで、補助燃料として化石燃料の使用を抑制することを目的に木質系バイオマスを使用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記公報で記載されている技術では、炭化炉での炭化処理で汚泥から発生する熱分解ガスに木質系バイオマスから発生する熱分解ガスが加わることで、熱分解ガスを燃料として燃焼機関を運転し、汚泥を炭化処理するのに必要なエネルギーを得ることができるとしている。
【特許文献１】特許第３８６１０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、木質系バイオマスの中には発熱量の低い間伐材や剪定材、枝、葉なども多く含まれており発熱量が安定しないため、炭化炉の一定温度制御が行い難い。このため、炭化炉での熱分解処理運転等を安定させる必要から助燃料として多量の木質系バイオマスを使用しなくてはならなくなるという新たな問題が生じた。
【０００６】
また、これまで熱分解により生じる排熱は、再利用・回収されることなく捨てられている。一方で、特に寒冷地において、凍結防止や微生物処理（水温10℃以上）のために、水道水や排水を加温しておりそのための熱源が別途必要になるなど、熱エネルギーの有効活用化が充分でなかった。
【０００７】
すなわち、熱分解処理のため汚泥加熱に有効利用されるのは、投入した熱量の一部のみであり、残りの大部分は有効利用されないまま、排熱として捨てられてしまう。一方では、水道水や排水を加温するために、多くの燃料が使用されている。
【０００８】
本発明の目的は、下水等から生じる汚泥を熱分解して炭化処理するにあたり、廃プラスチックを混合させることにより補助燃料を用いることなく熱分解処理できる熱分解処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる熱分解処理システムは、汚泥と廃プラスチックとを混合して、熱分解装置により低酸素環境で加熱し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムであって、前記汚泥に対する廃プラスチックの混合比率を、前記熱分解により生じる熱分解ガスの量が、前記加熱用の燃料として補助燃料を用いることなく前記汚泥を熱分解可能な量となる最小適正比率以上とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、熱分解装置の処理容量Ｃｐは、ある標準的な汚泥量Ｗ´に対する熱分解装置への廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxが、前記標準的な汚泥量Ｗ´に対する前記最小適正比率から求まる必要プラスチック量Ｐneed´より大きな投入量となるように設定されており、前記熱分解装置によって実際に処理される汚泥量Wとそれに対する必要プラスチック量Ｐneedと熱分解装置の処理容量Ｃｐとから廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxを決定する制御手段を有する。
【００１１】
また、本発明では、熱分解装置により処理される汚泥量Ｗ、及びこの汚泥に混合可能な廃プラスチックの備蓄量Ｐstockのデータを収集する手段と、この収集されたデータから前記汚泥量Ｗに対する最大混合可能量Ｐmaxを求める手段と、この最大混合可能量Ｐmaxが廃プラスチックの備蓄量Ｐstockより多い場合は、廃プラスチック供給元に廃プラスチックの供給要求を行う手段とをさらに備えた構成でもよい。
【００１２】
また、本発明では、熱分解装置の排熱を加熱源とし低温水を冷却源として沸点の低い作動媒体に対する加温及び冷却が行われ、前記加温により前記作動媒体を気化させてタービンを駆動し、タービン駆動後の作動媒体を前記冷却により凝縮させるランキンサイクル発電設備をさらに設けた構成でもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、汚泥に対し廃プラスチックを混合させて熱分解処理するので、従来汚泥を加熱するために必要であった補助燃料が不要となり、しかも余剰分は他の燃料源としても有効活用することができる。
【００１４】
また、熱分解に用いられた後の排熱をランキンサイクル発電などに利用することで、熱源のより一層の有効活用化が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる熱分解処理システムの一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
下水などから生じる汚泥を熱分解処理して炭化燃料を生成する場合、汚泥を熱分解装置の炭化炉内に投入し、低酸素状態で加熱して所謂蒸し焼きの状態にし、この過程で生じる乾留ガスを加熱用の燃料としている。このような熱分解処理により、炭化炉からは乾留ガスと炭化燃料（炭化材）が得られる。この場合、下水汚泥は含水率が高いため、多くの加熱量が必要であり、自己から生成される乾留ガスだけでは充分な熱量を得ることができない。このため化石由来の燃料を補助燃料として用いなければならなかった。
【００１７】
そこで、本発明では、汚泥加熱用の助燃材として、化石由来燃料の代わりに、工場等から廃棄物として処分されている廃プラスチックを回収し、熱分解炉で汚泥とともに混合熱分解して、炭化燃料を生成する。
【００１８】
すなわち、この実施の形態は、図１で示すように、汚泥１１と廃プラスチック１２とを混合して、熱分解装置１３により低酸素環境で加熱して熱分解処理し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムであって、汚泥１１に対する廃プラスチック１２の混合比率を、後述する最小適正比率以上とすることを特徴とする。ここで、熱分解により汚泥１１と廃プラスチック１２との混合物から炭化燃料（炭化物）１４と熱分解ガス１５とが生じる。熱分解ガス１５は、従来と同様に汚泥１１から生じる乾留ガス１５ａと廃プラスチック１２から生成される可燃性のガス成分１５ｂ（その一部は油として回収される）とからなる。乾留ガス１５ａは従来と同様に熱分解用の加熱用燃料に用いられるが、前述のようにこれだけでは不足する。
【００１９】
しかし、本実施の形態では、廃プラスチック１２からも可燃性のガス成分１５ｂが生成されており、この油及びガス１５ｂも熱分解用の加熱用燃料に用いることができる。この廃プラスチック１２から生成される油、ガスの量は、汚泥１１に混合される廃プラスチック１２の割合が高いほど多くなる。
【００２０】
前記最小適正比率とは、熱分解により汚泥１１と廃プラスチック１２との混合物から生成される熱分解ガスの量が、補助燃料を用いることなく下水汚泥を熱分解できる量のとなる、最小限度の廃プラスチック１２の混合比率である。この最小適正比率より廃プラスチック１２が多く混合されていれば、熱分解に要する以上の余剰分が生成されることになる。この余剰分は熱分解以外に用いればよく、無駄になることはない。したがって、汚泥１１に対する廃プラスチック１２の混合比率は、前述したように、最小適正比率以上とする。この最小適正比率は、質量比で約１０％程度である。
【００２１】
以下、実際の処理例を説明する。まず、下水汚泥を乾燥工程において含水率８０％程度から含水率５０％程度まで乾燥させる。乾燥に必要な熱源は、熱分解工程からの排熱を利用できる。この後、乾燥させた汚泥１１と廃プラスチック１２とを混合して熱分解装置１３に投入し、５００℃程度で熱分解を行う。汚泥加熱用として補助燃料を使用せずに必要なエネルギーを賄うためには、エネルギー収支と物質収支の試算によれば、乾燥汚泥（５０wt％）に対して、質量比で約１０％強のプラスチックを混合する。ただしこの値は、汚泥の性状や含水率など、諸条件によって異なる。大体の目安は下表に示す通りである。
【表１】
【００２２】
このように、最低適正比率で廃プラスチック１２を混合させることで、熱分解用の加熱用補助燃料として用いられていた化石由来燃料は不要となり、省エネルギー効果を得ることができる。
【００２３】
また、混合する廃プラスチック１２の量を多くすれば、熱分解により生成される油やガス１５ｂに余剰が生じるため、この分を、例えば下水処理場内で活用することにより、更なる省エネルギーを図ることも可能となる。
【００２４】
図２は混合熱分解装置のエネルギー収支を説明するイメージ図である。図２（ａ）は、ある所定量の汚泥１１に対し、前述した最低適正比率による必要最小限の廃プラスチック１２を混合させた場合のエネルギー収支を表している。この場合、熱分解装置１３からは、熱分解に伴い炭化燃料１４と熱分解ガス１５（乾留ガス１５ａ、油・ガス１５ｂ）が生成される。このうち、熱分解ガス１５は熱分解装置１３に対する加熱熱源として燃焼される。また、熱分解装置１３からは、熱分解ガス１５の燃焼熱による加熱後の排熱１６が生じる。この図２（ａ）では、所定量の汚泥１１に対して最低適正比率による必要最小限の廃プラスチック１２を混合させた場合であり、生成された熱分解ガス１５はすべて熱分解装置１３の加熱用熱源として用いられている。
【００２５】
これに対し、図２（ｂ）の例では、図２（ａ）と同量の汚泥１１に対して廃プラスチック１２の混合量を、最低適正比率による必要最小限より多くしている（１２Ａの部分）。この場合、廃プラスチック１２の混合量が多い分、熱分解ガス１５の生成量も多くなる。処理される汚泥１１の量は同じであるため、熱分解装置１３に対する加熱用燃料としてのガス量は図２（ａ）とほぼ等しくなり、残りは余剰分１５Ａとなる。この余剰分１５Ａは前述のように下水処理場等における他の用途に活用することができる。
【００２６】
ここで、汚泥の処理量は、諸々の条件により日々変化する。一方、熱分解装置の処理容量は、一般に最大時の汚泥処理量を想定して設計する。したがって、汚泥処理量が少ない時には、装置の処理容量に余裕を残したまま、熱分解処理を行うことになり、装置を最大限利用していないことになる。
【００２７】
そこで、汚泥処理量と装置の処理容量から廃プラスチックの最大混合可能量を算出し、プラスチックの投入量を調整して、熱分解装置の処理容量を最大限に利用することが好ましい。このようにすれば、汚泥は常に全量を利用することを前提とするため、汚泥の貯留施設は不要となる。その代わりに廃プラスチックの投入量は変化するため、ある程度の量を備蓄しておく。廃プラスチックの備蓄量が不足した場合は、廃プラスチックの供給源である、例えば周辺工場へ廃プラスチックの臨時提供を要求する。この時、輸送コストが最小となるように要求順位、要求量を制御する。
【００２８】
図３は上記関係を模式的に表している。図３において、熱分解装置１３は下水処理場１に設置されているものとする。この下水処理場１は、他の下水処理場２，３からの下水汚泥を受け入れ、併せて熱分解処理するものとする。また、熱分解装置１３は、廃プラスチック１２の備蓄設備１２Ａを持っており、廃プラスチック１２の供給源である、周辺の工場Ａ，Ｂ，Ｃから定期的に廃プラスチックの供給を受けているものとする。ここで、各工場Ａ，Ｂ，Ｃは、備蓄設備１２Ａとの輸送距離の関係から、輸送費はＡ＜Ｂ＜Ｃとする。
【００２９】
熱分解装置１３を設計するにあたっては、汚泥処理量：Ｗ´（ある標準的な汚泥処理量）を想定する。この汚泥処理量Ｗ´を、補助燃料を使わずに熱分解するために最低限必要なプラスチック量：Ｐneed´は、次の（１）から求める。
【００３０】
Ｐneed´＝Ｗ´×最小適正比率（約１０％強） ・・・（１）
熱分解装置１３の処理容量を設計する際には、汚泥処理量の変動を想定して、処理量に適度な係数を乗じて処理容量を決定するので、熱分解装置の処理容量：Ｃpは、次の（２）式から求められる。
【００３１】
Ｃｐ＝（Ｗ´＋Ｐneed´）×係数（１．２〜１．５程度） ・・・（２）
熱分解装置１３は、汚泥処理量の変動に関わらずに装置を最大限に活用するために、装置の処理容量Ｃｐの最大になるまで廃プラスチックを投入する。すなわち、廃プラスチックの最大混合可能量：Ｐmaxは、次の（３）式から求められる。
【００３２】
Ｐmax＝Ｃｐ−Ｗ ・・・（３）
プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxは、実際の汚泥処理量：Ｗによって変動する。実際の汚泥処理量Ｗを補助燃料を用いることなく熱分解するために最低限必要なプラスチック量：Ｐneedは前記（１）式から以下の様に求まる。
【００３３】
Ｐneed＝Ｗ×最小適正比率（約１０％強） ・・・（１）´
これらの関係から、熱分解処理時に、実際に熱分解装置１３に投入される廃プラスチック量（最大混合可能量）Ｐmaxは、実際の汚泥処理量Ｗに応じて図４で示すように変化する。
【００３４】
図４（ａ）は設計時の想定内容を表しており、ある標準的な汚泥処理量Ｗ´に対する、補助燃料を使わずに熱分解するために最低限必要なプラスチック量Ｐneed´に対し、熱分解装置１３の処理容量Ｃｐから、熱分解ガスの余剰分を生じる最大混合可能量Ｐmaxが想定されている。すなわち、熱分解装置１３の処理容量Ｃｐは、ある標準的な汚泥量Ｗ´に対する熱分解処理装置１３への廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxが、標準的な下水汚泥量Ｗ´に対する最小適正比率から求まる必要プラスチック量Ｐneed´より大きな投入量となるように設定されている。
【００３５】
図４（ｂ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値よりも多い場合である。この場合、Ｐmax＜Ｐneedとなってしまうため、Ｐmaxを混合しても汚泥処理量Ｗの全てを熱分解するためにはエネルギーが不足する。そのため、補助燃料の投入が必要になるので、このような運用は避ける。
【００３６】
図４（ｃ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値と等しい場合である。この場合、Ｐmax＝Ｐneedとなるため、Ｐmaxを投入すれば、過不足なく汚泥を熱分解することができる。
【００３７】
図４（ｄ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値よりも少ない、想定内の場合である。この場合、Ｐmax＞Ｐneedとなるため、Ｐmaxを混合すればエネルギーに余剰が発生する。
【００３８】
図４（ｅ）は、汚泥処理量Ｗが設計時の最大値よりも大幅に少ない場合である。この場合も、Ｐmax＞Ｐneedであり、Ｐmaxを混合すると多くの余剰エネルギーが発生する。
【００３９】
このように、熱分解装置１３は、図示しない制御手段により、実際に処理される汚泥量Wに対し、それに対する必要プラスチック量Ｐneedと熱分解装置の処理容量Ｃｐとから求まる廃プラスチックの最大混合可能量Ｐmaxを決定し、廃プラスチック１２の投入量を制御する。
【００４０】
図３で説明したように、熱分解装置１３は、廃プラスチック１２の備蓄設備１２Ａを持っている。この備蓄設備（倉庫等）１２Ａには、廃プラスチック供給源である近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃから回収したプラスチックを備蓄しておく。この備蓄量をＰstockとする。熱分解装置１３に対する廃プラスチック１２の投入量（最大混合可能量）Ｐmaxは、前述のように汚泥消費量Ｗによって変化する。したがって、汚泥処理量Ｗと廃プラスチック備蓄量Ｐstockを常に把握し、それぞれの変動を予測する。そのために、熱分解装置１３を含む熱分解処理システムでは、図５で示すように、サーバ２１及びデータベース２２を有するデータ処理装置を設けている。
【００４１】
サーバ２１は、図３で示した下水処理場１，２，３からの汚泥回収量（汚泥処理量でもある）Ｗや廃プラスチック備蓄量Ｐstock、及び廃プラスチック供給源である近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・，Ｘでの廃プラスチック備蓄量Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，・・・，Ｐｘなどのデータを収集する。そして、データベース２２に保持された熱分解装置１３の処理容量Ｃｐ、各工場からの輸送費データなどを用いて、必要な量の廃プラスチック１２を適切な工場に対し要求する。
【００４２】
このように、汚泥処理量Ｗの変動予測値から廃プラスチック１２の最大投入可能量Ｐmaxを予測し、廃プラスチック備蓄量Ｐstockが不足する場合は、近隣工場に対して臨時で廃プラスチックの提供要求を行う。すなわち、サーバ２１及びデータベース２２を有するデータ処理装置は、熱分解装置１３により処理される下水汚泥量Ｗ、及びこの下水汚泥に混合可能な廃プラスチックの備蓄量Ｐstockのデータを収集する手段と、この収集されたデータから下水汚泥量Ｗに対する最大混合可能量Ｐmaxを求める手段と、この最大混合可能量Ｐmaxが廃プラスチックの備蓄量Ｐstockより多い場合は、廃プラスチック供給先に廃プラスチックの供給要求を行う手段とを備えている。
【００４３】
一般的に、近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・，Ｘからの廃プラスチック回収は、定期的（週１回、月１回 等）に行うことが考えられる。したがって、これら近隣工場には、前回の回収時から現時点にいたるまで、一定量のプラスチックが蓄積されていると考えられる。工場Ｘの現時点のプラスチック蓄積量をＰxとする。
【００４４】
廃プラスチックの臨時提供要求を実施する場合には、各工場からの輸送費を考慮し、輸送費が最小となるように要求を行う。この動作を図６のフローチャートで説明する。なお、近隣工場Ａ、Ｂ、Ｃからの輸送費は、前述のように、Ａ＜Ｂ＜Ｃであるとする。
【００４５】
まず、図３で示した下水処理場１，２，３からの汚泥回収量（汚泥処理量でもある）Ｗや廃プラスチック備蓄量Ｐstockなどのデータ収集を行う（ステップ６０１）。次に、上記汚泥回収量から熱分解装置１３による汚泥処理量Ｗを予測すると共に、データベース２２に保持された熱分解装置１３の処理容量Ｃｐから廃プラスチック投入量Ｐmaxを予測演算する（ステップ６０２）。また、廃プラスチック供給源である近隣工場Ａ，Ｂ，Ｃ，・・・，Ｘでの廃プラスチック備蓄量Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，・・・，Ｐｘなどのデータを収集する（ステップ６０３）。
【００４６】
前記廃プラスチック投入量Ｐmaxの予測演算の結果、Ｐmax≦Ｐstockであれば（ステップ６０４：Ｙｅｓ）、汚泥と廃プラを混合して熱分解処理装置１３に投入する（ステップ６０５）。これに対し、Ｐmax≦Ｐstockでない（ステップ６０４：Ｎｏ）場合は、廃プラスチック１２の不足分：Ｐ(不足)＝Ｐmax−Ｐstockを求める（ステップ６０６）。
【００４７】
この場合、輸送費の大小関係から、まず、近隣工場Ａに対して、廃プラスチック不足分：Ｐ(不足)＝Ｐmax−Ｐstockを要求する（ステップ６０７）。工場Ａのプラスチック蓄積量：Ｐaが、Ｐ(不足)以上であれば（ステップ６０８：Ｙｅｓ）、工場ＡからＰ(不足)分を臨時で回収し（ステップ６０９）、廃プラスチック備蓄量Ｐstockに加える（ステップ６１０）。この後、汚泥と廃プラを混合して熱分解処理装置１３に投入する（ステップ６０５）。
【００４８】
工場Ａのプラスチック蓄積量：Ｐaが、Ｐ(不足)より少ない場合（ステップ６０８：Ｎｏ）は、工場Ａから備蓄量Ｐaは全て回収し、輸送費に基く次の優先順位の工場Ｂに対して、不足分：Ｐ(不足)−Ｐaを要求する（ステップ６１１，６１２）。
【００４９】
これ以降同様の処理を、Ｐ(不足)≦Ｐxとなるまで繰り返し（ステップ６１３〜６１７）、各工場に臨時で要求するプラスチックの量を決定する。決定後、各工場を巡回して、必要プラスチックを臨時回収する。
【００５０】
これらの結果、廃プラスチック備蓄量Ｐstockと臨時回収した廃プラスチックの合計はＰmaxとなるので（ステップ６１５又は６１８）、これと汚泥を混合して熱分解を行う（ステップ６０５）。
【００５１】
熱分解装置１３からは、図２で示したように熱分解のための加熱後の排熱１６が生じる。従来、この排熱は有効活用されることなく単に放熱されていた。そこで、この排熱と下水処理場等の低温水（水道水／排水）の温度差を利用して温度差発電を行い、排熱の有効活用化を図る。この場合、中低温熱源を想定し、ランキンサイクル発電システムを利用する。すなわち、熱分解装置１３の排熱を加熱源とし、下水処理場等における低温水を冷却源として沸点の低い作動媒体（例えば、アンモニアなど）に対する加温及び冷却を行う。そして、前記加温により作動媒体を気化させてタービンを駆動し、タービン駆動後の作動媒体は前記冷却により凝縮させるランキンサイクル発電設備を構成する。
【００５２】
図７はランキンサイクルを用いたシステムを示している。熱分解装置１３からは５５０℃程度の排ガスが生じるのでこれを排熱ボイラ２５に供給して、例えば、汚泥乾燥機用の加熱蒸気を生成する。この排熱ボイラ２５を経た排ガスは２００℃程度となり、さらに、熱交換器HEX-ａを経て１６０℃程度の排ガスとなる。この熱交換器HEX-ａは、ランキンサイクル発電システム２６に高温水を供給するものである。
【００５３】
一方、下水処理場２７では、冬季など０℃程度の低温水（水道水、排水など）が得られるので、この低温水を熱交換器HEX- dに通す。この熱交換器HEX- dは、ランキンサイクル発電システム２６に低温水を供給するものである。下水処理場２７における低温水は、熱交換器HEX- dを経ることにより１０℃程度に温められ、ボイラなどに供給される。
【００５４】
ランキンサイクル発電システム２６は沸点の低い作動媒体（例えば、アンモニアなど）に対する加温用の熱交換器HEX-ｂ及び冷却用の熱交換器HEX-ｃを有する。熱交換器HEX-ｂは熱分解装置１３の排熱を熱源とするもので、熱交換器HEX-ａから供給される約９０℃の高温水により沸点の低い作動媒体を加温し、気化させる。なお、熱交換器HEX-ｂを経た高温水は８０℃程度に温度低下し、前記熱交換器HEX-ａに戻され、ここで再び約９０℃の高温水となる。
【００５５】
前記加温により気体となった作動媒体はタービン２８を駆動し、発電機２９による発電に供される。タービン駆動後の作動媒体は熱交換器HEX-ｃに送られ、熱交換器HEX- dからの１０℃程度の低温水により冷却され、凝縮して液状となる。熱交換器HEX-ｃに供給された低温水は、作動媒体を凝縮させることにより２０℃程度に温度上昇し、熱交換器HEX- dに戻される。そして、この熱交換器HEX- dで再び１０℃程度の低温水となる。
【００５６】
このように、熱分解装置１３から排出される熱の一部を熱交換器HEX-ａで回収し、高温水の温度を上昇させる。この高温水の熱を利用して、熱交換器HEX-ｂで、ランキンサイクル内の熱媒体を液体から気体に加熱し、タービン２８を回して発電機２９による発電を行う。発電後の熱媒体は熱交換器HEX-ｃで冷却され液体となる。熱交換器HEX-ｃで熱媒体から回収した熱を、熱交換機：HEX-ｄで下水処理場２７の低温水（水道水や排水）に移動させることにより、水道水や排水を加温する。
【００５７】
なお、熱交換器HEX-ａ、HEX-ｄは、熱分解装置１３とランキンサイクル発電システム２６、及びランキンサイクル発電システム２６と下水処理場２７との責任分解点を明確にするために設置した。
【００５８】
これにより、排熱の回収利用による電力が得られるだけでなく、特に寒冷地で見られる凍結防止や微生物処理を目的とした水道水や排水の加温に必要なエネルギーを削減することができる。または、ボイラの予熱として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明による熱分解処理システムの一実施の形態を示す概念図である。
【図２】同上一実施の形態におけるエネルギー収支を説明する図である。
【図３】同上一実施の形態における処理汚泥と供給源から回収される廃プラスチックとの関係を説明するイメージ図である。
【図４】同上一実施の形態に用いる熱分解装置における汚泥処理量と廃プラスチック投入量との関係を説明する図である。
【図５】同上一実施の形態に用いる情報処理システムの構成例を示す図である。
【図６】同上一実施の形態における廃プラスチック追加要求に関する制御フローの一例を示す図である。
【図７】本発明を利用したランキンサイクル発電システムを説明するブロック構成図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１ 汚泥
１２ 廃プラスチック
１３ 熱分解装置
１４ 炭化燃料
１５ 熱分解ガス
２６ ランキンサイクル発電設備
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚泥と廃プラスチックとを混合して、熱分解装置により低酸素環境で加熱し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムであって、
前記汚泥に対する廃プラスチックの混合比率を、前記熱分解により生じる熱分解ガスの量が、前記加熱用の燃料として補助燃料を用いることなく前記汚泥を熱分解可能な量となる最小適正比率以上とすることを特徴とする熱分解処理システム。
【請求項２】
前記熱分解装置の処理容量Ｃｐは、ある標準的な汚泥量Ｗ´に対する熱分解装置への廃プラスチックの最大混合可能量Ｐｍａｘが、前記標準的な汚泥量Ｗ´に対する前記最小適正比率から求まる必要プラスチック量Ｐｎｅｅｄ´より大きな投入量となるように設定されており、
前記熱分解装置によって実際に処理される汚泥量Wとそれに対する必要プラスチック量Ｐｎｅｅｄと熱分解装置の処理容量Ｃｐとから廃プラスチックの最大混合可能量Ｐｍａｘを決定する制御手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の熱分解処理システム。
【請求項３】
前記熱分解装置により処理される汚泥量Ｗ、及びこの汚泥に混合可能な廃プラスチックの備蓄量Ｐｓｔｏｃｋのデータを収集する手段と、
この収集されたデータから前記下水汚泥量Ｗに対する最大混合可能量Ｐｍａｘを求める手段と、
この最大混合可能量Ｐｍａｘが廃プラスチックの備蓄量Ｐｓｔｏｃｋより多い場合は、廃プラスチック供給元に廃プラスチックの供給要求を行う手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の熱分解処理システム。
【請求項４】
熱分解装置の排熱を加熱源とし低温水を冷却源として沸点の低い作動媒体に対する加温及び冷却が行われ、前記加温により前記作動媒体を気化させてタービンを駆動し、タービン駆動後の作動媒体を前記冷却により凝縮させるランキンサイクル発電設備をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱分解処理システム。
【請求項１】
汚泥と廃プラスチックとを混合して、熱分解装置により低酸素環境で加熱し、熱分解ガスと炭化物とを得る熱分解処理システムであって、
前記汚泥に対する廃プラスチックの混合比率を、前記熱分解により生じる熱分解ガスの量が、前記加熱用の燃料として補助燃料を用いることなく前記汚泥を熱分解可能な量となる最小適正比率以上とすることを特徴とする熱分解処理システム。
【請求項２】
前記熱分解装置の処理容量Ｃｐは、ある標準的な汚泥量Ｗ´に対する熱分解装置への廃プラスチックの最大混合可能量Ｐｍａｘが、前記標準的な汚泥量Ｗ´に対する前記最小適正比率から求まる必要プラスチック量Ｐｎｅｅｄ´より大きな投入量となるように設定されており、
前記熱分解装置によって実際に処理される汚泥量Wとそれに対する必要プラスチック量Ｐｎｅｅｄと熱分解装置の処理容量Ｃｐとから廃プラスチックの最大混合可能量Ｐｍａｘを決定する制御手段を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の熱分解処理システム。
【請求項３】
前記熱分解装置により処理される汚泥量Ｗ、及びこの汚泥に混合可能な廃プラスチックの備蓄量Ｐｓｔｏｃｋのデータを収集する手段と、
この収集されたデータから前記下水汚泥量Ｗに対する最大混合可能量Ｐｍａｘを求める手段と、
この最大混合可能量Ｐｍａｘが廃プラスチックの備蓄量Ｐｓｔｏｃｋより多い場合は、廃プラスチック供給元に廃プラスチックの供給要求を行う手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の熱分解処理システム。
【請求項４】
熱分解装置の排熱を加熱源とし低温水を冷却源として沸点の低い作動媒体に対する加温及び冷却が行われ、前記加温により前記作動媒体を気化させてタービンを駆動し、タービン駆動後の作動媒体を前記冷却により凝縮させるランキンサイクル発電設備をさらに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱分解処理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−２９６０８４（Ｐ２００８−２９６０８４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４１９８４（Ｐ２００７−１４１９８４）
【出願日】平成１９年５月２９日（２００７．５．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２９日（２００７．５．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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