熱分解装置
【課題】有機質原料を効率よく熱分解する、運転が容易で安全性の高い熱分解装置を提供する。
【解決手段】原料Ｘを可燃ガスＹgに転換する熱分解装置ＨＫは、横型円筒形状の本体部Ｋと、原料Ｘを本体部Ｋに送入する原料供給部Ｉと、可燃ガスＹgを本体部Ｋから送出するガス導出部ＯＧと固体残渣排出部Osとからなり、更に本体部Ｋは、原料Ｘを熱分解してガスと固体にする熱分解空間Ｐと、固体を高温ガスで加熱する熱媒体加熱空間Ｈと、ＰとＨの中間にあって固体をＰとＨの間を循環移動させる固体熱媒体循環部Ｃと、ＰとＣの中間にあってＣとの間に中継空間Ｔを構成するとともに、固体を循環移動させる固体熱媒体部Ｄを設けて、ＰとＨのガスが混合することを防ぐ酸素含有気体混入防止手段としている。
【解決手段】原料Ｘを可燃ガスＹgに転換する熱分解装置ＨＫは、横型円筒形状の本体部Ｋと、原料Ｘを本体部Ｋに送入する原料供給部Ｉと、可燃ガスＹgを本体部Ｋから送出するガス導出部ＯＧと固体残渣排出部Osとからなり、更に本体部Ｋは、原料Ｘを熱分解してガスと固体にする熱分解空間Ｐと、固体を高温ガスで加熱する熱媒体加熱空間Ｈと、ＰとＨの中間にあって固体をＰとＨの間を循環移動させる固体熱媒体循環部Ｃと、ＰとＣの中間にあってＣとの間に中継空間Ｔを構成するとともに、固体を循環移動させる固体熱媒体部Ｄを設けて、ＰとＨのガスが混合することを防ぐ酸素含有気体混入防止手段としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス、プラスチックなどの有機物を含む未利用資源から有用物質を製造する熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光合成由来の炭化水素化合物（バイオマス）あるいは容器包装、センイ、ゴムなどに使われている合成高分子化合物（プラスチック）などの有機物（以下「有機質原料」という）を非酸化雰囲気で加熱して（１）常温で固体の炭化水素化合物（以下「チャー」という）、（２）常温で液体の炭化水素化合物と水（以下「タール」という）、および（３）常温で気体の炭化水素ガス（以下「可燃ガス」という）を製造する熱分解装置が実用化されている。なお、有機質原料には通常少量の無機物が含まれている。また無機物質を混合することがある。
【０００３】
熱分解装置の形式には、たて型装置、流動床装置、回転円筒装置などがあり実用化されている。この中で、回転円筒装置は運転が容易であり、かつ、熱の供給方式が内熱式に限定されず、外熱式でも可能であるという特徴をもっている。しかし、充填率が低く装置が大型化して経済効率が低下すること、原料にプラスチックなどの溶融物を含む場合、装置壁に固着してしまうことなどの問題があった。
【０００４】
これに対して、回転円筒内部を、軸に平行な平板(仕切板)で複数の部分空間に分離するとともに、仕切板に傾斜ガイド板を取り付けることによって、回転円筒の低充填率問題及び固着問題は解決されている(例えば、特許文献１)。
【０００５】
有機質原料から可燃ガスを回収することを目的とする場合、熱分解で生成した可燃ガスとタールとチャーのうち、さらにタールとチャーの改質(ガス化)が必要となる。特にチャーは、商業化されている熱分解装置では燃焼して熱として利用されており改質して可燃ガスとしては利用されている事例はほとんどない。チャーの改質ガス化は、チャー粒子の表面がガス化媒（水蒸気、二酸化炭素など）と接触することによって進行するが、たとえば上記回転円筒の場合、回転炉中で転動するチャー粒子層がガス化媒と接触するのは転動層の上面においてだけであり、チャー粒子の有する大きな表面積の大部分はガス化媒と接触できずガス化反応が生じていない。
【０００６】
これに対して、回転円筒本体内部に、螺旋曲面をその内部に装備した複数の小円筒群(以下これを「螺旋通路」とよぶ)を装備し、回転円筒本体の回転につれて内部の固体粉粒体が螺旋曲面にそって移動する装置(以下これを「螺旋キルン」とよぶ)が開発され公開されている。
【０００７】
「螺旋キルン」では、タール蒸気を含む熱分解ガスとガス化媒の全量をチャーを含む粉粒体層の内部を貫流させるようにすることができる。例えば、特許文献２に開示されている「螺旋キルン」を用いたガス化装置は、タール蒸気を紛粒体の中を貫通させることによって、タールの改質を促がすことを目的とした熱分解装置として開発されている。
【０００８】
また、特許文献３で開示されている「螺旋キルン」は、酸素と水蒸気の少なくとも一方を含む気体を送入する手段を備えた内熱式の熱分解ガス化装置として開発されている。
【０００９】
また、特許文献４に開示されている「螺旋キルン」を用いたガス化装置は、複数の「螺旋通路」で二つの空間に仕切られた回転円筒の一端すなわち熱分解側に有機質原料を投入し他端側すなわち燃焼側に空気または酸素を送入して固体炭素などの可燃物を燃焼する構造になっている。固体炭素の燃焼で加熱された固体粉粒体は、「螺旋通路」を経て円筒装置の熱分解側に移動して有機質原料に熱を与えたのち螺旋通路を経て燃焼側に戻る。これを繰り返すことによって固体粉粒体は熱媒体として機能している。
【００１０】
しかし、特許文献４に開示されているガス化装置は、熱分解側は可燃ガスで充満した空間、燃焼側は酸素含有気体で充満した空間であり、両空間のガスは紛粒体で充填状態にある螺旋通路でシールされているが、そのシールは両空間のガス圧を均一にすることによって確保される「弱いシール」である。例えば、投入された有機質原料成分の著しい変動により発生ガス量・ガス圧が急増しシールが破られ両ガスが混合する懸念があり、この混合を防止する手段が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３１１５６３３号
【特許文献２】特開２００６−１６９３０９号公報
【特許文献３】特開２００６−３１６１４３号公報
【特許文献４】特開２００８−１１１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために成され、可燃ガスと酸素含有気体との混合を防止でき、運転が容易で小型にも大型にも対応できる、有機質原料を高効率高収率で有用物質に変換する熱分解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の第１態様に係る熱分解装置は、筒軸が水平あるいは数度の傾きを持つ横型回転円筒形状の本体部を備えた熱分解装置であって、螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒で構成される円筒群を有し、その円筒群の少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆であり、当該円筒群によって前記本体部を原料供給側の熱分解空間と、そうでない側の熱媒体加熱空間に分離するとともに、固体熱媒体を前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間の間で循環移動させる固体熱媒体循環手段と、原料を前記熱分解空間に供給する原料供給手段と、原料を前記熱分解空間で加熱して、可燃ガスとチャーを生成する熱分解手段と、前記固体熱媒体を前記熱媒体加熱空間で加熱する固体熱媒体加熱手段と、前記熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止する混入防止手段と、前記熱分解空間で生成された可燃ガスを排出する可燃ガス排出手段と、前記熱分解空間で生成されたチャーを排出するチャー排出手段と、を備えている。
【００１４】
第１の態様に係る熱分解装置では、横型回転円筒形状の本体部が円筒群によって熱分解空間と熱媒体加熱空間に分離され、固体熱媒体循環手段によって、熱分解空間と熱媒体加熱空間の間で固体熱媒体が循環移動される。固体熱媒体加熱手段は、固体熱媒体を熱媒体加熱空間で加熱する。熱分解手段は、原料供給手段によって供給された原料を前記熱分解空間で加熱して、可燃ガスとチャーを生成する。生成された可燃ガスは可燃ガス排出手段によって排出され、生成されたチャーはチャー排出手段によって排出される。そして、混入防止手段によって、熱分解空間への酸素含有気体の混入が防止されている。
【００１５】
本発明は、混入防止手段を備えていることから、熱分解空間で生成された可燃ガスの燃焼を防止することができる。
【００１６】
本発明の第２態様に係る熱分解装置は、前記混入防止手段は、前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間との中間に装備され、螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒群であってその少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆である中間円筒群で構成されていること、を特徴とする。
【００１７】
このように、熱分解空間と熱媒体加熱空間との間に中間円筒群を介在させることにより、酸素含有気体を用いて熱媒体加熱空間で固体熱媒体を加熱した場合でも、熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止することができる。
【００１８】
本発明の第３態様に係る熱分解装置は、前記混入防止手段は、前記固体熱媒体加熱手段での前記固体熱媒体の加熱を流体燃料の無酸素燃焼又は高温無酸素ガスの供給によって行うこと、を特徴とする。
【００１９】
このように、固体熱媒体の加熱を流体燃料の無酸素燃焼又は高温無酸素ガスの供給によって行うことで、熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止することができる。
【００２０】
本発明の第４態様に係る熱分解装置は、前記混入防止手段は、前記固体熱媒体循環手段の複数の円筒が偶数本であり、円筒内の螺旋曲面の向きが互いに逆向きである対の円筒対が前記熱媒体加熱空間内で互いの端部が連結され、前記熱媒体加熱空間内に非開放のＵ字管で構成されていること、を特徴とする。
【００２１】
本態様の熱分解装置では、固体熱媒体循環手段の複数の円筒が熱媒体加熱空間内に非開放のＵ字管で構成されており、固体熱媒体は熱媒体加熱空間ではＵ字管内で加熱され、熱分解空間へと戻る。したがって、熱媒体加熱空間内の気体を熱分解空間への流出を防止することができる。
【００２２】
本発明の第５態様に係る熱分解装置は、前記熱分解空間、及び、前記固体熱媒体循環手段の少なくとも１つに、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を送入するガス化媒送入手段を備えたものである。
【００２３】
このように、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を送入することにより、チャーの改質を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の熱分解装置によれば、可燃ガスと酸素含有気体との混合を防止でき、運転が容易で小型にも大型にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】第１実施形態の熱分解装置の熱分解空間及び熱媒体加熱空間部分の断面図である。
【図３】第１実施形態の固体熱媒体循環部部分の断面図である。
【図４】第３実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図５】第４実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図６】第２実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図７】第５実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図８】第６実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る熱分解装置について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の熱分解装置ＨＫは円筒形状の本体部Ｋを備えている。本体部Ｋは、筒軸Ｋ１が水平方向、あるいは、水平方向に対して若干の傾斜角をもって配置されている。本体部Ｋは、筒軸方向の両端部に設けられた軸受ＫＪで、筒軸Ｋ１周りに回転可能に支持されて、不図示の駆動手段によって回転駆動される。なお、本体部Ｋは金属で構成し、その内部面を耐熱性の断熱材で構成することが好ましい。
【００２８】
本体部Ｋの一端側には、本体部Ｋの中間部分よりも小径で外側へ突出した円筒状の開口部ＫＯが構成されている。開口部ＫＯには、原料供給部Ｉが連結されている。原料供給部Ｉは、ホッパＩ１、スクリューフィーダＩ２、連結部Ｉ３、供給管Ｉ４、及び、螺旋フィーダＩ５、で構成されている。供給管Ｉ４は、開口部ＫＯの外側へ水平方向に沿って延出されると共に、連結部Ｉ３を介して上部に設けられたホッパＩ１と連結されている。供給管Ｉ４は、本体部Ｋの相対回転を許容しつつ開口部ＫＯをシールして本体部Ｋ内と連通されている。ホッパＩ１及び供給管Ｉ４の内部には、各々、スクリューフィーダＩ２、螺旋フィーダＩ５が設けられている。螺旋フィーダＩ５は、後述する可燃ガス排出管Ｋ２の外側に螺旋曲面を取り付けたもので、本体部Ｋと一体回転することによって原料Ｘを本体部Ｋ内部に送り込む。ホッパＩ１から投入された原料Ｘは、スクリューフィーダＩ２によって連結部Ｉ３へ送られ、連結部Ｉ３を通って供給管Ｉ４へ至り、供給管Ｉ４内の螺旋フィーダＩ５によって、本体部Ｋの内部へ供給される。
【００２９】
原料Ｘとしては、各種草木類、林産残渣、農水産非可食部などのバイオマスや、プラスチック、ゴム、センイ、フィルムなどの合成樹脂、あるいは都市ごみ、下水汚泥等有機物を含む各種廃棄物を用いることができる。なお、原料として、上記バイオマスあるいは廃棄物に、例えば多孔質セラミック粒子、砂のような固体無機材を混入させたものを用いてもよい。
また、本体部Ｋ内に存在している固体粒子Ｚは、原料Ｘの固体熱分解生成物（チャー）、原料Ｘ中の無機物及び前記固体無機材からなる混合粉粒体であり、固体熱媒体としての機能をもっている。なお、図１において、固体粒子Ｚは一つの点として図示されているが、本体Ｋの底部全体及び仕切り板Ｐ1、Ｈ1上部及び螺旋曲面ＤＲ内部に存在している。
【００３０】
本体部Ｋの内部には、固体熱媒体循環部Ｃ、Ｄが設けられている。本体部Ｋの一端側（開口ＫＯ側）には、固体熱媒体循環部Ｄによって区画された熱分解空間Ｐが構成されている。本体部Ｋの他端部には、固体熱媒体循環部Ｃによって区画された熱媒体加熱空間Ｈが構成されている。本体部Ｋの内部の固体熱媒体循環部Ｄと固体熱媒体循環部Ｃとの間には、中継空間Ｔが構成されている。
【００３１】
熱分解空間Ｐの中間部には、図２（Ａ）にも示すように、熱分解空間Ｐ内の固体粒子Ｚを本体部Ｋの回転によって熱分解空間Ｐ内で転動させる固体搬送部Ｅが設けられている。固体搬送部Ｅは、筒軸Ｋ１を含む面で本体部Ｋの筒内を二分する仕切板Ｅ１を有している。なお、仕切板Ｅ１の筒軸Ｋ１に沿った位置には、後述する可燃ガス排出管Ｋ２が配置されている。
【００３２】
仕切板Ｅ１で仕切られた一方の空間ＥＡ、及び他方の空間ＥＢには、案内板Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂが各々設けられている。案内板Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂは、筒軸Ｋ１に対して傾斜するように配置されている。この傾斜により、本体部Ｋの回転で熱分解空間Ｐ内の固体が、転動しつつ筒軸Ｋ１方向に搬送される。仕切板Ｅ１で二分された一方の空間ＥＡと他方の空間ＥＢでは、搬送方向が逆方向となるように、案内板Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂの傾斜方向が設定されており、本体部Ｋの回転で熱分解空間Ｐ内の固体粒子Ｚは仕切板Ｅ１の両側で逆方向に移動して循環する。
【００３３】
熱媒体加熱空間Ｈの中間部には、図２（Ｂ）にも示すように、熱媒体加熱空間Ｈ内の固体粒子Ｚを熱媒体加熱空間Ｈ内で転動させる固体搬送部Ｆが設けられている。なお、仕切板Ｆ１の筒軸Ｋ１に沿った位置には、後述する燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７が同軸的に配置されている。
【００３４】
固体搬送部Ｆは、筒軸Ｋ１を含む面で本体部Ｋの筒内を二分する仕切板Ｆ１を有している。仕切板Ｆ１で仕切られた一方の空間ＦＡ、及び他方の空間ＦＢには、案内板Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂが各々設けられている。案内板Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂは、筒軸Ｋ１に対して傾斜するように配置されている。この傾斜により、本体部Ｋの回転で熱媒体加熱空間Ｈ内の固体が、転動しつつ筒軸Ｋ１方向に搬送される。仕切板Ｆ１で二分された一方の空間ＦＡと他方の空間ＦＢでは、搬送方向が逆方向となるように、案内板Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂの傾斜方向が設定されており、本体部Ｋの回転で熱媒体加熱空間Ｈ内の固体は仕切板の両側で逆方向に移動して循環する。
【００３５】
固体熱媒体循環部Ｃは、図３（Ａ）にも示すように、螺旋曲面ＣＲをその内部に含む小円筒Ｃ１とＣ２を有している。小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２は、筒軸が筒軸Ｋ１方向に沿うように保持部材ＣＨによって保持されつつ本体部Ｋ内に収納されている。小円筒Ｃ１及び、小円筒Ｃ２の内部には、一端側から他端側へ向かう螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒが設置されている。螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒは、小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２の筒軸に沿って配置された軸体Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａに支持されると共に、外周が小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２内壁に固定されている。螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒにより、小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２の筒内には、螺旋状の通路Ｃ１Ｂ、Ｃ２Ｂが各々構成されている。螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒは、互いに逆の螺旋方向とされており、本体部Ｋの回転により、固体粒子Ｚが通路Ｃ１Ｂを移動する方向と、通路Ｃ２Ｂを移動する方向とは逆方向になるように設定されている。本実施形態では、小円筒Ｃ１内の通路Ｃ１Ｂについては熱媒体加熱空間Ｈから中継空間Ｔへ移動し、小円筒Ｃ２内の通路Ｃ２Ｂについては中継空間Ｔから熱媒体加熱空間Ｈへ移動するものとする。
【００３６】
保持部材ＣＨは、本体部Ｋの小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２の両端面の各々と面一に配置された区画部ＣＨＡ、ＣＨＢを有している。区画部ＣＨＡにより、本体部Ｋ内側の熱媒体加熱空間Ｈと中継空間Ｔとの間が区画され、小円筒Ｃ１、Ｃ２内の通路でのみ熱媒体加熱空間Ｈと中継空間Ｔとが連通される構成となっている。
【００３７】
固体熱媒体循環部Ｄは、図３（Ｂ）にも示すように、螺旋曲面ＤＲをその内部に含む小円筒Ｄ１とＤ２を有している。小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２は、筒軸が筒軸Ｋ１方向に沿うように保持部材ＤＨによって保持されつつ本体部Ｋ内に収納されている。小円筒Ｄ１及び、小円筒Ｄ２の内部には、一端側から他端側へ向かう螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒが設置されている。螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒは、小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２の筒軸に沿って配置された軸体Ｄ１Ａ、Ｄ２Ａに支持されると共に、外周が小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２内壁に固定されている。螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒにより、小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２の筒内には、螺旋状の通路Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｂが各々構成されている。螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒは、互いに逆の螺旋方向とされており、本体部Ｋの回転により、固体粒子Ｚが通路Ｄ１Ｂを通過する方向と、通路Ｄ２Ｂを通過する方向とは逆方向になるように設定されている。本実施形態では、小円筒Ｄ１内の通路Ｄ１Ｂについては中継空間Ｔから熱分解空間Ｐへ移動し、小円筒Ｄ２内の通路Ｄ２Ｂについては熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動するものとする。
【００３８】
保持部材ＤＨは、本体部Ｋの小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２の両端面の各々と面一に配置された区画部ＤＨＡ、ＤＨＢを有している。区画部ＤＨＡにより、本体部Ｋ内側の熱分解空間Ｐと中継空間Ｔとの間が区画され、小円筒Ｄ１、Ｄ２内の通路でのみ熱分解空間Ｐと中継空間Ｔとが連通される構成となっている。また、固体熱媒体循環部Ｄの筒軸Ｋ１に沿った位置には、可燃ガス排出管Ｋ２が配置されている。
【００３９】
本体部Ｋの開口ＫＯ側からは、可燃ガス排出管Ｋ２が延出されている。可燃ガス排出管Ｋ２は、本体部Ｋの筒軸Ｋ１に沿って配置され、固体熱媒体循環部Ｄの中継空間Ｔへの開口部を起点として可燃ガス回収管ＯＧへの連結部を終点としており、本体部Ｋの回転につれて同軸回転する。可燃ガス排出管Ｋ２の原料供給部Ｉとの境界部分は、相対回転可能にシールされたシール部ＩＳになっている。また、可燃ガス回収管ＯＧとの境界部分についても、相対回転可能にシールされたシール部ＯＳとなっている。可燃ガス排出管Ｋ２の供給管Ｉ４を通過する部分には、その外部に螺旋曲面が取り付けられており、本体部Ｋの回転によって、原料Ｘを熱分解空間Ｐに送入する螺旋フィーダとして機能しているが、その送り速度は本体部Ｋの回転数に規定される。
【００４０】
螺旋フィーダＩ５によって熱分解空間Ｐに投入された原料Ｘは、小円筒Ｄ１の螺旋に沿って中継空間Ｔから熱分解空間Ｐに送入された高温の固体粉粒体Ｚと混合加熱されて熱分解し、ガス(熱分解ガスと熱分解タール蒸気)とチャーを生成する。チャーは、固体粒子Ｚとともに小円筒Ｄ２の螺旋に沿って熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動する。一方、ガスは小円筒Ｄ１から小円筒Ｄ２の螺旋に沿って熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動し、可燃ガス排出管Ｋ２の中継空間Ｔ側開口部から可燃ガス排出管Ｋ２内を通過して可燃ガス回収管ＯＧから本体部Ｋ外に送出される。ガスが小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２で、熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動するときガスは、中継空間Ｔから熱分解空間Ｐあるいは熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動する固体粒子Ｚのなかを貫流し、固体粒子Ｚの全表面と接触する。この過程で、ガス中のタール蒸気は固体粒子Ｚの触媒作用を受けて改質しガス化するので、固体熱媒体循環部Ｄは、改質空間としての機能を併せもっている。また、熱分解空間Ｐにおいて、ガスの急激な大量発生により圧力変動が生じたとき、圧力波は、固体熱媒体循環部Ｄ内に充填されている固体粒子Ｚの「弱いシール」を破って中継空間Ｔに流入しその反動で中継空間Ｔ内のガスが熱分解空間Ｐに流入する可能性があるが、この場合であっても中継空間Ｔ内及び熱分解空間Ｐ内のガスはともに酸素を含まないガスであるので、熱媒体加熱空間Ｈ内の酸素を含む高温ガスが熱分解空間Ｐ内の高温可燃ガスと混合する場合に生じる爆発燃焼のおそれはない。すなわち、固体熱媒体循環部Ｄは、熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止する混入防止手段となっている。
【００４１】
本体部Ｋの熱媒体加熱空間Ｈ側の端部には、開口ＫＰが構成されている。開口ＫＰからは、燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７の一端側が延出されている。燃料ガス供給管Ｋ６は本体部Ｋの軸心位置に配置され、空気供給管Ｋ７は燃料ガス供給管Ｋ６の径方向外側に配置され配置されている。燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７の他端側は、熱媒体加熱空間Ｈの固体搬送部Ｆを貫通して、熱媒体加熱空間Ｈの固体熱媒体循環部Ｃ側まで延出されている。
【００４２】
開口ＫＰの外側には、排出管Ｋ８が設けられている。排出管Ｋ８は、本体部Ｋの回転可能な開口ＫＰの外側との間に摺動部をもち、摺動部はシールＫＳで外気をシールしている。排出管Ｋ８には、上方に延びるガス排出部Ｏｗｇが連結されると共に下方に延びる固体排出管Ｏｗｓが連結されている。
【００４３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本体部Ｋは、筒軸Ｋ１周りに所定の回転速度で回転する。燃料ガス供給管Ｋ６からは、熱媒体加熱空間Ｈへ燃料ガスが供給される。また、空気供給管Ｋ７からは、熱媒体加熱空間Ｈへ空気が供給される。供給された燃料ガスは燃焼して、熱媒体加熱空間Ｈ内の固体粒子Ｚが加熱される。加熱された固体粒子Ｚは、固体搬送部Ｆで攪拌されつつ熱媒体加熱空間Ｈ内を循環し、ガス排出部Ｏｗｇへ流出する燃焼ガスと接触して昇温する。高温不燃粒体Ｍは固体熱媒体循環部Ｃの小円筒Ｃ１を通って中継空間Ｔへ搬送される。さらに、固体粒子Ｚは、固体熱媒体循環部Ｄの小円筒Ｄ１を通って中継空間Ｔから熱分解空間Ｐへ搬送される。
【００４４】
固体粒子Ｚは、小円筒Ｃ１内の通路Ｃ１Ｂを通過する際に、螺旋状の通路内に充填されているので、熱媒体加熱空間Ｈ内の気体（酸素を含む高温ガス：燃焼ガス）は、中継空間Ｔ側へ流入されず、排出管Ｋ８を経てガス化排出部Ｏｗｇから排気される。また、不燃粒体Ｍは、小円筒Ｄ１内の通路Ｄ１Ｂを通過する際に、螺旋状の通路内に充填されているので、中継空間Ｔ内の気体は、熱分解空間Ｐ側へ流入されず、ガス排出管Ｋ５、可燃ガス回収管ＯＧを経て、回収される。
【００４５】
ホッパＩ１内の原料Ｘは、スクリューフィーダＩ２、螺旋フィーダＩ５により、熱分解空間Ｐへ送り出される。熱分解空間Ｐ内に供給された原料Ｘは、固体搬送部Ｅで攪拌されつつ熱分解空間Ｐ内を循環する。熱分解空間Ｐは、熱媒体加熱空間Ｈからの固体粒子Ｚにより熱が供給される。この熱供給状態下で、原料Ｘの熱分解反応が進行し、可燃ガスＹｇ、可燃性液体Ｙｌ及び、チャーＹｓが生成される。可燃ガスＹｇは、原料が熱分解することにより生成される水素、一酸化炭素、メタン、エチレン等の可燃性炭化水素ガスである。可燃性液体Ｙｌは、アルコール、フェノールなどの可燃性の液体炭化水素化合物であり、高温の本体部Ｋ内ではガス状になっている。チャーＹｓおよび無機物残渣は固体粒子Ｚを構成する。
【００４６】
固体粒子Ｚは、熱分解空間Ｐ内を移動し循環して、小円筒Ｄ２によって、熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ搬送される。生成された可燃ガスＹｇ及び可燃性液体Ｙｌ(気体状)は、熱分解反応が進行している熱分解空間Ｐ内の圧力が、可燃ガス回収管ＯＧを介して外部と連通されている中継空間Ｔよりも高いので、固体粒子Ｚ及び不燃粒体Ｍが充填している小円筒Ｄ２の螺旋状の通路内を貫流して中継空間Ｔへ流入する。このとき可燃ガスＹｇに含まれるガス状の可燃性液体Ｙｌ(タール蒸気)は、チャーを含む固体粒子Ｚの表面と高密度で接触して改質ガス化する。さらに、チャーはガスに含まれる水蒸気と接触して反応し水素と一酸化炭素が生成される。中継空間Ｔ内に流入した可燃ガスＹｇ、及び、固体熱媒体循環部Ｄ内でタールの改質により生じた可燃ガス及び、チャーの改質により生成された可燃ガスＹｇは、可燃ガス排出管Ｋ２、可燃ガス回収管ＯＧを経て、回収される。
【００４７】
中継空間Ｔへ送られた固体粒子Ｚは、固体熱媒体循環部Ｃの小円筒Ｃ２を通って熱媒体加熱空間Ｈへ戻り、熱媒体加熱空間Ｈ内を循環しつつ、高温の燃焼ガスにより加熱され、再び前述のように熱分解空間Ｐへ搬送されて熱分解空間Ｐを加熱する。このように、本体Ｋ内を循環する固体粒子Ｚは、熱媒体として機能する。なお、固体の移動は、投入に起因する増量分の重力による平準化によっており、キルンの開口部をオーバーフローした固体粒子Ｚは、排出管Ｋ８を経て固体排出部Ｏｗｓから排出される。
【００４８】
中継空間Ｔと熱媒体加熱空間Ｈのシールは、可燃ガスＹｇを中継空間Ｔから本体部Ｋ外に送出するブロワの吸引圧力と熱媒体加熱空間Ｈ内の燃焼ガスを熱媒体加熱空間Ｈから本体部Ｋ外に送出するブロワの吸引圧力とを制御して、熱媒体加熱空間Ｈと中継空間Ｔのガス圧の均衡をとることによって実現できる。通常の範囲の圧力不均衡が生じても小円筒Ｃ１、Ｃ２に充填した固体による流動抵抗によって打ち消されて、中継空間Ｔと熱媒体加熱空間Ｈのシールが保たれている。
【００４９】
本実施形態では、熱分解空間Ｐと熱媒体加熱空間Ｈの中間に、固体熱媒体循環部Ｄを設け、中継空間Ｔにガス排出管Ｋ５が連結されている。したがって、熱分解空間Ｐ内のガス圧変動が大きく、熱分解空間Ｐ内のガスが熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ流入して、その反動で中継空間Ｔから熱分解空間Ｐへガスが流入しても可燃ガスと酸素の混合は生じないから、固体熱媒体循環部Ｄは混入防止手段として機能しているので熱分解装置ＨＫを安全に運転することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ４は、図６に示すように、第１実施形態の熱分解装置ＨＫにおいて、固体排出管Ｏｗｓが開口部ＫＯ側に連結されて、熱分解空間Ｐと連通されている。また、原料供給部Ｉにおいて、螺旋フィーダＩ５、連結部Ｉ３は設けられず、ホッパＩ１からスクリューフィーダＩ２へ原料Ｘが供給されている。その他の構成については、第１実施形態と同一である。
【００５２】
本実施形態でも、固体熱媒体循環部Ｄ、中継空間Ｔが設けられているので、酸素含有気体（空気）が熱分解空間Ｐへ流入するのを防止することができる。
【００５３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ２は、図４に示すように、本体部Ｋを備え、本体部Ｋ内が熱分解空間Ｐと熱媒体加熱空間Ｈとに区画されている。本実施形態では、第１実施形態の固体熱媒体循環部Ｄ、中継空間Ｔを備えておらず、固体熱媒体循環部ＣＵが、熱媒体加熱空間Ｈ内に設けられている。また、熱媒体加熱空間Ｈ内に、固体搬送部Ｆは設けられていない。
【００５５】
本体部Ｋの一端側に構成された開口部ＫＯには、筒軸Ｋ１に沿って原料供給部Ｉが連結され、原料供給部Ｉの供給管Ｉ４よりも径方向外側に、開口部ＫＯに連通された排出管Ｏが設けられている。排出管Ｏには、上方へ延びる可燃ガス回収管ＯＧと、下方へ延びる固体排出管ＯＳとが連結されている。原料Ｘは、供給管Ｉ２から熱分解空間Ｐへ供給され、熱分解空間Ｐで生成された可燃ガスＹｇ及びタール蒸気Ｙｌは、可燃ガス排出管ＯＧから導出され、不燃粒体Ｍは可燃ガス回収管ＯＳから排出される。
【００５６】
固体熱媒体循環部ＣＵは、第１実施形態の小円筒Ｃ１、Ｃ２と同一の内部構成（但し、筒径については小円筒Ｃ１、Ｃ２よりも小さい）で互いに逆向きに固体粒子Ｚを搬送する小円筒が２本で一対になり、熱媒体加熱空間Ｈ内で連結されてＵ字状に構成されたＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２を備えている。Ｕ字管ＣＵ１、ＣＵ２は、両端部が熱分解空間Ｐへ開放され、本体部Ｋの回転により、固体粒子Ｚは、Ｕ字の一方端側から入って熱媒体加熱空間Ｈ内で加熱され、Ｕ字の他方端から熱分解空間Ｐへ戻る構成とされている。
【００５７】
開口ＫＰには、燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７の一端側が延出されている。開口ＫＰの空気供給管Ｋ７の径方向外側には、ガス排出部Ｏｗｇが相対回転可能にシールされて連結されている。
【００５８】
また、本実施形態では、原料供給部Ｉにおいて、第１実施形態の螺旋フィーダＩ５、連結部Ｉ３は設けられず、ホッパＩ１からスクリューフィーダＩ２によって熱分解部Ｐへ原料Ｘが供給されている。
【００５９】
本実施形態では、熱媒体としての固体粒子Ｚは、熱媒体加熱空間Ｈに設けられたＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２を介した伝熱（間接加熱）により加熱される。したがって、熱媒体加熱空間Ｈと熱分解空間Ｐとの間を気体が移動することはなく、熱媒体加熱空間Ｈから熱分解空間Ｐへの酸素含有気体（空気）の流入を防止することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、Ｕ字管を２本設けたが、Ｕ字管は、１本でも３本以上でもよい。
【００６１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第１〜３実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ３は、図５に示すように、本体部Ｋを備え、本体部Ｋ内が固体熱媒体循環部Ｃによって、熱分解空間Ｐと熱媒体加熱空間Ｈとに区画されている。本実施形態では、第１実施形態の固体熱媒体循環部Ｄ、中継空間Ｔを備えていない。
【００６３】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ３は、本体部Ｋの外側に、高温ガス部Ｈ２を備えている。高温ガス部Ｈ２には燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７が連結され、高温ガス部Ｈ２において燃料ガスが燃焼されて、高温無酸素ガスが生成される。高温ガス部Ｈ２には、高温ガス供給管Ｈ１が連結されており、高温ガス供給管は、本体部Ｋ内の熱媒体加熱空間Ｈへ挿通され、高温無酸素ガスを熱媒体加熱空間Ｈへ供給する。
【００６４】
本実施形態では、熱媒体加熱空間Ｈ内へ高温無酸素ガスを供給して熱媒体（固体粒子Ｚ及び不燃粒体Ｍ）を加熱するので、熱媒体加熱空間Ｈから熱分解空間Ｐへ気体が流出しても、酸素含有気体ではないため、熱分解空間Ｐ内での可燃ガスＹｇの燃焼を防止することができる。
【００６５】
［第５実施形態］
【００６６】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、第１〜第４実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ５は、図７に示すように、第３実施形態の熱分解装置ＨＫ２において、固体熱媒体循環部ＣＵと熱分解空間Ｐとの間に、固体熱媒体循環部Ｄが設けられている。そして、固体熱媒体循環部Ｄと固体熱媒体循環部ＣＵの間に、中継空間Ｔが構成されている。
【００６８】
開口部ＫＯの外側の構成、及び、開口ＫＰの外側の構成については、第４実施形態と同一である。
【００６９】
本実施形態でも、熱媒体としての固体粒子Ｚは、熱媒体加熱空間Ｈに設けられたＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２を介した伝熱（間接加熱）により加熱される。したがって、熱媒体加熱空間Ｈと熱分解空間Ｐとの間を気体が移動することはなく、熱媒体加熱空間Ｈから熱分解空間Ｐへの酸素含有気体（空気）の流入を防止することができる。
【００７０】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、第１〜第５実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ６は、図８に示すように、第３実施形態の熱分解装置ＨＫ２に、ガス化媒挿入管ＩＧが設けられている。ガス化媒体挿入管ＩＧは、原料供給部Ｉの外側からスクリューフィーダＩ２の軸心に挿入されており、スクリューフィーダＩ２と相対回転可能なようにスペーサーＫ３で支えられかつ、摺動している。軸支されている。ガス化媒挿入管ＩＧは、熱分解空間Ｐを貫通して、Ｕ字管ＣＵ１、ＣＵ２の各々のＵ字中間部に連結されている。ガス化媒挿入管ＩＧは、加熱水蒸気をＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２へ送入する。
【００７２】
本実施形態では、送入された水蒸気により、Ｕ字管ＣＵ１、ＣＵ２内を移動するチャーの水蒸気ガス化を促進することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、第３実施形態の熱分解装置ＨＫ２にガス化媒挿入管ＩＧを設けたが、第１〜第５実施形態のいずれの熱分解装置にもガス化媒挿入管ＩＧを設けて固体熱媒体循環部に加熱水蒸気を送入してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
Ｃ 熱媒体循環手段
ＣＲ 螺旋曲面
ＣＵ 固体熱媒体循環部
Ｄ 固体熱媒体循環部
Ｄ２ 小円筒
ＤＲ 螺旋曲面
Ｅ 固体搬送部
Ｅ１ 仕切り板
Ｅ２ 案内板
Ｆ 固体搬送部
Ｆ１ 仕切り板
Ｆ２ 案内板
Ｈ 熱媒体加熱空間
Ｈ１ 高温ガス供給管
Ｈ２ 高温ガス部
ＨＫ 熱分解装置
ＨＫ２ 熱分解装置
ＨＫ３ 熱分解装置
ＨＫ４ 熱分解装置
ＨＫ５ 熱分解装置
ＨＫ６ 熱分解装置
Ｉ 原料供給部
Ｉ１ ホッパ
Ｉ２ スクリューフィーダ
Ｉ３ 連結部
Ｉ４ 供給管
Ｉ５ 螺旋フィーダ
ＩＧ ガス化媒挿入管
Ｋ 本体部
ＫＯ 開口部(原料投入側)
ＫＰ 開口部(反対側)
Ｋ１ 筒軸
Ｋ２ 可燃ガス排出管
Ｋ３ スペーサー
Ｋ６ 燃料ガス供給管
Ｋ７ 空気供給管
Ｋ８ 排出管
Ｍ 不燃粒体
Ｏ 排出管
ＯＧ 可燃ガス回収管
ＯＳ シール部
ＯＳ 固体排出管
Ｏｗｇ ガス排出部
Ｏｗｓ 固体排出管
Ｐ 熱分解空間
Ｔ 中継空間
Ｘ 原料
Ｚ 固体粒子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス、プラスチックなどの有機物を含む未利用資源から有用物質を製造する熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光合成由来の炭化水素化合物（バイオマス）あるいは容器包装、センイ、ゴムなどに使われている合成高分子化合物（プラスチック）などの有機物（以下「有機質原料」という）を非酸化雰囲気で加熱して（１）常温で固体の炭化水素化合物（以下「チャー」という）、（２）常温で液体の炭化水素化合物と水（以下「タール」という）、および（３）常温で気体の炭化水素ガス（以下「可燃ガス」という）を製造する熱分解装置が実用化されている。なお、有機質原料には通常少量の無機物が含まれている。また無機物質を混合することがある。
【０００３】
熱分解装置の形式には、たて型装置、流動床装置、回転円筒装置などがあり実用化されている。この中で、回転円筒装置は運転が容易であり、かつ、熱の供給方式が内熱式に限定されず、外熱式でも可能であるという特徴をもっている。しかし、充填率が低く装置が大型化して経済効率が低下すること、原料にプラスチックなどの溶融物を含む場合、装置壁に固着してしまうことなどの問題があった。
【０００４】
これに対して、回転円筒内部を、軸に平行な平板(仕切板)で複数の部分空間に分離するとともに、仕切板に傾斜ガイド板を取り付けることによって、回転円筒の低充填率問題及び固着問題は解決されている(例えば、特許文献１)。
【０００５】
有機質原料から可燃ガスを回収することを目的とする場合、熱分解で生成した可燃ガスとタールとチャーのうち、さらにタールとチャーの改質(ガス化)が必要となる。特にチャーは、商業化されている熱分解装置では燃焼して熱として利用されており改質して可燃ガスとしては利用されている事例はほとんどない。チャーの改質ガス化は、チャー粒子の表面がガス化媒（水蒸気、二酸化炭素など）と接触することによって進行するが、たとえば上記回転円筒の場合、回転炉中で転動するチャー粒子層がガス化媒と接触するのは転動層の上面においてだけであり、チャー粒子の有する大きな表面積の大部分はガス化媒と接触できずガス化反応が生じていない。
【０００６】
これに対して、回転円筒本体内部に、螺旋曲面をその内部に装備した複数の小円筒群(以下これを「螺旋通路」とよぶ)を装備し、回転円筒本体の回転につれて内部の固体粉粒体が螺旋曲面にそって移動する装置(以下これを「螺旋キルン」とよぶ)が開発され公開されている。
【０００７】
「螺旋キルン」では、タール蒸気を含む熱分解ガスとガス化媒の全量をチャーを含む粉粒体層の内部を貫流させるようにすることができる。例えば、特許文献２に開示されている「螺旋キルン」を用いたガス化装置は、タール蒸気を紛粒体の中を貫通させることによって、タールの改質を促がすことを目的とした熱分解装置として開発されている。
【０００８】
また、特許文献３で開示されている「螺旋キルン」は、酸素と水蒸気の少なくとも一方を含む気体を送入する手段を備えた内熱式の熱分解ガス化装置として開発されている。
【０００９】
また、特許文献４に開示されている「螺旋キルン」を用いたガス化装置は、複数の「螺旋通路」で二つの空間に仕切られた回転円筒の一端すなわち熱分解側に有機質原料を投入し他端側すなわち燃焼側に空気または酸素を送入して固体炭素などの可燃物を燃焼する構造になっている。固体炭素の燃焼で加熱された固体粉粒体は、「螺旋通路」を経て円筒装置の熱分解側に移動して有機質原料に熱を与えたのち螺旋通路を経て燃焼側に戻る。これを繰り返すことによって固体粉粒体は熱媒体として機能している。
【００１０】
しかし、特許文献４に開示されているガス化装置は、熱分解側は可燃ガスで充満した空間、燃焼側は酸素含有気体で充満した空間であり、両空間のガスは紛粒体で充填状態にある螺旋通路でシールされているが、そのシールは両空間のガス圧を均一にすることによって確保される「弱いシール」である。例えば、投入された有機質原料成分の著しい変動により発生ガス量・ガス圧が急増しシールが破られ両ガスが混合する懸念があり、この混合を防止する手段が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３１１５６３３号
【特許文献２】特開２００６−１６９３０９号公報
【特許文献３】特開２００６−３１６１４３号公報
【特許文献４】特開２００８−１１１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために成され、可燃ガスと酸素含有気体との混合を防止でき、運転が容易で小型にも大型にも対応できる、有機質原料を高効率高収率で有用物質に変換する熱分解装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の第１態様に係る熱分解装置は、筒軸が水平あるいは数度の傾きを持つ横型回転円筒形状の本体部を備えた熱分解装置であって、螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒で構成される円筒群を有し、その円筒群の少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆であり、当該円筒群によって前記本体部を原料供給側の熱分解空間と、そうでない側の熱媒体加熱空間に分離するとともに、固体熱媒体を前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間の間で循環移動させる固体熱媒体循環手段と、原料を前記熱分解空間に供給する原料供給手段と、原料を前記熱分解空間で加熱して、可燃ガスとチャーを生成する熱分解手段と、前記固体熱媒体を前記熱媒体加熱空間で加熱する固体熱媒体加熱手段と、前記熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止する混入防止手段と、前記熱分解空間で生成された可燃ガスを排出する可燃ガス排出手段と、前記熱分解空間で生成されたチャーを排出するチャー排出手段と、を備えている。
【００１４】
第１の態様に係る熱分解装置では、横型回転円筒形状の本体部が円筒群によって熱分解空間と熱媒体加熱空間に分離され、固体熱媒体循環手段によって、熱分解空間と熱媒体加熱空間の間で固体熱媒体が循環移動される。固体熱媒体加熱手段は、固体熱媒体を熱媒体加熱空間で加熱する。熱分解手段は、原料供給手段によって供給された原料を前記熱分解空間で加熱して、可燃ガスとチャーを生成する。生成された可燃ガスは可燃ガス排出手段によって排出され、生成されたチャーはチャー排出手段によって排出される。そして、混入防止手段によって、熱分解空間への酸素含有気体の混入が防止されている。
【００１５】
本発明は、混入防止手段を備えていることから、熱分解空間で生成された可燃ガスの燃焼を防止することができる。
【００１６】
本発明の第２態様に係る熱分解装置は、前記混入防止手段は、前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間との中間に装備され、螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒群であってその少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆である中間円筒群で構成されていること、を特徴とする。
【００１７】
このように、熱分解空間と熱媒体加熱空間との間に中間円筒群を介在させることにより、酸素含有気体を用いて熱媒体加熱空間で固体熱媒体を加熱した場合でも、熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止することができる。
【００１８】
本発明の第３態様に係る熱分解装置は、前記混入防止手段は、前記固体熱媒体加熱手段での前記固体熱媒体の加熱を流体燃料の無酸素燃焼又は高温無酸素ガスの供給によって行うこと、を特徴とする。
【００１９】
このように、固体熱媒体の加熱を流体燃料の無酸素燃焼又は高温無酸素ガスの供給によって行うことで、熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止することができる。
【００２０】
本発明の第４態様に係る熱分解装置は、前記混入防止手段は、前記固体熱媒体循環手段の複数の円筒が偶数本であり、円筒内の螺旋曲面の向きが互いに逆向きである対の円筒対が前記熱媒体加熱空間内で互いの端部が連結され、前記熱媒体加熱空間内に非開放のＵ字管で構成されていること、を特徴とする。
【００２１】
本態様の熱分解装置では、固体熱媒体循環手段の複数の円筒が熱媒体加熱空間内に非開放のＵ字管で構成されており、固体熱媒体は熱媒体加熱空間ではＵ字管内で加熱され、熱分解空間へと戻る。したがって、熱媒体加熱空間内の気体を熱分解空間への流出を防止することができる。
【００２２】
本発明の第５態様に係る熱分解装置は、前記熱分解空間、及び、前記固体熱媒体循環手段の少なくとも１つに、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を送入するガス化媒送入手段を備えたものである。
【００２３】
このように、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を送入することにより、チャーの改質を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の熱分解装置によれば、可燃ガスと酸素含有気体との混合を防止でき、運転が容易で小型にも大型にも対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】第１実施形態の熱分解装置の熱分解空間及び熱媒体加熱空間部分の断面図である。
【図３】第１実施形態の固体熱媒体循環部部分の断面図である。
【図４】第３実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図５】第４実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図６】第２実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図７】第５実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【図８】第６実施形態の熱分解装置の構成を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る熱分解装置について図面を参照して説明する。
【００２７】
図１に示すように、本実施形態の熱分解装置ＨＫは円筒形状の本体部Ｋを備えている。本体部Ｋは、筒軸Ｋ１が水平方向、あるいは、水平方向に対して若干の傾斜角をもって配置されている。本体部Ｋは、筒軸方向の両端部に設けられた軸受ＫＪで、筒軸Ｋ１周りに回転可能に支持されて、不図示の駆動手段によって回転駆動される。なお、本体部Ｋは金属で構成し、その内部面を耐熱性の断熱材で構成することが好ましい。
【００２８】
本体部Ｋの一端側には、本体部Ｋの中間部分よりも小径で外側へ突出した円筒状の開口部ＫＯが構成されている。開口部ＫＯには、原料供給部Ｉが連結されている。原料供給部Ｉは、ホッパＩ１、スクリューフィーダＩ２、連結部Ｉ３、供給管Ｉ４、及び、螺旋フィーダＩ５、で構成されている。供給管Ｉ４は、開口部ＫＯの外側へ水平方向に沿って延出されると共に、連結部Ｉ３を介して上部に設けられたホッパＩ１と連結されている。供給管Ｉ４は、本体部Ｋの相対回転を許容しつつ開口部ＫＯをシールして本体部Ｋ内と連通されている。ホッパＩ１及び供給管Ｉ４の内部には、各々、スクリューフィーダＩ２、螺旋フィーダＩ５が設けられている。螺旋フィーダＩ５は、後述する可燃ガス排出管Ｋ２の外側に螺旋曲面を取り付けたもので、本体部Ｋと一体回転することによって原料Ｘを本体部Ｋ内部に送り込む。ホッパＩ１から投入された原料Ｘは、スクリューフィーダＩ２によって連結部Ｉ３へ送られ、連結部Ｉ３を通って供給管Ｉ４へ至り、供給管Ｉ４内の螺旋フィーダＩ５によって、本体部Ｋの内部へ供給される。
【００２９】
原料Ｘとしては、各種草木類、林産残渣、農水産非可食部などのバイオマスや、プラスチック、ゴム、センイ、フィルムなどの合成樹脂、あるいは都市ごみ、下水汚泥等有機物を含む各種廃棄物を用いることができる。なお、原料として、上記バイオマスあるいは廃棄物に、例えば多孔質セラミック粒子、砂のような固体無機材を混入させたものを用いてもよい。
また、本体部Ｋ内に存在している固体粒子Ｚは、原料Ｘの固体熱分解生成物（チャー）、原料Ｘ中の無機物及び前記固体無機材からなる混合粉粒体であり、固体熱媒体としての機能をもっている。なお、図１において、固体粒子Ｚは一つの点として図示されているが、本体Ｋの底部全体及び仕切り板Ｐ1、Ｈ1上部及び螺旋曲面ＤＲ内部に存在している。
【００３０】
本体部Ｋの内部には、固体熱媒体循環部Ｃ、Ｄが設けられている。本体部Ｋの一端側（開口ＫＯ側）には、固体熱媒体循環部Ｄによって区画された熱分解空間Ｐが構成されている。本体部Ｋの他端部には、固体熱媒体循環部Ｃによって区画された熱媒体加熱空間Ｈが構成されている。本体部Ｋの内部の固体熱媒体循環部Ｄと固体熱媒体循環部Ｃとの間には、中継空間Ｔが構成されている。
【００３１】
熱分解空間Ｐの中間部には、図２（Ａ）にも示すように、熱分解空間Ｐ内の固体粒子Ｚを本体部Ｋの回転によって熱分解空間Ｐ内で転動させる固体搬送部Ｅが設けられている。固体搬送部Ｅは、筒軸Ｋ１を含む面で本体部Ｋの筒内を二分する仕切板Ｅ１を有している。なお、仕切板Ｅ１の筒軸Ｋ１に沿った位置には、後述する可燃ガス排出管Ｋ２が配置されている。
【００３２】
仕切板Ｅ１で仕切られた一方の空間ＥＡ、及び他方の空間ＥＢには、案内板Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂが各々設けられている。案内板Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂは、筒軸Ｋ１に対して傾斜するように配置されている。この傾斜により、本体部Ｋの回転で熱分解空間Ｐ内の固体が、転動しつつ筒軸Ｋ１方向に搬送される。仕切板Ｅ１で二分された一方の空間ＥＡと他方の空間ＥＢでは、搬送方向が逆方向となるように、案内板Ｅ２Ａ、Ｅ２Ｂの傾斜方向が設定されており、本体部Ｋの回転で熱分解空間Ｐ内の固体粒子Ｚは仕切板Ｅ１の両側で逆方向に移動して循環する。
【００３３】
熱媒体加熱空間Ｈの中間部には、図２（Ｂ）にも示すように、熱媒体加熱空間Ｈ内の固体粒子Ｚを熱媒体加熱空間Ｈ内で転動させる固体搬送部Ｆが設けられている。なお、仕切板Ｆ１の筒軸Ｋ１に沿った位置には、後述する燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７が同軸的に配置されている。
【００３４】
固体搬送部Ｆは、筒軸Ｋ１を含む面で本体部Ｋの筒内を二分する仕切板Ｆ１を有している。仕切板Ｆ１で仕切られた一方の空間ＦＡ、及び他方の空間ＦＢには、案内板Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂが各々設けられている。案内板Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂは、筒軸Ｋ１に対して傾斜するように配置されている。この傾斜により、本体部Ｋの回転で熱媒体加熱空間Ｈ内の固体が、転動しつつ筒軸Ｋ１方向に搬送される。仕切板Ｆ１で二分された一方の空間ＦＡと他方の空間ＦＢでは、搬送方向が逆方向となるように、案内板Ｆ２Ａ、Ｆ２Ｂの傾斜方向が設定されており、本体部Ｋの回転で熱媒体加熱空間Ｈ内の固体は仕切板の両側で逆方向に移動して循環する。
【００３５】
固体熱媒体循環部Ｃは、図３（Ａ）にも示すように、螺旋曲面ＣＲをその内部に含む小円筒Ｃ１とＣ２を有している。小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２は、筒軸が筒軸Ｋ１方向に沿うように保持部材ＣＨによって保持されつつ本体部Ｋ内に収納されている。小円筒Ｃ１及び、小円筒Ｃ２の内部には、一端側から他端側へ向かう螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒが設置されている。螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒは、小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２の筒軸に沿って配置された軸体Ｃ１Ａ、Ｃ２Ａに支持されると共に、外周が小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２内壁に固定されている。螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒにより、小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２の筒内には、螺旋状の通路Ｃ１Ｂ、Ｃ２Ｂが各々構成されている。螺旋板Ｃ１Ｒ、Ｃ２Ｒは、互いに逆の螺旋方向とされており、本体部Ｋの回転により、固体粒子Ｚが通路Ｃ１Ｂを移動する方向と、通路Ｃ２Ｂを移動する方向とは逆方向になるように設定されている。本実施形態では、小円筒Ｃ１内の通路Ｃ１Ｂについては熱媒体加熱空間Ｈから中継空間Ｔへ移動し、小円筒Ｃ２内の通路Ｃ２Ｂについては中継空間Ｔから熱媒体加熱空間Ｈへ移動するものとする。
【００３６】
保持部材ＣＨは、本体部Ｋの小円筒Ｃ１及び小円筒Ｃ２の両端面の各々と面一に配置された区画部ＣＨＡ、ＣＨＢを有している。区画部ＣＨＡにより、本体部Ｋ内側の熱媒体加熱空間Ｈと中継空間Ｔとの間が区画され、小円筒Ｃ１、Ｃ２内の通路でのみ熱媒体加熱空間Ｈと中継空間Ｔとが連通される構成となっている。
【００３７】
固体熱媒体循環部Ｄは、図３（Ｂ）にも示すように、螺旋曲面ＤＲをその内部に含む小円筒Ｄ１とＤ２を有している。小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２は、筒軸が筒軸Ｋ１方向に沿うように保持部材ＤＨによって保持されつつ本体部Ｋ内に収納されている。小円筒Ｄ１及び、小円筒Ｄ２の内部には、一端側から他端側へ向かう螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒが設置されている。螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒは、小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２の筒軸に沿って配置された軸体Ｄ１Ａ、Ｄ２Ａに支持されると共に、外周が小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２内壁に固定されている。螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒにより、小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２の筒内には、螺旋状の通路Ｄ１Ｂ、Ｄ２Ｂが各々構成されている。螺旋板Ｄ１Ｒ、Ｄ２Ｒは、互いに逆の螺旋方向とされており、本体部Ｋの回転により、固体粒子Ｚが通路Ｄ１Ｂを通過する方向と、通路Ｄ２Ｂを通過する方向とは逆方向になるように設定されている。本実施形態では、小円筒Ｄ１内の通路Ｄ１Ｂについては中継空間Ｔから熱分解空間Ｐへ移動し、小円筒Ｄ２内の通路Ｄ２Ｂについては熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動するものとする。
【００３８】
保持部材ＤＨは、本体部Ｋの小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２の両端面の各々と面一に配置された区画部ＤＨＡ、ＤＨＢを有している。区画部ＤＨＡにより、本体部Ｋ内側の熱分解空間Ｐと中継空間Ｔとの間が区画され、小円筒Ｄ１、Ｄ２内の通路でのみ熱分解空間Ｐと中継空間Ｔとが連通される構成となっている。また、固体熱媒体循環部Ｄの筒軸Ｋ１に沿った位置には、可燃ガス排出管Ｋ２が配置されている。
【００３９】
本体部Ｋの開口ＫＯ側からは、可燃ガス排出管Ｋ２が延出されている。可燃ガス排出管Ｋ２は、本体部Ｋの筒軸Ｋ１に沿って配置され、固体熱媒体循環部Ｄの中継空間Ｔへの開口部を起点として可燃ガス回収管ＯＧへの連結部を終点としており、本体部Ｋの回転につれて同軸回転する。可燃ガス排出管Ｋ２の原料供給部Ｉとの境界部分は、相対回転可能にシールされたシール部ＩＳになっている。また、可燃ガス回収管ＯＧとの境界部分についても、相対回転可能にシールされたシール部ＯＳとなっている。可燃ガス排出管Ｋ２の供給管Ｉ４を通過する部分には、その外部に螺旋曲面が取り付けられており、本体部Ｋの回転によって、原料Ｘを熱分解空間Ｐに送入する螺旋フィーダとして機能しているが、その送り速度は本体部Ｋの回転数に規定される。
【００４０】
螺旋フィーダＩ５によって熱分解空間Ｐに投入された原料Ｘは、小円筒Ｄ１の螺旋に沿って中継空間Ｔから熱分解空間Ｐに送入された高温の固体粉粒体Ｚと混合加熱されて熱分解し、ガス(熱分解ガスと熱分解タール蒸気)とチャーを生成する。チャーは、固体粒子Ｚとともに小円筒Ｄ２の螺旋に沿って熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動する。一方、ガスは小円筒Ｄ１から小円筒Ｄ２の螺旋に沿って熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動し、可燃ガス排出管Ｋ２の中継空間Ｔ側開口部から可燃ガス排出管Ｋ２内を通過して可燃ガス回収管ＯＧから本体部Ｋ外に送出される。ガスが小円筒Ｄ１及び小円筒Ｄ２で、熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動するときガスは、中継空間Ｔから熱分解空間Ｐあるいは熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ移動する固体粒子Ｚのなかを貫流し、固体粒子Ｚの全表面と接触する。この過程で、ガス中のタール蒸気は固体粒子Ｚの触媒作用を受けて改質しガス化するので、固体熱媒体循環部Ｄは、改質空間としての機能を併せもっている。また、熱分解空間Ｐにおいて、ガスの急激な大量発生により圧力変動が生じたとき、圧力波は、固体熱媒体循環部Ｄ内に充填されている固体粒子Ｚの「弱いシール」を破って中継空間Ｔに流入しその反動で中継空間Ｔ内のガスが熱分解空間Ｐに流入する可能性があるが、この場合であっても中継空間Ｔ内及び熱分解空間Ｐ内のガスはともに酸素を含まないガスであるので、熱媒体加熱空間Ｈ内の酸素を含む高温ガスが熱分解空間Ｐ内の高温可燃ガスと混合する場合に生じる爆発燃焼のおそれはない。すなわち、固体熱媒体循環部Ｄは、熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止する混入防止手段となっている。
【００４１】
本体部Ｋの熱媒体加熱空間Ｈ側の端部には、開口ＫＰが構成されている。開口ＫＰからは、燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７の一端側が延出されている。燃料ガス供給管Ｋ６は本体部Ｋの軸心位置に配置され、空気供給管Ｋ７は燃料ガス供給管Ｋ６の径方向外側に配置され配置されている。燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７の他端側は、熱媒体加熱空間Ｈの固体搬送部Ｆを貫通して、熱媒体加熱空間Ｈの固体熱媒体循環部Ｃ側まで延出されている。
【００４２】
開口ＫＰの外側には、排出管Ｋ８が設けられている。排出管Ｋ８は、本体部Ｋの回転可能な開口ＫＰの外側との間に摺動部をもち、摺動部はシールＫＳで外気をシールしている。排出管Ｋ８には、上方に延びるガス排出部Ｏｗｇが連結されると共に下方に延びる固体排出管Ｏｗｓが連結されている。
【００４３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
本体部Ｋは、筒軸Ｋ１周りに所定の回転速度で回転する。燃料ガス供給管Ｋ６からは、熱媒体加熱空間Ｈへ燃料ガスが供給される。また、空気供給管Ｋ７からは、熱媒体加熱空間Ｈへ空気が供給される。供給された燃料ガスは燃焼して、熱媒体加熱空間Ｈ内の固体粒子Ｚが加熱される。加熱された固体粒子Ｚは、固体搬送部Ｆで攪拌されつつ熱媒体加熱空間Ｈ内を循環し、ガス排出部Ｏｗｇへ流出する燃焼ガスと接触して昇温する。高温不燃粒体Ｍは固体熱媒体循環部Ｃの小円筒Ｃ１を通って中継空間Ｔへ搬送される。さらに、固体粒子Ｚは、固体熱媒体循環部Ｄの小円筒Ｄ１を通って中継空間Ｔから熱分解空間Ｐへ搬送される。
【００４４】
固体粒子Ｚは、小円筒Ｃ１内の通路Ｃ１Ｂを通過する際に、螺旋状の通路内に充填されているので、熱媒体加熱空間Ｈ内の気体（酸素を含む高温ガス：燃焼ガス）は、中継空間Ｔ側へ流入されず、排出管Ｋ８を経てガス化排出部Ｏｗｇから排気される。また、不燃粒体Ｍは、小円筒Ｄ１内の通路Ｄ１Ｂを通過する際に、螺旋状の通路内に充填されているので、中継空間Ｔ内の気体は、熱分解空間Ｐ側へ流入されず、ガス排出管Ｋ５、可燃ガス回収管ＯＧを経て、回収される。
【００４５】
ホッパＩ１内の原料Ｘは、スクリューフィーダＩ２、螺旋フィーダＩ５により、熱分解空間Ｐへ送り出される。熱分解空間Ｐ内に供給された原料Ｘは、固体搬送部Ｅで攪拌されつつ熱分解空間Ｐ内を循環する。熱分解空間Ｐは、熱媒体加熱空間Ｈからの固体粒子Ｚにより熱が供給される。この熱供給状態下で、原料Ｘの熱分解反応が進行し、可燃ガスＹｇ、可燃性液体Ｙｌ及び、チャーＹｓが生成される。可燃ガスＹｇは、原料が熱分解することにより生成される水素、一酸化炭素、メタン、エチレン等の可燃性炭化水素ガスである。可燃性液体Ｙｌは、アルコール、フェノールなどの可燃性の液体炭化水素化合物であり、高温の本体部Ｋ内ではガス状になっている。チャーＹｓおよび無機物残渣は固体粒子Ｚを構成する。
【００４６】
固体粒子Ｚは、熱分解空間Ｐ内を移動し循環して、小円筒Ｄ２によって、熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ搬送される。生成された可燃ガスＹｇ及び可燃性液体Ｙｌ(気体状)は、熱分解反応が進行している熱分解空間Ｐ内の圧力が、可燃ガス回収管ＯＧを介して外部と連通されている中継空間Ｔよりも高いので、固体粒子Ｚ及び不燃粒体Ｍが充填している小円筒Ｄ２の螺旋状の通路内を貫流して中継空間Ｔへ流入する。このとき可燃ガスＹｇに含まれるガス状の可燃性液体Ｙｌ(タール蒸気)は、チャーを含む固体粒子Ｚの表面と高密度で接触して改質ガス化する。さらに、チャーはガスに含まれる水蒸気と接触して反応し水素と一酸化炭素が生成される。中継空間Ｔ内に流入した可燃ガスＹｇ、及び、固体熱媒体循環部Ｄ内でタールの改質により生じた可燃ガス及び、チャーの改質により生成された可燃ガスＹｇは、可燃ガス排出管Ｋ２、可燃ガス回収管ＯＧを経て、回収される。
【００４７】
中継空間Ｔへ送られた固体粒子Ｚは、固体熱媒体循環部Ｃの小円筒Ｃ２を通って熱媒体加熱空間Ｈへ戻り、熱媒体加熱空間Ｈ内を循環しつつ、高温の燃焼ガスにより加熱され、再び前述のように熱分解空間Ｐへ搬送されて熱分解空間Ｐを加熱する。このように、本体Ｋ内を循環する固体粒子Ｚは、熱媒体として機能する。なお、固体の移動は、投入に起因する増量分の重力による平準化によっており、キルンの開口部をオーバーフローした固体粒子Ｚは、排出管Ｋ８を経て固体排出部Ｏｗｓから排出される。
【００４８】
中継空間Ｔと熱媒体加熱空間Ｈのシールは、可燃ガスＹｇを中継空間Ｔから本体部Ｋ外に送出するブロワの吸引圧力と熱媒体加熱空間Ｈ内の燃焼ガスを熱媒体加熱空間Ｈから本体部Ｋ外に送出するブロワの吸引圧力とを制御して、熱媒体加熱空間Ｈと中継空間Ｔのガス圧の均衡をとることによって実現できる。通常の範囲の圧力不均衡が生じても小円筒Ｃ１、Ｃ２に充填した固体による流動抵抗によって打ち消されて、中継空間Ｔと熱媒体加熱空間Ｈのシールが保たれている。
【００４９】
本実施形態では、熱分解空間Ｐと熱媒体加熱空間Ｈの中間に、固体熱媒体循環部Ｄを設け、中継空間Ｔにガス排出管Ｋ５が連結されている。したがって、熱分解空間Ｐ内のガス圧変動が大きく、熱分解空間Ｐ内のガスが熱分解空間Ｐから中継空間Ｔへ流入して、その反動で中継空間Ｔから熱分解空間Ｐへガスが流入しても可燃ガスと酸素の混合は生じないから、固体熱媒体循環部Ｄは混入防止手段として機能しているので熱分解装置ＨＫを安全に運転することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ４は、図６に示すように、第１実施形態の熱分解装置ＨＫにおいて、固体排出管Ｏｗｓが開口部ＫＯ側に連結されて、熱分解空間Ｐと連通されている。また、原料供給部Ｉにおいて、螺旋フィーダＩ５、連結部Ｉ３は設けられず、ホッパＩ１からスクリューフィーダＩ２へ原料Ｘが供給されている。その他の構成については、第１実施形態と同一である。
【００５２】
本実施形態でも、固体熱媒体循環部Ｄ、中継空間Ｔが設けられているので、酸素含有気体（空気）が熱分解空間Ｐへ流入するのを防止することができる。
【００５３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００５４】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ２は、図４に示すように、本体部Ｋを備え、本体部Ｋ内が熱分解空間Ｐと熱媒体加熱空間Ｈとに区画されている。本実施形態では、第１実施形態の固体熱媒体循環部Ｄ、中継空間Ｔを備えておらず、固体熱媒体循環部ＣＵが、熱媒体加熱空間Ｈ内に設けられている。また、熱媒体加熱空間Ｈ内に、固体搬送部Ｆは設けられていない。
【００５５】
本体部Ｋの一端側に構成された開口部ＫＯには、筒軸Ｋ１に沿って原料供給部Ｉが連結され、原料供給部Ｉの供給管Ｉ４よりも径方向外側に、開口部ＫＯに連通された排出管Ｏが設けられている。排出管Ｏには、上方へ延びる可燃ガス回収管ＯＧと、下方へ延びる固体排出管ＯＳとが連結されている。原料Ｘは、供給管Ｉ２から熱分解空間Ｐへ供給され、熱分解空間Ｐで生成された可燃ガスＹｇ及びタール蒸気Ｙｌは、可燃ガス排出管ＯＧから導出され、不燃粒体Ｍは可燃ガス回収管ＯＳから排出される。
【００５６】
固体熱媒体循環部ＣＵは、第１実施形態の小円筒Ｃ１、Ｃ２と同一の内部構成（但し、筒径については小円筒Ｃ１、Ｃ２よりも小さい）で互いに逆向きに固体粒子Ｚを搬送する小円筒が２本で一対になり、熱媒体加熱空間Ｈ内で連結されてＵ字状に構成されたＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２を備えている。Ｕ字管ＣＵ１、ＣＵ２は、両端部が熱分解空間Ｐへ開放され、本体部Ｋの回転により、固体粒子Ｚは、Ｕ字の一方端側から入って熱媒体加熱空間Ｈ内で加熱され、Ｕ字の他方端から熱分解空間Ｐへ戻る構成とされている。
【００５７】
開口ＫＰには、燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７の一端側が延出されている。開口ＫＰの空気供給管Ｋ７の径方向外側には、ガス排出部Ｏｗｇが相対回転可能にシールされて連結されている。
【００５８】
また、本実施形態では、原料供給部Ｉにおいて、第１実施形態の螺旋フィーダＩ５、連結部Ｉ３は設けられず、ホッパＩ１からスクリューフィーダＩ２によって熱分解部Ｐへ原料Ｘが供給されている。
【００５９】
本実施形態では、熱媒体としての固体粒子Ｚは、熱媒体加熱空間Ｈに設けられたＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２を介した伝熱（間接加熱）により加熱される。したがって、熱媒体加熱空間Ｈと熱分解空間Ｐとの間を気体が移動することはなく、熱媒体加熱空間Ｈから熱分解空間Ｐへの酸素含有気体（空気）の流入を防止することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、Ｕ字管を２本設けたが、Ｕ字管は、１本でも３本以上でもよい。
【００６１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、第１〜３実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ３は、図５に示すように、本体部Ｋを備え、本体部Ｋ内が固体熱媒体循環部Ｃによって、熱分解空間Ｐと熱媒体加熱空間Ｈとに区画されている。本実施形態では、第１実施形態の固体熱媒体循環部Ｄ、中継空間Ｔを備えていない。
【００６３】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ３は、本体部Ｋの外側に、高温ガス部Ｈ２を備えている。高温ガス部Ｈ２には燃料ガス供給管Ｋ６、及び、空気供給管Ｋ７が連結され、高温ガス部Ｈ２において燃料ガスが燃焼されて、高温無酸素ガスが生成される。高温ガス部Ｈ２には、高温ガス供給管Ｈ１が連結されており、高温ガス供給管は、本体部Ｋ内の熱媒体加熱空間Ｈへ挿通され、高温無酸素ガスを熱媒体加熱空間Ｈへ供給する。
【００６４】
本実施形態では、熱媒体加熱空間Ｈ内へ高温無酸素ガスを供給して熱媒体（固体粒子Ｚ及び不燃粒体Ｍ）を加熱するので、熱媒体加熱空間Ｈから熱分解空間Ｐへ気体が流出しても、酸素含有気体ではないため、熱分解空間Ｐ内での可燃ガスＹｇの燃焼を防止することができる。
【００６５】
［第５実施形態］
【００６６】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。なお、第１〜第４実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ５は、図７に示すように、第３実施形態の熱分解装置ＨＫ２において、固体熱媒体循環部ＣＵと熱分解空間Ｐとの間に、固体熱媒体循環部Ｄが設けられている。そして、固体熱媒体循環部Ｄと固体熱媒体循環部ＣＵの間に、中継空間Ｔが構成されている。
【００６８】
開口部ＫＯの外側の構成、及び、開口ＫＰの外側の構成については、第４実施形態と同一である。
【００６９】
本実施形態でも、熱媒体としての固体粒子Ｚは、熱媒体加熱空間Ｈに設けられたＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２を介した伝熱（間接加熱）により加熱される。したがって、熱媒体加熱空間Ｈと熱分解空間Ｐとの間を気体が移動することはなく、熱媒体加熱空間Ｈから熱分解空間Ｐへの酸素含有気体（空気）の流入を防止することができる。
【００７０】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。なお、第１〜第５実施形態と同一部分については同一の符号を付して示し、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態の熱分解装置ＨＫ６は、図８に示すように、第３実施形態の熱分解装置ＨＫ２に、ガス化媒挿入管ＩＧが設けられている。ガス化媒体挿入管ＩＧは、原料供給部Ｉの外側からスクリューフィーダＩ２の軸心に挿入されており、スクリューフィーダＩ２と相対回転可能なようにスペーサーＫ３で支えられかつ、摺動している。軸支されている。ガス化媒挿入管ＩＧは、熱分解空間Ｐを貫通して、Ｕ字管ＣＵ１、ＣＵ２の各々のＵ字中間部に連結されている。ガス化媒挿入管ＩＧは、加熱水蒸気をＵ字管ＣＵ１、ＣＵ２へ送入する。
【００７２】
本実施形態では、送入された水蒸気により、Ｕ字管ＣＵ１、ＣＵ２内を移動するチャーの水蒸気ガス化を促進することができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、第３実施形態の熱分解装置ＨＫ２にガス化媒挿入管ＩＧを設けたが、第１〜第５実施形態のいずれの熱分解装置にもガス化媒挿入管ＩＧを設けて固体熱媒体循環部に加熱水蒸気を送入してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
Ｃ 熱媒体循環手段
ＣＲ 螺旋曲面
ＣＵ 固体熱媒体循環部
Ｄ 固体熱媒体循環部
Ｄ２ 小円筒
ＤＲ 螺旋曲面
Ｅ 固体搬送部
Ｅ１ 仕切り板
Ｅ２ 案内板
Ｆ 固体搬送部
Ｆ１ 仕切り板
Ｆ２ 案内板
Ｈ 熱媒体加熱空間
Ｈ１ 高温ガス供給管
Ｈ２ 高温ガス部
ＨＫ 熱分解装置
ＨＫ２ 熱分解装置
ＨＫ３ 熱分解装置
ＨＫ４ 熱分解装置
ＨＫ５ 熱分解装置
ＨＫ６ 熱分解装置
Ｉ 原料供給部
Ｉ１ ホッパ
Ｉ２ スクリューフィーダ
Ｉ３ 連結部
Ｉ４ 供給管
Ｉ５ 螺旋フィーダ
ＩＧ ガス化媒挿入管
Ｋ 本体部
ＫＯ 開口部(原料投入側)
ＫＰ 開口部(反対側)
Ｋ１ 筒軸
Ｋ２ 可燃ガス排出管
Ｋ３ スペーサー
Ｋ６ 燃料ガス供給管
Ｋ７ 空気供給管
Ｋ８ 排出管
Ｍ 不燃粒体
Ｏ 排出管
ＯＧ 可燃ガス回収管
ＯＳ シール部
ＯＳ 固体排出管
Ｏｗｇ ガス排出部
Ｏｗｓ 固体排出管
Ｐ 熱分解空間
Ｔ 中継空間
Ｘ 原料
Ｚ 固体粒子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒軸が水平あるいは数度の傾きを持つ横型回転円筒形状の本体部を備えた熱分解装置であって、
螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒の少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆である円筒群を前記本体部内に装備して、前記本体部を原料供給側の熱分解空間と、原料供給側と反対側の熱媒体加熱空間とに分離するとともに、
固体熱媒体を前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間の間で循環移動させる固体熱媒体循環手段と、
原料を前記熱分解空間に供給する原料供給手段と、
原料を前記熱分解空間で加熱して、可燃ガスとチャーを生成する熱分解手段と、
前記固体熱媒体を前記熱媒体加熱空間で加熱する固体熱媒体加熱手段と、
前記熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止する混入防止手段と、
前記熱分解空間で生成された可燃ガスを排出する可燃ガス排出手段と、
前記熱分解空間で生成されたチャーを排出するチャー排出手段と、
を備えた熱分解装置。
【請求項２】
前記混入防止手段は、前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間との中間に装備され、螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒群であってその少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆である中間円筒群で構成されていること、を特徴とする、請求項１に記載の熱分解装置。
【請求項３】
前記混入防止手段は、前記固体熱媒体加熱手段での前記固体熱媒体の加熱を流体燃料の無酸素燃焼又は高温無酸素ガスの供給によって行うこと、を特徴とする請求項１に記載の熱分解装置。
【請求項４】
前記混入防止手段は、前記固体熱媒体循環手段の複数の円筒が偶数本であり、円筒内の螺旋曲面の向きが互いに逆向きである対の円筒が前記熱媒体加熱空間内で互いの端部が連結された前記熱媒体加熱空間内に非開放のＵ字管で構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の熱分解装置。
【請求項５】
前記熱分解空間、及び、前記固体熱媒体循環手段の少なくとも１つに、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を送入するガス化媒送入手段を備えた熱分解装置。
【請求項１】
筒軸が水平あるいは数度の傾きを持つ横型回転円筒形状の本体部を備えた熱分解装置であって、
螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒の少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆である円筒群を前記本体部内に装備して、前記本体部を原料供給側の熱分解空間と、原料供給側と反対側の熱媒体加熱空間とに分離するとともに、
固体熱媒体を前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間の間で循環移動させる固体熱媒体循環手段と、
原料を前記熱分解空間に供給する原料供給手段と、
原料を前記熱分解空間で加熱して、可燃ガスとチャーを生成する熱分解手段と、
前記固体熱媒体を前記熱媒体加熱空間で加熱する固体熱媒体加熱手段と、
前記熱分解空間への酸素含有気体の混入を防止する混入防止手段と、
前記熱分解空間で生成された可燃ガスを排出する可燃ガス排出手段と、
前記熱分解空間で生成されたチャーを排出するチャー排出手段と、
を備えた熱分解装置。
【請求項２】
前記混入防止手段は、前記熱分解空間と前記熱媒体加熱空間との中間に装備され、螺旋曲面をその内部に備えた複数の円筒群であってその少なくとも一つの円筒内の螺旋曲面の向きが他と逆である中間円筒群で構成されていること、を特徴とする、請求項１に記載の熱分解装置。
【請求項３】
前記混入防止手段は、前記固体熱媒体加熱手段での前記固体熱媒体の加熱を流体燃料の無酸素燃焼又は高温無酸素ガスの供給によって行うこと、を特徴とする請求項１に記載の熱分解装置。
【請求項４】
前記混入防止手段は、前記固体熱媒体循環手段の複数の円筒が偶数本であり、円筒内の螺旋曲面の向きが互いに逆向きである対の円筒が前記熱媒体加熱空間内で互いの端部が連結された前記熱媒体加熱空間内に非開放のＵ字管で構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の熱分解装置。
【請求項５】
前記熱分解空間、及び、前記固体熱媒体循環手段の少なくとも１つに、水蒸気及び二酸化炭素の少なくとも一方を送入するガス化媒送入手段を備えた熱分解装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２１０６７（Ｐ２０１２−２１０６７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５９０４９（Ｐ２０１０−１５９０４９）
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（５０３３１４６９１）有限会社 八太環境技術事務所 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１３日（２０１０．７．１３）
【出願人】（５０３３１４６９１）有限会社 八太環境技術事務所 (4)
【Ｆターム（参考）】
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