JP2015007207A - Organic matter pyrolysis apparatus and method for availing pyrolysis gas as energy - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機物熱分解装置及び分解ガスのエネルギー化方法、特に加熱窒素、冷却窒素を使用して有機物を熱分解する装置、及びその有機物熱分解装置により分解されたガスをエネルギー化する方法に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an organic matter thermal decomposition apparatus and an energy generation method for cracked gas, and more particularly to an apparatus for thermally decomposing organic substances using heated nitrogen and cooled nitrogen, and a method for energizing a gas decomposed by the organic substance thermal decomposition apparatus. Is.
これまでの有機物の熱分解方法としては、火力、電力、高温水蒸気を使用した炭化による方法や発酵による方法が知られていた。そのような有機物の熱分解方法としては、例えば特許文献1に開示されたものがある。この従来発明は、汚泥と、その他の少なくとも1種類の有機性廃棄物とを混合し、この混合された混合汚泥を高温高圧の熱水で可溶化する水熱処理を行い、この水熱処理された混合汚泥を嫌気環境で生物処理することにより熱分解処理を行うものである。 Conventional thermal decomposition methods for organic substances have been known to include thermal power, electric power, carbonization using high-temperature steam, and fermentation. As such a thermal decomposition method of organic matter, for example, there is one disclosed in Patent Document 1. This conventional invention mixes sludge with at least one other organic waste, performs hydrothermal treatment to solubilize the mixed sludge with high-temperature and high-pressure hot water, and mixes the hydrothermally treated mixture. Pyrolysis treatment is performed by biologically treating sludge in an anaerobic environment.
しかしながら、熱分解処理を行う場合、及び熱分解処理を行って発生する熱分解ガスを処理するには、火力、電力などのエネルギーが大量に必要であり、コストが発生するのに加えて、大掛かりな設備が必要になる等のさらに多大なコストがかかり、熱分解にかかる経費は高価なものとなっている。また、多様な有機物の熱分解は、発生する熱分解ガスも多様であり、これに対する中和や熱分解装置エネルギーも多様なものとなり、画一的な方法では対処できず、熱分解装置そのものの価格が高価になるという課題があった。また一方では、資源不足である日本において、安価で有機物をエネルギーに変換できる方法や装置に対する要求は大きい。 However, a large amount of energy such as thermal power and electric power is required to perform the pyrolysis process and to treat the pyrolysis gas generated by the pyrolysis process. In addition, a large amount of cost is required, such as the need for additional equipment, and the cost for thermal decomposition is expensive. In addition, the pyrolysis of various organic substances also generates a wide variety of pyrolysis gases, and the neutralization and the energy of the pyrolysis equipment are diversified, which cannot be dealt with by a uniform method. There was a problem that the price became expensive. On the other hand, in Japan, where resources are scarce, there is a great demand for methods and devices that can convert organic matter into energy at low cost.
本発明は上記のような従来の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、安価に且つ効率の良い方法で有機物を熱分解して、そこから発生する熱分解ガスをエネルギー化する方法及び装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to thermally decompose organic matter by an inexpensive and efficient method, and to convert the pyrolysis gas generated therefrom into energy and Is to provide a device.
本発明は、前記課題を解決するために、気密室を有し、気密室内部に有機物からなる原材料が投入されこの原材料を熱分解する熱分解手段と、前記熱分解手段に接続され、窒素を加熱するとともに加熱された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素加熱手段と、前記窒素加熱手段とは並列に前記熱分解手段に接続され、窒素を冷却するとともに冷却された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素冷却手段と、前記熱分解手段に接続され、前記熱分解手段から前記窒素及び熱分解により発生した熱分解ガスを受け取って冷却する熱分解ガス冷却手段と、前記熱分解ガス冷却手段に接続され、この熱分解ガス冷却手段により冷却、抽出された成分以外の希ガスから窒素を分離、精製する窒素発生手段と、前記熱分解ガス冷却手段に接続され、この熱分解ガス冷却手段により冷却、抽出された成分を貯蔵する抽出成分収納手段と、前記窒素発生手段に接続され、この窒素発生手段により分離、精製された窒素以外のガスを貯蔵する分離ガス収納手段と、前記窒素発生手段と、前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段との間に接続され前記窒素発生手段により分離、精製された窒素を前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段へ送給する窒素供給配管手段と、から成る有機物熱分解装置を要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a hermetic chamber, a raw material made of an organic substance is introduced into the hermetic chamber, and pyrolyzes the raw material. A nitrogen heating means for heating and supplying heated nitrogen to the pyrolysis chamber, and the nitrogen heating means are connected to the pyrolysis means in parallel to cool nitrogen and cool the cooled nitrogen to the pyrolysis chamber Nitrogen cooling means for supplying to the pyrolysis means, pyrolysis gas cooling means connected to the pyrolysis means for receiving and cooling the nitrogen and pyrolysis gas generated by pyrolysis, and the pyrolysis gas cooling means Connected to the pyrolysis gas cooling means and connected to the pyrolysis gas cooling means and nitrogen generating means for separating and purifying nitrogen from noble gases other than components extracted and cooled. Extracted component storage means for storing the component cooled and extracted by the cooling means, separated gas storage means connected to the nitrogen generation means, for storing gas other than nitrogen separated and purified by the nitrogen generation means, Nitrogen generating means; and nitrogen supply piping means connected between the nitrogen heating means and the nitrogen cooling means for supplying nitrogen separated and purified by the nitrogen generating means to the nitrogen heating means and the nitrogen cooling means An organic matter pyrolysis apparatus comprising
上述の構成を有しているため、本発明の熱分解装置は従来のものに比べて、熱分解手段の内部ヒーターを使用して室内温度を調整していたコストが外部の窒素を熱するだけのコストで済み、安価である。また、熱分解手段の外部から加熱窒素を供給することにより加熱窒素が、有機物材料に直接浸透するため、熱分解が早まり、分解時間の短縮になり、エネルギーコストが減少する。 Since it has the above-described configuration, the thermal decomposition apparatus of the present invention uses only the internal heater of the thermal decomposition means to adjust the room temperature compared to the conventional one, and only heats the external nitrogen. The cost is low and it is inexpensive. Further, by supplying heated nitrogen from the outside of the thermal decomposition means, the heated nitrogen penetrates directly into the organic material, so that the thermal decomposition is accelerated, the decomposition time is shortened, and the energy cost is reduced.
次に、本発明の一実施の形態について添付の図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る熱分解装置の構成を示す図である。この熱分解装置は、有機物からなる原材料(以下、「有機物材料」という)を熱分解する熱分解手段としての熱分解室11と、熱分解室11に接続された窒素加熱手段としての窒素加熱ユニット12と、窒素加熱ユニット12に対して並列に上記熱分解室11に接続された窒素冷却ユニット13と、熱分解室11に接続された熱分解ガス冷却ユニット14と、熱分解ガス冷却ユニットに接続された窒素発生ユニット15と、熱分解ガス冷却ユニットに接続された抽出成分収納タンク16と、窒素発生ユニットに接続された分離ガス収納タンク17と、窒素発生ユニット15、窒素加熱ユニット12、及び窒素冷却ユニット13の間に接続された窒素供給配管ユニット18と、抽出成分収納タンクと分離ガス収納タンクに接続された混合燃料生成ユニット19とを備えて成る。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a thermal decomposition apparatus according to an embodiment of the present invention. This thermal decomposition apparatus includes a
熱分解室11は、密閉されたときは、気密構造になるよう作られており外部からの空気の侵入は不可能になっている。この熱分解室11には有機物材料10が投入される。また、熱分解室11は周囲の壁(筐体)に断熱材21が取り付けられ、さらに断熱材21の内側にはステンレス板22が密閉状態に貼り付けられて、断熱材21に、熱分解ガスが浸み込まないようにされている。断熱材21の外側にもステンレス板23が密閉状態に貼り付けられている。また熱分解室11には、室内を加熱するためのヒーターなどは取り付けられておらず、上述のように完全なる気密性と断熱性を確保している。 When the
窒素加熱ユニット12はヒーターと送風機とから成り、ヒーターにより窒素ガスを加熱するとともに加熱された窒素ガスを送風機により熱分解室11へ送給する。そして、ヒーターの発熱量及び送風機の送風量をコントロールすることにより熱分解室11の温度調節及び温度調節速度を調整できるようになっている。窒素加熱ユニット12と熱分解室11との間の管路には、加熱された窒素ガスが逆流することなく円滑に窒素加熱ユニット12から熱分解室11へ供給されるよう、加熱窒素注入開閉弁が設けられている。本実施の形態において、窒素加熱ユニット12は窒素を0℃〜900℃に熱してコントロールし、熱分解室11内の温度を調整するように設定されている。 The
窒素冷却ユニット13は、冷却器と送風機とから成り、冷却器により窒素ガスを冷却するとともに冷却された窒素ガスを送風機により熱分解室11へ送給する。そして、冷却器により冷却された窒素ガスの熱量及び送風機の送風量をコントロールすることにより熱分解室11の温度調節及び温度調節速度を調整できるようになっている。窒素冷却ユニット13と熱分解室11との間の管路には、冷却された窒素ガスが逆流することなく円滑に窒素冷却ユニット13から熱分解室11へ供給されるよう、冷却窒素注入開閉弁が設けられている。本実施の形態において、窒素冷却ユニット13は窒素をマイナス200℃〜0℃に冷却してコントロールし、熱分解室11内の温度を調整するように設定されている。窒素加熱ユニット12と窒素冷却ユニット13は、いずれか一方が単独、又は両方を組み合わせて作動せしめられ、結果として熱分解室11内の温度をマイナス200℃〜900℃の範囲で熱分解室11の外部から調整するように設定されている。 The
熱分解ガス冷却ユニット14は、熱分解室11から高温の窒素ガス及び熱分解により発生した熱分解ガスを受け取って冷却する。冷却機構としては、水冷、空冷、化学的方法などの種々の方法がある。熱分解ガスの一部成分は冷却されることにより液化し、熱分解ガスの残りの成分及び窒素ガスはガス状態を維持し、希ガスとして熱分解ガス冷却ユニット14から排出される。液化した成分の一例としては炭化水素液、木酢、タール等があり、これらの液化成分は抽出される。
窒素発生ユニット15は、熱分解ガス冷却ユニット14により冷却され且つ抽出された成分以外の希ガスから窒素を分離、精製する。抽出成分収納タンク16は、熱分解ガス冷却ユニット14により冷却、抽出された成分を貯蔵するタンクである。分離ガス収納タンク17は、上述のようにして窒素発生ユニット15により分離、精製された窒素以外の分離ガスを貯蔵するタンクである。分離ガスにはメタンガスなどの可燃性ガスが含まれる。The pyrolysis
The
窒素供給配管ユニット18は、上記窒素発生ユニット15により分離、精製された窒素を窒素加熱ユニット12及び窒素冷却ユニット13へ送給する配管である。この窒素供給配管ユニット18は、窒素発生ユニット15に接続している入口側は1つの配管から成る一方、出口側部分においては分岐構造となって窒素加熱ユニット12及び窒素冷却ユニット13のそれぞれに接続している。なお、上記窒素供給配管ユニット18は、窒素発生ユニット15から窒素加熱ユニット12及び窒素冷却ユニット13のそれぞれへ独立して窒素を供給するよう2つの独立した配管から構成されていてもよい。混合燃料生成ユニット19は、抽出成分収納タンク16と分離ガス収納タンク17からそれぞれ抽出成分及び分離ガス(メタンなど)を受け取って混合燃料を生成する。この混合燃料は業務用或いは一般家庭用の燃料として使用可能である。 The nitrogen supply pipe unit 18 is a pipe that supplies the nitrogen separated and purified by the
以上のような構成を有する熱分解装置について、以下動作を説明する。熱分解室11には有機物材料10が投入され、外部から空気の自由な出入りができないよう密閉される。この実施の形態では熱分解室11にはヒーターなどの加熱手段が設けられていないため、熱分解室11内部を加熱するには窒素加熱ユニット12で加熱された窒素ガスが用いられる。すなわち、加熱窒素注入開閉弁を開放することにより不活性ガスとしての加熱窒素ガスが注入される。第1段階として有機物材料10は水分を含むものであるから、100℃〜150℃に温度を保ち(150℃が好ましい)、長時間(10時間或いはそれ以上)水分を充分に気化させる。したがって、最初の段階では熱分解室11からは主として空気(酸素)及び気化した水分が熱分解ガス冷却ユニット14へ向けて排出される。これと同時に同量の加熱窒素ガスを窒素加熱ユニット12より注入し、常に熱分解室11内を有機物材料10が酸化しない状態、すなわち、気密な窒素雰囲気にしておく。 The operation of the thermal decomposition apparatus having the above configuration will be described below. The
更に加熱窒素ガスを窒素加熱ユニット12より熱分解室11へ注入し、完全乾燥状態になった有機物材料10を加熱し、また、加熱窒素ガスの注入をコントロールすることにより、有機物材料10の加熱温度を100℃〜900℃の範囲でコントロールして有機物材料10に含まれる成分の熱分解を行う。この場合、加熱温度の値によっては窒素冷却ユニット13からの冷却窒素ガスを並行して導入してもよい。この熱分解動作に際しては、加熱窒素が有機物材料10に直接浸透するため、熱分解が早まり、分解時間の短縮になり、エネルギーコストが減少する。この熱分解においてガスとして発生した有機物材料10成分はすべて熱分解室11から熱分解ガス冷却ユニット14へ送られ、熱分解室11へはその都度窒素ガスが注入され不活性雰囲気を保つことが必要である。すると有機物材料10中の炭素と結合している成分が炭素を残して遊離し、100℃〜900℃で気化しない改良された炭素が残存する。この改良された炭素を組成する炭素は、強い活性を有する。 Further, heated nitrogen gas is injected from the
その後加熱窒素ガスの供給を停止する一方、窒素冷却ユニット13より熱分解室11へ冷却窒素ガスを注入して、熱分解室11の内部をそれまでの最高加熱温度(例えば500℃)からマイナス200℃程度までの範囲の所定の温度に冷却する。次に熱分解室11の室内温度を常温(20℃程度)に」戻した後、室内に残った炭素を取り出す。熱分解の際、発生した熱分解ガスは熱分解ガス冷却ユニット14へ送られ冷却される。熱分解ガスは上記冷却過程で液化され、炭化水素液として取り出されて抽出成分収納タンク16に収納される。冷却しても液体にならない希ガス類は窒素量が多いため、これを窒素発生ユニット15へ送られ、窒素ガスを取り除くことにより、高カロリーの可燃ガス(プロパン、メタン)が取り出され、これを分離ガス収納タンク17に回収する。また、窒素ガスは、窒素供給配管ユニット18を経由して窒素加熱ユニット12又は窒素冷却ユニット13へ循環送給され、加熱、冷却用として再利用される。炭化水素液と可燃性ガスは、混合燃料生成ユニット19へ送られ、エネルギーとして活用される。さらに、熱分解室11内に残った炭素は燃料、乾燥材、消臭材、その他の用途に利用することができる。 Thereafter, the supply of heated nitrogen gas is stopped, while cooling nitrogen gas is injected into the
以上の方法により、有機物の廃棄物(食品、木、竹、廃材等)が、廃棄物としてではなく、エネルギー源として再資源となるものである。 By the above method, organic wastes (food, wood, bamboo, waste materials, etc.) are recycled as energy sources, not as wastes.
熱分解室にヒーターを備えず、外部で加熱された窒素ガスを熱分解室内に導入し直接有機物材料へ吹きかけて加熱しまた、外部で冷却された窒素ガスを熱分解室内に導入し直接有機物材料へ吹きかけて冷却することにより、加熱窒素が、有機物に直接浸透するため、熱分解が早まり、分解時間の短縮になり、エネルギーコストが減少するという点で有用である。 The pyrolysis chamber is not equipped with a heater, externally heated nitrogen gas is introduced into the pyrolysis chamber and directly blown onto the organic material to heat it, and externally cooled nitrogen gas is introduced into the pyrolysis chamber and directly into the organic material. Since the heated nitrogen permeates directly into the organic matter by being blown and cooled, the thermal decomposition is accelerated, the decomposition time is shortened, and the energy cost is reduced.
11 熱分解室
12 窒素加熱ユニット
13 窒素冷却ユニット
14 熱分解ガス冷却ユニット
15 窒素発生ユニット
16 抽出成分収納タンク
17 分離ガス収納タンク
18 窒素供給配管ユニット
19 混合燃料生成ユニット
20 有機物材料
21 断熱材
22,23 ステンレス板DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記熱分解手段に接続され、窒素を加熱するとともに加熱された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素加熱手段と、
前記窒素加熱手段とは並列に前記熱分解手段に接続され、窒素を冷却するとともに冷却された窒素を前記熱分解室へ供給する窒素冷却手段と、
前記熱分解手段に接続され、前記熱分解手段から前記窒素及び熱分解により発生した熱分解ガスを受け取って冷却する冷却手段と、
前記冷却手段に接続され、この冷却手段により冷却、抽出された成分以外の希ガスから窒素を分離、精製する窒素発生手段と、
前記冷却手段に接続され、この冷却手段により冷却、抽出された成分を貯蔵する抽出成分収納手段と、
前記窒素発生手段に接続され、この窒素発生手段により分離、精製された窒素以外のガスを貯蔵する分離ガス収納手段と、
前記窒素発生手段と、前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段との間に接続され前記窒素発生手段により分離、精製された窒素を前記窒素加熱手段及び前記窒素冷却手段へ送給する窒素供給配管手段と、
から成る有機物熱分解装置。A pyrolysis means having a hermetic chamber, in which a raw material made of an organic substance is introduced into the hermetic chamber and pyrolyzing the raw material;
A nitrogen heating means connected to the pyrolysis means for heating nitrogen and supplying the heated nitrogen to the pyrolysis chamber;
The nitrogen heating means connected in parallel to the thermal decomposition means, and cooling the nitrogen and supplying the cooled nitrogen to the thermal decomposition chamber;
A cooling means connected to the pyrolysis means for receiving and cooling the nitrogen and pyrolysis gas generated by pyrolysis from the pyrolysis means;
A nitrogen generating means connected to the cooling means, for separating and purifying nitrogen from rare gases other than the components cooled and extracted by the cooling means;
Extracted component storage means connected to the cooling means for storing components cooled and extracted by the cooling means;
A separation gas storage means connected to the nitrogen generation means for storing a gas other than nitrogen separated and purified by the nitrogen generation means;
Nitrogen supply piping means connected between the nitrogen generating means, the nitrogen heating means and the nitrogen cooling means, and supplying nitrogen separated and purified by the nitrogen generating means to the nitrogen heating means and the nitrogen cooling means When,
An organic pyrolysis device.
窒素冷却手段においてマイナス200℃〜0℃の範囲で加熱されること
を特徴とする請求項1記載の有機物熱分解装置。While nitrogen is heated in the range of 0 ° C. to 900 ° C. in the nitrogen heating means,
2. The organic pyrolysis apparatus according to claim 1, wherein the organic pyrolysis apparatus is heated in a range of minus 200 ° C. to 0 ° C. in the nitrogen cooling means.
前記熱分解室内で、加熱窒素ガスの注入をコントロールすることにより、有機物材料の加熱温度を100℃〜900℃の範囲でコントロールして有機物材料を熱分解する工程と、
前記熱分解の後、加熱窒素ガスの供給を停止する一方、窒素冷却ユニットより熱分解室へ冷却窒素ガスを注入して、熱分解室の内部をそれまでの最高加熱温度からマイナス200℃の範囲の所定温度まで冷却する工程と、
前記冷却の後、熱分解室の内部の温度を常温にする工程と、
前記熱分解においてガスとして発生した有機物材料の成分を熱分解ガス冷却ユニットにおいて炭化水素液として抽出する工程と、
前記炭化水素液抽出工程において液体にならない希ガス類から窒素ガスを取り除き、可燃ガスを抽出する工程と、
を含む熱分解ガスのエネルギー化方法。Injecting heated nitrogen gas into a closed pyrolysis chamber filled with organic material,
Controlling the heating temperature of the organic material in a range of 100 ° C. to 900 ° C. by controlling the injection of heated nitrogen gas in the pyrolysis chamber, and pyrolyzing the organic material,
After the thermal decomposition, the supply of heated nitrogen gas is stopped, while cooling nitrogen gas is injected into the thermal decomposition chamber from the nitrogen cooling unit, and the inside of the thermal decomposition chamber is in the range of minus 200 ° C. from the maximum heating temperature so far. Cooling to a predetermined temperature of
After the cooling, the step of bringing the temperature inside the pyrolysis chamber to room temperature;
Extracting a component of the organic material generated as a gas in the pyrolysis as a hydrocarbon liquid in a pyrolysis gas cooling unit;
A step of removing nitrogen gas from rare gases that do not become liquid in the hydrocarbon liquid extraction step, and extracting a combustible gas;
A method for converting pyrolysis gas to energy.
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JP2013147009A JP2015007207A (en) | 2013-06-25 | 2013-06-25 | Organic matter pyrolysis apparatus and method for availing pyrolysis gas as energy |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170174997A1 (en) * | 2014-07-15 | 2017-06-22 | ALPAJAR GROUP s.r.o | Method of continuous production of liquid and gaseous fuels from the part of organic substances in the waste |
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2013
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20170174997A1 (en) * | 2014-07-15 | 2017-06-22 | ALPAJAR GROUP s.r.o | Method of continuous production of liquid and gaseous fuels from the part of organic substances in the waste |
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