JP6814584B2

JP6814584B2 - 熱分解システム及び熱分解方法

Info

Publication number: JP6814584B2
Application number: JP2016194006A
Authority: JP
Inventors: 正人宇治; 亜樹男佐藤; 政宏喜久里
Original assignee: 東日本高速道路株式会社; 鉄建建設株式会社
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP2018053197A

Description

本発明は、植物由来のバイオマスである原料から、燃料となる気化成分を得るための熱分解システム及び熱分解方法に関する。

廃棄物をリサイクルすることにより燃料化する技術が古くから知られている。経済的に価値がない、或いはその廃棄にコストがかかる廃棄物を経済的に価値のある燃料にすることが可能なのであれば、環境という点から大きな意味がある。そして、特に、リサイクルにより得られる燃料の経済的価値がリサイクルに費やされるコストを上回るか、後者が前者を上回るにしても少なくともその差が小さければ小さいほど、そのリサイクルの継続性が担保されやすくなる。

かかるリサイクルを実現するための熱分解システムの原理は、それ程複雑ではない。大雑把にいえば、リサイクルの原料を加熱することによりその原料から熱分解により燃料となる気化成分（例えば、高温では気体であり常温で気体又は液体となる炭化水素）を発生させ、その回収した気化成分を燃料とするのである。
他方、かかるリサイクルを行う場合の廃棄物（かかる廃棄物は燃料となる気化成分の原料となるものなので、本願ではこれを「原料」と称する。）としては様々なものが提案されている。
原料としては、例えば、様々な廃棄物としての樹脂、紙おむつ、汚泥等がある。また、原料として、植物由来のバイオマスも存在する。植物由来のバイオマスとしては、例えば、草木がある。草木は大量に生じるが、廃棄されるのが一般的であり、その経済的な価値が殆ど無いと言えるものであるから、そこから経済的な価値のある燃料を得られるのであればそのようなリサイクルは非常に有用なものとなりうる。本願出願人はこのような観点から、リサイクルによる燃料化の原料として植物由来のバイオマスに着目した。

ところが、植物由来のバイオマスを原料としてそれを熱分解して気化成分を得ようとした場合、他の物を原料とした場合と比較してある問題が生じ易いということがわかってきた。
それは気化成分に、チャーとタールとが混入し易いということである。チャーはバイオマス由来の灰であり、非常に細かい固体となって気化成分に混入する。タールは高温では気体となって気化成分に混入しているが、ある程度温度が下がると粘度の高い液状体となる。気化成分から除去しきれなかったチャー及びタールは、気化成分を運ぶ管の内周面等に付着して不具合を生じる原因となるおそれがある。
したがって、原料の燃料化の技術において原料を植物由来のバイオマスとする場合には、後からチャー及びタールを除去する工夫も大切ではあるが、それらのうちの除去するのが比較的難しいタールの発生をなるべく抑制した方が良いのは自明である。
タールの発生を抑制することが可能となれば、気化成分からタールを除去するコストも、どこかの管内に付着したタールを除去するコストも抑制できることになり、植物由来のバイオマスを原料として気化成分を得るというリサイクルの継続性が担保されやすくなる。

本願発明は、原料を植物由来のバイオマスとする原料の燃料化の技術において、タールの発生を抑制することをその課題とする。

以上の課題を解決するために、本願発明者は下記の発明を提案する。
本願発明者が提案するのは、植物由来のバイオマスである原料を供給する供給装置と、筒状に構成され、横置きされるものであり、前記供給装置からその内部を介して前記原料を供給する供給管とその長さ方向の一端で接続されているケースと、前記ケースの内部でその一端側から他端側に前記供給装置から供給された前記原料を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されている前記原料を加熱する加熱手段と、を備えており、且つ前記加熱手段により加熱されることにより前記原料から発生した気化成分を排出するための気化成分排出管、及び前記原料から発生した固体成分を排出するための固体成分排出管とが前記ケースの他端に接続されている、熱分解装置と、前記気化成分排出管と接続され、前記気化成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記気化成分を貯留する気化成分貯留タンクと、前記固体成分排出管と接続され、前記固体成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記固体成分を貯留する固体成分貯留タンクと、を備えている熱分解システムである。かかる熱分解システム自体は、従来の熱分解システムと大きく変わるものではない。
他方、本願の熱分解システムでは、前記熱分解装置には、前記ケース内の温度を計測する温度計が設けられているとともに、前記供給装置は、前記温度計が計測した温度が所定の温度である第１温度よりも下がったときに、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に停止するようになっている。
従来技術で述べたように、植物由来のバイオマスである原料を加熱して燃料となる気化成分を得ようとした場合には、タールの発生が多くなりやすい。他方、本願出願人の研究によれば、原料が加熱されるケースの内部の温度がある程度以上の温度を保っているのであればタールの発生が過剰となることがないということがわかった。そこで、本願の熱分解システムでは、熱分解装置のケース内の温度を温度計で計測し、その温度が所定の温度である第１温度よりも下がったときには熱分解装置への原料の供給を自動的に停止することにしている。これにより、熱分解装置のケースの中の原料の量を減らすことにより、ケース内の温度を上昇させ、タールが過剰に発生しない程度の高温に保つことができるようになる。それにより、この熱分解システムを用いた場合には、植物由来のバイオマスを原料としてその加熱により燃料となる気化成分を得る際に、タールの発生が抑制されることになる。

本願の熱分解システムにおける前記供給装置は、前記温度計が計測した温度が所定の温度である第２温度よりも上がったときに、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に開始するようになっていてもよい。上述したように、本願の熱分解システムにおける供給装置は、温度計が計測した温度が所定の温度である第１温度よりも下がったときに、熱分解装置への原料の供給を自動的に停止するようになっている。ここで、原料の供給の停止により熱分解装置が持つケース内の温度が上がったら、再度原料をケース内に供給しても原料から過剰なタールが発生することはなく、またケース内の温度が、タールが過剰に発生しない程度にある程度上がったのであれば原料を再び熱分解装置に供給した方が最終的に得られる気化成分の量を増やすことができる。上述の発明では、第２温度よりもケース内の温度が上がったことをきっかけに熱分解装置への前記原料の供給を自動的に開始することとすることにより、タールの過剰な発生を防止するとともに、最終的に得られる気化成分の量を増やすことを両立させている。
ここで、第１温度と第２温度は同じでも良いし、そうでなくても良い。第１温度は、熱分解装置への原料の供給を停止するときの温度、第２温度は、熱分解装置への原料の供給を再開するときの温度であるところ、熱分解装置への原料の供給を停止するタイミングは、その温度よりもケース内の温度が下がったときにはタールが過剰に発生する温度よりも僅かでもケース内の温度が高いタイミングでも良いが、熱分解装置への原料の供給を再開するタイミングは、その温度よりもケース内の温度が下がったときにはタールが過剰に発生する温度よりもわずかでもケース内の温度が高いタイミングでは、原料の供給を再開したとたんにケース内の温度が下がってケース内への原料の供給を再び停止しなければならなくなるおそれが高い。そのような点を考慮すると、熱分解装置への原料の供給を再開する閾値となる第２温度は、その温度よりもケース内の温度が下がったときにはタールが過剰に発生する温度に対して多少の余裕を持つのが好ましい。そのような観点からすれば、前記第１温度は、前記第２温度よりも低くするのが好ましい。
前記第１温度は、６５０℃〜７００℃の中から選択できる。植物由来のバイオマスである原料の温度を６５０℃、好ましくは７００℃より高い温度に保つことにより、チャー及びタールの発生を抑制できることが本願発明者の研究により明らかになっているからである。特に第１温度は６９０℃〜７００℃の範囲から選択するのが好ましく、そうすることで原料からの気化成分の発生を安定して継続的に行えるようになる。
前記第２温度は、７００℃〜８００℃の間から選択することができる。第２温度が７００℃ということは、ケース内の温度が７００℃を超えたらすぐにケース内に原料の供給が行われるということを意味するが、ケース内の温度が７００℃を超えてすぐにケース内に原料が供給されるとケース内の温度が７００℃を下回って、上述の好ましい原料の熱分解温度である６５０℃〜７００℃以上という温度範囲からすぐに外れてしまうということが起こりうる。そのような事態を防ぐためには、第２温度は６５０℃から多少余裕を持たせて上述の範囲とするのが好ましい。より好ましくは第２温度は７５０℃±１０℃の範囲から選択するのが良い。

ケースは、横置きされる筒状とすることができる。そのようなケースが採用される場合、前記ケースは略水平方向を軸とする円筒形であり、前記ケースの内側の空間には、前記搬送手段として、前記ケースの軸周りに回転した場合に前記原料を前記ケースの一端側から他端側に搬送するような形状とされた、前記ケースの軸に対して傾斜した面を持つ板である案内板が設けられているものとされていてもよい。このような熱分解装置はロータリーキルンと称される装置として公知である。それを、本願の熱分解システムにおける熱分解装置に流用できることを、本願出願人は確認済みである。なお、この場合の案内板はケースに固定されていてもよい。その場合案内板は回転するケースとともに回転する。他方案内板は、ケースとは固定されていなくてもよい。その場合案内板は、ケースとは独自にそれ単体で回転することになる。
なお、案内板は、原料を、ケースの一端側から他端側へ移動させることができるものであればよく、原料を、ケースの一端側と他端側との間で往復させ、循環させることにより、最終的には原料（及びそれから生じたチャーを）ケースの他端側に搬送するようなものであっても良い。

本願における熱分解システムは、気化成分を得て、それを気化成分貯留タンクに貯蔵するものとなっていれば足りる。貯蔵された気化成分は燃料として用いられるが、その燃料の使用目的は不問である。その燃料は、本願の熱分解システム内で使用されても構わないし、そうでなくても構わない。
本願における熱分解システムは例えば、前記気化成分貯留タンクに貯留された前記気化成分を燃料として発電を行う発電機を備えていてもよい。このようにすれば、この熱分解システムは、発電を行えるものとなる。

本願発明者はまた、本願の課題を解決するためのものとして、以下の方法をも本願発明の一形態として提供する。
その方法は、植物由来のバイオマスである原料を供給する供給装置と、筒状に構成され、横置きされるものであり、前記供給装置からその内部を介して前記原料を供給する供給管とその長さ方向の一端で接続されているケースと、前記ケースの内部でその一端側から他端側に前記供給装置から供給された前記原料を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されている前記原料を加熱する加熱手段と、を備えており、且つ前記加熱手段により加熱されることにより前記原料から発生した気化成分を排出するための気化成分排出管、及び前記原料から発生した固体成分を排出するための固体成分排出管とが前記ケースの他端に接続されている、熱分解装置と、前記気化成分排出管と接続され、前記気化成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記気化成分を貯留する気化成分貯留タンクと、前記固体成分排出管と接続され、前記固体成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記固体成分を貯留する固体成分貯留タンクと、を備えている熱分解システムで実行される熱分解方法である。
そしてこの方法は、前記ケース内の温度を温度計で計測する過程、前記温度計が計測した温度が所定の温度である第１温度よりも下がったときに、前記供給装置が、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に停止する過程、を含む。
この方法は、前記温度計が計測した温度が所定の温度である第２温度よりも上がったときに、前記供給装置が、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に開始する過程、を更に含んでも良い。

本願発明の熱分解方法で用いられる原料は、上述したように植物由来のバイオマスであるが、原料は例えば草、木、或いはその双方を含むものであってもよい。原料が特に草を含む場合にはタール及び微粉状のチャーが生じ易い。原料が草を含む場合には、原料を加熱する温度を適切に制御することによるタールの発生の抑制効果は顕著なものとなる。

本願発明の一実施形態による熱分解システムの全体構成を概念的に示すブロック図。図１に示した熱分解システムに含まれる熱分解装置の周辺を拡大して示す側断面図。図２に示した熱分解装置の変形例を示す側断面図。図３に示した熱分解装置のケース及びその内部の構造を模式的に示す斜視図。バイオマスの熱分解特性を示すグラフ。

以下、図面を参照しつつ、本願発明の好ましい一実施形態について説明する。

図１に、この実施形態における熱分解システムの全体構成を概念的に示すブロック図を示す。
熱分解システムは、熱分解装置１を中心として構成されている。なお、特に断りがない限り、熱分解システムを構成するすべての部品は金属製である。熱分解システムを構成する金属は耐熱性能の高いものであることが好ましい。

熱分解装置１は、後述する原料を熱分解して、後述する気化成分を生じさせるためのものである。それが可能な限り、熱分解装置１の構成は従来技術に倣うことができる。
熱分解装置１は、より詳しくは図２に示したように構成されており、これには限られないがこの実施形態では、公知のロータリーキルンに倣った構造が採用されている。図２は熱分解装置１の断面図である。
熱分解装置１は、ケース１１を備えている。ケース１１は、筒状である。ケース１１は、その軸が水平か略水平になるように横置きされる。ケース１１は、必ずしもこの限りではないが、この実施形態では、その長さ方向に沿う軸を中心として回転可能となっている。ケース１１が回転するための仕組みについては追って述べる。
ケース１１は、一定の太さのケース本体部１１Ａと、ケース本体部１１Ａよりも小径とされ、且つケース１１の長さ方向の一端側（図２における左側）に位置するケース小径部１１Ｂとを備えている。ケース本体部１１Ａと、ケース小径部１１Ｂとはともに筒状、これには限られないが、この実施形態ではともに円筒形状であり、且つ同軸である。また、ケース本体部１１Ａの長さはケース小径部１１Ｂの長さよりも相対的にかなり長くなっている。後述するように、ケース小径部１１Ｂの内側からケース本体部１１Ａの内部に原料が供給される。供給された原料は、後述のようにして加熱されるケース本体部１１Ａの中で加熱され、気化成分を生じるようになっている。

ケース１１は、その長さ方向の中央寄りの部分の大半を炉筒１２によって覆われている。炉筒１２は、耐熱性の素材でできており、例えば鉄鋼材であるＳＳ４００でできている。炉筒１２は、外部との遮熱を行いつつケース１１を加熱するための高温の空間を規定するものである。炉筒１２にはともに開口である第１開口１２Ａと、第２開口１２Ｂとが設けられている。第１開口１２Ａは、炉筒１２に囲まれた空間内に熱風（例えばバーナにより噴射された炎）を導入するためのものであり、第２開口１２Ｂは炉筒１２に囲まれた空間内からの排気を排出するためのものである。かかる熱風により炉筒１２により囲まれた空間は加熱されることになり、それによりケース１１の特にケース本体部１１Ａの内部は加熱されることになる。この実施形態における第１開口１２Ａと第２開口１２Ｂはともに円筒形状の管とされているが、これは必ずしもこの限りではなく、またそれらが設けられる位置も必ずしも図示した通りとする必要はない。もっと言えば、炉筒１２で囲まれた空間を加熱することは必須であるが、その手段は必ずしも熱風による必要はないのであり、例えば、炉筒１２内に、ケース本体部１１Ａの周囲を囲む電熱ヒータを設けることにより、炉筒１２内の空間を加熱するようにするなどの適宜の変更を加えることが可能である。
これには限られないが、炉筒１２は、ケース１１のケース本体部１１Ａよりもやや大径とされた円筒形状であり、ケース１１と同軸とされている。ケース１１のケース小径部１１Ｂの一端側と、ケース本体部１１Ａの他端側とはともに、炉筒１２から食み出た状態とされている。

ケース小径部１１Ｂの炉筒１２の外側の部分には、その外周にそって一周する歯車である第１ギア１１Ｃが設けられている。第１ギア１１Ｃは、図示を省略の動力装置に接続され、その動力装置が生じる動力によって回転する歯車である第２ギア１１Ｃ１と咬み合っており、第２ギア１１Ｃ１の回転にともなって回転するようになっている。
これにより、動力装置が生じる動力により第１ギア１１Ｃが回転し、第１ギア１１Ｃが固定されているケース小径部１１Ｂを備えるケース１１全体がその軸を中心として回転するようになっている。

この実施形態においては、原料は、ケース１１内、より詳細にはケース本体部１１Ａ内を、その一端側から他端側に搬送されながら熱風により加熱され、気化成分を生じさせるようにされている。つまり、この実施形態におけるケース１１には、原料をその一端側から他端側へ搬送するための工夫が設けられている。
その工夫の１つが、上述したケース１１の回転である。その工夫の他の１つが、ケース１１のケース本体部１１Ａ内に設けられた案内板１１Ｄである。案内板１１Ｄは、ケース本体部１１Ａの略全長にわたってケース本体部１１Ａの内周面に沿って設けられた螺旋状の板である。案内板１１Ｄの形状は、ケース１１が回転したときに、案内板１１Ｄによって原料が、その一端側から他端側に搬送されるような形状とされている。この実施形態における案内板１１Ｄは、ケース本体部１１Ａの内周面から所定の高さだけ立ち上がるような形状とされており、ケース本体部１１Ａの半径方向におけるケース１１の軸を含む一定の範囲には案内板１１Ｄが存在しないようになっている。この場合には、ケース１１が回転するのに伴って案内板１１Ｄも回転する。それに伴って、原料（及びチャー）は、ケース１１の一端側から他端側へ案内板１１Ｄによって押し出されていくことになる。
もっとも、この案内板１１Ｄは、ケース１１が回転したときに原料が、ケース１１の一端側から他端側に向けて搬送されるような形状となっていればそれで足り、ケースの他端側に至った原料（及びチャー）がケースの一端側に今度は戻り、結果として原料がケースの一端側と他端側との間で循環するようなものとなっていても構わない。
そのような原料の循環を実現するには、図３、図４に示したように、ケース１１のケース本体部１１Ａ内に、ケース１１の軸方向の両端部を除いた所定の範囲にわたる長さを持ち、且つケース１１の軸を通り且つケース１１の内周の直径に略等しい長さの幅を持つ仕切り板１１Ｄ１と、この仕切り板１１Ｄ１の長さ方向の両端部を除く部分に所定の間隔で設けられた、ケース１１の軸に対して傾斜した平板である案内板１１Ｄである。案内板１１Ｄの外周は、概ねケース１１の内周面に沿うようになっているが、案内板１１Ｄの外周とケース１１の内周面の間には適当な隙間が生じるようにされている。そして、かかる仕切り板１１Ｄ１と、案内板１１Ｄとは、ケース１１の外に伸びているその長さ方向の中心を軸として回転できるようにされた棒状体である回転軸１１Ｄ２に接続されており、図示を省略の動力装置の動力によって回転する回転軸１１Ｄ２の回転に伴って回転できるようにされている。なお、この例におけるケース１１は回転が不要であるため、第１ギア１１Ｃを備えず、またそれと噛みあう第２ギア１１Ｃ１も省略されている。このような案内板１１Ｄと仕切り板１１Ｄ１とを持つ熱分解装置１では、案内板１１Ｄと仕切り板１１Ｄ１とが回転すると、案内板１１Ｄに掬い上げられた原料が、その案内板１１Ｄと外周とケース１１の内周面との間の隙間から、ケース１１の一端側又は他端側に向かって移動する。かかる移動のケース１１の長さ方向における方向は、仕切り板１１Ｄ１の両側で逆方向になる。それにより、この例の場合においては、原料（及びチャー）はケース１１内をその長さ方向に往復するようにして循環することになる。

また、ケース本体部１１Ａの最も他端側には、その周囲に所定幅のドーナツ形状の縁を残すようにして、ケース本体部１１Ａの軸をその中心とする円形の孔１１Ｅが穿たれている。

熱分解装置１の一端側には、供給管２Ａを介して供給タンク２が接続されている。供給タンク２は、供給管２Ａを介して熱分解装置１に供給される原料を貯留するものである。この実施形態における原料は、植物由来のバイオマスであり、これには限られないが、この実施形態では少なくとも草を含む。これに限られるものではないが、この実施形態では、草及び木が原料となる。これには限られないが、草及び木であるこの実施形態における原料は、数ｍｍ〜１０数ｃｍ程度の大きさに破砕されている。原料の破砕は、図示を省略の破砕機を供給タンク２に設けることで供給タンク２内或いはその前段において行われるようにしても構わないし、又はこの実施形態の熱分解システム外のどこかで予め破砕された原料が供給タンク２に供給され、供給タンク２がその予め破砕された原料を熱分解装置１に供給するようになっていても構わない。また、この実施形態における原料は、水分含有量を減らすために乾燥させられたものとするのが好ましい。原料の乾燥は、供給タンク２で行われても良いし、原料タンク２の前段で行われても構わない。
供給管２Ａの下端は曲折し、熱分解装置１のケース小径部１１Ｂの中に挿入されている。なお、図示を省略するが、供給管２Ａのケース小径部１１Ｂに挿入されている部分の外側面と、ケース小径部１１Ｂの内側面との間には、ケース本体部１１Ａ内で生じた気化成分がその隙間から炉筒１２の外へ漏れ出さないようにするための適当な工夫（例えば、耐熱性の素材でできたパッキンを噛ませる）がなされている。
供給管２Ａの曲折された部分の内部には動力装置２Ａ２が生じる動力によって回転するスクリューであるスクリューコンベア２Ａ１が設けられている。動力装置２Ａ２が生じる動力にしたがいスクリューコンベア２Ａ１が回転を行うことによって、供給タンク２から供給管２Ａの縦の部分を通って落ちてくる原料Ｍが、供給管２Ａの曲折された部分から、ケース１１の内部に供給されるようになっている。また、動力装置２Ａ２が動力の発生を停止し、スクリューコンベア２Ａ１が回転を止めると、供給タンク２から熱分解装置１への原料の供給も停止するようになっている。この実施形態では、供給タンク２とスクリューコンベア２Ａ１とを併せたものが、本願発明でいう供給装置に該当する。

熱分解装置１はその他端部において、熱分解装置１のケース１１内で生じた気化成分を外部に排出するための気化成分排出管１Ａと、ケース１１内で生じた固体成分を外部に排出するための固体成分排出管１Ｂとに接続されている。
より詳しく説明すると、熱分解装置１が備えるケース１１におけるケース本体部１１Ａの他端側のうちの炉筒１２から食み出している部分は、ケース本体部１１Ａの当該部分を外側から包み込む円筒形の管である接続管１Ｃにより覆われている。そして接続管１Ｃの上側に、上述した気化成分排出管１Ａの下端が、また接続管１Ｃの下側に、上述した固体成分排出管１Ｂの上端が、それぞれ接続されている。なお、接続管１Ｃの内側面と、ケース本体部１１Ａの外側面との間に、供給管２Ａのケース小径部１１Ｂに挿入されている部分の外側面と、ケース小径部１１Ｂの内側面との間に設けられたのと同様の気化成分の炉筒１２への外側への漏れ出しを防止するための工夫が設けられて良いのは当然である。
ケース本体部１１Ａの中で生じた気化成分は、ケース本体部１１Ａの他端側に設けられた孔１１Ｅから、気化成分排出管１Ａに至り、気化成分排出管１Ａを介してケース１１の外部へ導かれるようになっている。
他方、ケース本体部１１Ａの中で生じた固体成分は、ケース本体部１１Ａの他端側のドーナツ形状の縁を乗り越えたものから、固体成分排出管１Ｂ内を下方に落下するようになっている。固体成分は、要するに残渣であり、原料が加熱された結果生じたチャーがその主な成分である。また、原料に分解しない金属等が混入している場合には、そのようなものも固体成分に含まれることになる。
なお、かかる固体成分排出管１Ｂ内における固体成分の下方への移動をスムーズにするために、固体成分排出管１Ｂ内に固体成分を強制的に下方に移動させるためのスクリューコンベアを設ける等の適当な工夫を行って良いことは当然である。固体成分排出管１Ｂの下方には、固体成分を貯めるタンクである固体成分貯留タンク３が設けられており、固体成分排出管１Ｂ内を落下した固体成分は、固体成分貯留タンク３に貯留されるようになっている。

かならずしもこの限りではないがこの実施形態では、ケース１１内の、より詳細にはこの実施形態ではケース本体部１１Ａ内の温度を計測するための温度計が設けられている。温度計は、図示を省略するが、接続管１Ｃをその他端側から貫く棒状の支持棒１Ｄの先端に設けられている。温度計で計測されたケース本体部１１Ａ内の温度の情報は、後述するように、供給タンク２から熱分解装置１へと原料を供給するのか、その供給を停止させるのかという制御に用いられる。
それを可能にするために、温度計で計測された温度の情報は例えば、略実時間で、或いは所定の時間毎（例えば１分毎に）に、動力装置２Ａ２へと送られる。その情報を、動力装置２Ａ２が有する図示を省略のコンピュータで受取った動力装置２Ａ２は、受取った情報に基づく制御により、動力を発生させ、或いは動力を発生させるのを停止し、それに伴い、上述したスクリューコンベア２Ａ１を回転させ、或いはその回転を停止させる。上述したように、スクリューコンベア２Ａ１が駆動すれば、熱分解装置１への原料の供給が行われ、スクリューコンベア２Ａ１が停止すれば熱分解装置１への原料の供給が停止されるから、温度の情報は事実上、原料の熱分解装置１への供給を行うか停止するかの制御に用いられると言える。動力装置２Ａ２がどのような条件でスクリューコンベア２Ａ１を回転させ、或いはその回転を停止させるかについては後述する。

気化成分排出管１Ａは最終的にタンクである気化成分貯留タンク４に接続されており、気化成分排出管１Ａを介して熱分解装置１から排出された気化成分は、最終的に気化成分貯留タンク４に貯留されるようになっている。
他方、気化成分排出管１Ａの途中には、湿式スクラバ５が設けられている。湿式スクラバ５は公知或いは周知のもので構わず、市販のものでも構わない。例えば、株式会社ＴｈｙｓｓｅｎＫｒｕｐｐＯｔｔｏが製造する、Ｈタール液分離スクラバー及び乾ガス洗浄スクラバー（商標）をこの湿式スクラバ５として用いることができる。
湿式スクラバ５は循環系を構成する管である循環管５Ａの中を循環する液体と気化成分とを接触させることにより、気化成分の中に混入したチャー及びタールを気化成分から分離するためのものである。液体は、例えば水である。
上述したようにチャーの大半は固体成分として固体成分排出管１Ｂから固体成分貯留タンク３へと向かうが、その一部は気化成分に混入する。また、原料を加熱すると特に原料に草が入っている場合には、微粉状のチャーのみならずタールの発生が不可避であるので、高温では気体の状態ではあるがタールが気化成分に混入する。それらを、気化成分から分離するのが湿式スクラバ５の役割である。
液体は例えば、湿式スクラバ５の上部から湿式スクラバ５の中にシャワー状に散布される。それにより気化成分と液体が接触し、気化成分に混入していたチャー及びタールは液体に移るので、それらが気化成分から分離されることになる。熱分解装置１から出たばかりの気化成分は高温であり、それに含まれているタールも気体であるが、液体と接触することで気化成分の温度が下がることにより粘度の高い液体となる。そのような状態となったタールは液体に捕らえられ、気化成分から分離される。

これには限られないが、循環管５Ａの途中には、循環管５Ａの中を循環する液体に移ったチャー及びタールを液体から分離するための除去装置６が設けられている。除去装置６は、それが可能であるかぎりはどのようなものでも構わないが、この実施形態では、遠心分離器である。
よく知られているように、遠心分離器は、その比重の差により、液体と、それに含まれているチャー及びタールを分離することができる。遠心分離器は、公知或いは周知のもので構わず、市販のものでも構わない。例えば、巴工業株式会社が製造するトモイー・デカンタ、ＰＴＭ−３００（商標）をこの除去装置６として用いることができる。除去装置６で互いに分離された液体と、チャー及びタールとのうちの前者は循環管５Ａに戻され、循環管５Ａの中を再び循環し、それらのうちの後者は循環管５Ａに戻されず遠心分離器６から排出される。
また、図示を省略するが、循環管５Ａには開閉自在の蓋付きの孔が穿たれている。その孔を開けることにより循環管５Ａ内の液体は入れ替えが可能とされている。

上述したように、気化成分貯留タンク４には気化成分が貯留される。なお、当然に気化成分貯留タンク４の手前に、気化成分を乾燥、或いは冷却するための適当な設備を設ける等の工夫は必要に応じて適当になすことができる。
気化成分貯留タンク４に貯留−される気化成分は上述したように、チャー及びタールが除去されたものとなっている。気化成分貯留タンクに貯留される気化成分は燃料として利用可能な気体であり、例えば、水素、一酸化炭素、メタン、エチレン、エタン等或いはそれらの混合物である。
気化成分貯留タンク４に貯留された気化成分は、可搬の容器に入れて持ち出すことによりこの熱分解システム外で用いることも可能であるが、この実施形態ではこの熱分解システム内で使用されることとなっている。これには限られないが、この熱分解システムは、気化成分貯留タンク４と接続管４Ａで接続された発電機７を備えている。発電機７は、接続管４Ａを介して気化成分貯留タンク４から送られてきた気化成分を用いて発電を行うものである。それが可能な限り発電機は公知或いは周知のものでよく、市販のものでも良い。
発電機７は例えば、ボイラ及びタービンを備えており、そのボイラ内の水を、上述の気化成分を燃料として燃焼させたことにより得た熱により沸騰させることによって水蒸気を発生させ、ボイラから発生した水蒸気によりタービンを回すことにより発電を行うようなものとなっている。なを、燃料として用いられる上述の気化成分は、例えばＡ重油等の他の燃料と組合せて（混合する等して）用いられても良い。そのような発電機７の例は、公知のデュアルフーエルディーゼルエンジン発電機である。
なお、気化成分貯留タンク４内の気化成分は、例えば炉筒１２内に供給される熱風を生成するためのバーナの燃料として利用することも可能である。

次にこの熱分解システムの使用方法及び動作について説明する。
この熱分解システムを使用して原料から燃料となる気化成分を得て、そして発電を行うにあたっては、まず熱分解システムにおける熱分解装置１の予備加熱を行う。具体的には、第１開口１２Ａから炉筒１２の内側の空間に熱風を供給する。なお、この実施形態では、予備加熱が始まって以降、熱分解システムが駆動している間は、炉筒１２内の空間に熱風により供給される熱量は概ね一定である。
炉筒１２内の空間に熱風が供給されると、炉筒１２の空間の内部の温度が上昇し、それに伴いケース１１の主にケース本体部１１Ａ内の温度が上昇する。そのときのケース本体部１１Ａ内の温度は、温度計にて測定されている。これには限られないが、この実施形態では、ケース本体部１１Ａ内の温度の情報は、温度計から動力装置２Ａ２に対して１分毎に送られる。
動力装置２Ａ２は、ケース本体部１１Ａ内の温度が所定の温度である第２温度を超えたことを条件に動力を生じさせ、スクリューコンベア２Ａ１を回転させ始める。この場合における動力装置２Ａ２に動力を生じさせるための基準となる第２温度は、原料を加熱した場合においてタールの発生が抑制されるような温度か、それよりも高い温度とする。図５に示したように、原料の加熱温度が概ね６５０℃〜７００℃よりも高い温度を保つのであれば、特に７００℃よりも高い温度を保つのであれば、タール及びチャーの発生が明らかに抑制されるので、この第２温度は、７００℃よりも高い温度から選択されるのが良い。とはいえ、第２温度をあまりにも高くすると原料の供給の開始（或いは再開）がなかなかなされないことになり、また、ケース１１等の耐熱性能にも限界があるので、第２温度は７００℃〜８００℃の間から選択するのがよい。また、例えば第２温度が７００℃ちょうどであれば、原料の供給によってケース本体部１１Ａ内の温度が７００℃或いは場合によっては６５０℃をすぐに下回るという事態が生じうるので、第２温度は多少の余裕をもって例えば７５０℃±１０℃とすることができ、これには限られないがこの実施形態では７５０℃とされている。
なお、この実施形態における動力装置２Ａ２は、後述するようにケース本体部１１Ａ内の温度が所定の温度である第１温度を下回ったことを条件に動力の発生を停止させる。この場合の第１温度は、第２温度と同じでも良いが、この実施形態では第２温度よりも低い温度とされている。第１温度は、上述のように、原料の加熱温度が概ね６５０℃〜７００℃よりも高い温度を保つのであれば、特に７００℃よりも高い温度を保つのであれば、タール及びチャーの発生が明らかに抑制されるので、６５０℃から７００℃の間から選択するのが良い。必ずしもこの限りではないが、この実施形態では、第１温度は、６９０℃〜７００℃の範囲から選択されており、具体的にはこれには限られないがこの実施形態では、７５０℃とされている。なお、スクリューコンベア２Ａ１の回転の開始と停止を司る動力装置２Ａ２の動力の発生と停止の処理は、この実施形態ではケース本体部１１Ａ内の温度の情報に基づいて自動的に行われる。
いずれにせよ、動力装置２Ａ２は、ケース本体部１１Ａ内の温度が第２温度を超えた場合に動力を生じさせ始める。これによりスクリューコンベア２Ａ１は回転を始める。供給管２Ａの縦方向の部分には、図２に示したように供給タンク２から原料Ｍが落ちてきている。供給管２Ａの曲折された部分に位置するスクリューコンベア２Ａ１が回転を始めると、スクリューコンベア２Ａ１によって原料Ｍが、ケース本体部１１Ａ内に供給され始める。

作業者は、かかる原料Ｍのケース本体部１１Ａへの供給が開始されると同時、或いはそれより前にケース１１の回転を開始させる。つまり、原料Ｍは、回転している状態のケース１１におけるこれも回転している状態のケース本体部１１Ａに供給されることになる。
ケース本体部１１Ａに供給された原料Ｍは、回転するケース本体部１１Ａの中で、ケース本体部１１Ａの一端側から他端側へと移動しながら加熱される。かかる原料Ｍの移動は、図２に示した熱分解装置１の場合であれば、案内板１１Ｄがケース１１とともに回転することによって実現される。この例の場合には、上述したように、原料Ｍは、ケース１１の回転にしたがってケース本体部１１Ａの一端側から他端側に向けて徐々に移動することになる。
他方、図３、図４に示した熱分解装置１の場合であれば、回転軸１１Ｄ２の回転に伴い、原料Ｍは、ケース１１の一端側から他端側との間を循環することになる。なお、図３、図４に示した熱分解装置１の場合では特に、ケース１１に入った原料Ｍは、既に高熱となっている循環している原料Ｍに分散して巻き込まれので、固塊化しにくく、また、瞬時に高温になるので、気化成分を生じる過程において液化している時間が短いので、ケース１１の内面にかかる液化した物質が付着するおそれも小さい。
いずれにせよ、かかる移動の最中に原料Ｍは加熱される。加熱された原料Ｍは、気化成分を生じる。かかる気化成分は燃料となる可燃性の気体を含んでおり、また、気体の状態となっているタールを含んでいる。また、加熱された原料Ｍは固体成分を生じる。固体成分の大半はチャーである。チャーの一部は気化成分に混入する。

原料Ｍのケース本体部１１Ａ内での加熱が行われている最中に、ケース本体部１１Ａ内の温度が第１温度よりも下がる場合がある。その場合には、動力装置２Ａ２は自動的に動力の発生を止める。これにより、ケース本体部１１Ａへの原料Ｍの供給が停止される。
原料Ｍの供給が停止されている間も、炉筒１２内の空間への熱風の供給は継続されるので、ケース本体部１１Ａ内の温度は徐々に上昇していく。ケース本体部１１Ａ内の温度が第２温度よりも上がると、動力装置２Ａ２は再び動力を発生させる。これにより、ケース本体部１１Ａへの原料Ｍの供給が再開される。
なお、最初のケース本体部１１Ａへの原料Ｍの供給開始のときも含めて、原料Ｍの供給再開のときも、原料Ｍの供給停止のときも、動力装置２Ａ２、スクリューコンベア２Ａ１の慣性等に基づき、ケース本体部１１Ａ内の温度が第１温度又は第２温度を跨いだタイミングと完全に同時というわけにはいかないことも考えられるが、その２つのタイミングに多少のズレが存在したとしても、そのズレが例えば１分程度、好ましくは３０秒以内であればタールの発生量が過剰となることはない。

原料Ｍは、移動しつつ固体成分へと変わっていき、ケース本体部１１Ａの他端側近辺では、その全体が略固体成分となっている。固体成分のうち、ケース本体部１１Ａの最も他端側に至ったものは、円形の孔１１Ｅの周囲のドーナツ形状の縁を乗り越えたものから、固体成分排出管１Ｂ内を下方に落下する。落下した固体成分は、固体成分排出管１Ｂ内を通って固体成分貯留タンク３へと至る。固体成分貯留タンク３に溜まった固体成分は、適当なタイミングで、例えば適当な時間おきに、廃棄される。

また、気化成分は、ケース本体部１１Ａの上述の孔１１Ｅからケース本体部１１Ａの外へ出て、気化成分排出管１Ａに入る。そして、気化成分排出管１Ａの途中にある湿式スクラバ５に至る。
湿式スクラバ５の中で、気化成分は、循環管５内を循環し湿式スクラバ５の上方からシャワー状に降り注ぐ液体と接触する。そもそも固体であるチャーは、これにより液体に移り、気化成分から分離される。また、湿式スクラバ５に至った状態では気体であるタールは、液体と接触し冷やされることにより粘度の高い液体となり、液体に移ることにより気化成分から分離される。
これにより気化成分から、チャー及びタールが除去される。

気化成分から分離されたチャー及びタールを含むことになった液体は、循環管５内を移動し、循環管５の途中に設けられた遠心分離器である除去装置６に至る。
ここで、チャー及びタールと液体とは、遠心分離器である除去装置６内で、その比重の差に基づいて分離される。分離された液体は、循環管５に戻され再び循環管５の中を循環して湿式スクラバ５に再び至る。他方、液体から分離されたチャー及びタールは、循環管５に戻されることなく除去装置６から外部へ排出され廃棄される。

湿式スクラバ５でチャー及びタールを除かれた気化成分は、気化成分排出管１Ａを介して気化成分貯留タンク４に至り、そこで貯留される。
気化成分貯留タンク４に貯留された気化成分は、適当なタイミングで接続管４Ａによって発電機７に送られ発電に用いられる。発電機７で作られた電力は、熱分解システムの内外で適当に利用される。

なお、循環管５Ａ内の液体は、開閉自在の蓋付きの孔を適当なタイミングで開放して、新しい液体と入れ替えられる。

１熱分解装置
１Ａ気化成分排出管
１Ｂ固体成分排出管
１Ｃ接続管
２供給タンク
２Ａ１スクリューコンベア
２Ａ２動力装置
３固体成分貯留タンク
４気化成分貯留タンク
５湿式スクラバ
５Ａ循環管
６除去装置
７発電機
１１ケース
１１Ａケース本体部
１１Ｂケース小径部
１１Ｄ案内板
１１Ｄ１仕切り板
１１Ｄ２回転軸
１１Ｅ孔

Claims

植物由来のバイオマスである原料を供給する供給装置と、
筒状に構成され、横置きされるものであり、前記供給装置からその内部を介して前記原料を供給する供給管とその長さ方向の一端で接続されているケースと、前記ケースの内部でその一端側から他端側に前記供給装置から供給された前記原料を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されている前記原料を加熱する加熱手段と、を備えており、且つ前記加熱手段により加熱されることにより前記原料から発生した気化成分を排出するための気化成分排出管、及び前記原料から発生した固体成分を排出するための固体成分排出管が前記ケースの他端に接続されている、熱分解装置と、
前記気化成分排出管と接続され、前記気化成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記気化成分を貯留する気化成分貯留タンクと、
前記固体成分排出管と接続され、前記固体成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記固体成分を貯留する固体成分貯留タンクと、
を備えている熱分解システムであって、
前記熱分解装置には、前記ケース内の温度を計測する温度計が設けられているとともに、
前記供給装置は、前記温度計が計測した温度が所定の温度である第１温度よりも下がったときに、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に停止するようになっているとともに、
前記第１温度は、６５０℃〜７５０℃の範囲から選択されるようになっている、
熱分解システム。
前記供給装置は、前記温度計が計測した温度が所定の温度である第２温度よりも上がったときに、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に開始するようになっている、
請求項１記載の熱分解システム。
前記第２温度は、７００℃〜８００℃の範囲から選択される、
請求項２記載の熱分解システム。
前記第１温度は、前記第２温度よりも低い、
請求項２〜３のいずれかに記載の熱分解システム。
前記ケースは略水平方向を軸とする円筒形であり、その軸周りに回転可能となっているとともに、前記ケースの内側の空間には、前記ケースが回転した場合に前記原料を前記ケースの一端側から他端側に搬送するような形状とされた、螺旋状のスパイラル板が前記ケースに対して固定した状態で取付けられており、
回転可能な前記ケースと、前記スパイラル板との協働により前記搬送手段を構成するようになっている、
請求項１記載の熱分解システム。
前記気化成分貯留タンクに貯留された前記気化成分を燃料として発電を行う発電機を備えている、
請求項１記載の熱分解システム。
植物由来のバイオマスである原料を供給する供給装置と、
筒状に構成され、横置きされるものであり、前記供給装置からその内部を介して前記原料を供給する供給管とその長さ方向の一端で接続されているケースと、前記ケースの内部でその一端側から他端側に前記供給装置から供給された前記原料を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送されている前記原料を加熱する加熱手段と、を備えており、且つ前記加熱手段により加熱されることにより前記原料から発生した気化成分を排出するための気化成分排出管、及び前記原料から発生した固体成分を排出するための固体成分排出管が前記ケースの他端に接続されている、熱分解装置と、
前記気化成分排出管と接続され、前記気化成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記気化成分を貯留する気化成分貯留タンクと、
前記固体成分排出管と接続され、前記固体成分排出管を介して前記熱分解装置から排出された前記固体成分を貯留する固体成分貯留タンクと、
を備えている熱分解システムで実行される方法であって、
前記ケース内の温度を温度計で計測する過程、
前記温度計が計測した温度が所定の温度である第１温度よりも下がったときに、前記供給装置が、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に停止する過程、
を含むとともに、
前記第１温度を、６５０℃〜７５０℃の範囲から選択する、
熱分解方法。
前記温度計が計測した温度が所定の温度である第２温度よりも上がったときに、前記供給装置が、前記熱分解装置への前記原料の供給を自動的に開始する過程、
を更に含む、
請求項７記載の熱分解方法。
前記原料が草を含む、
請求項７記載の熱分解方法。