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水蒸気改質方法及び水蒸気改質装置 実績あり

国内特許コード P110004603
整理番号 A072P89
掲載日 2011年7月22日
出願番号 特願平11-104598
公開番号 特開2000-290666
登録番号 特許第3939459号
出願日 平成11年4月12日(1999.4.12)
公開日 平成12年10月17日(2000.10.17)
登録日 平成19年4月6日(2007.4.6)
発明者
  • 吉川 邦夫
  • 嶋田 隆文
  • 五島 忠八
出願人
  • 独立行政法人科学技術振興機構
  • 三菱重工環境・化学エンジニアリング株式会社
発明の名称 水蒸気改質方法及び水蒸気改質装置 実績あり
発明の概要 熱分解炉の熱分解ガスを洗浄・冷却の出来る高カロリーガスに改質して洗浄・冷却装置を小型化出来る炭素化合物に改質する水蒸気改質方法、及び水蒸気改質装置の発明である。  熱分解ガスに800℃以上の高温域に加熱された高温水蒸気を混合すると、ニッケル系触媒や、ルテニウム系触媒を必要とせずに、熱分解ガスの主成分である炭素化合物が水蒸気ガスと反応して改質され、洗浄・冷却され易い高カロリーの粗燃料ガスとなる。その結果、比較的大流量の燃焼ガスを洗浄・冷却処理する従来の装置に較べ、洗浄・冷却装置の規模を小型にする事が出来る上、特定の触媒を充填した触媒管等を格別設ける必要がない。低温水蒸気を高温域に加熱する水蒸気加熱装置には、熱交換装置と燃焼域がある。熱交換装置には水蒸気流と燃焼ガスとが交互に流通する多数の流路を持つハニカム型蓄熱体が備えられている。低温水蒸気はこの水蒸気加熱装置を通過する事によって800℃以上、所望により1000℃に近い高温水蒸気となる。熱分解ガスと、この高温水蒸気が混合されると、炭化水素の水性ガス化反応が進行する。
従来技術、競合技術の概要
廃プラスチック、汚泥、シュレッダダスト又は都市ゴミ等の廃棄物、或いは、石炭等の低質の固体燃料を熱分解炉に導入し、無酸素又は低酸素状態の高温還元性雰囲気により廃棄物又は固体燃料を熱分解ガス化する熱分解炉が知られている。熱分解炉として、連続投入型のロータリーキルン式熱分解炉(外部加熱式熱分解炉)又はー括投入型の熱分解炉(自式熱分解炉) などの様々な形式の熱分解炉が一般に使用される。この種の熱分解炉が生成する熱分解ガスは、冷却により凝縮するタール分等の成分を比較的多量に含有するので、一般に高温状態の熱分解ガスを冷却せずに利用せざるを得ない。このため、熱分解ガスを利用可能な装置は、高温の熱分解ガスの燃焼反応により燃焼ガスを生成する型式のボイラ等に限定されてしまう。
【0003】
これに対し、近年の熱分解ガス化システムとして、例えば、熱分解ガスを生成する熱分解炉と、クラッキング装置等の高温分解処理装置と、熱分解ガスを洗浄・冷却するガス洗浄装置とを備えた構成のものが知られている。熱分解炉は、廃棄物又は石炭等の低質固体燃料を低酸素又は無酸素状態の炉内焼成雰囲気により熱分解ガス及び残渣に分解し、高温分解処理装置は、熱分解ガスのタール分及びオイル分等を高温分解し、ガス洗浄装置は、熱分解ガスの塩素分、硫黄分又は微量残留物を除去するとともに、熱分解ガスを急冷し、ダイオキシンの再合成等を防止する。
【0004】
高温分解処理及び洗浄・冷却処理を受けた熱分解ガスは、精製燃料ガスとしてガスエンジン、ガスタービン又はボイラ等の内燃機関、熱サイクル機関又は熱源機器に供給され、燃料ガスの熱エネルギーは、蒸気等の熱媒体又は電力等のエネルギー形態に変換される。このような熱分解ガス化システムによれば、廃棄物が保有するエネルギーを効率的に回収し、これを熱分解ガス化システムの系内又は系外にて有効利用可能な熱媒体又はエネルギー形態に変換することができる。
産業上の利用分野
本発明は、水蒸気改質方法及び水蒸気改質装置に関するものであり、より詳細には、ニッケル系触媒又はルテニウム系触媒等の特定の触媒の作用に依存することなく、炭素化合物の水蒸気改質反応を生起し且つ維持する水蒸気改質方法及び水蒸気改質装置に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 低酸素又は無酸素状態の熱分解炉による廃棄物等の炭素化合物の蒸し焼きによって前記熱分解炉に発生した熱分解ガスを水蒸気と混合し、熱分解ガス中の炭素化合物を水蒸気改質反応により改質する炭素化合物の水蒸気改質方法において、
炭素化合物と混合すべき水蒸気を800℃以上の高温域に加熱し、前記熱分解炉の炉内に加熱後の高温水蒸気を導入し、前記熱分解ガス中の炭素化合物の水蒸気改質反応を生起し且つ維持し、前記熱分解炉の炉内領域において熱分解ガス中の炭素化合物を改質することを特徴とする水蒸気改質方法。
【請求項2】 低酸素又は無酸素状態の熱分解炉による廃棄物等の炭素化合物の蒸し焼きによって前記熱分解炉に発生した熱分解ガスを水蒸気と混合し、熱分解ガス中の炭素化合物を水蒸気改質反応により改質する炭素化合物の水蒸気改質方法において、
炭素化合物と混合すべき水蒸気を800℃以上の高温域に加熱し、前記炭素化合物の熱分解反応により生成した前記熱分解炉の熱分解ガスを中空容器内に導入するとともに、前記高温水蒸気を前記中空容器内に導入して、熱分解ガスと高温水蒸気とを混合し、前記熱分解ガス中の炭素化合物の水蒸気改質反応を生起し且つ維持し、前記中空容器内で熱分解ガス中の炭素化合物を改質することを特徴とする水蒸気改質方法。
【請求項3】 酸素濃度制御手段によって前記熱分解炉の低酸素状態又は無酸素状態を制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の水蒸気改質方法。
【請求項4】 前記高温水蒸気を前記熱分解炉の溶融炉領域に導入し、熱分解ガスの水蒸気改質反応により、該熱分解ガスを改質することを特徴とする請求項1に記載の水蒸気改質方法。
【請求項5】 前記高温水蒸気を前記熱分解炉の二次燃焼領域に導入し、二次燃焼領域の熱分解ガスの水蒸気改質反応により、該熱分解ガスを改質することを特徴とする請求項1に記載の水蒸気改質方法。
【請求項6】 酸素及び/又は空気を前記水蒸気に混合し、前記酸素及び/又は空気と前記水蒸気との混合ガスを前記水蒸気改質反応の反応領域に供給することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の水蒸気改質方法。
【請求項7】 前記酸素及び/又は空気の流量と前記水蒸気の流量との流量比を可変制御することを特徴とする請求項6に記載の水蒸気改質方法。
【請求項8】 前記水蒸気改質反応により生成した改質ガスを燃料ガスとして水蒸気発生装置に供給し、前記水蒸気、又は、空気及び水蒸気の混合物を前記燃料ガスの燃焼熱により生成することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の水蒸気改質方法。
【請求項9】 前記水蒸気改質反応により生成した改質ガスを燃料ガスとして水蒸気加熱装置に供給し、該燃料ガスの燃焼熱により前記水蒸気を加熱することを特徴とする請求項8に記載の水蒸気改質方法。
【請求項10】 前記改質ガスを洗浄・冷却処理により精製した後に前記水蒸気発生装置及び/又は水蒸気加熱装置に供給することを特徴とする請求項9に記載の水蒸気改質方法。
【請求項11】 低酸素又は無酸素状態の熱分解炉による廃棄物等の炭素化合物の蒸し焼きによって発生した熱分解ガスを水蒸気と混合し、熱分解ガス中の炭素化合物を水蒸気改質反応により改質する水蒸気改質装置において、
炭素化合物と混合すべき水蒸気を800℃以上の高温域に加熱する水蒸気加熱装置と、 該水蒸気加熱装置によって加熱された高温水蒸気を前記熱分解ガス中の炭素化合物と混合するために、前記炭素化合物の熱分解反応により熱分解ガスを生成する前記熱分解炉に前記高温水蒸気を導入し、前記熱分解ガス中の炭素化合物の水蒸気改質反応を前記熱分解炉内に生起し且つ維持する水蒸気導入手段とを有することを特徴とする水蒸気改質装置。
【請求項12】 低酸素又は無酸素状態の熱分解炉による廃棄物等の炭素化合物の蒸し焼きによって発生した熱分解ガスを水蒸気と混合し、熱分解ガス中の炭素化合物を水蒸気改質反応により改質する水蒸気改質装置において、
炭素化合物と混合すべき水蒸気を800℃以上の高温域に加熱する水蒸気加熱装置と、 該水蒸気加熱装置によって加熱された高温水蒸気を前記熱分解ガスと混合する混合手段と、
炭素化合物の水蒸気改質反応領域を画成する反応領域画成手段とを有し、
前記反応領域画成手段は、廃棄物の熱分解反応により生成した前記熱分解ガスを導入可能な中空容器からなり、前記混合手段は、前記高温水蒸気を前記容器内に導入し、前記熱分解ガス中の炭素化合物の水蒸気改質反応を前記中空容器内に生起し且つ維持する水蒸気導入手段を有することを特徴とする水蒸気改質装置。
【請求項13】 前記熱分解炉を低酸素状態又は無酸素状態に制御する酸素濃度制御手段を有することを特徴とする請求項11又は12に記載の水蒸気改質装置。
【請求項14】 前記水蒸気導入手段は、前記高温水蒸気を前記熱分解炉の溶融炉領域に導入することを特徴とする請求項11に記載の水蒸気改質装置。
【請求項15】 前記水蒸気導入手段は、前記高温水蒸気を前記熱分解炉の二次燃焼領域に導入することを特徴とする請求項11に記載の水蒸気改質装置。
【請求項16】 酸素及び/又は空気を前記水蒸気に混合する水蒸気制御手段を備えることを特徴とする請求項11乃至15のいずれか1項に記載の水蒸気改質装置。
【請求項17】 前記酸素及び/又は空気と前記水蒸気との混合比を可変制御する流量制御手段を更に有することを特徴とする請求項16に記載の水蒸気改質装置。
産業区分
  • 液体燃料・油脂
  • 処理操作
  • 加熱冷却
  • 衛生設備
  • 廃棄物処理
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
参考情報 (研究プロジェクト等) CREST 環境低負荷型の社会システム 領域
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