特開 2025-9146 熱利用システム及び熱供給方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025009146

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】熱利用システム及び熱供給方法

(51)【国際特許分類】

   F23L 15/00 20060101AFI20250110BHJP

   F23G 5/46 20060101ALI20250110BHJP

   F23J 15/08 20060101ALI20250110BHJP

   F23J 15/06 20060101ALI20250110BHJP

   F23J 15/00 20060101ALI20250110BHJP

   F28D 21/00 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

F23L15/00 A

F23G5/46 A

F23J15/08

F23J15/06

F23J15/00 J

F28D21/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023111946

(22)【出願日】2023-07-07

(71)【出願人】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】カナデビア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002860

【氏名又は名称】弁理士法人秀和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】中田谷 直広

(72)【発明者】

【氏名】平野 瑞樹

(72)【発明者】

【氏名】坂元 真理子

(72)【発明者】

【氏名】切畑 雄貴

(72)【発明者】

【氏名】四宮 博之

【テーマコード（参考）】

3K023

3K065

3K070

【Ｆターム（参考）】

3K023QA02

3K023QA11

3K023QB03

3K023QB05

3K065AB01

3K065BA03

3K065JA05

3K065JA12

3K065JA17

3K070DA09

3K070DA48

3K070DA49

3K070DA50

3K070DA52

(57)【要約】

【課題】メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備及び焼却設備のうちの他方で有効利用する。
【解決手段】熱利用システムは、水素及び二酸化炭素からメタンを生成するメタネーション設備と、焼却炉を有する焼却設備と、メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備及び焼却設備のうちの他方に供給する熱供給部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素及び二酸化炭素からメタンを生成するメタネーション設備と、
焼却炉を有する焼却設備と、
前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの一方で発生する熱を前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの他方に供給する熱供給部と、
を備える熱利用システム。

【請求項2】

前記メタネーション設備は、前記水素と前記二酸化炭素とを反応させて前記メタンを生成する反応器と、前記反応器内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ラインとを有し、
前記熱供給部は、前記熱媒循環ラインを流れる前記熱媒と前記焼却炉に供給する燃焼空気との間で熱交換を行う熱交換器である、
請求項１に記載の熱利用システム。

【請求項3】

前記熱交換器は、前記焼却炉に供給する前記燃焼空気を予熱する予熱器に設けられる、
請求項２に記載の熱利用システム。

【請求項4】

前記メタネーション設備は、前記水素と前記二酸化炭素とを反応させて前記メタンを生成する反応器と、前記反応器内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ラインとを有し、
前記熱供給部は、前記熱媒循環ラインを流れる前記熱媒と前記焼却炉から排出される排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器である、
請求項１に記載の熱利用システム。

【請求項5】

前記熱交換器は、前記焼却炉から排出される前記排ガスを加熱する排ガス加熱器に設けられる、
請求項４に記載の熱利用システム。

【請求項6】

前記メタネーション設備は、前記水素と前記二酸化炭素とを反応させて前記メタンを生成する反応器と、前記反応器内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ラインとを有し、
前記熱供給部は、前記熱媒循環ラインを流れる前記熱媒と前記焼却設備が有するボイラで発生した蒸気との間で熱交換を行う熱交換器である、
請求項１に記載の熱利用システム。

【請求項7】

前記焼却設備は、前記焼却炉から排出される排ガスから前記二酸化炭素を回収する回収器を有し、
前記回収器により回収された前記二酸化炭素が前記水素と共に前記反応器に供給される、
請求項２から６の何れか一項に記載の熱利用システム。

【請求項8】

水素及び二酸化炭素からメタンを生成するメタネーション設備と、
焼却炉を有する焼却設備と、
を備える熱利用システムの熱供給方法であって、
前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの一方で発生する熱を前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの他方に供給する、
熱供給方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱利用システム及び熱供給方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の焼却設備における二酸化炭素の排出量削減への取り組みは、プラスチック等の化石燃料由来のごみの分別及びリサイクルや、ごみの焼却に伴い発生する熱を利用した発電を行うことで進められてきた。近年の脱炭素化の流れの中で焼却設備の脱炭素化も望まれるようになり、ごみの焼却で発生した排ガス中の二酸化炭素の分離、回収及び有効利用が求められる。二酸化炭素と水素とを反応させ、メタンガスを生成させるメタネーションは、二酸化炭素の有効利用に関する技術の一つとして注目されている。特許文献１には、二酸化炭素と水素とから触媒反応を使用してメタンを製造するメタン製造方法及びメタン製造設備が開示されている。特許文献１では、触媒反応により生じる反応熱を使用して、冷却水から蒸気を生成し、この生成した蒸気を、二酸化炭素を分離させるための熱エネルギーとして使用している。特許文献２には、メタネーション設備とごみ発電装置を併設するシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－６３２０６号公報

【特許文献2】特開２０２０－４５４３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

メタネーション設備で発生する熱を焼却設備で有効利用することや、焼却設備で発生する熱をメタネーション設備で有効利用することについては、従来、充分に検討されていなかった。

【0005】

本発明の目的は、メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備及び焼却設備のうちの他方で有効利用することが可能な技術を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するための本発明は、水素及び二酸化炭素からメタンを生成するメタネーション設備と、焼却炉を有する焼却設備と、前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの一方で発生する熱を前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの他方に供給する熱供給部と、を備える熱利用システムである。上記熱利用システムによれば、メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱が、メタネーション設備及び焼却設備のうちの他方に供給される。これにより、メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備及び焼却設備のうちの他方で有効利用することが可能となる。

【0007】

上記熱利用システムにおいて、前記メタネーション設備は、前記水素と前記二酸化炭素とを反応させて前記メタンを生成する反応器と、前記反応器内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ラインとを有し、前記熱供給部は、前記熱媒循環ラインを流れる前記熱媒と前記焼却炉に供給する燃焼空気との間で熱交換を行う熱交換器であってもよい。水素と二酸化炭素とを反応させてメタンを生成する反応は、発熱反応である。熱媒循環ラインを流れる熱媒が反応器内の温度を調整することで、熱媒循環ラインを流れる熱媒の
温度が上昇する。熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却炉に供給する燃焼空気との間で熱交換を行うことで、加熱された燃焼空気が焼却炉に供給される。熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却炉に供給する燃焼空気との間で熱交換を行い、メタネーション設備で発生する熱を焼却設備に供給することで、メタネーション設備で発生する熱を焼却設備で有効利用することが可能となる。

【0008】

上記熱利用システムにおいて、前記熱交換器は、前記焼却炉に供給する前記燃焼空気を予熱する予熱器に設けられてもよい。例えば、蒸気によって燃焼空気を予熱する場合、予熱器ではボイラで発生した蒸気の一部が消費されることになる。上記熱利用システムでは、予熱器に設けられた熱交換器が、熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却炉に供給する燃焼空気との間で熱交換を行うため、予熱器における蒸気の消費量を削減することができ、これにより、発電に利用するための蒸気の供給量を増加させることが可能となる。

【0009】

上記熱利用システムにおいて、前記メタネーション設備は、前記水素と前記二酸化炭素とを反応させて前記メタンを生成する反応器と、前記反応器内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ラインとを有し、前記熱供給部は、前記熱媒循環ラインを流れる前記熱媒と前記焼却炉から排出される排ガスとの間で熱交換を行う熱交換器であってもよい。水素と二酸化炭素とを反応させてメタンを生成する反応は、発熱反応である。熱媒循環ラインを流れる熱媒が反応器内の温度を調整することで、熱媒循環ラインを流れる熱媒の温度が上昇する。熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却炉から排出される排ガスとの間で熱交換を行うことで、焼却炉から排出される排ガスが加熱される。熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却炉から排出される排ガスとの間で熱交換を行い、メタネーション設備で発生する熱を焼却設備に供給することで、メタネーション設備で発生する熱を焼却設備で有効利用することが可能となる。

【0010】

上記熱利用システムにおいて、前記熱交換器は、前記焼却炉から排出される前記排ガスを加熱する排ガス加熱器に設けられてもよい。例えば、蒸気によって排ガスを加熱する場合、排ガス加熱器ではボイラで発生した蒸気の一部が消費されることになる。上記熱利用システムでは、排ガス加熱器に設けられた熱交換器が、熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却炉から排出される排ガスとの間で熱交換を行うため、排ガス加熱器における蒸気の消費量を削減することができ、これにより、発電に利用するための蒸気の供給量を増加させることが可能となる。

【0011】

上記熱利用システムにおいて、前記メタネーション設備は、前記水素と前記二酸化炭素とを反応させて前記メタンを生成する反応器と、前記反応器内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ラインとを有し、前記熱供給部は、前記熱媒循環ラインを流れる前記熱媒と前記焼却設備が有するボイラで発生した蒸気との間で熱交換を行う熱交換器であってもよい。例えば、メタネーション設備の始動時、反応器内の温度を上昇させるために、熱媒を加熱する。熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却設備が有するボイラで発生した蒸気との間で熱交換を行うことで、熱媒循環ラインを流れる熱媒が加熱される。熱媒循環ラインを流れる熱媒と焼却設備が有するボイラで発生した蒸気との間で熱交換を行い、焼却設備で発生する熱をメタネーション設備に供給することで、焼却設備で発生する熱をメタネーション設備で有効利用することが可能となる。

【0012】

上記熱利用システムにおいて、前記焼却設備は、前記焼却炉から排出される排ガスから前記二酸化炭素を回収する回収器を有し、前記回収器により回収された前記二酸化炭素が前記水素と共に前記反応器に供給されてもよい。これにより、焼却設備における二酸化炭素の排出量を削減することができる。

【0013】

また、本発明は、水素及び二酸化炭素からメタンを生成するメタネーション設備と、焼
却炉を有する焼却設備と、を備える熱利用システムの熱供給方法であって、前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの一方で発生する熱を前記メタネーション設備及び前記焼却設備のうちの他方に供給する、熱供給方法であってもよい。上記熱供給方法によれば、メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱が、メタネーション設備及び焼却設備のうちの他方に供給される。これにより、メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備及び焼却設備のうちの他方で有効利用することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

メタネーション設備及び焼却設備のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備及び焼却設備のうちの他方で有効利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、第１実施形態に係る熱利用システムの構成図である。

【図2】図２は、メタネーション設備の構成図である。

【図3】図３は、第２実施形態に係る熱利用システムの構成図である。

【図4】図４は、第３実施形態に係る熱利用システムの構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、本発明の技術的範囲を以下の態様に限定するものではない。

【0017】

＜第１実施形態＞
図１及び図２を参照して、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態に係る熱利用システムの構成図である。図１に示す熱利用システムは、メタネーション設備１と、焼却設備２と、メタネーション設備１及び焼却設備２のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備１及び焼却設備２のうちの他方に供給する熱交換器３と、を備える。熱交換器３は、熱供給部の一例である。図１に示す例では、熱交換器３は、予熱器１０に設けられている。メタネーション設備１は、例えば、原料ガス（反応ガス）である気体状態の水素（Ｈ_２）と二酸化炭素（ＣＯ_２）の発熱反応によって、製品ガスであるメタンガスと、水とを生成させる。上記の発熱反応を化学反応式で表すと下記の通りである。
４Ｈ_２＋ＣＯ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ・・・（１）

【0018】

焼却設備２は、焼却炉１１と、集塵装置１２と、送風機１３と、排ガス処理装置１４と、回収器１５と、排ガス加熱器１６と、誘引通風機１７と、煙突１８とを備える。焼却炉１１、集塵装置１２、送風機１３、排ガス処理装置１４、回収器１５、排ガス加熱器１６、誘引通風機１７及び煙突１８は、焼却設備２の煙道によって接続されている。予熱器１０は、焼却炉１１に供給する燃焼空気を予熱する。例えば、焼却炉１１に燃焼空気を供給するための空気供給ライン（空気供給管）に予熱器１０を配置してもよい。燃焼空気は、一次空気又は二次空気である。燃焼空気は、外気であってもよいし、焼却炉１１のごみピット内の空気であってもよい。焼却炉１１のごみピットは、ごみ収集車が搬入するごみを一時的に貯留するごみ貯留部である。また、燃焼空気は、燃焼に支障のない範囲で酸素と窒素の比率を変えたものであってもよいし、二酸化炭素のような他のガス成分を加えたものであってもよい。図１では、予熱器１０を焼却設備２の外部に配置している例を示すが、この例に限定されず、予熱器１０は、焼却設備２の内部に配置してもよい。焼却炉１１において焼却されるごみの水分が多い場合、ごみの完全燃焼を行うために燃焼空気を予熱することが好ましい。例えば、燃焼空気を最大約２００℃まで昇温して、焼却炉１１に供給する。また回収器１５は焼却設備２の外部に配置してもよいし、排ガスの一部だけを回収器１５に供給してもよい。

【0019】

焼却炉１１では、ごみ等の廃棄物の燃焼が行われる。焼却炉１１は、ボイラ１９を有する。焼却炉１１における廃棄物の焼却で発生した排ガスは、ボイラ１９での熱交換に供された後、バグフィルタを用いた集塵装置１２に送られる。集塵装置１２は、排ガスから塵や埃等のダストを除去する。ダストが除去された排ガスの一部が、排ガス処理装置１４に送られる。排ガス処理装置１４は、例えば、湿式の排気処理装置（スクラバー）である。また、焼却炉１１の燃焼制御のため、集塵装置１２から排出された排ガスの一部が、送風機１３によって焼却炉１１に送られる。焼却炉１１に排ガスの一部を戻すことで、焼却炉１１が局所的に高温になることを抑止することができる。排ガス処理装置１４に送られた排ガスは、排ガス処理装置１４で冷却されると共に、排ガス中のＨＣｌやＳＯｘ等の不純物が除去される。排ガス処理装置１４は、排ガスを回収器１５に送る。

【0020】

回収器１５は、吸収塔２０及び再生塔２１を有する。吸収塔２０では、排ガスに含まれる二酸化炭素がアミン化合物の水溶液（以下、アミン液と表記する。）に吸収される。回収器１５は、排ガスを排ガス加熱器１６に送る。排ガス加熱器１６により排ガスが加熱されることで、排ガスが流れる煙道の結露及び排ガスの白煙化が抑止される。排ガス加熱器１６により排ガスが加熱された後、触媒脱硝装置により排ガスが脱硝処理され、誘引通風機１７に排ガスが送られる。誘引通風機１７は、排ガスを、煙突１８を介して系外（例えば大気）に排出する。吸収塔２０において二酸化炭素を吸収したアミン液が再生塔２１で昇温され、アミン液から二酸化炭素が離脱する。アミン液から離脱した二酸化炭素は、水素と混合され、二酸化炭素及び水素を含む原料ガスがメタネーション設備１に供給される。二酸化炭素を回収する方式として、温度スイング吸着法等のアミン式以外の方式を採用してもよい。メタネーション設備１に供給される水素は、特に限定されない。水素を貯留する水素タンクからメタネーション設備１に水素が供給されてもよい。この場合、水素タンクに接続された水素導管を介してメタネーション設備１に水素が供給されてもよい。また、再生可能エネルギーの余剰電力による水電解によって生成された水素をメタネーション設備１に供給してもよい。排ガスの一部を焼却炉１１に送らなくてもよい。また触媒脱硝装置は排ガス処理装置１４に含まれてもよい。

【0021】

図１では、集塵装置１２から排出された排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られる例を示しているが、この例に限定されない。排ガス処理装置１４から排出される排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られてもよい。また、排ガス加熱器１６から排出された排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られてもよい。

【0022】

図２は、メタネーション設備１の構成図である。メタネーション設備１は、一段目の反応器（反応塔）１０１と、一段目のガス冷却用熱交換器１０２と、二段目の反応器（反応塔）１０３と、二段目のガス冷却用熱交換器１０４と、ヒーター１０５と、熱媒用熱交換器１０６と、気液分離器１０７、１０８と、貯留タンク１０９と、を備える。

【0023】

水素及び二酸化炭素を含む原料ガスが反応器１０１に供給される。反応器１０１は、水素と二酸化炭素とを反応させてメタンを生成する。また、反応器１０１は、水素と二酸化炭素との発熱反応によって生成水を生成する。反応器１０１とガス冷却用熱交換器１０２とが接続されている。反応器１０１とガス冷却用熱交換器１０２とを接続する経路には、配管やバルブなどが設けられている。反応器１０１に供給される原料ガスの供給経路にエコノマイザー１１１が設けられている。エコノマイザー１１１において、反応器１０１へ供給する原料ガスと、反応器１０１から送出される送出ガスとの間で熱交換が行われる。送出ガスは、製品ガス、未反応の原料ガス、又は、製品ガスと未反応の原料ガスとの混合ガスである。

【0024】

ガス冷却用熱交換器１０２は、反応器１０１において生成された生成水（水蒸気）を凝
縮する。ガス冷却用熱交換器１０２と気液分離器１０７とが接続されている。ガス冷却用熱交換器１０２と気液分離器１０７とを接続する経路には、配管やバルブなどが設けられている。気液分離器１０７は、製品ガス、未反応の原料ガス、又は、製品ガスと未反応の原料ガスとの混合ガスから生成水（液体）を分離する。ガス冷却用熱交換器１０２と気液分離器１０７は一体化されていてもよいし、気液分離器１０７はドレントラップでもよい。ガス冷却用熱交換器１０２や気液分離器１０７で凝縮した生成水には製品ガスや未反応の原料ガスが溶解しているため、脱気装置を設置してもよい。

【0025】

反応器１０３と気液分離器１０７とが接続されている。反応器１０３と気液分離器１０７とを接続する経路には、配管やバルブなどが設けられている。反応器１０３と気液分離器１０７とを接続する経路にエコノマイザー１１２が設けられている。エコノマイザー１１２において、反応器１０３へ送られる送出ガスと、反応器１０３から送出される送出ガスとの間で熱交換が行われる。反応器１０１で生成された製品ガス及び未反応の原料ガスは、エコノマイザー１１１、ガス冷却用熱交換器１０２、気液分離器１０７及びエコノマイザー１１２を経由して反応器１０３へ送られる。反応器１０３は、水素と二酸化炭素とを反応させてメタンを生成する。また、反応器１０３は、水素と二酸化炭素との発熱反応によって生成水を生成する。反応器１０３において未反応の原料ガスから製品ガスが生成されることで、メタネーション設備１は、高濃度の製品ガスを生成することが可能となる。

【0026】

反応器１０３とガス冷却用熱交換器１０４とが接続されている。反応器１０３とガス冷却用熱交換器１０４とを接続する経路には、配管やバルブなどが設けられている。ガス冷却用熱交換器１０４は、反応器１０３において生成された生成水（水蒸気）を凝縮する。ガス冷却用熱交換器１０４と気液分離器１０８とが接続されている。ガス冷却用熱交換器１０４と気液分離器１０８とを接続する経路には、配管やバルブなどが設けられている。気液分離器１０８は、製品ガス、未反応の原料ガス、又は、製品ガスと未反応の原料ガスとの混合ガスから生成水（液体）を分離する。ガス冷却用熱交換器１０４と気液分離器１０８は一体化されていてもよいし、気液分離器１０８はドレントラップでもよい。ガス冷却用熱交換器１０４や気液分離器１０８で凝縮した生成水には製品ガスや未反応の原料ガスが溶解しているため、脱気装置を設置してもよい。

【0027】

気液分離器１０８から貯留タンク１０９に製品ガスが送られる。貯留タンク１０９は、製品ガスを貯留する。気液分離器１０７及び１０８には、生成水を排出するための水抜き弁１１３が設けられている。水抜き弁１１３は、ドレントラップのような浮き具の浮力を用いて弁を開閉させるものでもよいし、あるいは電気的に水位を探知して電磁弁を開閉するものでもよい。水抜き弁１１３により、気液分離器１０７及び１０８から生成水が排出される。

【0028】

反応器１０１及び１０３には、予め触媒が充填されている。触媒は、反応式（１）を促進する触媒であればよい。触媒は、例えば、安定化元素が固溶し、正方晶系、及び、又は、立方晶系の結晶構造を有する安定化ジルコニア担体と、安定化ジルコニア担体に担持されるＮｉと、を備える。安定化元素は、例えば、Ｍｎ、Ｆｅ及びＣｏからなる群から選択される少なくとも１種の遷移元素である。

【0029】

図１及び図２に示すように、メタネーション設備１は、反応器１０１及び１０３内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ライン４１を有する。熱媒は、例えば熱媒油、水又は蒸気である。熱媒循環ライン４１は、例えば、反応器１０１と、反応器１０３と、予熱器１０に設けられた熱交換器３とを接続する配管を有するが、他の構成要素を有してもよい。メタンガスを生成する反応は、発熱反応であり、メタネーション設備１の運転中において、反応器１０１及び１０３内の温度が過度に高くならないように、反応器１
０１及び１０３内の熱を回収するために熱媒循環ライン４１により熱媒を循環させている。熱媒循環ライン４１を流れる熱媒は、メタネーション設備１及び予熱器１０を循環する。具体的には、熱媒が、反応器１０１を通り、更に反応器１０３を通り、熱交換器３を通った後、再び反応器１０１を通る。

【0030】

反応器１０１及び１０３はジャケット構造になっており、ジャケット部分（シェル）には発熱反応が生じる反応器内の発熱部分と熱交換する熱媒が流出入可能となっている。ヒーター１０５と反応器１０１のジャケット部分とが、熱媒が流れる配管によって接続されている。また、反応器１０１のジャケット部分と反応器１０３のジャケット部分とが、熱媒が流れる配管によって接続されている。熱媒が流れる配管には、バルブなどが設けられている。ヒーター１０５は、熱媒を加熱する加熱器である。ヒーター１０５によって加熱された熱媒は、反応器１０１を通った後、反応器１０３を通る。ヒーター１０５は主に設備の立ち上げ時など、熱媒の温度を上昇させたい時に使用する。熱媒の温度を上昇させる必要のないときは、ヒーター１０５による熱媒の加熱を行わない、又は熱媒がヒーター１０５をバイパスして熱媒循環ライン４１を循環してもよい。

【0031】

図１及び図２に示すように、反応器１０３を通った熱媒は、熱交換器３を通る。メタネーション設備１の運転中においては、反応器１０３を通った熱媒の温度は、例えば、約２５０℃である。熱交換器３は、熱媒が通る内部配管と、燃焼空気が通る内部配管とを有する。熱交換器３において、熱媒が通る内部配管の一部と燃焼空気が通る内部配管の一部とが隣接するように、熱媒が通る内部配管及び燃焼空気が通る内部配管を配置してもよい。熱交換器３では、熱交換器３を通る熱媒と熱交換器３を通って焼却炉１１に供給する燃焼空気との間で熱交換が行われる。したがって、熱交換器３は、熱媒循環ライン４１を流れる熱媒と焼却炉１１に供給する燃焼空気との間で熱交換を行う。熱交換器３を通る熱媒は、メタネーション設備１によって加熱されている。反応器１０１を通る熱媒は、反応器１０１内の発熱部分との熱交換によって加熱されている。反応器１０３を通る熱媒は、反応器１０３内の発熱部分との熱交換によって加熱されている。熱交換器３において、焼却炉１１に供給する燃焼空気と、加熱された熱媒との間で熱交換が行われることで、燃焼空気が加熱され、加熱された燃焼空気が焼却炉１１に供給される。加熱された燃焼空気を焼却炉１１に供給することで、高温の空気燃焼が実現され、焼却設備２の熱効率が向上する。また、熱媒循環ライン４１を流れる熱媒を焼却設備２における温水や蒸気を加熱するために利用してもよい。

【0032】

反応器１０３のジャケット部分と熱交換器３とが、熱媒が流れる配管によって接続されている。メタネーション設備１における熱媒用熱交換器１０６は、反応器１０１、１０３及び熱交換器３を通った熱媒を冷却する。ヒーター１０５と熱媒用熱交換器１０６とが、熱媒が流れる配管によって接続されている。ヒーター１０５と熱媒用熱交換器１０６とを接続する配管には、熱媒用熱交換器１０６によって冷却された熱媒をヒーター１０５へ送る熱媒循環ポンプ１１４が設けられている。また、熱媒が流れる配管には調節弁１１５及び１１６が設けられている。調節弁１１５及び１１６を開閉することにより、反応器１０１、１０３及び熱交換器３を通った熱媒を、熱媒用熱交換器１０６を経由してヒーター１０５に送ったり、熱媒用熱交換器１０６を経由せずにヒーター１０５に送ったりすることができる。熱媒用熱交換器１０６、熱媒循環ポンプ１１４、調節弁１１５及び１１５の配置を変更すると共に、ヒーター１０５によって加熱された熱媒体が、熱交換器３及び反応器１０３を通った後、反応器１０１を通るようにしてもよい。

【0033】

メタネーション設備１は、冷却塔１１７及び冷却水循環ポンプ１１８を備える。冷却塔１１７は、熱媒用熱交換器１０６において熱媒と熱交換する冷却水を冷却する。例えば、系外から冷却塔１１７に供給される水道水を冷却水として用いてもよい。冷却水循環ポンプ１１８は、冷却塔１１７内に供給された冷却水を、熱媒用熱交換器１０６と冷却塔１１
７との間で循環させる。

【0034】

メタネーション設備１は、冷却塔１１９を備える。冷却塔１１９は、ガス冷却用熱交換器１０２及び１０４において生成水を凝縮させるための冷却水（冷媒）を冷却する。ガス冷却用熱交換器１０２、１０４及び冷却塔１１９は、冷却水が流れる配管によって接続されている。冷却塔１１９によって冷却された冷却水は、ガス冷却用熱交換器１０２及び１０４を経由して冷却塔１１９に戻る。冷却塔１１９に替えて、チラーを用いてもよい。

【0035】

図１に示す熱利用システムは、蒸気発電機３１及び復水器３２を備える。第１実施形態に係る熱利用システムでは、焼却炉１１において廃棄物の焼却が行われ、ボイラ１９で発生した蒸気は、熱交換器３、排ガス加熱器１６及び蒸気発電機３１に送られる。ボイラ１９で発生した蒸気の温度は、例えば、３００～４５０℃である。熱交換器３は、ボイラ１９で発生した蒸気が通る内部配管を有する。熱交換器３で、焼却炉１１に供給する燃焼空気と、ボイラ１９で発生した蒸気との間で熱交換が行われることで、加熱された燃焼空気が焼却炉１１に供給される。熱交換器３から排出された蒸気は、ボイラ１９に戻る。排ガス加熱器１６では、ボイラ１９で発生した蒸気と排ガスとの間の熱交換により、排ガスが加熱される。排ガス加熱器１６から排出された蒸気は、ボイラ１９に戻る。

【0036】

蒸気発電機３１は、ボイラ１９で発生した蒸気で駆動する発電部である。蒸気発電機３１は、タービン式発電機であってもよいし、スクリュー式発電機であってもよい。蒸気発電機３１は、ボイラ１９から供給された蒸気により発電を行う。蒸気発電機３１によって発電された電気を、プロセスを運用するための制御ユニット、加熱設備、コンプレッサ等のプロセス内動力に使うことができる。また、蒸気発電機３１によって発電された電気をプロセス内動力に使うと共に、余剰分の電力を任意の動力等に供給してもよい。また、蓄電設備を配置し、蒸気発電機３１によって発電された電気を蓄電設備に貯蔵してもよい。復水器３２は、蒸気発電機３１から排出される蒸気を凝縮する。復水器３２で凝縮された復水は、ボイラ１９に戻る。

【0037】

第１実施形態に係る熱利用システムによれば、メタネーション設備１によって加熱された熱媒と焼却炉１１に供給する燃焼空気との間で熱交換が行われることで、焼却炉１１に供給する燃焼空気が加熱される。メタネーション設備１によって加熱された熱媒及びボイラ１９で発生した蒸気により、焼却炉１１に供給する燃焼空気を加熱することで、予熱器１０への蒸気の供給量を削減することができる。第１実施形態に係る熱利用システムにおいて、予熱器１０への蒸気の供給を停止してもよい。メタネーション設備１によって加熱された熱媒により、焼却炉１１に供給する燃焼空気を加熱することで、予熱器１０への蒸気の供給を省くことができる。予熱器１０への蒸気の供給量を削減するか、又は、予熱器１０への蒸気の供給を省くことで、排ガス加熱器１６及び蒸気発電機３１への蒸気の供給量が増加する。蒸気発電機３１への蒸気の供給量が増加することで、蒸気発電機３１の発電量を増加させることが可能となる。排ガス加熱器１６への蒸気の供給量を一定として、蒸気発電機３１への蒸気の供給量を増加してもよい。蒸気発電機３１への蒸気の供給量を一定とし、排ガス加熱器１６への蒸気の供給量を増加してもよい。

【0038】

第１実施形態に係る熱利用システムによれば、熱媒循環ライン４１を流れる熱媒と焼却炉１１に供給する燃焼空気との間で熱交換を行い、メタネーション設備１で発生する熱を焼却設備２に供給することで、メタネーション設備１で発生する熱を焼却設備２で有効利用することが可能となる。

【0039】

＜第２実施形態＞
図２及び図３を参照して、第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
図３は、第２実施形態に係る熱利用システムの構成図である。図３に示す熱利用システムは、メタネーション設備１と、焼却設備２と、メタネーション設備１及び焼却設備２のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備１及び焼却設備２のうちの他方に供給する熱交換器４と、を備える。熱交換器４は、熱供給部の一例である。図３に示す例では、熱交換器４は、排ガス加熱器１６に設けられている。第２実施形態に係るメタネーション設備１の構成は、第１実施形態と同様である。

【0040】

メタネーション設備１は、反応器１０１及び１０３内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ライン４２を有する。熱媒は、例えば熱媒油、水又は蒸気である。熱媒循環ライン４２は、例えば、反応器１０１と、反応器１０３と、排ガス加熱器１６に設けられた熱交換器４とを接続する配管を有するが、他の構成要素を有してもよい。メタンガスを生成する反応は、発熱反応であり、メタネーション設備１の運転中において、反応器１０１及び１０３内の温度が過度に高くならないように、反応器１０１及び１０３内の熱を回収するために熱媒循環ライン４２により熱媒を循環させている。熱媒循環ライン４２を流れる熱媒は、メタネーション設備１及び排ガス加熱器１６を循環する。具体的には、熱媒が、反応器１０１を通り、更に反応器１０３を通り、熱交換器４を通った後、再び反応器１０１を通る。

【0041】

焼却設備２は、焼却炉１１と、集塵装置１２と、送風機１３と、排ガス処理装置１４と、回収器１５と、排ガス加熱器１６と、誘引通風機１７と、煙突１８とを備える。図３では、予熱器１０を焼却設備２の内部に配置している例を示すが、この例に限定されず、予熱器１０は、焼却設備２の外部に配置してもよい。図３では、集塵装置１２から排出された排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られる例を示しているが、この例に限定されない。排ガス処理装置１４から排出される排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られてもよい。また、排ガス加熱器１６から排出された排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られてもよい。排ガスの一部を焼却炉１１に送らなくてもよい。

【0042】

第２実施形態に係る熱利用システムでは、焼却炉１１において廃棄物の焼却が行われ、ボイラ１９で発生した蒸気は、予熱器１０及び蒸気発電機３１に送られる。ボイラ１９で発生した蒸気の温度は、例えば、３００～４５０℃である。ボイラ１９で発生する蒸気は、排ガス加熱器１６に送られていない。図２及び図３に示すように、反応器１０３を通った熱媒は、熱交換器４を通る。メタネーション設備１の運転中においては、反応器１０３を通った熱媒の温度は、例えば、約２５０℃である。熱交換器４は、熱媒が通る内部配管と、排ガスが通る内部配管とを有する。熱交換器４において、熱媒が通る内部配管の一部と排ガスが通る内部配管の一部とが隣接するように、熱媒が通る内部配管及び排ガスが通る内部配管を配置してもよい。熱交換器４では、熱交換器４を通る熱媒と、熱交換器４を通る排ガスとの間で、熱交換が行われる。したがって、熱交換器４は、熱媒循環ライン４２を流れる熱媒と焼却炉１１から排出される排ガスとの間で熱交換を行う。また、熱媒循環ライン４２を流れる熱媒を焼却設備２における温水や蒸気を加熱するために利用してもよい。

【0043】

予熱器１０は、ボイラ１９で発生した蒸気が通る内部配管と、燃焼空気が通る内部配管とを有する。予熱器１０において、蒸気が通る内部配管の一部と燃焼空気が通る内部配管の一部とが隣接するように、熱媒が通る内部配管及び燃焼空気が通る内部配管を配置してもよい。予熱器１０から排出された蒸気は、ボイラ１９に戻る。

【0044】

熱交換器４を通る熱媒は、メタネーション設備１によって加熱されている。反応器１０１を通る熱媒は、反応器１０１内の発熱部分との熱交換によって加熱されている。反応器１０３を通る熱媒は、反応器１０３内の発熱部分との熱交換によって加熱されている。熱
交換器４において、熱交換器４を通る排ガスと、加熱された熱媒との間で熱交換が行われることで、誘引通風機１７に送られる排ガスが加熱される。排ガス加熱器１６により排ガスが加熱されることで、排ガスが流れる煙道の結露及び排ガスの白煙化が抑止される。また、排ガスを脱硝する場合、脱硝に適した温度（例えば、１７０℃）まで排ガスを昇温する必要がある。メタネーション設備１によって加熱された熱媒と排ガスとの間で熱交換を行うことで、脱硝に適した温度まで排ガスを昇温することが可能となる。図３では、排ガス処理装置１４を通過した排ガスがすべて回収器１５に流入している例を示しているが、この例に限定されない。排ガス処理装置１４から排出される排ガスの一部が、回収器１５に送られてもよい。その場合、排ガス加熱器１６は、回収器１５に送られなかった排ガスを加熱してもよいし、回収器１５を通過した排ガスを加熱してもよい。又は、排ガス加熱器１６は、回収器１５に送られなかった排ガス及び回収器１５を通過した排ガスの両方の排ガスを加熱してもよい。また、回収器１５に送る排ガスと回収器１５を通過した排ガスとの間で熱交換が行われてもよい。この場合、排ガス加熱器１６は、回収器１５に送る排ガスと回収器１５を通過した排ガスとの間で熱交換した後の排ガスを加熱してもよい。

【0045】

第２実施形態に係る熱利用システムによれば、熱交換器４を通る排ガスとメタネーション設備１によって加熱された熱媒との間で熱交換が行われることで、排ガス加熱器１６で排ガスが加熱される。そのため、排ガス加熱器１６への蒸気の供給を省くことができる。排ガス加熱器１６への蒸気の供給を省くことで、予熱器１０及び蒸気発電機３１への蒸気の供給量が増加する。予熱器１０への蒸気の供給量を一定とし、蒸気発電機３１への蒸気の供給量を増加してもよい。蒸気発電機３１への蒸気の供給量を一定とし、予熱器１０への蒸気の供給量を増加してもよい。第２実施形態に係る熱利用システムにおいて、排ガス加熱器１６へ蒸気を供給してもよい。この場合、熱交換器４を通る排ガスとメタネーション設備１によって加熱された熱媒との間で熱交換が行われることで、排ガス加熱器１６で排ガスが加熱されるため、排ガス加熱器１６への蒸気の供給量を削減することができる。これにより、蒸気発電機３１への蒸気の供給量が増加するため、蒸気発電機３１の発電量を増加させることが可能となる。

【0046】

第２実施形態に係る熱利用システムによれば、熱媒循環ライン４２を流れる熱媒と焼却炉１１から排出される排ガスとの間で熱交換を行い、メタネーション設備１で発生する熱を焼却設備２に供給することで、メタネーション設備１で発生する熱を焼却設備２で有効利用することが可能となる。

【0047】

＜第３実施形態＞
図２及び図４を参照して、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。図４は、第３実施形態に係る熱利用システムの構成図である。図４に示す熱利用システムは、メタネーション設備１と、焼却設備２と、メタネーション設備１及び焼却設備２のうちの一方で発生する熱をメタネーション設備１及び焼却設備２のうちの他方に供給する熱交換器５と、を備える。熱交換器５は、熱供給部の一例である。図４では、熱交換器５はメタネーション設備１の外部に配置されている例を示すが、この例に限定されず、熱交換器５は、メタネーション設備１の内部に配置してもよい。図２に示すメタネーション設備１の内部に熱交換器５を配置する場合、熱交換器５をヒーター１０５に隣接して配置してもよいし、ヒーター１０５に替えて熱交換器５を配置してもよい。

【0048】

メタネーション設備１は、反応器１０１及び１０３内の温度を調整するための熱媒を循環させる熱媒循環ライン４３を有する。熱媒は、例えば熱媒油、水又は蒸気である。熱媒循環ライン４３は、例えば、反応器１０１と、反応器１０３と、熱交換器５とを接続する配管を有するが、他の構成要素を有してもよい。メタンガスを生成する反応は、発熱反応であり、メタネーション設備１の運転中において、反応器１０１及び１０３内の温度が過
度に高くならないように、反応器１０１及び１０３内の熱を回収するために熱媒循環ライン４３により熱媒を循環させている。熱媒循環ライン４２を流れる熱媒は、メタネーション設備１及び熱交換器５を循環する。具体的には、熱媒が、反応器１０１を通り、更に反応器１０３を通り、熱交換器５を通った後、再び反応器１０１を通る。

【0049】

焼却設備２は、焼却炉１１と、集塵装置１２と、送風機１３と、排ガス処理装置１４と、回収器１５と、排ガス加熱器１６と、誘引通風機１７と、煙突１８とを備える。図４では、予熱器１０を焼却設備２の内部に配置している例を示すが、この例に限定されず、予熱器１０は、焼却設備２の外部に配置してもよい。図４では、集塵装置１２から排出された排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られる例を示しているが、この例に限定されない。排ガス処理装置１４から排出される排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られてもよい。また、排ガス加熱器１６から排出された排ガスの一部が、送風機１３を介して、焼却炉１１に送られてもよい。

【0050】

第３実施形態に係る熱利用システムでは、焼却炉１１において廃棄物の焼却が行われ、ボイラ１９で発生した蒸気は、熱交換器５、予熱器１０、排ガス加熱器１６及び蒸気発電機３１に送られる。ボイラ１９で発生した蒸気の温度は、例えば、３００～４５０℃である。図２及び図４に示すように、反応器１０３を通った熱媒は、熱交換器５を通る。熱交換器５は、熱媒が通る内部配管と、ボイラ１９で発生した蒸気が通る内部配管とを有する。熱交換器５において、熱媒が通る内部配管の一部と蒸気が通る内部配管の一部とが隣接するように、熱媒が通る内部配管及び蒸気が通る内部配管を配置してもよい。熱交換器５では、熱交換器５を通る熱媒と熱交換器５を通る蒸気との間で熱交換が行われる。したがって、熱交換器５は、熱媒循環ライン４３を流れる熱媒とボイラ１９で発生した蒸気との間で熱交換を行う。熱交換器５から排出された蒸気は、ボイラ１９に戻る。

【0051】

予熱器１０は、ボイラ１９で発生した蒸気が通る内部配管と、燃焼空気が通る内部配管とを有する。予熱器１０において、蒸気が通る内部配管の一部と燃焼空気が通る内部配管の一部とが隣接するように、熱媒が通る内部配管及び燃焼空気が通る内部配管を配置してもよい。予熱器１０から排出された蒸気は、ボイラ１９に戻る。

【0052】

メタネーション設備１の始動時（運転開始時）は、熱媒循環ライン４３を流れる熱媒の温度は低い。メタネーション設備１の始動時に、熱媒循環ライン４３を流れる熱媒をボイラ１９で発生した蒸気で加熱した後、メタネーション設備１に熱媒を供給する。加熱されて昇温した熱媒が反応器１０１を通ることで、反応器１０１が昇温する。これにより、反応器１０１内の触媒が反応開始温度まで加熱される。反応器１０１を通った熱媒は、反応器１０３のジャケット部分へ送られ、反応器１０３を通る。加熱されて昇温した熱媒が反応器１０３を通ることで、反応器１０３が昇温する。これにより、反応器１０３内の触媒が反応開始温度まで加熱される。

【0053】

第３実施形態に係る熱利用システムによれば、熱媒循環ライン４３を流れる熱媒とボイラ１９で発生した蒸気との間で熱交換が行われることで、加熱された熱媒が反応器１０１及び１０３を通る。そのため、メタネーション設備１の始動時にヒーター１０５によって熱媒を加熱する場合、ヒーター１０５に供給する電力量（ヒータ用の電力使用量）を削減することが可能となる。一時的にメタネーション設備１を停止もしくはメタネーション設備１の運転負荷を低下させた際の熱媒の温度保持のためにヒーター１０５を動作させる場合でもヒーター１０５に供給する電力量を削減することができる。また、ヒーター１０５による熱媒の加熱が必要ない場合には、ヒーター１０５の設置を省略することが可能となり、ヒーター１０５への電力の供給やヒーター１０５のメンテナンス等が必要なくなる。

【0054】

第３実施形態に係る熱利用システムによれば、熱媒循環ライン４３を流れる熱媒と焼却
設備２が有するボイラ１９で発生した蒸気との間で熱交換を行い、焼却設備２で発生する熱をメタネーション設備１に供給することで、焼却設備２で発生する熱をメタネーション設備１で有効利用することが可能となる。

【0055】

また、上記で説明した各処理及び各工程は、熱利用システムにおける熱供給方法、熱利用システムの制御方法等として捉えてもよい。メタネーション設備１における上記の各処理及び各工程は、メタネーション設備１における製品ガスの生成方法或いはメタネーション設備１の運転方法等として捉えてもよい。焼却設備２における上記の各処理及び各工程は、焼却設備２における焼却方法或いは焼却設備２の運転方法等として捉えてもよい。上記で説明した各処理ないし機能の少なくとも一部を有する制御システム、生成システム或いは運転システム等として捉えてもよい。なお、上記手段および処理の各々は可能な限り互いに組み合わせて本発明を構成することができる。上記の各実施形態は、それぞれ組み合わせることができる。

【0056】

なお、第１実施形態～第３実施形態では、焼却設備２がボイラ１９を有するものとして説明したが、メタネーション設備１で発生した熱を焼却設備２に供給する場合は、焼却設備２がボイラ１９を有さないもの、例えば、水噴射炉であってもよい。

【符号の説明】

【0057】

１・・メタネーション設備；２・・焼却設備；３、４、５・・熱交換器；１０・・予熱器；１１・・焼却炉；１２・・集塵装置；１３・・送風機；１４・・排ガス処理装置；１５・・回収器；１６・・排ガス加熱器；１７・・誘引通風機；１８・・煙突；１９・・ボイラ；２０・・吸収塔；２１・・再生塔；３１・・蒸気発電機；３２・・復水器；４１、４２、４３・・媒循環ライン；１０１、１０３・・反応器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】