特許 7477929 バイオガスプラント、バイオガス生成処理方法及びバイオガス生成処理残渣物

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-23

(45)【発行日】2024-05-02

(54)【発明の名称】バイオガスプラント、バイオガス生成処理方法及びバイオガス生成処理残渣物

(51)【国際特許分類】

   B09B 3/65 20220101AFI20240424BHJP

   B09B 3/45 20220101ALI20240424BHJP

   C10L 5/48 20060101ALI20240424BHJP

【ＦＩ】

B09B3/65 ZAB

B09B3/45

C10L5/48

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023189776

(22)【出願日】2023-11-07

【審査請求日】2023-11-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】517045093

【氏名又は名称】タオ・エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001922

【氏名又は名称】弁理士法人日峯国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅波 耕三

【審査官】岡田 三恵

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２９４９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５２６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０３０３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０７３２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１４３７８１０５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０９Ｂ ３／６５

Ｂ０９Ｂ ３／４５

Ｃ１０Ｌ ５／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

生活ごみ、食料残渣、家畜糞尿、植物残渣などの有機性廃棄物原料を受け入れる廃棄物原料受け入れ装置、メタン発酵槽投入前の前処理で廃棄物原料についてフライヤー又は水熱反応処理装置による高エネルギー化処理を行なう前処理装置、前処理後廃棄物原料を投入してメタン発酵するメタン発酵槽を備えた竪型乾式メタン発酵装置、発酵したメタンガスを含むバイオガスを回収するバイオガス回収装置、及びバイオガスを回収した後の乾燥処理残渣を回収する乾燥処理残渣回収装置を含んで構成されたバイオガスプラントにおいて、
乾燥処理残渣回収装置、乾燥処理残渣回収装置から乾燥処理残渣を受け入れ、乾燥処理残渣を水熱反応処理して、半炭化で粉体化状の半炭化粉体生成物を生成する水熱反応処理装置、生成された半炭化粉体生成物を回収する半炭化粉体生成物回収装置及び半炭化粉体生成物から半炭化ペレットを生成する半炭化ペレット生成装置からなる半炭化ペレット形成系統を設けたこと
を特徴とするバイオガスプラント。

【請求項2】

請求項１に記載されたバイオガスプラントにおいて、
当該フライヤーで前記廃棄物原料を前記フライヤーに投入し廃油でフライ状にした廃棄物原料を当該水熱反応処理装置に投入し水熱反応処理して、前記竪型乾式メタン発酵装置に投入し、又は当該水熱反応処理装置で前記廃棄物原料を水熱反応処理した廃棄物原料を前記フライヤーに投入し廃油でフライ状にして、前記竪型乾式メタン発酵装置に投入すること
を特徴とするバイオガスプラント。

【請求項3】

請求項１に記載されたバイオガスプラントにおいて、
前記バイオガス回収装置を中央部に配置して外側に描くことが可能な円形線上に、複数の竪型乾式メタン発酵装置を互いに連接して配置し、当該複数の竪型乾式メタン発酵装置で生成されたバイオガスを中央部配置の前記バイオガス回収装置に回収すること
を特徴とするバイオガスプラント。

【請求項4】

請求項３に記載されたバイオガスプラントにおいて、
前記円形線とは別の円形線上に、複数のバイオガス回収装置を互いに連接して配置し、前記竪型乾式メタン発酵装置の個数が前記バイオガス回収装置の個数の２倍になり、２個の竪型乾式メタン発酵装置から最も近接した１個のバイオガス回収装置にバイオガスが回収されること
を特徴とするバイオガスプラント。

【請求項5】

生活ごみ、食料残渣、家畜糞尿、植物残渣などの有機性廃棄物原料を受け入れる廃棄物原料受け入れ装置、メタン発酵槽投入前の前処理で廃棄物原料についてフライヤー又は水熱反応処理装置による高エネルギー化処理を行なう前処理装置、前処理後廃棄物原料を投入してメタン発酵するメタン発酵槽を備えた竪型乾式メタン発酵装置、発酵したメタンガスを含むバイオガスを回収するバイオガス回収装置、バイオガスを回収した後の乾燥処理残渣を回収する乾燥処理残渣回収装置、及び乾燥処理残渣回収装置の後処理で乾燥処理残渣を水熱反応処理する水熱反応処理装置を含んで構成されたバイオガスプラントを用いたバイオガス生成方法において、
当該水熱反応処理装置で水熱反応処理されて、半炭化で粉体化状の半炭化粉体生成物が生成され、生成された半炭化粉体生成物が回収され、及び回収された全量の半炭化粉体生成物から半炭化ペレットが生成されること
を特徴とするバイオガスプラントを用いたバイオガス生成方法。

【請求項6】

フライヤー又は水熱反応処理装置による高エネルギー化処理を行なった廃棄物原料を投入してメタン発酵するメタン発酵槽を備えた竪型乾式メタン発酵装置、発酵したバイオガスを回収するバイオガス回収装置、バイオガスを回収した後の乾燥処理残渣を回収する乾燥処理残渣回収装置、及び乾燥処理残渣回収装置の後処理で乾燥処理残渣を水熱反応処理する水熱反応処理装置を含んで構成され、
当該水熱反応処理装置で水熱反応処理されて、含水率が３～６％に半炭化されたものであって、基準原料３，３００ｋｃａｌ/ｋｇの木質チップの持つ発熱量に比べて１．５倍以上の発熱量倍数を持つ半炭化ペレットを生成する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオガスプラント、バイオガス生成処理方法及びバイオガス生成処理残渣物に係る。

【背景技術】

【0002】

廃棄物系バイオガス、すなわち廃棄物原料の利用は、循環型社会の形成だけでなく、温室効果ガスの排出削減により地球温暖化に有効とされ、廃棄物原料のメタンガス化（すなわちバイオガス化）による処理方法が必要とされている。

【0003】

廃棄物原料のメタンガス化に多くの縦型乾式メタン発酵施設が提案されてきた。縦型乾式メタン発酵施設によって、さまざまな種類の廃棄物を原料にバイオガスを生成してエネルギーとして再活用されてきた。

【0004】

また、水熱反応処理装置が廃棄物原料のメタンガス化による処理方法に有効な方法として各種の水熱反応処理装置が提案されてきた。

【0005】

特許文献１には、メタン発酵工程とメタン発酵残渣の焼却工程とメタンガス回収工程とからなる有機性廃棄物の処理法が記載される。

【0006】

特許文献２には、縦型乾式嫌気性メタン発酵槽が記載される。

【0007】

特許文献３には、複数の発酵槽を用いての有機性廃棄物の処理方法が記載される。

【0008】

特許文献４には、亜臨界水処理を用いて、生ごみからのメタンの回収量を増加し、メタン発酵消化残渣を再度、亜臨界水処理して、メタンを回収し、メタン発酵消化残渣量を低減する高効率メタン発酵方法が記載される。

【0009】

特許文献５には、フライヤーで処理された粉砕樹皮フライ体を用いてメタン発酵させることが記載される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２００７－２１６１６８号公報

【文献】特開平９－２３４４９８号公報

【文献】特許第４５１５８２５号公報

【文献】特開２０１３－３４９８８号公報

【文献】特許第７１５３９６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上述した特許文献に示されるようにメタン発酵槽、特に縦型乾式嫌気性メタン発酵槽を用いて高効率メタン発酵方法を採用するために、廃棄物原料を高エネルギー化する前処理を施すことが必要とされる。特許文献４あるいは５には、前処理として、亜臨界水処理、すなわち水熱反応処理あるいはフライヤーによるフライ化処理が示される。

【0012】

特許文献４には、メタン発酵消化残渣を再度、亜臨界水処理して、メタンを回収し、メタン発酵消化残渣量を低減する方法が記載されるが、処理後残渣を廃棄処理せずに有効活用することが記載されない。

【0013】

縦型乾式嫌気性メタン発酵槽で高効率メタン発酵方法を採用し、循環型社会の形成するに当たっては、前処理で廃棄物原料を高効率メタン発酵させてバイオガスの回収量を増大することだけでは足りず、後処理においてバイオガスを採取した処理後残渣を廃棄処理することなく効率的に有効活用できるようにすることが求められる。

【0014】

本発明は、かかる点に鑑みて、循環型社会を形成するに当たって、縦型乾式嫌気性メタン発酵槽で高効率メタン発酵方法を採用し、前処理で高カロリー化をした廃棄物原料を使用することで高効率メタン発酵させたバイオガスを採取し、後処理でバイオガスを採取した後の処理後残渣を効率的に有効活用できるようにすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明は、生活ごみ、食料残渣、家畜糞尿、植物残渣などの廃棄物原料を受け入れる廃棄物原料受け入れ装置、メタン発酵槽投入前の前処理で廃棄物原料の高エネルギー化処理を行なう前処理装置、前処理後廃棄物原料を投入してメタン発酵するメタン発酵槽を備えた竪型乾式メタン発酵装置、発酵したメタンガスを含むバイオガスを回収するバイオガス回収装置、及びバイオガスを回収した後の乾燥処理残渣を回収する乾燥処理残渣回収装置を含んで構成されたバイオガスプラントにおいて、
乾燥処理残渣回収装置、乾燥処理残渣回収装置から乾燥処理残渣を受け入れ、乾燥処理残渣を水熱反応処理して、半炭化で粉体化状の半炭化粉体生成物を生成する水熱反応処理装置、生成された半炭化粉体生成物を回収する半炭化粉体生成物回収装置及び半炭化粉体生成物から半炭化ペレットを生成する半炭化ペレット生成装置からなる半炭化ペレット形成系統を設けたこと
を特徴とするバイオガスプラントを提案する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、処理残渣回収装置の後流側に水熱反応処理装置を設けて、処理残渣を水熱反応処理して、粉体化し、半炭化ペレットを生成する半炭化ペレット形成系統を設けることができる。

【0017】

これによって、循環型社会の形成するに当たって、縦型乾式嫌気性メタン発酵槽で高効率メタン発酵方法を採用し、前処理で高カロリー化をした廃棄物原料を使用することで高効率メタン発酵を行ってバイオガスを採取し、後処理でバイオガスを採取した後の処理後残渣を効率的に有効活用できるようにすることができる

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係るバイオガスプラントの構成を示す図

【図2】本実施例で採用される竪型乾式メタン発酵装置とバイオガス回収装置との配置関係を示す図

【図3】本発明の実施例で用いられる水熱反応処理装置の構成の例を示す図

【図4】木質チップについて、半炭化発熱量ピークゾーンにおける半炭化処理温度と発熱量との関係をＸ－Ｙ軸座標に示す図

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１は、本発明に係るバイオガスプラントの構成を示す図である。

【0020】

図１において、バイオガスプラント１００による廃棄物原料の処理は、Ａ廃棄物原料収集・投入処理、Ｂ前処理、Ｃ発酵処理及びＤ後処理から構成される。

【0021】

Ａ廃棄物原料収集・投入処理は、廃棄物原料収集・投入処理する工程である。

【0022】

この工程は、廃棄物原料収集手段（図示せず）による固体状、液体状の廃棄物原料１を収集し、形体大きさを調整する調整機３への投入２、受け入れた固体の廃棄物原料１を調整する調整機３による調整及び調整された廃棄物原料１からメタン発酵に不適な金属屑あるいは陶器屑を選別する選別機４によって選別して、粉砕された廃棄物原料１からこれらの屑物質を除外する作業によって構成される。

【0023】

廃棄物原料には、生活ごみ、食料残渣、家畜糞尿、植物残渣及び液状の廃棄物原料が含まれる。

【0024】

Ｂ前処理は、フライヤー５あるいは／及び水熱反応処理装置６による処理によって高カロリーを持つ廃棄物原料１を生成する工程である。

【0025】

フライヤー５は、粉体化された廃棄物原料１を油成分、典型的には、収集された廃油によってフライ化し、フライ化された廃棄物原料１とする。

【0026】

水熱反応処理装置６は、粉体化された廃棄物原料１を水熱反応処理で、破砕された半炭化の廃棄物原料１とする。

【0027】

フライヤー５には、コンベア手段７が接続され、フライ化された廃棄物原料１を破砕機８に導入する。フライ化、破砕された廃棄物原料１は、搬送機９に導入され、搬送機９によって竪型乾式メタン発酵装置１２に搬送される。

【0028】

水熱反応処理装置６には、過熱機を備えたボイラー１１が接続され、水熱反応処理に供される水蒸気が水熱反応処理装置６に導入される。

【0029】

水熱反応処理装置６は、反応容器６Ａ、反応容器内に設置された攪拌器６Ｂ及び駆動装置６Ｃを含んで構成され、反応容器内で水熱反応処理によって廃棄物原料１を破砕し、半炭化する。

【0030】

水熱反応処理装置６で水熱反応処理によって破砕され、半炭化処理された廃棄物原料１は、搬送機９に導入され、搬送機９によって竪型乾式メタン発酵装置１２に搬送される。

【0031】

竪型乾式メタン発酵装置１２の前流側に、廃棄物原料を油性分でフライ状にするフライヤー５又は及び粉砕された廃棄物原料１を水熱反応処理する水熱反応処理装置を設け、廃棄物原料１を、フライヤーによるフライ処理あるいは水熱反応処理装置による水熱反応処理をすることができる。

【0032】

搬送経路を図１に示される搬送経路から変更して、廃棄物原料を油性分でフライ状にするフライヤー及び廃棄物原料を水熱反応処理する水熱反応処理装置を設け、フライヤーでフライ状にした廃棄物を水熱反応処理装置に投入して水熱反応処理して、メタンガスガス回収装置に投入し、又は水熱反応処理装置で水熱反応処理した廃棄物をフライヤーに投入して廃油でフライ状にして、メタンガスガス回収装置に投入するようにしてもよい。

【0033】

上述したように、廃棄物原料１は、収集された状態、粉体された状態、フライ化された状態、フライ化、破砕された状態、及び水熱反応処理で破砕された状態のいずれかの形態となる。

【0034】

Ｃ発酵処理は、前処理されて高カロリー化された廃棄物原料１を用いて、竪型乾式メタン発酵装置１２によるメタンガス（ＣＨ_４）と二酸化炭素（ＣＯ_２）を主成分とするバイオガスの生成によって構成される高カロリーのバイオガスを発酵させる工程である。

【0035】

竪型乾式メタン発酵装置１２は、竪型の円筒容器になるメタン発酵槽２１、メタン発酵槽内に配設された撹拌器２２，駆動装置２３を備えて構成され、枠体２４によって基礎土台２５に固定される。

【0036】

メタン発酵槽２１の上部に噴霧装置３１を備えた供給スクリューコンベア３２を備える。

【0037】

嫌気性の種菌を持つ種菌消化液槽３３が設けられ、噴霧装置３１に接続される。

【0038】

搬送機９によって搬送機９から搬送された、フライ化、破砕された廃棄物原料１、あるいは破砕され、半炭化された廃棄物原料１は、噴霧装置３１に導入される。ここで種菌消化液槽３３からの種菌が噴霧され、廃棄物原料１に混合される。

【0039】

種菌が混合された廃棄物原料１は、供給スクリューコンベア３２によって、竪型乾式メタン発酵装置１２の上部に供給される。

【0040】

供給スクリューコンベア３２は、密着した状態の種菌が混合された廃棄物原料１を竪型乾式メタン発酵装置１２の上部に供給することで、大気が竪型乾式メタン発酵装置内に侵入することを防止し、竪型乾式メタン発酵装置内の嫌気状態を維持する。

【0041】

温度調整可能な熱風発生装置３４が枠体２４に固着されて設けられる。熱風発生装置３４で発生し、温度が調整された熱風は、メタン発酵槽２１の内壁に配設された保温用ジャケット３５の内部に設けた熱風循環装置（図示せず）に導かれ、熱風が保温用ジャケット３５の内部を循環する。

【0042】

熱風発生装置３４に代わりに温水発生装置又は蒸気発生装置を用いてもよい。温水発生装置又は蒸気発生装置で温水又は蒸気を発生し、温水又は蒸気を保温用ジャケット３５の内部を循環させる。液温としては、３０～６０℃の温度条件が採用される。

【0043】

保温用ジャケット３５へ上述した加熱媒体の投入によって、円筒容器内の温度が種菌による嫌気性消化の適温に保持される。

【0044】

乾燥処理残渣回収装置（処理残渣排出手段）４１がメタン発酵槽２１の下部に接続されて設けられる。乾燥処理残渣回収装置４１は、円筒容器４１Ａ、スクリューコンベア４１Ｂ、駆動装置４１Ｃ及びロータリ―バブル（図示せず）、制御盤（図示せず）を備えて構成され、竪型乾式メタン発酵装置１２で生成された、メタンガス排出後の乾燥処理残渣を外部に設けた水熱反応処理装置５０に排出する。水熱反応処理装置５０は、上述した水熱反応処理装置６とは別体をなす。

【0045】

竪型乾式メタン発酵装置１２では、嫌気性の状態で、適温の温度で嫌気性の種菌の働きでメタン発酵がなされる。上述したように、メタンガスと二酸化炭素を主成分とするバイオガスが生成される。

【0046】

メタン発酵槽２１に導入される廃棄物原料１は、前処理段階で高カロリー化されており、高カロリー化されていない場合に比べて、廃棄物原料単位重量当たりの取得されるバイオガス量は多いものとなる。

【0047】

メタン発酵槽２１の上部から発酵したバイオガスがバイオガス回収装置６０に排出され、
下部からバイオガス排出後の処理残渣が水熱反応処理装置５０に排出される。水熱反応処理装置５０の構成は、先の水熱反応処理装置６の構成と同様である。

【0048】

Ｄ後処理は、バイオガスの取得処理及び乾燥処理残渣からバイオマス発電に適した水熱反応処理した乾燥処理残渣を取得する処理の２つの処理からなる工程である。

【0049】

この工程で、以下に述べるバイオガス回収系統によってバイオガス回収処理をすることができる。

【0050】

バイオガス回収装置６０が竪型乾式メタン発酵装置１２に近接して設けられる。バイオガス回収装置６０は、ガスホルダーとしての機能を備え、竪型乾式メタン発酵装置１２のメタン発酵槽２１の上部に接続される。

【0051】

メタン発酵槽２１の上部からバイオガスが引き抜かれて、バイオガス回収装置６０に回収される。

【0052】

バイオガス回収装置６０に回収されたバイオガスは、精製される。バイオガスは、脱硫塔６１に導出され、脱硫塔６１において有害成分である硫化水素が除去される。

【0053】

バイオガスは、発電設備等の再生装置６２に導出されて、高カロリーの資源として活用される。

【0054】

縦型乾式嫌気性メタン発酵槽で高効率メタン発酵方法が採用され、前処理で高カロリー化された廃棄物原料を用いて高効率メタン発酵を行なってバイオガス取得量を増大させたバイオガス取得方法が構成される。

【0055】

Ｅ半炭化ペレット形成処理は、半炭化ペレット形成処理系統を備えて、乾燥処理残渣を水熱反応処理して、粉体化し、半炭化ペレットを生成する工程である。

【0056】

乾燥処理残渣回収装置４１、乾燥処理残渣回収装置４１から乾燥処理残渣を受け入れ、乾燥処理残渣を水熱反応処理して、半炭化で粉体化状の半炭化粉体生成物を生成する水熱反応処理装置５０、生成された半炭化粉体生成物を回収する半炭化粉体生成物回収装置５１及び半炭化粉体生成物から半炭化ペレットを生成する半炭化ペレット生成装置５２からなる半炭化ペレット形成系統５４を設けた。

【0057】

メタン発酵槽２１の下部から乾燥処理残渣が引き抜かれて、乾燥処理残渣回収装置４１に回収される。回収された乾燥処理残渣は、乾燥処理残渣回収装置４１から水熱反応処理装置５０に導出される。水熱反応処理装置５０から乾燥処理残渣回収装置５１に回収される。

【0058】

水熱反応処理装置５０は、円筒容器５０Ａ、円筒容器内に配設された撹拌手段５０Ｂ及び過熱手段を持つボイラー５０Ｃを有して構成される。ボイラー５０Ｃから送出された水蒸気によって廃棄物原料は水熱反応処理されて、より破砕されて粉体化され、半炭化される。

【0059】

粉体化され、半炭化された、高カロリーの粉体取得装置５１に導出されて、半炭化された、高カロリーの粉体生成が取得される。この高カロリーの粉体生成物は、粉体化され、半炭化された高カロリー有機物を主体に形成される。

【0060】

この粉体生成物は、ペレット生成装置５２に導出されて、ペレット化される。このように水熱反応処理装置５０を用いて、半炭化された破砕状の高カロリー有機物を生成し、半炭化された破砕状の高カロリー有機物からペレットを生成することができる。

【0061】

生成されたペレットは、バイオガス発電装置５３でバイオガス発電燃料として使用される。バイオガスを採取した処理後残渣を廃棄処理せずにバイオガス発電燃料として有効活用される。本例では、メタン発酵槽２１の下部から引き抜かれた乾燥処理残渣が半炭化粉体生成物回収装置５１で半炭化粉体として回収される。回収された乾燥処理残渣である半炭化粉体は、その全量が半炭化ペレット形成系統５４で、半炭化ペレット形成処理がなされる。

【0062】

一部の乾燥処理残渣である半炭化粉体をＢ前処理の搬送機９に導出して、Ｃ発酵処理で再度メタン発酵処理をして、発酵メタンガス量を増加するようにしてもよい。しかし、乾燥処理残渣である半炭化粉体の全量を半炭化ペレット形成系統５４で、半炭化ペレット形成処理することが勧められる。

【0063】

再生されたバイオガス及びバイオペレットは、ガスタービン、ガスエンジン、燃料電池などにより電気として外部施設利用や電力会社へ売電することができるほか、ボイラーを通して吸収式冷凍機やヒータに利用することができる。再生されたバイオガス及びバイオペレットは、グリーン水素製造装置の原料としても利用できる。

【0064】

これによって、循環型社会の形成するに当たって、縦型乾式嫌気性メタン発酵槽で高効率メタン発酵方法を採用し、前処理で高カロリー化をした廃棄物原料を使用することで高効率メタン発酵させたバイオガスを採取し、後処理においてバイオガスを採取した後の処理後残渣を効率的に有効活用できるようにすることができる。

【0065】

図２は、本実施例で採用される竪型乾式メタン発酵装置とバイオガス回収装置との配置関係を示す図である。

【0066】

バイオガス回収装置６０を、中央部を区画する円形線７０の内側に中央Ｏを中央として描いた内側の円形線７１の上に配置する。

【0067】

内側の円形線７１の外側に描くことが可能な円形線７２の上に、互いに連接して、複数の竪型乾式メタン発酵装置１２が配置され、複数の竪型乾式メタン発酵装置１２で生成されたバイオガスが、中央部配置のバイオガス回収装置６０に回収される。

【0068】

図２に、中央部に配置の４つのバイオガス回収装置６０と円径線上の８つの竪型乾式メタン発酵装置１２が記載される。

【0069】

円径線上に、互いに連接して、複数個、典型的に４つのバイオガス回収装置６０が配置され、竪型乾式メタン発酵装置１２の８つの個数がバイオガス回収装置６０の４つの個数の２倍になり、２個の竪型乾式メタン発酵装置から最も近接した１個のバイオガス回収装置にバイオガスを取出し連結路６４に連結されて、バイオガスが回収される。

【0070】

バイオガス回収装置６０は、１個であってもよい。この場合は、中央配置の１個のバイオマスガス回収装置６０に８つの竪型乾式メタン発酵装置１２が取出し連結路６４を介して連結されて、バイオガスが回収される。

【0071】

図３において、水熱反応処理システムは、水熱反応処理装置（すなわち、亜臨界水反応装置）を有して、熱量を供給する熱源系統、処理原料投入系統、生成物排出系統、固形物成形処理系統及び制御装置から構成される。一般的な水熱反応処理システム自体は、従来よく知られた構成である。

【0072】

本発明の実施例において、水熱反応処理装置６又は５０（図３では水熱反応処理装置６が示される）は、圧力容器（リアクターとも呼ばれる）１０１を備え、圧力容器１０１は、蒸気を供給する熱源系統として用いられるボイラー１０２に接続され、処理原料投入系統に用いられる処理原料の粉体化手段１０３に接続され、生成物排出系統に用いられる生成物取出手段１０４に接続される。

【0073】

圧力容器内の温度、圧力及び処理時間をコントロールする制御装置１０５が設けられる。

【0074】

圧力容器１０１は、外側円筒容器（外側ジャケットともいう）１１１及び外側円筒容器１１１の内壁に空間をおいて配設される内側円筒容器（内側ジャケットともいう）１１２から構成され、内側円筒容器内の空間（内側空間）１０６に撹拌機１１３が設けられる。

【0075】

圧力容器１０１は、両端側に閉止のための蓋１１４、１１５が設けられ、一方の蓋１１５には、その側方に駆動モーター１１６が設けられる。駆動モーター１１６は、回転羽根を持った撹拌機１１３に接続される。

【0076】

外側円筒容器１１１と内側円筒容器１１２との間の空間（外側空間）１０７内の温度、圧力を計測する外側温度センサー及び外側圧力センサー１２１、内側円筒容器１１２の空間（内側空間）１０６内の温度、圧力を計測する内側温度センサー及び内側圧力センサー１２２及び内側円筒容器１１２の空間内の水分を計測する水分センサー１２３が設けられ、内側空間１０６内の温度、圧力が計測され、内側円筒容器１１２の内側空間１０６内の水分が計測され、それぞれの計測値はデータ信号として電子回路を経由して制御装置１０５に伝達される。これらの信号データは、制御装置１０５の記録手段に記録される。計測された水分量は、半炭化処理時間の制御データ設定に用いられる。

【0077】

圧力容器１０１は、内側円筒容器１１２に接続された蒸気排出管１１８を備え、蒸気排出管１１８に排出制御弁１１９が設けられる。この構成によって、内側空間内の水蒸気を外部に排出することができる。
圧力容器１０１は、内側円筒容器１１２に接続された投入ホッパー１２５を備え、内側円筒容器１１２に接続された取出し管１２６を持つ取出し口を備える。取出し管１２６に取出排出制御弁１２０が設けられる。この構成によって、水熱反応処理を利用して生成された半炭化粉体物（固形体）を外部に排出することができる。

【0078】

粉体化手段１０３は、収集された処理原料１３１（図１における廃棄物原料１を表す）及び収集された医療廃棄物１３２を受け入れて、集合された両廃棄物を粉体化して、投入ホッパー１２５に粉体化された廃棄物を投入する。投入ホッパー１２５に制御弁１３８が設けられ、処理原料１３１の投入が制御装置１０５によって制御される。

【0079】

粉体化手段１０３は、電子回路で接続された制御装置１０５によって粉体化操作が制御される。

【0080】

処理原料１３１は、収集された段階で、処理原料の種類が判別される。多くの場合、処理原料の種類の判別は、処理原料処理者によってなされる。投入ホッパー１２５の近辺に撮影手段（図示せず）を取り付け、映像写真を基準映像写真と比較し、処理原料の種類の判別手段（図示せず）を設けることによって、自動的に処理原料の種類の判別を行うようにすることができる。判別データは、制御装置１０５に入力される。

【0081】

ボイラー１０２は、発生した蒸気を圧力容器１０１に供給する蒸気供給路１３３を備える。蒸気供給路１３３に過熱蒸気発生装置１４０が設けられて、発生した蒸気を過熱して圧力容器１０１に供給する。

【0082】

蒸気供給路１３３は、外側円筒容器１１１と内側円筒容器１１２との間の空間内に過熱蒸気を供給する分岐路１３４と内側円筒容器１１２の空間内に蒸気を供給する分岐路１３５に分岐され、各分岐路には、制御弁１３６、１３７が設置される。制御弁１３６、１３７は、制御装置１０５に接続されて、制御装置１０５によって開放、閉止が制御、調整される。過熱蒸気発生装置１４０を設けることで、内側円筒容器内の圧力に比例することなく内部温度、すなわち水熱反応処理温度を高めることができる。

【0083】

水熱反応処理装置５０は、処理原料の投入口、水熱反応を均一化するための機構及び生成された水熱反応半炭化固形物を取り出す取出口を備え圧力容器、水熱反応処理及び熱処理のための熱源及び水熱反応処理及び熱処理を制御するための制御装置から構成され、処理原料の水熱反応処理及び熱処理によって、半炭化粉体物を製造する。

【0084】

水熱反応処理装置５０は、処理原料を粉末形状の粉末処理原料とする粉体化手段１０３を選択的に備える。

【0085】

圧力容器が、外側円筒容器及び内側円筒容器から構成して、内側円筒容器内の内側空間及
び内側円筒容器と外側円筒容器間の外側空間を当該内側円筒容器によって区画する。

【0086】

制御手段によって、当該加水分解処理領域に、所定の圧力の下、水の亜臨界反応域の水熱反応温度を設定して、当該加水分解処理領域で、処理原料を加水分解処理して加水分解処理物質を形成する。

【0087】

例えば、内側空間内に、水蒸気を導入し、水の亜臨界反応域の水熱反応温度２３０℃以内及び水熱反応圧力１．０ＭＰａ以内、典型的には、水熱反応圧力０．３～３．５ＭＰａ以内の水熱反応領域にあって、及び適宜設定された水熱反応処理時間に制御した加水分解処理領域を形成して、粉末処理原料を加水分解処理して粉末状の加水分解処理物質を形成する。

【0088】

内側空間内への水蒸気の導入を停止して、内側空間内の水蒸気を外部に排出する。

【0089】

乾燥・半炭化処理領域に、所定の圧力の下、処理原料の種類及び発熱量倍数から取得された半炭化処理温度を設定して、前記加水分解処理物質から、所定の発熱量を持ち、木質チップの有する発熱量に対する所定の発熱量を持ち、かつ水分含有率が２～２０％、望ましくは３～６％の乾燥・半炭化された水熱反応処理を利用した半炭化固形物を生成する。

【0090】

例えば、外側空間内に、炭化温度が水熱反応温度以上２３０℃以内で、処理時間を制御した乾燥・半炭化処理領域を形成して、加水分解処理物質から水熱反応半炭化ペレット、典型的に、高発熱量の水熱反応処理を利用した半炭化ペレットを製造することのできる乾燥・半炭化され、粉体化された水熱反応固形物を生成する。

【0091】

木質チップについて、含水率が３５～４０％で、炭化物の発熱量が３３００ｋｃａｌ／ｋｇのものが広く知られている。本発明では、発熱量倍数を算出するときに、発熱量が３３００ｋｃａｌ／ｋｇの木質チップを基準木質チップとする。発明者等の分析によっても、含水量が４０％で、炭化物の発熱量が３３００ｋｃａｌ／ｋｇのものが確認された。

【0092】

発明者等の実験によれば、半炭化ペレット形成系統５４を設けることで、水分含有率が３～６％に乾燥・半炭化され、含水率３５～４０％の木質チップの持つ３３００ｋｃａｌ／ｋｇに比べて１．２５倍以上の発熱量を持つ水熱反応処理を利用した半炭化固形物を製造できることが確認された。

【0093】

半炭化温度が２３０℃以内で、処理時間を制御した乾燥・半炭化処理領域を形成することができる。

【0094】

粉末粒子状の水熱反応半炭化固形物が取得されたとき、上述した水熱反応処理を利用した半炭化固形物であって、粉末粒子状の水熱反応半炭化固形物が集合された形態の水熱反応に基づいた半炭化ペレットを形成することができる。

【0095】

水熱反応半炭化固形物を回収１４１に伴って、有害物の無害化、減容化１４２がなされる。

【0096】

もって、
・高発熱量資源化：木質チップの有する発熱量１に対する１．２５、望ましくは１．５以上の発熱量倍数を持つ水熱反応半炭化固形物の製造
・二酸化炭素、ダイオキシン、臭気の抑制
が達成される。

【0097】

本実施例では、図１で、水熱反応処理装置６が用いられる。図３に示される水熱反応処理装置６の構成は、上述した水熱反応処理装置６の構成と実質的に同じである。この場合、処理原料１３１は、乾燥処理残渣１３１に読み替えられる。また、粉体化手段１０３及び医療廃棄物１３２は設けることを要しない。

【0098】

図４は、木質チップについて、半炭化発熱量ピークゾーンにおける半炭化処理温度と発熱量との関係をＸ－Ｙ軸座標に示す図である。

【0099】

半炭化処理温度が常温の２５℃のときに、発熱量３３００ｋｃａｌ、発熱倍数が１．０の発熱倍数データ得られた。常温を越えると、半炭化処理温度で発熱倍数が１．０（１．０を含まず）の発熱倍率が得られる。半炭化処理温度が２００℃のときに、ピークの発熱量５３３０ｋｃａｌ、発熱倍数が１．６２の発熱倍数データ得られた。図に示すように、半炭化発熱量ピークゾーンを設定できる。木質チップになる処理原料の場合、半炭化処理温度（℃）１８０～２３０の半炭化発熱量ピークゾーンを設定できる。このゾーンにおける処理で、最大の発熱量５３３０ｋｃａｌ、発熱倍数１．５あるいはこれ以上の発熱倍数データが得られる。

【0100】

他の処理原料についても同様に半炭化発熱量ピークゾーンが設定された半炭化発熱量ピークゾーンが設定され得る。

【0101】

竪型乾式メタン発酵装置の後流側に接続された水熱反応処理装置から導出された水熱反応処理残渣から、含水率が３～６％に半炭化されたものであって、基準原料３，３００ｋｃａｌの木質チップの持つ発熱量に比べて１．５倍以上の発熱量倍数を持つ半炭化ペレットを生成する方法が提案される。

【符号の説明】

【0102】

１００…バイオガスプラント、１…廃棄物原料、２…廃棄物原料投入、３…調整機、４…選別機、５…フライヤー、６…水熱反応処理装置（亜臨界水反応装置）、１１…ボイラー、１２…竪型乾式メタン発酵装置、２１…メタン発酵槽、２２…メタン発酵槽内に配設された撹拌器、２３…駆動装置２３、３４…熱風発生装置、３５…保温用ジャケット、４１…乾燥処理残渣回収装置（処理残渣排出手段）、５０…水熱反応処理装置、５１…高カロリーの粉体取得装置、５２…ペレット生成装置、５３…バイオマス発電装置、５４…半炭化ペレット形成系統、６０…バイオガス回収装置（メタンガス回収装置）、６１…脱硫塔、６２…再生装置、６４…取出し連結路、７０…中央部を区画する円形線、７１内側の円形線、７２…外側の円形線。

【要約】

【課題】 前処理で高カロリー化をした廃棄物原料を使用することで高効率メタン発酵させたバイオガスを採取し、後処理でバイオガスを採取した後の処理後残渣を効率的に有効活用できるようにする。
【解決手段】 乾燥処理残渣回収装置、乾燥処理残渣回収装置から乾燥処理残渣を受け入れ、乾燥処理残渣を水熱反応処理して、半炭化で粉体化状の半炭化粉体生成物を生成する水熱反応処理装置、生成された半炭化粉体生成物を回収する半炭化粉体生成物回収装置及び半炭化粉体生成物から半炭化ペレットを生成する半炭化ペレット生成装置からなる半炭化ペレット形成系統を設ける。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】