JP2011099063A - Method and device for reforming organic waste accompanied by generation of hydrogen gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高濃度水素ガスの発生を伴う有機性廃棄物の改質方法、およびその改質方法を実現するための、有機性廃棄物改質用装置を提供する。 The present invention provides an organic waste reforming method that involves generation of high-concentration hydrogen gas, and an organic waste reforming apparatus for realizing the reforming method.
従来より、草木、穀物、生ゴミ、農作物あるいは廃棄材等のバイオマス系廃棄物およびプラスチックなどの化成品廃棄物の一般的な廃棄処理方法として、可燃物を焼却施設にて焼却する処理方法が普及している。しかしながら、この処理方法は、大量の二酸化炭素と有害物質とを含む煤煙を放出し大気汚染と地球温暖化の原因となっており、また、焼却処分のために多量の燃料を必要としエネルギー消費等の環境問題を引き起こしている。一方、これら有機性廃棄物は大量のエネルギーを内蔵しており、それを有効利用することで地球環境保全に多大の貢献をなすことは自明である。 Conventionally, as a general disposal method for biomass waste such as vegetation, grains, raw garbage, agricultural products or waste materials, and chemical waste such as plastics, a method of incinerating combustibles in incineration facilities has become widespread. is doing. However, this treatment method emits soot containing a large amount of carbon dioxide and harmful substances, causing air pollution and global warming, and also requires a large amount of fuel for incineration and energy consumption. Is causing environmental problems. On the other hand, these organic wastes contain a large amount of energy, and it is self-evident to make a great contribution to global environmental conservation by effectively using them.
近年、バイオマスの高効率エネルギー転換に関する研究が注目されており、クリーンなエネルギーとして水素ガスを回収するために、水蒸気改質が利用されている。水蒸気改質とは、炭化水素を1000℃前後の高温水蒸気と嫌気的に反応させ、水素ガス、メタン、一酸化炭素その他の低分子ガスに変換する方法である。その代表的なものとしてメタンの水蒸気改質があり、燃料電池やハーバーボッシュ法によるアンモニア生産などで需要の大きい水素ガスを大量に生産する唯一の方法として、工業的に極めて重要となっている(下式)。
(1):CH4+H2O→CO+3H2
(2):CO+H2O→CO2+H2
(1)+(2):CH4+2H2O→CO2+4H2
一方、この方法の問題点として原料としてメタンを用いることや超高温水蒸気発生のための化石燃料の大量消費、および白金など高価な触媒の必要性、等が挙げられる。これらの問題を解決するものとして様々な有機性廃棄物改質方法が提案されている。
In recent years, research on high-efficiency energy conversion of biomass has attracted attention, and steam reforming is used to recover hydrogen gas as clean energy. Steam reforming is a method in which hydrocarbon is anaerobically reacted with high-temperature steam at around 1000 ° C. to convert it into hydrogen gas, methane, carbon monoxide or other low molecular gas. A typical example is steam reforming of methane, which is industrially extremely important as the only method for producing a large amount of hydrogen gas, which is in great demand, for example, in the production of ammonia by fuel cells and the Harbor Bosch method ( The following formula).
(1): CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2
(2): CO + H 2 O → CO 2 + H 2
(1) + (2): CH 4 + 2H 2 O → CO 2 + 4H 2
On the other hand, the problems of this method include the use of methane as a raw material, the large consumption of fossil fuels for the generation of ultra-high temperature steam, the necessity of expensive catalysts such as platinum, and the like. Various organic waste reforming methods have been proposed to solve these problems.
例えば、特許文献1は、都市ごみや産業廃棄物などの廃棄物をガス化し、得られる生成ガスを燃料用ガスなどとして回収する廃棄物のガス化改質方法を開示する。 For example, Patent Document 1 discloses a waste gasification and reforming method in which waste such as municipal waste and industrial waste is gasified and the resulting product gas is recovered as fuel gas.
また、特許文献2には、産業廃棄物および一般廃棄物を有効利用することにより新たなエネルギーを得るための、廃棄物の処理方法と熱分解ガスの回収方法及び装置が提案されている。 Patent Document 2 proposes a waste processing method and a pyrolysis gas recovery method and apparatus for obtaining new energy by effectively using industrial waste and general waste.
また、特許文献3は400℃以下の比較的低温条件でもガソリンや軽油などの炭化水素系燃料を素早く且つ十分に改質でき、一酸化炭素やメタンの副生が少なく、窒素希釈を受けずコンパクトな燃料電池用燃料改質システム及び水素リッチガス製造方法を開示する。 Further, Patent Document 3 can quickly and sufficiently reform hydrocarbon fuels such as gasoline and light oil even under relatively low temperature conditions of 400 ° C. or less, has little carbon monoxide and methane by-products, and is compact without being diluted with nitrogen. A fuel cell fuel reforming system and a hydrogen rich gas production method are disclosed.
しかしながら、特許文献1では、水素回収までには、ピットに集積された都市ごみや産業廃棄物等の廃棄物をプレス機で圧縮し、乾燥熱分解工程で加熱還流する上に、1200℃もの高温で改質を行なうなどの過程において、大量のエネルギーを消費しつつ、煩雑なプロセスを経る必要がある。 However, in Patent Document 1, before the hydrogen recovery, waste such as municipal waste and industrial waste accumulated in the pit is compressed by a press machine, heated and refluxed in a dry pyrolysis process, and as high as 1200 ° C. In the process such as reforming in the process, it is necessary to go through a complicated process while consuming a large amount of energy.
また、特許文献2は、廃棄物をエネルギー化するために、熱分解炉で発生した熱分解ガスの一部を部分燃焼し1000℃以上の高温とする等、多量のエネルギーを必要とする。また、熱分解ガスを1000℃以上にするために改質炉の耐熱構造化が不可欠となり、装置自体のコストがかかるという問題点がある。 Further, Patent Document 2 requires a large amount of energy, such as partially burning part of the pyrolysis gas generated in the pyrolysis furnace to a high temperature of 1000 ° C. or higher in order to turn waste into energy. Moreover, in order to make pyrolysis gas 1000 degreeC or more, the heat-resistant structure of a reformer becomes indispensable, and there exists a problem that the cost of apparatus itself starts.
更に、特許文献3においては、燃料電池用燃料改質システムの配備が容易ではないことや、改質触媒、超臨界水又は亜臨界水等、必要な材料を備えるためのコスト、またシステム稼働時のエネルギー消費等の問題がある。 Furthermore, in Patent Document 3, it is not easy to arrange a fuel reforming system for a fuel cell, the cost for providing a necessary material such as a reforming catalyst, supercritical water, or subcritical water, and when the system is in operation. There are problems such as energy consumption.
本発明は、前記の問題点を解決することを課題とし、有機性廃棄物の内蔵するエネルギーを簡便な方法で取り出し、水素ガスなどの有用性の高い形に変換する技術に関する。本発明による改質反応は外部からの給水のみで足り、1000℃もの高温水蒸気および高価な貴金属触媒は不要である。さらに、外部からのエネルギーを用いることなく、有機性廃棄物を極めて環境に優しい方法で改質することが可能である。本発明は、外部からのエネルギーを使用することなく有機性廃棄物を改質する方法、およびその改質方法を実現するための、有機性廃棄物改質用装置を提供する。また、有機性廃棄物の改質によって発生する高濃度水素ガスを回収し、利用することができる。 The present invention is directed to solving the above-described problems, and relates to a technique for taking out energy contained in organic waste by a simple method and converting it into a highly useful form such as hydrogen gas. The reforming reaction according to the present invention requires only water supply from the outside, and does not require high-temperature steam as high as 1000 ° C. and expensive noble metal catalyst. Furthermore, it is possible to modify organic wastes in a very environmentally friendly manner without using external energy. The present invention provides a method for reforming organic waste without using external energy, and an organic waste reforming apparatus for realizing the reforming method. In addition, high-concentration hydrogen gas generated by reforming organic waste can be recovered and used.
請求項1に記載の有機性廃棄物の改質方法は、
有機性廃棄物を改質容器内に供給し、反応開始剤を用いて有機性廃棄物の一部において改質を開始する反応開始工程と、
気体導入管による改質容器内への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により反応を拡大させる反応拡大工程と、
燃焼核の大きさを維持することにより改質を定常的に行う反応定常工程と、
を有し、高濃度水素ガスの発生を伴うことを特徴とする。
The method for reforming organic waste according to claim 1 comprises:
A reaction start step of supplying organic waste into the reforming container and starting reforming of a part of the organic waste using a reaction initiator;
A reaction expansion step of expanding the reaction by aeration into the reforming vessel through the gas introduction pipe and water supply for performing a combustion reaction with water;
A steady reaction process in which reforming is carried out constantly by maintaining the size of the combustion nuclei;
And is accompanied by generation of high-concentration hydrogen gas.
請求項2に記載の有機性廃棄物の改質方法において、請求項1に記載の反応開始工程は、前記反応開始剤として少量のカーバイドと水とを用いて有機性廃棄物の一部を着火させる工程を有することを特徴とする。 3. The organic waste reforming method according to claim 2, wherein the reaction start step according to claim 1 ignites a part of the organic waste using a small amount of carbide and water as the reaction initiator. It has the process to make it feature.
請求項3に記載の有機性廃棄物の改質方法において、請求項1または2に記載の反応拡大工程における改質容器内への通気は、気体導入管による改質容器内への外気の導入を調整することを特徴とする。 4. The method for reforming organic waste according to claim 3, wherein the ventilation into the reforming vessel in the reaction expansion step according to claim 1 or 2 is performed by introducing outside air into the reforming vessel through a gas introduction pipe. It is characterized by adjusting.
請求項4に記載の有機性廃棄物の改質方法において、請求項1〜3に記載の反応拡大工程における給水は、給水手段により外部より水を連続的に補充することを特徴とする。 5. The organic waste reforming method according to claim 4, wherein the water supply in the reaction expansion step according to claims 1 to 3 is continuously supplemented with water from the outside by a water supply means.
請求項5に記載の有機性廃棄物の改質方法において、請求項1〜4に記載の反応定常工程における燃焼核の大きさの維持は、温度センサーを用いた温度検知を基に、前記気体導入管による改質容器内への通気と、前記改質容器内への前記給水を調整することにより行うことを特徴とする。 6. The organic waste reforming method according to claim 5, wherein the size of the combustion nuclei in the steady reaction step according to claim 1 is determined based on temperature detection using a temperature sensor. It is characterized by adjusting the ventilation into the reforming vessel through the introduction pipe and the water supply into the reforming vessel.
請求項6に記載の有機性廃棄物改質用装置は、
有機性廃棄物の供給手段と、
供給手段から供給された有機性廃棄物の改質を行う改質容器と、
有機性廃棄物の燃焼中における温度状態を把握するための温度センサーと、
改質容器内への通気を行うための気体導入管と、改質を行うため水を補充する給水手段と、
改質が行われた改質残渣を外部に排出する排出手段と、
前記改質容器から排出するガスを処理する排出ガス処理手段と、
を有し、高濃度水素ガスの発生を伴うことを特徴とする。
The organic waste reforming device according to claim 6 comprises:
Organic waste supply means;
A reforming container for reforming the organic waste supplied from the supply means;
A temperature sensor to understand the temperature state of organic waste during combustion;
A gas introduction pipe for venting into the reforming vessel, a water supply means for replenishing water for reforming,
Discharging means for discharging the reformed residue after reforming to the outside;
Exhaust gas processing means for processing the gas discharged from the reforming vessel;
And is accompanied by generation of high-concentration hydrogen gas.
請求項1に記載の発明によれば、本発明の有機性廃棄物の改質方法は、反応定常工程において外部からのエネルギーを使用することなく継続的に改質を行うことができる。また、改質によって生成するガスは高濃度水素を含有しており、これを回収し水素ガスとして利用することができる。 According to the first aspect of the present invention, the organic waste reforming method of the present invention can continuously perform reforming without using external energy in the steady reaction step. Moreover, the gas produced | generated by reforming contains high concentration hydrogen, and this can be collect | recovered and can be utilized as hydrogen gas.
請求項2に記載の発明によれば、反応開始工程は、前記反応開始剤として少量のカーバイドと水とを用いて有機性廃棄物の一部を着火させる工程を有することを特徴とするため、最小限のエネルギーで改質を開始することができる。 According to the invention described in claim 2, since the reaction starting step includes a step of igniting a part of organic waste using a small amount of carbide and water as the reaction initiator. The reforming can be started with minimal energy.
請求項3に記載の発明によれば、反応拡大工程における改質容器内への通気は、気体導入管による改質容器内への外気の導入を調整することを特徴とするため、改質における連続反応を停止させることなく、極めて容易に行うことができる。 According to the invention described in claim 3, since the ventilation into the reforming vessel in the reaction expansion step is characterized by adjusting the introduction of outside air into the reforming vessel through the gas introduction pipe, It can be carried out very easily without stopping the continuous reaction.
請求項4に記載の発明によれば、反応拡大工程における給水は、給水手段により外部より水を連続的に補充することを特徴とするため、燃焼剤などの外部からのエネルギーを用いることなく、改質を行うことができる。 According to the invention described in claim 4, since the water supply in the reaction expansion step is characterized by continuously replenishing water from the outside by the water supply means, without using external energy such as a combustion agent, Modification can be performed.
請求項5に記載の発明によれば、反応定常工程における燃焼核の大きさの維持は、温度センサーを用いた温度検知を基に、前記気体導入管による改質容器内への通気と、前記改質容器内への前記給水の調整により行うことを特徴とするため、燃焼核の大きさの変化を的確に感知し、維持することが可能である。 According to the fifth aspect of the present invention, the maintenance of the size of the combustion nuclei in the steady reaction process is based on the temperature detection using the temperature sensor, the ventilation into the reforming vessel by the gas introduction pipe, Since it is characterized by adjusting the water supply into the reforming vessel, it is possible to accurately sense and maintain a change in the size of the combustion nucleus.
また本発明の有機性廃棄物改質用装置は、改質工程において密閉状態を保持可能であり、排出ガス処理手段を有しているため、臭気やその他の有害ガスが外部に漏れることなく、大量の有機性廃棄物を簡易な設備で改質することができるという利点がある。さらに、有機性廃棄物の種類によっては、生成した改質残渣、つまり灰を肥料として利用することが可能であるため、極めて環境に優しい有機性廃棄物改質方法および有機性廃棄物改質用装置を提供することができる。 Further, the organic waste reforming apparatus of the present invention can maintain a sealed state in the reforming process and has an exhaust gas treatment means, so that odors and other harmful gases do not leak to the outside. There is an advantage that a large amount of organic waste can be modified with simple equipment. Furthermore, depending on the type of organic waste, it is possible to use the generated modified residue, that is, ash, as a fertilizer, so it is extremely environmentally friendly organic waste reforming method and organic waste reforming An apparatus can be provided.
本発明の有機性廃棄物の改質方法について説明する。改質工程については、3段階の工程に分けられる。すなわち、有機性廃棄物を改質容器内に供給し、反応開始剤を用いて有機性廃棄物の一部において改質を開始する反応開始工程、気体導入管による改質容器内への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により反応を拡大させる反応拡大工程、燃焼核の大きさを維持することにより改質を定常的に行う反応定常工程である。 The organic waste reforming method of the present invention will be described. The reforming process is divided into three stages. That is, the organic waste is supplied into the reforming container, the reaction starting step for starting reforming in a part of the organic waste using the reaction initiator, the gas introduction pipe venting the reforming container These are a reaction expansion process for expanding the reaction by water supply for performing a combustion reaction with water, and a reaction steady process for performing reforming constantly by maintaining the size of the combustion nuclei.
まず、反応開始工程においては、所定量の有機性廃棄物を改質容器内に供給し、反応開始剤を用いて有機性廃棄物の一部を着火させることで反応を開始させる。反応開始剤としては、少量のカーバイドと水を用いることで、有機性廃棄物を着火させる。反応開始時には改質容器内には酸素を含む空気が充満し、カーバイドと水の反応によりアセチレンガスが発生するため、このアセチレンに着火することにより有機性廃棄物も瞬時に着火する。なお、有機性廃棄物の含水状態にもよるが、有機性廃棄物が初期段階で乾燥状態である場合は反応開始前に所定量の水を加えておく。 First, in the reaction start step, a predetermined amount of organic waste is supplied into the reforming container, and the reaction is started by igniting a part of the organic waste using a reaction initiator. As a reaction initiator, organic waste is ignited by using a small amount of carbide and water. At the start of the reaction, the reforming vessel is filled with oxygen-containing air, and acetylene gas is generated due to the reaction between the carbide and water. By igniting this acetylene, the organic waste is instantly ignited. Although depending on the water content of the organic waste, when the organic waste is in a dry state at the initial stage, a predetermined amount of water is added before the start of the reaction.
反応開始後、反応拡大工程においては、投入した有機性廃棄物における反応箇所を気体導入管による改質容器内への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により拡大させる。気体導入管による改質容器内への通気により改質容器内には外気が絶えず導入されているため、酸素を使用した燃焼反応は継続的に起こっている。酸素を使用した燃焼反応によって、周辺の有機性廃棄物およびそこに含まれる水の温度が上昇し、有機性廃棄物と水との反応、すなわち水による燃焼反応が起こる。さらに、気体導入管による改質容器内への通気は、気体導入管先端部を改質容器中心部から周辺部へ移動させることで、通気状態を変化させることが可能であり、酸素を使用した燃焼反応は、有機性廃棄物中心部から周辺部へ拡大する。この酸素を使用した燃焼反応によって熱がさらに発生し、有機性廃棄物内の水による燃焼反応が拡大する。この一連の反応により、反応拡大工程においては、有機性廃棄物内における反応を拡大させることができる。一方、反応開始時に有機性廃棄物に水を加えておくことで、酸素による燃焼反応は有機性廃棄物全体には広がらない程度に抑制される。また、改質容器内の有機性廃棄物および酸素による燃焼反応で発生した燃焼物の存在により、有機性廃棄物における反応箇所では通気状態が少なからず妨げられているため、これによっても酸素による燃焼反応は有機性廃棄物全体には広がらない程度に抑制されている。 In the reaction expansion step after the start of the reaction, the reaction site in the input organic waste is expanded by aeration into the reforming vessel through the gas introduction pipe and water supply for performing a combustion reaction with water. Since the outside air is constantly introduced into the reforming vessel by aeration into the reforming vessel through the gas introduction pipe, the combustion reaction using oxygen continuously occurs. The combustion reaction using oxygen raises the temperature of the surrounding organic waste and the water contained therein, and a reaction between the organic waste and water, that is, a combustion reaction by water occurs. Furthermore, the ventilation into the reforming vessel by the gas introduction tube can be changed by moving the gas introduction tube tip from the reforming vessel central part to the peripheral part, and oxygen is used. The combustion reaction spreads from the organic waste center to the periphery. Heat is further generated by the combustion reaction using oxygen, and the combustion reaction by water in the organic waste is expanded. By this series of reactions, the reaction in the organic waste can be expanded in the reaction expansion step. On the other hand, by adding water to the organic waste at the start of the reaction, the combustion reaction due to oxygen is suppressed to the extent that it does not spread to the entire organic waste. In addition, the presence of the organic waste in the reforming vessel and the combustion product generated by the combustion reaction with oxygen obstructs the ventilation state at the reaction site in the organic waste. The reaction is controlled to such an extent that it does not spread throughout the organic waste.
ここで、有機性廃棄物内の水による燃焼反応について説明する。通常、狭義の燃焼反応とは、酸素による熱と光を伴う激しい酸化反応のことをいう。例えば、これを化学反応式で表すと、図7(a)(b)のようになる。即ち、バイオマス等の有機性廃棄物を炭水化物(図7(a))又は炭化水素(図7(b))とすると、酸素との反応後、二酸化炭素および水を生成する反応となる。一方、本発明における水による燃焼反応とは、水を酸化剤として使用し、炭水化物または炭化水素から水素を発生させる反応である。これを化学反応式で表すと、図7(c)(d)のようになる。即ち、上記同様にバイオマス等の有機性廃棄物を炭水化物(図7(c))又は炭化水素(図7(d))とすると、二酸化炭素および水素、または一酸化炭素および水素を生成する反応となる。この反応は水蒸気改質と類似する反応であるが、一般的な水蒸気改質において必要な、1000℃もの高温水蒸気および触媒は不要である。以後、燃焼反応とは、水による燃焼反応を表すこととする。 Here, the combustion reaction by water in the organic waste will be described. Usually, the narrowly defined combustion reaction refers to a vigorous oxidation reaction involving heat and light caused by oxygen. For example, when this is represented by a chemical reaction formula, it is as shown in FIGS. That is, when an organic waste such as biomass is a carbohydrate (FIG. 7A) or a hydrocarbon (FIG. 7B), carbon dioxide and water are produced after the reaction with oxygen. On the other hand, the combustion reaction with water in the present invention is a reaction in which water is used as an oxidizing agent to generate hydrogen from carbohydrates or hydrocarbons. When this is expressed by a chemical reaction formula, it is as shown in FIGS. That is, when organic waste such as biomass is converted into carbohydrates (FIG. 7 (c)) or hydrocarbons (FIG. 7 (d)) in the same manner as described above, carbon dioxide and hydrogen or carbon monoxide and hydrogen are generated. Become. This reaction is similar to steam reforming, but does not require high-temperature steam as high as 1000 ° C. and a catalyst that are necessary in general steam reforming. Hereinafter, the combustion reaction represents a combustion reaction with water.
燃焼反応が有機性廃棄物内に拡大すると、有機性廃棄物中心部では温度が300〜400℃付近まで上昇する。改質容器に設置された複数本の温度センサー全てが温度上昇を検知した時点で気体導入管を改質容器内周辺部から中心部へ戻すことで、反応定常状態が形成される。この際の有機性廃棄物中心部の高温部を燃焼核と称し、またこの状態を反応定常工程と称する。燃焼核周辺部の温度は約150〜200℃付近であり、また、改質容器内の気相では80℃付近、改質容器外部では40℃付近である。燃焼反応が進行することで、有機性廃棄物の改質が進むと、更に有機性廃棄物を改質容器内に供給する。また、有機性廃棄物には水を連続的に供給することで、水分不足による燃焼反応の停止を防止する。 When the combustion reaction expands into the organic waste, the temperature rises to around 300 to 400 ° C. at the center of the organic waste. A steady reaction state is formed by returning the gas introduction pipe from the peripheral portion in the reforming vessel to the center when all of the plurality of temperature sensors installed in the reforming vessel detect the temperature rise. The high temperature part of the organic waste center at this time is referred to as a combustion nucleus, and this state is referred to as a steady reaction process. The temperature around the combustion core is about 150 to 200 ° C., and is about 80 ° C. in the gas phase inside the reforming vessel and around 40 ° C. outside the reforming vessel. When the reforming of the organic waste proceeds due to the progress of the combustion reaction, the organic waste is further supplied into the reforming container. In addition, by continuously supplying water to the organic waste, the combustion reaction is prevented from being stopped due to insufficient water.
燃焼核が収縮した場合には、上記反応拡大工程と同様、改質容器周壁部に設置された気体導入管の気体導入管先端部を改質容器中心部から周辺部へ移動させることで、酸素による燃焼反応を拡大させ、再度反応拡大工程から改質工程を繰り返すことが可能である。この際にも特に外部からのエネルギーを用いる必要はなく、気体導入管による改質容器内への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により反応を拡大させ、反応定常工程へと至らしめることが可能である。また、燃焼核が拡大し過ぎた場合には、気体導入管による通気量を減少させることで酸素による燃焼反応を調節することが可能である。以上、3段階の改質工程により、外部からのエネルギーを使用せずに有機性廃棄物を改質することが可能となる。 When the combustion nuclei contract, as in the above reaction expansion step, the gas introduction pipe tip of the gas introduction pipe installed on the peripheral wall of the reforming vessel is moved from the reforming vessel central portion to the peripheral portion, thereby allowing oxygen It is possible to expand the combustion reaction by and repeat the reforming process from the reaction expanding process again. In this case as well, it is not necessary to use energy from the outside, and the reaction is expanded by aeration into the reforming vessel through the gas introduction pipe and water supply for performing the combustion reaction with water, leading to a steady reaction process. It is possible. When the combustion nuclei are enlarged too much, it is possible to adjust the combustion reaction by oxygen by reducing the amount of ventilation through the gas introduction pipe. As described above, the organic waste can be reformed without using external energy by the three-stage reforming process.
なお、本発明でいう有機性廃棄物とは、生ゴミ、廃紙材、草等のバイオマス、ゴム・プラスチック類等の天然および合成有機性廃棄物を含む有機性廃棄物を想定しているが、これらに限定されるものではない。 The organic waste in the present invention is assumed to be organic waste including natural and synthetic organic waste such as garbage, waste paper materials, biomass such as grass, rubber and plastics, etc. However, it is not limited to these.
次に、本発明の有機性廃棄物の改質方法に用いられる有機性廃棄物の改質用装置について説明する。有機性廃棄物の改質用装置は、有機性廃棄物の供給手段と、供給手段から供給された有機性廃棄物の改質を行う改質容器と、有機性廃棄物の燃焼中における温度状態を把握するための温度センサーと、改質容器内への通気を行うための気体導入管と、改質を行うため水を補充する給水手段と、改質が行われた改質残渣を外部に排出する排出手段と、前記改質容器から排出するガスを処理する排出ガス処理手段とを有する。 Next, an organic waste reforming apparatus used in the organic waste reforming method of the present invention will be described. The organic waste reforming apparatus includes an organic waste supply means, a reforming container for reforming the organic waste supplied from the supply means, and a temperature state during the combustion of the organic waste. A temperature sensor for grasping the gas, a gas introduction pipe for venting the reforming vessel, a water supply means for replenishing water for reforming, and the reformed residue after reforming to the outside It has a discharge means for discharging and an exhaust gas processing means for processing the gas discharged from the reforming vessel.
本発明の有機性廃棄物の改質用装置における有機性廃棄物の供給手段は、供給口と供給口蓋体からなる。供給口は、改質容器天井部に開口する形で形成され、有機性廃棄物の供給が行われる。天井部に供給口を設置することで改質容器内に均一に有機性廃棄物を供給することが可能となる。 The organic waste supply means in the organic waste reforming apparatus of the present invention comprises a supply port and a supply port lid. The supply port is formed so as to open to the ceiling portion of the reforming container, and organic waste is supplied. By installing the supply port on the ceiling, it becomes possible to uniformly supply organic waste into the reforming container.
改質容器は、容器壁と、脚部とからなる。 The reforming container is composed of a container wall and legs.
容器壁は、平面正六角形状の天井部と、天井部の外周縁部から下方に周設された周壁部と、天井部と同様平面正六角形状の底部からなる。なお、周壁部は、耐火性壁部と、耐火性壁部を被覆する外壁部とから構成する構造が好ましいが、簡易的には通常用いられる鋼板によって形成される。鋼板は約10cm程度の厚みを有することが好ましい。 The container wall includes a flat regular hexagonal ceiling part, a peripheral wall part provided around the outer peripheral edge of the ceiling part, and a flat regular hexagonal bottom part similar to the ceiling part. In addition, although the structure comprised from a fireproof wall part and the outer wall part which coat | covers a fireproof wall part is preferable, a surrounding wall part is formed with the steel plate normally used simply. The steel plate preferably has a thickness of about 10 cm.
脚部は、周壁部の下端部に複数本取り付けられ、約50cm程度の同一の長さからなることで改質容器を地上から一定の高さに設置できる。また、設置地点に傾斜がある場合には、脚部の長さを調節することで、改質容器を水平に保持することができる。 A plurality of leg portions are attached to the lower end portion of the peripheral wall portion, and the reforming vessel can be installed at a certain height from the ground by having the same length of about 50 cm. Further, when the installation point is inclined, the reforming vessel can be held horizontally by adjusting the length of the leg portion.
改質容器は、約1000リットルの容量を有する、底部および天井部の1辺が約60cmの正六角形、底部から天井部までの高さ約1mの正六角柱形状の容器であるが、容量、サイズはこれに限定されるものではない。また、形状も正六角柱形状に限定されるものではなく、円筒形状等でもよい。 The reforming container is a regular hexagonal container having a capacity of about 1000 liters and a side of the bottom and ceiling of about 60 cm and a height of about 1 m from the bottom to the ceiling. Is not limited to this. Further, the shape is not limited to a regular hexagonal column shape, and may be a cylindrical shape or the like.
有機性廃棄物の燃焼中における温度状態を把握するための温度センサーは、改質容器内に複数本設置されており、温度検知部位が改質容器の外壁部から改質容器内部に突出され、改質容器内の燃焼中の有機性廃棄物の温度を検知する。温度センサーは、燃焼中の有機性廃棄物中の燃焼核の大きさを測定する役割を果たす。具体的には、温度センサーは、直径約1〜5cm、全長約50cmの円筒形状のもので、温度検知部位、本体、表示部からなり、正六角柱の各側面中央部に穿設された孔から改質容器内に突出しており、温度検知部位が燃焼中の有機性廃棄物の温度を検知できる。穿設孔は、改質容器底部から約50cmの高さに位置しており、改質容器が正六角柱形状を有する場合には、改質容器の6側面部から各々1本ずつ、計6本の温度センサーが改質容器内の温度検知に使用され、各々の温度センサーの温度検知部位は改質容器内で容器中心部から半径15cm程度の大きさの円を描くように配置される。反応定常工程においては、温度センサーのうち少なくとも1本が3分間以上200℃を下回る温度を計測した時点で、気体導入管の気体導入管先端部を改質容器中心部から周辺部へ移動させることで、有機性廃棄物内の燃焼核の大きさを拡大させ、加えて給水手段より改質容器内に給水を行うことで、燃焼反応を継続的に行うことが可能である。温度検知部位が検知する温度は表示部で確認することができる。 A plurality of temperature sensors for grasping the temperature state during the combustion of organic waste are installed in the reforming container, and the temperature detection part protrudes from the outer wall of the reforming container into the reforming container, The temperature of the organic waste during combustion in the reforming vessel is detected. The temperature sensor serves to measure the size of the combustion nuclei in the burning organic waste. Specifically, the temperature sensor has a cylindrical shape having a diameter of about 1 to 5 cm and a total length of about 50 cm, and includes a temperature detection portion, a main body, and a display unit, and a hole formed in the center of each side of the regular hexagonal column. It protrudes into the reforming container, and the temperature detection part can detect the temperature of the organic waste during combustion. The perforation holes are located at a height of about 50 cm from the bottom of the reforming vessel. When the reforming vessel has a regular hexagonal column shape, one from each of the six side surfaces of the reforming vessel, a total of six. These temperature sensors are used to detect the temperature in the reforming container, and the temperature detecting portions of the respective temperature sensors are arranged so as to draw a circle having a radius of about 15 cm from the center of the container in the reforming container. In the steady reaction process, when the temperature of at least one of the temperature sensors measures a temperature lower than 200 ° C. for 3 minutes or more, the tip of the gas inlet pipe is moved from the central part of the reforming vessel to the peripheral part. Thus, it is possible to continuously carry out the combustion reaction by enlarging the size of the combustion nucleus in the organic waste and supplying water into the reforming vessel from the water supply means. The temperature detected by the temperature detection part can be confirmed on the display unit.
改質容器内への通気を行うための気体導入管は、直径約3cm、全長約60cm程度の金属製管であり、改質容器周壁部に設置される。常時気体導入管先端部から外気が導入されているため、改質容器内では酸素による燃焼反応が一定の割合で絶えず起こっている。気体導入管は、改質容器の下端部から高さ約20cmに位置し、改質容器周壁部の各側面中央部に穿設された孔を通して、改質容器外部より改質容器内へ外気を導入する。気体導入管は移動させることが可能であり、位置を固定されることなく、改質容器内において通気位置を調節することが可能である。また、改質容器内への通気量を増やすため、気体導入管の管側面に小孔を穿設することもできる。 A gas introduction tube for venting the reforming vessel is a metal tube having a diameter of about 3 cm and a total length of about 60 cm, and is installed on the peripheral wall of the reforming vessel. Since the outside air is always introduced from the front end portion of the gas introduction pipe, the combustion reaction by oxygen constantly occurs in the reforming vessel at a constant rate. The gas introduction pipe is located at a height of about 20 cm from the lower end of the reforming vessel, and external air is introduced from the outside of the reforming vessel into the reforming vessel through a hole drilled in the center of each side surface of the reforming vessel peripheral wall. Introduce. The gas introduction pipe can be moved, and the aeration position can be adjusted in the reforming vessel without fixing the position. Moreover, in order to increase the ventilation | gas_flowing amount in a reforming container, a small hole can also be drilled in the pipe | tube side surface of a gas introduction pipe | tube.
改質を行うため水を補充する給水手段は、給水タンクと改質容器内で燃焼中の有機性廃棄物に給水を行うシャワー部からなる。給水タンクは、前記改質容器天井部の中央部に設けられており、給水タンク内に常時貯水しておくことができる。給水タンクとシャワー部とは給水タンク下部蓋体で仕切られており、必要に応じて水を給水タンク内からシャワー部に送ることができる。シャワー部のシャワーヘッドには多数の孔が開いており、水が噴霧されることで、改質容器内部の燃焼中の有機性廃棄物全体に満遍なく水が行き渡るような構造となっている。シャワーヘッドは球体形状をしているが、これに限定されるものではない。1回の給水量は、有機性廃棄物の含水量と給水量の合計量が、有機性廃棄物の重量を超えないよう調整することが好ましい。また、簡便的に給水を行うにあたっては、有機性廃棄物の供給口を開口して給水することも可能である。 The water supply means for replenishing water for reforming includes a water supply tank and a shower unit for supplying water to the organic waste being burned in the reforming container. The water supply tank is provided at the center of the reforming container ceiling, and can be stored in the water supply tank at all times. The water supply tank and the shower unit are partitioned by a water tank lower cover, and water can be sent from the water supply tank to the shower unit as necessary. The shower head of the shower unit has a large number of holes, and water is sprayed, so that the water is evenly distributed over the entire organic waste that is burning inside the reforming vessel. The shower head has a spherical shape, but is not limited thereto. It is preferable to adjust the water supply amount for one time so that the total amount of the water content and the water supply amount of the organic waste does not exceed the weight of the organic waste. Moreover, when supplying water simply, it is also possible to supply water by opening an organic waste supply port.
改質が行われた改質残渣を外部に排出する排出手段は、改質容器周壁部に設置された排出口から、内部に蓄積した改質残渣を取り出す。有機性廃棄物は改質され、生成した改質残渣は排出口付近に集積する。排出口は改質容器周壁部に複数設置することが可能である。改質残渣の回収については、有機性廃棄物から改質残渣の生成において減容率が大きいため、およそ2日に1回の割合で改質残渣を取り出す。取り出した改質残渣は、有機性廃棄物の種類によっては、肥料として利用することが可能である。また、排出口の位置はこれに限定されるものではなく、排出口を改質容器底部に設置することも可能である。なお、排出口付近には改質容器内の過剰な水を取り出すための排水口を設けることが好ましい。 The discharge means for discharging the reformed residue that has undergone reforming to the outside takes out the reformed residue accumulated inside from a discharge port installed in the peripheral wall of the reforming vessel. Organic waste is reformed, and the generated reforming residue accumulates near the outlet. A plurality of discharge ports can be installed on the peripheral wall of the reforming vessel. Regarding the recovery of the reforming residue, since the volume reduction rate is large in the generation of the reforming residue from the organic waste, the reforming residue is taken out about once every two days. The modified residue taken out can be used as a fertilizer depending on the type of organic waste. Further, the position of the discharge port is not limited to this, and the discharge port can be installed at the bottom of the reforming vessel. In addition, it is preferable to provide a drain outlet for taking out excess water in the reforming vessel in the vicinity of the outlet.
改質容器から排出するガスを処理する排出ガス処理手段は、通気筒体、ガス捕集部、タール除去部、吸引ファンからなる。通気筒体は改質容器周壁部に外設されており、改質により発生したガスが吸引ファンによって強制的に吸引されることで通気筒体内に流入し、通気筒体を通過した後、ガス捕集部で有用なガスが捕集される。本発明に係る有機性廃棄物改質用装置では、改質工程において有用な水素ガスが高濃度で発生するため、ガス捕集部において水素ガスを捕集するが、本発明はこれに限定するものではなく、ガス捕集部では適宜必要なガスに応じて捕集手段を変更することが可能である。また、ガス捕集部は、改質容器天井部に貫通孔を穿設することで設置し、改質容器内から直接水素を捕集することも可能である。タール除去部では、おが屑等からなる木質ペレット等や、活性炭を敷設することで、フィルターの役割を担うことができ、最終的に排出するガスを浄化することが可能である。 The exhaust gas processing means for processing the gas exhausted from the reforming container includes a through cylinder body, a gas collection unit, a tar removal unit, and a suction fan. The through-cylinder body is provided outside the peripheral wall of the reforming vessel, and the gas generated by the reforming is forcibly sucked by the suction fan to flow into the through-cylinder body, and after passing through the through-cylinder body, the gas Useful gas is collected in the collection part. In the organic waste reforming apparatus according to the present invention, since hydrogen gas useful in the reforming process is generated at a high concentration, the gas collecting unit collects the hydrogen gas, but the present invention is limited to this. Instead, the gas collection unit can appropriately change the collection means according to the required gas. In addition, the gas collection unit can be installed by drilling a through hole in the ceiling of the reforming vessel, and can collect hydrogen directly from the reforming vessel. In the tar removal section, it is possible to play the role of a filter by laying wood pellets made of sawdust or the like and activated carbon, and it is possible to purify the exhaust gas finally.
改質によって発生する高濃度水素ガスは、例えばガス捕集部において水素吸蔵合金により捕集されるが、水素の回収方法はこれに限られるものではなく、公知の水素回収手段を用いることができる。 The high-concentration hydrogen gas generated by the reforming is collected by, for example, a hydrogen storage alloy in the gas collection unit, but the method for collecting hydrogen is not limited to this, and a known hydrogen collecting means can be used. .
また、改質容器内には圧力計を設置し、改質工程における改質容器内の圧力を計測することで、容器内の減圧状態を保持できるよう吸引ファンによる吸引を調整することが好ましい。 In addition, it is preferable to adjust the suction by the suction fan so that the decompressed state in the container can be maintained by installing a pressure gauge in the reforming container and measuring the pressure in the reforming container in the reforming process.
さらに、改質容器内には酸素濃度計を設置し、改質工程における改質容器内の酸素濃度を測定することで、容器内の酸素状態を保持することが好ましい。 Furthermore, it is preferable to maintain an oxygen state in the container by installing an oxygen concentration meter in the reforming container and measuring the oxygen concentration in the reforming container in the reforming process.
上記の通り、有機性廃棄物の供給、水の補充、改質容器内への通気および改質残渣の排出を連続的に行うことによって、外部からのエネルギーを用いることなく、半永久的に有機性廃棄物改質用装置の運転を継続することが可能となる。以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。 As described above, organic waste is supplied semi-permanently without using external energy by continuously supplying organic waste, replenishing water, venting into the reforming vessel, and discharging the reforming residue. It becomes possible to continue operation of the waste reforming apparatus. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の有機性廃棄物改質工程のフローチャートである。改質工程については、3段階の工程に分けられる。すなわち、有機性廃棄物を改質容器内に供給し、反応開始剤を用いて有機性廃棄物の一部において改質を開始する反応開始工程S1、気体導入管による改質容器内の改質容器内への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により反応を拡大させる反応拡大工程S2、燃焼核の大きさを維持することにより改質を定常的に行う反応定常工程S3である。有機性廃棄物の種類、含水量等の条件によるが、反応拡大工程S2は約600分程度継続し、その後反応定常工程S3へと至る。 FIG. 1 is a flowchart of the organic waste reforming process of the present invention. The reforming process is divided into three stages. That is, the organic waste is supplied into the reforming container, and the reaction initiating step S1 in which reforming is started in a part of the organic waste using the reaction initiator, the reforming in the reforming container by the gas introduction pipe A reaction expansion step S2 in which the reaction is expanded by aeration into the container and a water supply for performing a combustion reaction with water, and a reaction steady step S3 in which reforming is performed constantly by maintaining the size of the combustion nuclei. Depending on conditions such as the type of organic waste and water content, the reaction expansion step S2 continues for about 600 minutes, and then reaches the steady reaction step S3.
図2、図3はそれぞれ有機性廃棄物改質用装置10の概略図、外観図である。図において、有機性廃棄物改質用装置10は、供給手段13から供給された有機性廃棄物15の改質を行う改質容器11と、有機性廃棄物15の燃焼中における温度状態を把握するための温度センサー22と、改質容器内18への通気を行うための気体導入管23と、改質を行うため水を補充する給水手段20と、改質が行われた改質残渣17を外部に排出する排出口19と、前記改質容器11から排出するガスを処理する排出ガス処理手段21とを有する。
2 and 3 are a schematic view and an external view of the organic
供給手段13は、有機性廃棄物を受け入れて改質容器11の容器内18へ供給する供給口13aと、供給口13aに嵌合する供給口蓋体13bから構成される。
The supply means 13 includes a
有機性廃棄物の改質を行う改質容器11は、天井部12a、周壁部12b、底部12cからなる容器壁12、脚部16から構成される。改質容器11は正六角柱形状の容器であり、1辺が約60cmの正六角形、全体の高さが約1mの、1000リットルの容量を有する容器である。
The reforming
脚部16は、底部12cに6本設置され、約50cm程度の同一の長さからなることで、改質容器11を地上から一定の高さに設置できる。また、設置地点に傾斜がある場合には、脚部16の長さを調節することで、改質容器11を水平に保持することができる。
Six
本実施例においては、約30kgの有機性廃棄物15として籾殻を用い、有機性廃棄物15が供給手段13から改質容器11に供給された後、少量のカーバイドと水を用いて反応させることで、有機性廃棄物15を着火させる。この際、有機性廃棄物15が乾燥状態である場合は、約20リットルの水を着火前に有機性廃棄物15に加え、よく撹拌しておく。反応開始後は、気体導入管23による改質容器内18への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により反応箇所を拡大させる。この際には、気体導入管23先端部を改質容器11中心部から周辺部へ移動させることで、酸素を使用した燃焼反応を有機性廃棄物15中心部から周辺部へと拡大させる。酸素を使用した燃焼反応によって有機性廃棄物15中には熱が蓄積しており、供給された水は潜熱によって有機性廃棄物15中の温度を上昇させ、有機性廃棄物15内で水による燃焼反応が起こる。反応拡大工程S2では、有機性廃棄物15中心部の温度上昇を伴うが、中心部の温度が400℃に到達した際に、5リットルの給水を1回行い、反応箇所を拡大させる。
In this embodiment, rice husk is used as about 30 kg of
燃焼反応が有機性廃棄物15内に拡大すると、有機性廃棄物15中心部では温度が400℃付近まで上昇し、定常状態が形成される。この際には、気体導入管23先端部を改質容器11内周辺部から中心部に戻すことで、反応定常状態が形成される。図4に示すように、この際には有機性廃棄物15中心部の高温部に燃焼核24が形成される。燃焼核24は有機性廃棄物15中心部に約直径30cm程度の球体状に形成され、反応定常工程S3ではほぼ一定の大きさを保持する。燃焼核周辺部25の温度は約180℃付近であり、また、改質容器内18では80℃付近、改質容器11外部では40℃付近である。燃焼反応が進行することにより、有機性廃棄物15の改質が進んだ段階で、有機性廃棄物を改質容器内18に追加的に5kg程度供給する。また、有機性廃棄物15には給水手段20により水を連続的に供給することで、水分不足による燃焼反応の停止を防止する。この際には1回の給水量が、投入した有機性廃棄物の乾燥重量を超えないように給水量を調整する。
When the combustion reaction expands into the
温度センサー22は、図4の通り、直径5cm、全長約50cmの円筒形状のもので、温度検知部位22a、本体22b、表示部22cからなり、改質容器周壁部12bの各側面中央部に穿設された穿設孔14から改質容器内18に突出しており、温度検知部位22aが燃焼中の有機性廃棄物15の温度を検知する。温度検知部位22aは温度センサー22の先端から約5cmの範囲であれば温度を検知することが可能である。穿設孔14は、改質容器底部12cから約50cmの高さに位置しており、各々の温度センサー22の温度検知部位22aは、改質容器内18で改質容器11中心部から半径15cmの円を描くように配置されている。温度センサー22のうち少なくとも1本が3分間以上200℃を下回る温度を計測した時点で、改質容器周壁部12bに設置された気体導入管23先端部を再度改質容器11内中心部から周辺部へ移動させ、酸素による燃焼反応を拡大させてから給水を行うことで、水による燃焼反応を改質容器内18で起こし、燃焼核24の大きさを拡大させ、燃焼反応を継続的に行うことが可能である。また、簡便的には、温度センサー22の代わりに温度計を用いて定期的に燃焼中の有機性廃棄物15の温度を計測することもできる。
As shown in FIG. 4, the
図5は気体導入管23の詳細を示す説明図である。気体導入管23は、直径約3cm、全長約60cm程度の金属製管であり、改質容器周壁部12bに設置される。常時気体導入管23から外気が導入されているため、改質容器内18では酸素による燃焼反応が一定の割合で起こっている。気体導入管23は、排出口19から高さ20cmに位置し、各側面中央部に穿設された孔を通して改質容器11外部より改質容器内18へ外気を導入する。なお、気体導入口23aは図5の通り、直径15mm、8mm、5mmの3種類の空気口を選択することができ、有機性廃棄物の種類、通気条件等により使い分けることが可能である。
FIG. 5 is an explanatory view showing details of the
図6は排出口19を説明する改質容器11の断面図である。改質が行われた改質残渣17を外部に排出する排出手段は、改質容器周壁部12bの3方向に設置された排出口19から改質容器11の内部に蓄積した改質残渣17を取り出す。改質残渣17の回収については、2日に1回程度、改質残渣17を排出口19から取り出すが、定常反応工程S3においては、定常反応状態の燃焼核を維持するために改質残渣17を全て取出さないように注意する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the reforming
容器内18から排出するガスを処理する排出ガス処理手段21は、通気筒体21a、ガス捕集部21b、タール除去部21c、吸引ファン21dからなる。通気筒体21aは改質容器周壁部12bに外設されており、改質により発生したガスが吸引ファン21dによって強制的に吸引されることで通気筒体21a内に流入し、通気筒体21aを通過した後、ガス捕集部21bで有用なガスが捕集される。本実施例では、改質工程において有用な水素ガスが高濃度で発生するため、ガス捕集部21bにおいて高濃度水素ガスを捕集する。改質によって発生する高濃度水素ガスは、ガス捕集部21bにおいて水素吸蔵合金により捕集される。タール除去部21cは、おが屑等からなる木質ペレットや、活性炭を複数層にわたり敷設することで、フィルターの役割を担うことができ、最終的に排出するガスを浄化する。
The exhaust gas processing means 21 for processing the gas discharged from the
以上、本発明に係る実施の形態であるが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、上記実施の形態に、多種多様な技術的変更を加えることによる実施の形態もまた、本発明の技術的範囲に属することは当業者に明らかである。 As mentioned above, although it is embodiment which concerns on this invention, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment, By adding various technical change to the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that the embodiments also belong to the technical scope of the present invention.
次に、本実施形態による有機性廃棄物改質用装置の運転例を以下の実験例1〜4に示す。 Next, examples of operation of the organic waste reforming apparatus according to the present embodiment are shown in Experimental Examples 1 to 4 below.
(実験例1)
本発明は、水による燃焼反応という酸素を使用した燃焼反応とは異なる反応を利用し、改質を行うものである。本実験例1は、改質容器内で水による燃焼反応が発生することを明らかにする目的のため、実験途中においては有機性廃棄物、水を追加的に改質容器内に供給せず、改質容器内の気相部分において気体の発生状態を測定した。なお、本実験は既に反応定常工程に至った状態において、実験を開始したものである。
(Experimental example 1)
The present invention performs reforming by utilizing a reaction different from the combustion reaction using oxygen, which is a combustion reaction with water. In this Experimental Example 1, for the purpose of clarifying that a combustion reaction due to water occurs in the reforming vessel, organic waste and water are not additionally supplied into the reforming vessel during the experiment. The gas generation state in the gas phase portion in the reforming vessel was measured. Note that this experiment was started in a state where the steady reaction process had already been reached.
有機性廃棄物として、籾殻20kgを使用し、改質容器に供給後、0.5リットルの水を籾殻に加えることで反応を開始した。本実験例における水には、安定同位体として酸素(18O)を含む同位体水H2 18Oを10%濃度で用い、燃焼反応により生成する二酸化炭素量を測定する。なお、籾殻は約10重量%の含水量であった。 As organic waste, 20 kg of rice husk was used, and after supplying it to the reforming vessel, the reaction was started by adding 0.5 liter of water to the rice husk. As water in this experimental example, isotope water H 2 18 O containing oxygen ( 18 O) as a stable isotope is used at a concentration of 10%, and the amount of carbon dioxide produced by the combustion reaction is measured. The rice husk had a water content of about 10% by weight.
さらに、注目すべきは、CO2発生量がO2減少量を上回っている点である。これは、酸素を使用した燃焼反応(図7(a)(b))のみでは起こり得ない現象であることから、この点からも水による燃焼反応が起こることが示された。 Further, it should be noted that the CO 2 generation amount exceeds the O 2 decrease amount. This is a phenomenon that cannot occur only with the combustion reaction using oxygen (FIGS. 7A and 7B). From this point, it was shown that the combustion reaction with water occurs.
(実験例2)
次に、別の有機性廃棄物を用いて、本実施形態で行った別実験を以下に示す。本実験例2は、加水条件と非加水条件の違いによって改質容器内に発生する気体に与える影響を明らかにすることを目的とする。本実験は、実験例1同様、有機性廃棄物、水を追加的に改質容器内に供給せず、改質容器内の気相部分の状態を測定したものである。なお、本実験は、反応開始工程から実験を開始した。
(Experimental example 2)
Next, another experiment performed in this embodiment using another organic waste is shown below. The purpose of this experimental example 2 is to clarify the influence on the gas generated in the reforming vessel due to the difference between the hydrated condition and the non-hydrated condition. In this experiment, as in Experimental Example 1, organic waste and water were not additionally supplied into the reforming container, and the state of the gas phase portion in the reforming container was measured. In addition, this experiment started from the reaction start process.
有機性廃棄物として、塩化ビニル製のクロス紙10kgを使用し、改質容器に供給後、反応開始前に2リットルの水をクロス紙に加え、少量のカーバイドと水の反応により有機性廃棄物を着火させることで反応を開始させる。比較例として、水を供給しない非加水条件で同様に実験した例を示す。なお、クロス紙は約15重量%の含水量であった。 Use 10 kg of vinyl chloride cloth paper as the organic waste, supply it to the reforming vessel, add 2 liters of water to the cloth paper before starting the reaction, and react the organic waste with a small amount of carbide and water. Start the reaction by igniting. As a comparative example, an example of a similar experiment under non-hydrolysis conditions in which water is not supplied is shown. The cloth paper had a water content of about 15% by weight.
図8〜図12は、0分、10分、30分、60分、90分、120分、150分、180分と反応時間を設定し、改質容器内気相部分において気体の発生状態を測定した測定結果を示すグラフである。測定装置としてガスクロマトグラフおよびガスクロマトグラフ・マススペクトルを用いて、気相部分に含まれる水素、一酸化炭素、二酸化炭素、酸素、窒素の量を測定した。グラフ縦軸は改質容器内気相部分の体積全体に対する割合を示したものである。 8 to 12, the reaction time is set to 0 minutes, 10 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 90 minutes, 120 minutes, 150 minutes, 180 minutes, and the gas generation state is measured in the gas phase portion in the reforming vessel. It is a graph which shows the measured result. The amount of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, and nitrogen contained in the gas phase portion was measured using a gas chromatograph and a gas chromatograph / mass spectrum as a measuring device. The vertical axis of the graph shows the ratio of the gas phase portion in the reforming vessel to the entire volume.
図8は実験例2において気相での水素の発生量を示すグラフである。非加水条件の比較例に比べ、加水状態のクロス紙からは水による燃焼反応により多量の水素ガスが容器内において発生していることを示している。なお、非加水条件の比較例においても、クロス紙に含まれる水、また酸素を使用した燃焼によって発生した水により、水による燃焼反応が起こることが推察される。 FIG. 8 is a graph showing the amount of hydrogen generated in the gas phase in Experimental Example 2. Compared with the comparative example of non-hydrolysis conditions, it is shown that a large amount of hydrogen gas is generated in the container from the water-crossed paper by the combustion reaction with water. In the comparative example under the non-hydrolysis condition, it is presumed that the water-containing combustion reaction occurs due to the water contained in the cloth paper or the water generated by the combustion using oxygen.
図9は実験例2において気相での一酸化炭素の発生量を示すグラフである。非加水条件の比較例に比べ、加水状態のクロス紙からは水による燃焼反応により多量の一酸化炭素ガスが容器内において発生していることを示している。 FIG. 9 is a graph showing the amount of carbon monoxide generated in the gas phase in Experimental Example 2. Compared with the comparative example of non-hydrolysis conditions, it is shown that a large amount of carbon monoxide gas is generated in the container from the water-crossed paper by the combustion reaction with water.
図10は実験例2において気相での二酸化炭素の発生量を示すグラフである。非加水条件の比較例では、酸素を使用した燃焼反応によって二酸化炭素が発生するため、図9における非加水条件での一酸化炭素の発生割合と比べて、二酸化炭素の発生量が多いことが示されている。 FIG. 10 is a graph showing the amount of carbon dioxide generated in the gas phase in Experimental Example 2. In the comparative example of the non-hydrolysis condition, carbon dioxide is generated by the combustion reaction using oxygen, and therefore, the generation amount of carbon dioxide is larger than the generation ratio of carbon monoxide under the non-hydrolysis condition in FIG. Has been.
図11、12は実験例2において気相での酸素、窒素の量を示すグラフである。非加水条件に比べ、加水条件では、酸素、窒素とも減少していることが確認できる。これは、加水条件において発生する気体により、これらの割合が減少したものと推察される。 11 and 12 are graphs showing the amounts of oxygen and nitrogen in the gas phase in Experimental Example 2. FIG. It can be confirmed that both oxygen and nitrogen are reduced in the hydrated condition compared to the non-hydrated condition. This is presumed that these ratios were reduced by the gas generated under the water condition.
(実験例3)
本実験例3は、水素発生に最適な水分量を調べたものである。本実験は、実験例1および2同様、有機性廃棄物、水を追加的に改質容器内に供給せず、改質容器内の気相部分の状態を測定したものである。なお、本実験は、反応開始工程から実験を開始した。
(Experimental example 3)
In Experimental Example 3, the optimum amount of water for hydrogen generation was examined. In this experiment, as in Experimental Examples 1 and 2, organic waste and water were not additionally supplied into the reforming vessel, and the state of the gas phase portion in the reforming vessel was measured. In addition, this experiment started from the reaction start process.
有機性廃棄物として、籾殻30kgを使用し、改質容器に供給後、反応開始前に4.5リットル、6.0リットル、12.0リットル、20.0リットル、30.0リットルと水分量を変え、それぞれ籾殻に加えておく。その後、少量のカーバイドと水の反応により有機性廃棄物を着火させ、反応を開始させる。なお、籾殻は約10重量%の含水量であった。 As organic waste, 30 kg of rice husk is used, and after supply to the reforming vessel, before starting the reaction, 4.5 liter, 6.0 liter, 12.0 liter, 20.0 liter, 30.0 liter and water content And add each to the rice husk. Thereafter, the organic waste is ignited by a reaction of a small amount of carbide and water to start the reaction. The rice husk had a water content of about 10% by weight.
図13は、実験例3において気相での水素の発生量を示すグラフである。水素発生においては、籾殻30kgに対して水分量として20.0リットルの状態が最適であることが示された。 FIG. 13 is a graph showing the amount of hydrogen generated in the gas phase in Experimental Example 3. In hydrogen generation, it was shown that 20.0 liters of water is optimal for 30 kg of rice husk.
(実験例4)
本実験例4は、有機性廃棄物の着火後から水素発生がなくなるまでの反応時間を測定した。本実験は、実験例1〜3同様、有機性廃棄物、水を追加的に改質容器内に供給せず、改質容器内の気相部分の状態を測定したものである。なお、本実験は、反応開始工程から実験を開始した。
(Experimental example 4)
In this Experimental Example 4, the reaction time from the ignition of the organic waste to the disappearance of hydrogen generation was measured. In this experiment, as in Experimental Examples 1 to 3, organic waste and water were not additionally supplied into the reforming container, and the state of the gas phase portion in the reforming container was measured. In addition, this experiment started from the reaction start process.
有機性廃棄物として、籾殻30kgを使用し、改質容器に供給後、反応開始前に20リットルの水を籾殻に加えた後、少量のカーバイドと水の反応により有機性廃棄物を着火させ、反応を開始させる。なお、籾殻は約10重量%の含水量であった。 As organic waste, 30 kg of rice husk is used, supplied to the reforming vessel, and after adding 20 liters of water to the rice husk before the start of the reaction, the organic waste is ignited by reaction of a small amount of carbide and water, Start the reaction. The rice husk had a water content of about 10% by weight.
図14は、実験例4において気相での水素の発生量を示すグラフである。630分でピークに達し、900分まで水素発生が継続していることが示されている。ピーク時点では体積比2.5%もの高濃度水素が発生することが示された。なお本実験は、本装置で籾殻30kgを改質させるために要する時間を示したものであり、反応定常工程において有機性廃棄物および水を補給すれば、改質反応が継続することは上述の通りである。本実験では、最終時点(900分)で籾殻はほぼ全て改質され、改質残渣が残るのみであった。 FIG. 14 is a graph showing the amount of hydrogen generated in the gas phase in Experimental Example 4. It is shown that a peak is reached at 630 minutes and hydrogen evolution continues until 900 minutes. It was shown that high concentration hydrogen with a volume ratio of 2.5% was generated at the peak time. This experiment shows the time required for reforming 30 kg of rice husks with this apparatus. If organic waste and water are replenished in the steady reaction process, the reforming reaction will continue as described above. Street. In this experiment, the rice husk was almost completely reformed at the final point (900 minutes), and only the reformed residue remained.
上記実験結果から、本発明における有機性廃棄物を改質する方法では、外部からのエネルギーを使用せずに有機性廃棄物を改質することが可能であることは明らかである。また改質によって生成するガスは高濃度水素を含有するため、これを回収し水素ガスとして利用できること、また有機性廃棄物の種類によっては、生成した改質残渣を肥料として利用することが可能である。 From the above experimental results, it is apparent that the organic waste can be reformed without using external energy in the method for reforming organic waste in the present invention. In addition, since the gas generated by reforming contains high-concentration hydrogen, it can be recovered and used as hydrogen gas. Depending on the type of organic waste, the generated reformed residue can be used as fertilizer. is there.
本発明は、外部からのエネルギーを使用せずに有機物を改質する方法、およびその改質方法を実現するための、有機性廃棄物改質用装置に関するものである。改質によって生成するガスは高濃度水素を含有しており、これを回収し水素ガスとして利用することができ、有機性廃棄物の種類によっては、生成した改質残渣を肥料として利用することが可能であることから、産業上の利用可能性は極めて高い。 The present invention relates to a method for modifying an organic substance without using external energy, and an organic waste reforming apparatus for realizing the reforming method. The gas generated by reforming contains high-concentration hydrogen, which can be recovered and used as hydrogen gas. Depending on the type of organic waste, the generated reformed residue can be used as fertilizer. Because it is possible, the industrial applicability is extremely high.
S1 反応開始工程
S2 反応拡大工程
S3 反応定常工程
10 有機性廃棄物改質用装置
11 改質容器
12 容器壁
12a 天井部
12b 周壁部
12c 底部
13 供給手段
13a 供給口
13b 供給口蓋体
14 穿設孔
15 有機性廃棄物
16 脚部
17 改質残渣
18 改質容器内
19 排出口
20 給水手段
20a 給水タンク
20b シャワー部
21 排出ガス処理手段
21a 通気筒体
21b ガス捕集部
21c タール除去部
21d 吸引ファン
22 温度センサー
22a 温度検知部位
22b 本体
22c 表示部
23 気体導入管
23a 気体導入口
24 燃焼核
25 燃焼核周辺部
S1 reaction start process S2 reaction expansion process S3
Claims (6)
気体導入管による改質容器内への通気と、水による燃焼反応を行うための給水により反応を拡大させる反応拡大工程と、
燃焼核の大きさを維持することにより改質を定常的に行う反応定常工程と、
を有し、高濃度水素ガスの発生を伴うことを特徴とする有機性廃棄物の改質方法。 A reaction start step of supplying organic waste into the reforming container and starting reforming of a part of the organic waste using a reaction initiator;
A reaction expansion step of expanding the reaction by aeration into the reforming vessel through the gas introduction pipe and water supply for performing a combustion reaction with water;
A steady reaction process in which reforming is carried out constantly by maintaining the size of the combustion nuclei;
And a method for reforming organic waste, characterized by accompanied by generation of high-concentration hydrogen gas.
供給手段から供給された有機性廃棄物の改質を行う改質容器と、
有機性廃棄物の燃焼中における温度状態を把握するための温度センサーと、
改質容器内への通気を行うための気体導入管と、
改質を行うため水を補充する給水手段と、
改質が行われた改質残渣を外部に排出する排出手段と、
前記改質容器から排出するガスを処理する排出ガス処理手段と、
を有し、高濃度水素ガスの発生を伴うことを特徴とする有機性廃棄物改質用装置。 Organic waste supply means;
A reforming container for reforming the organic waste supplied from the supply means;
A temperature sensor to understand the temperature state of organic waste during combustion;
A gas introduction pipe for venting into the reforming vessel;
Water supply means for replenishing water for reforming;
Discharging means for discharging the reformed residue after reforming to the outside;
Exhaust gas processing means for processing the gas discharged from the reforming vessel;
An organic waste reforming apparatus characterized by having high concentration hydrogen gas generated.
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