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新技術開発

C-POWERの特徴とプロセス

C-POWERとは

C-POWER(Carbon-free Pyrolysis for Organic Waste Energy & Resources)は、有機廃棄物を可燃ガスに変える技術です。可燃ガスは、エネルギー(電気と熱)あるいは化学原料(水素、アルコールなど)として利用することができます。

C-POWERの特徴

熱の供給方法

有機廃棄物(原料)を熱分解すると可燃気体(ガス)と可燃液体(タール)と可燃固体(チャー)になります。タールとチャーは更に分解(改質)してガスになりますが、このとき熱が必要です。

原料+熱→可燃ガス

原料に熱を与える方法は、

  1. A. 非燃焼式  …… 装置の中に空気を一切入れないで原料に熱を与える方法
  2. B. 部分燃焼式 …… 装置の中に空気を入れて熱分解で発生する可燃物の一部分を
    燃焼させその熱で原料を加熱する方法

に区分できます。

A. 非燃焼式 熱分解装置

A. 非燃焼式熱分解の図

(※注)非燃焼で熱を与える方法は

A1. 伝熱壁加熱 …… 装置の壁をとおして外から熱を加える外熱式

A2. 熱媒体加熱 …… 装置の中に高温の物質(固体または水蒸気)を入れて熱を加える内燃式

の2つがあります。

B. 部分燃焼式 熱分解装置

B. 部分燃焼式 熱分解装置

C. 全部燃焼式 熱分解装置 = 焼却炉

焼却炉では、有機物が熱分解してガスになり、そのガスの全部を過剰の空気で燃しているので、
全部燃焼式の熱分解装置ということができます。

C. 全部燃焼式 熱分解装置 = 焼却炉

非燃焼式の熱分解装置で得られる熱分解ガスの発熱量は、
部分燃焼式の熱分解装置で得られる熱分解ガスの発熱量より大きくなります。

【熱分解ガスの発熱量】 非燃焼式 > 部分燃焼式

熱分解装置の形

実用化されている連続式熱分解装置は以下の三種類となります。

Ⅰ. 縦型炉(シャフト炉、又は固定床炉)

Ⅱ. 流動床炉(又は噴流床炉)

Ⅲ. 横型回転炉(ロータリーキルン又はUターンキルン)

縦型炉と流動床炉は、耐火煉瓦で囲われており、A1. 伝熱壁加熱はできません。
これに対し、横型回転炉は熱伝導の良い金属で作れるので、伝熱壁加熱ができます。

商用レベルの熱分解装置

現在、実用化されている熱分解装置は、大部分が縦型炉及び流動床炉で、いずれもB. 部分燃焼式です。

部分燃焼式熱分解で得られるガスは、燃焼排ガスを含むため発熱量が低く、又タール蒸気を含んでいるため、熱分解の次工程で二次空気を送入して、熱分解ガスとタールを燃焼しています。そのためプロセス全体は、焼却設備に区分されます。また、発電は燃焼ガスで発生させた高圧蒸気になるスチームタービン発電が採用されるので、規模の小さいプラント(例えば1日数10トン規模)での発電は経済的ではありません。

これに対し、非燃焼式熱分解で得られるガスは発熱量が高く、ガスでエンジンを駆動し発電できるので、例えば1日5トン規模の小さな施設でも発電可能です。
しかし、現在実用化されている非燃焼式熱分解装置は、Uターンキルンを用いた熱分解発電プラントのみで、 ロータリーキルンは、維持管理費がかかるなどの理由で実用化には至っていません。

C-POWERのプロセス

C-POWERのプロセスフロー図(PFD)は以下のとおりです。

C-POWERのプロセスフロー図

① 有機廃棄物(原料)

C-POWERは、有機物であればどんなもので熱分解して可燃ガスにすることができます。 有機物はバイオマスとプラスチックに分類できます。 バイオマスは木、紙、食品残渣及びし尿、下水汚泥などの炭素化合物で、 その炭素源は空気中の二酸化炭素です。 プラスチックは、フィルム、ゴム、センイなどの合成樹脂、その炭素源は石油です。 可燃ごみはバイオマスとプラスチックが混合したものです。

② 前処理

有機廃棄物を熱分解しやすいように処理するもので、破砕や乾燥が用いられます。

③ 熱分解

前処理した有機廃棄物に空気を一切入れないで熱を加えてガスとタールとチャーに熱分解します。 タールは温度が高いと上記になっているので熱分解炉からの熱分解ガスはガスとタールの混合ガスになっています。

④ タール分離

熱分解ガスを冷却してタール蒸気を凝縮させてガスとタール(液体)に分離します。分離したタール液は熱分解キルンに戻してガスにします。

⑤ ガス精製

ガスには塩化水素、硫化水素などの有毒ガスが含まれています。 その原因は、有機廃棄物が例えば塩ビの場合は塩素を、生ゴミ(たん白質)の場合はイオウを含んでいるためです。 これらの有毒ガスを中和して除去します。

⑥ ガス発電

ガスでエンジンを高速回転させて発電します。 このとき空気と少量の液体燃料(A重油など)をエンジンに送入します。

⑦ 熱回収

エンジン排ガスの熱をスキーム又は温水として回収します。

⑧ 製品

熱分解によって有機廃棄物からガスが、そしてガスから電気と熱(エネルギー)が得られます。 またガスを水素と一酸化炭素の混合ガスに変換してアルコールなどの化学原料(再生資源)を製造することもできます。

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