JP2003260453A - 過熱蒸気式熱分解処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイオキシンを発生せずに廃棄物を減量化
し、廃棄物のうち再利用できる資源を回収可能とするこ
とである。 【解決手段】 熱分解処理塔（１）の上部に廃棄物
（２）の投入口（３）とガス出口（１１）をあけ、熱分
解処理後の廃棄物を外部へ排出する移動手段（２０）
を、熱分解処理塔（１）の底部に有し、熱分解処理塔
（１）の高さ中間部であって下側には過熱蒸気の入口
（６）を、上側には過熱蒸気の出口（７）をあけ、熱分
解処理塔（１）の外側に配した過熱蒸気昇温器（８）
を、ブロア（１０）を介して循環パイプ（９）で過熱蒸
気の入口（６）と出口（７）に接続することを特徴とす
る過熱蒸気式熱分解処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば木材系、熱
可塑性のプラスチック系、生ゴミ等の廃棄物を過熱蒸気
で熱分解して減量化、リサイクル化するための処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】河川の流木、街路樹の伐採木、家屋解体
後の廃材などの木材系廃棄物、不要となったプラスチッ
ク製機器、レストラン及び食堂から排出される生ゴミ
は、焼却炉で燃焼して処理する方法が一般的である。し
かし、燃焼は空気を利用するのでダイオキシンが発生し
やすく、また、燃焼によって灰になるので資源の再利用
が図れない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情を考
慮して開発されたもので、その目的は、ダイオキシンを
発生せずに廃棄物を減量化し、しかも、廃棄物のうち再
利用できる資源を回収可能とすることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、熱分
解処理塔の上部に廃棄物の投入口とガス出口をあけ、熱
分解処理後の廃棄物を外部へ排出する移動手段を、熱分
解処理塔の底部に有し、熱分解処理塔の高さ中間部であ
って下側には過熱蒸気の入口を、上側には過熱蒸気の出
口をあけ、熱分解処理塔の外側に配した過熱蒸気昇温器
を、ブロアを介して循環パイプで過熱蒸気の入口と出口
に接続することを特徴とする過熱蒸気式熱分解処理装置
である。

【０００５】過熱蒸気の入口を下側に、出口を上側に設
けてあるので、熱分解処理塔内にブロアによって送り込
んだ過熱蒸気の大部分が循環パイプを介して過熱蒸気昇
温器に回収できるので、過熱蒸気の製造費用が安くてす
む。熱分解処理塔の内部空間を、上から順番に乾燥エリ
ア、熱分解エリア、冷却エリアと呼ぶ。熱分解エリアと
は、熱分解処理塔の中間高さ空間に溜まった廃棄物を過
熱蒸気によって熱分解する領域である。乾燥エリアと
は、熱分解エリアで発生したガスが上昇して上側の廃棄
物を加熱、乾燥させる領域である。冷却エリアとは、熱
分解処理後の廃棄物を自然着火しない温度にまで下げる
領域である。

【０００６】熱分解処理塔の底部に熱分解処理後の廃棄
物が溜まるが、それを移動手段で外部に排出することに
よって、熱分解処理塔内に投入した廃棄物は、重力で落
下しながら乾燥エリア、熱分解エリア、冷却エリアを順
次通過する。各領域での滞留時間は、廃棄物の種類によ
って異なるが、底部に溜まった熱分解処理後の廃棄物を
移動手段で外部に排出する毎に、投入口から新たな廃棄
物を供給することによって、廃棄物を各領域に確実に滞
留させる。

【０００７】熱分解処理塔内の中間高さ空間に溜まった
廃棄物は、空気に触れることなく過熱蒸気によって熱分
解されるので、ダイオキシンが発生しない。

【０００８】移動手段から排出する廃棄物の温度が高温
の場合は、外気に触れると、自然着火して燃焼すること
になる。かといって、熱分解処理塔に長時間滞留させて
おくと、処理能力が悪化するので、短時間で冷却して排
出するには、請求項２の発明のように、過熱蒸気の入口
よりも下側から、冷却水供給パイプを熱分解処理塔の内
部に突入することが望ましい。

【０００９】但し、水蒸気の露点温度よりも冷却する
と、熱分解処理塔の底の内面に露が付き腐食しやすくな
るので、熱分解処理後の廃棄物の温度を、露点温度より
も高く、自然着火する温度よりも低くなる温度範囲に制
御することが望ましい。また、熱分解して塩化水素や硫
化水素等が発生した場合には、露が酸性となるので、一
段と腐食しやすくなり、その上、露点温度が純粋な水蒸
気の露点温度よりも高くなるので、温度制御が一段と有
効になる。具体例としては、熱分解処理塔の内面の温度
を、少なくとも１００℃よりも高く１５０℃よりも低い
温度範囲に制御する。

【００１０】なお、水供給パイプが過熱蒸気の入口より
も下側に設けてあるので、熱分解には支障がない。

【００１１】熱分解処理塔の上部にあけたガス出口から
ガスは、大気中に排出しても良いし、ガスを回収しても
良いが、大気中に排出する場合は、そのガスに刺激臭が
あることもある。この場合、ガス温度を低下することに
よって、刺激臭が抑えられるので、請求項３の発明のよ
うに、ガス出口にガス導入パイプを介して凝縮器を接続
してあることが望ましい。

【００１２】また、ガス出口からは過熱蒸気循環系統の
水分も水蒸気となって排出されるので、過熱蒸気循環系
統の水分量が減少することになり、その減少した分を補
給する必要がある。この場合、過熱蒸気循環系統に水分
を直接補給しても良いし、請求項４の発明のように、熱
分解処理塔には、過熱蒸気用入口と同じ高さ付近に、凝
縮器からの水排出パイプを接続しても良い。このように
すれば、水排出パイプの抜穴から水が熱分解処理塔内に
注入され、凝縮器で得られた水を有効活用できる。

【００１３】なお、凝縮器からの水排出パイプの接続高
さを熱分解処理塔の過熱蒸気の入口と同じ高さ付近にし
たのは、入口付近は過熱蒸気の温度が最も高く、水を注
入しても迅速に蒸気になるからであり、また、注入量も
熱分解が正常に行われる量とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明による過熱蒸気式熱分解処
理装置は、筒状をなす熱分解処理塔１の上部に廃棄物２
の投入口３をあけ、投入口３を蓋４で開閉可能に設ける
と共に、ベルトコンベヤ５による廃棄物２の落下箇所を
投入口３の真上に配置してある。熱分解処理塔１の中間
高さ部分の下側に過熱蒸気の入口６を、上側に出口７を
それぞれあけ、入口６と出口７に過熱蒸気昇温器８を循
環パイプ９を介して接続し、出口側に接続した循環パイ
プ９にはブロア１０を介在してある。なお、投入口に蓋
を設ける代わりに、投入口に空気吸引ダクトを連結し、
その空気ダクト内にベルトコンベヤを設けても良い。

【００１５】過熱蒸気昇温器８は、過熱蒸気を出し入れ
するケース内に電気ヒータＨを内蔵したものである。

【００１６】熱分解処理塔１の上部にガス出口１１をあ
け、ガス出口１１にガス導入パイプ１２を介して凝縮器
１３を接続し、凝縮器１３には二つの水排出パイプ１
４，１５と、ガス排出パイプ１６をそれぞれ接続し、ガ
ス排出パイプ１６には別のブロア１７を接続し、最終的
にはガスを大気に放出するかタンクに回収する。一方の
水排出パイプ１４を熱分解処理塔１の過熱蒸気の入口６
と同じ高さ付近に接続し、他方の水排出パイプ１５を大
気に開放してある。

【００１７】凝縮器１３は、ガスを出し入れするケース
内に、冷却水が流れる凝縮器本体Ｇを内蔵したものであ
る。

【００１８】過熱蒸気の入口６よりも下側から冷却水供
給パイプ１８を熱分解処理塔１の内部に突入し、冷却水
供給パイプ１８に水を送り込み、冷却水供給パイプ１８
に備える複数のノズル１９から水を排出する。なお、凝
縮器１３からの水排出パイプ１４を分岐して、その分岐
管を冷却水供給パイプ１８としても良いし、同様に、水
排出パイプ１４を分岐し、過熱蒸気の出口７に接続した
循環パイプ９にその分岐管を接続して、水分の補給とブ
ロア１０の冷却を兼ねても良い。このように、凝縮器１
３で回収した水を使用すると、外部からの水の供給量を
減少できる。

【００１９】熱分解処理塔１の底部には、廃棄物２を外
部に排出する移動手段（スクリューコンベヤ）２０を横
向きに配置し、スクリューコンベヤ２０のケース入口２
１を熱分解処理塔１の内部に通じる状態にあけ、スクリ
ューコンベヤ２０のケース出口２２から熱分解後の廃棄
物を排出する。

【００２０】熱分解処理塔１の内部空間は、大まかにい
えば上側部分が乾燥エリア（室温〜２００℃）、中間高
さ部分が熱分解エリア（２００℃〜５５０℃）、下側部
分が冷却エリア（５５０℃以下）となる。廃棄物は、熱
分解処理塔１の上部の投入口３から供給され、乾燥エリ
アにおいては、熱分解エリアで発生するメタン、水素、
一酸化炭素、二酸化炭素等のガスが保有する熱によって
加熱され、乾燥される。この乾燥エリアでは廃棄物を常
温から２００℃に上昇させる。なお、乾燥エリアの廃棄
物が燃焼しないように、投入口３を蓋４で閉めて外部か
ら空気が入り込まない状況で熱分解が行われる。

【００２１】乾燥エリアにおいて熱を奪われたメタン、
水素、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスは、廃棄物から
発生した水蒸気とともに、内部発生ガスとして、ガス出
口１１から凝縮器１３に供給される。凝縮器１３におい
て、凝縮器本体Ｇ内を流れる冷却流体によって内部発生
ガスを冷却して、そのうち水蒸気を凝縮して水排出パイ
プ１４、１５に送り込み、一方、メタン、水素、一酸化
炭素、二酸化炭素等のガスは冷却されても凝縮しないの
でガス排出パイプ１６、ブロア１７を経て外部に排出さ
れる。

【００２２】スクリューコンベヤ２０を駆動して、熱分
解後の廃棄物を排出すると、それに伴って乾燥エリアか
ら熱分解エリアに廃棄物が重力で落下して供給される。
熱分解エリアでは、入口６から供給される２５０〜５０
０℃の過熱蒸気によって熱分解され、前記したメタン、
水素、一酸化炭素、二酸化炭素等のガスを発生し、ター
ル分及び炭素分が残る。この際の熱分解は、以下の三つ
の化学式で表される。なお、ｎ、ｍ、ｐは整数である。

【化１】

【００２３】廃棄物を過熱し自らの温度が低下した過熱
蒸気は、出口７からブロア１０によって取り出され、過
熱蒸気昇温器８において再過熱され、所定温度の過熱蒸
気となって、熱分解エリアに戻される。ブロア１０によ
って過熱蒸気が入口６、熱分解エリア、出口７、過熱蒸
気昇温器８の間を順次通過して循環する。この過熱蒸気
の循環系統に、運転中の水蒸気の損失を補うために水を
供給する。水の供給箇所は、ブロア１０の耐熱の負担を
軽減する目的から、ブロア１０の吸気口の近傍が望まし
い。

【００２４】熱分解エリアにおいて残されたタール分と
炭素分は、スクリューコンベヤ２０を駆動すると、重力
落下によって冷却エリアに供給され、冷却水供給パイプ
１８から注入される水によって冷却される。このとき、
熱分解処理塔１の底部（スクリューコンベヤ２０の入口
２１の真下部分）に水が溜まらないように注入量を制御
して、この底部の温度を１００℃から１５０℃程度に温
度制御する。そして、冷却されたタール分と炭素分はス
クリューコンベヤ２０内を通過して出口２２から排出さ
れる。

【００２５】以下に、上述した本発明の装置で廃棄物を
熱分解した例を記す。

【００２６】まず、実施例１では、樹木の伐採木を廃棄
物として投入した。１日あたり１０００ｋｇ処理すると
き、乾燥エリア、熱分解エリア及び冷却エリアにおい
て、それぞれ４時間滞留させ、過熱蒸気の温度を過熱蒸
気の入口６では５００℃、出口７では２５０℃とし、熱
分解処理塔１の底の温度を１２０℃として、過熱蒸気式
熱分解装置を運転した。すると、熱分解後の廃棄物とし
て、２００ｋｇの木炭（炭素分）が得られ、廃棄物が１
／５に減量化された。また、木炭（炭素分）にはタール
分が付着すると共に、揮発分が残留しており、木炭の全
重量の１３〜１４％が揮発分である。

【００２７】このとき、凝縮器１３で得られる凝縮液
（水）は、約５００ｋｇである。なお、このうち水２０
０ｋｇは熱分解エリアを循環する過熱蒸気となるように
水排出パイプ１４に注入され、また、水５０ｋｇは冷却
エリアの冷却のために冷却水供給パイプ１８に注入され
た。

【００２８】凝縮器１３からはメタン、水素、一酸化炭
素、二酸化炭素等のガスが、５５０ｋｇ発生した。この
とき、ガスの組成は、メタンガスが約５％、水素が約１
％、一酸化炭素が３５％、二酸化炭素等が残りの約５９
％である。

【００２９】凝縮器１３において内部発生ガスを充分に
冷却すると、刺激臭が抑えられるので、大気中に排出し
ても都合が良い。内部発生ガス中には、酢酸、ホルムア
ルデヒド、アセトン等の蒸気が含まれ、これらは、目の
痛み、涙、鼻水、せき、呼吸困難をおこさせる。しか
し、内部発生ガスを充分に冷却し、ガス温度を低下する
と、酢酸、ホルムアルデヒド、アセトン等の蒸気圧が低
下することから、空気中の濃度を低下することができ
る。１００℃のガスを６０℃まで冷却すると、ガス中の
酢酸等の濃度は約１／５、４０℃まで冷却すると約１／
１０に減少することが可能となる。

【００３０】冷却エリアにおいて、水を熱分解処理塔１
に注入すると、タール分と炭素分を冷却すると共に、前
記した化学式（２）、（３）のように、炭素分をさらに
メタン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素などのガスに転
換できる。

【００３１】また、化学式（１）から（３）が示すよう
に、熱分解エリアにおいて、過熱蒸気の水分量を多くす
ると、有機物、炭素の分解反応が生じやすくなることか
ら、メタノール、水素、一酸化炭素、二酸化炭素などの
ガスへの転換が進む。

【００３２】第二実施例では、ポリエチレン樹脂を廃棄
物として投入した。一日あたり１００ｋｇ処理すると
き、乾燥エリア、熱分解エリア及び冷却エリアにおい
て、それぞれ１時間、７時間、２時間滞留させ、過熱蒸
気の温度を過熱蒸気の入口６では４００℃、出口７では
２００℃とし、熱分解処理塔１の底の温度を１２０℃程
度として運転した。

【００３３】すると、３ｋｇの固定残渣と、２．５ｋｇ
のタール分が得られることになり、約１／１８程度に減
量化が図られた。凝縮器１３では、約９０ｋｇの凝縮液
（水）が得られた。なお、この水量は、過熱蒸気昇温器
８に運転時に供給する１００ｋｇの水量よりも僅かに少
ない程度で、残りの水分はガスとして外部に排出され
る。

【００３４】また、凝縮器１３ではメタン、水素、一酸
化炭素、二酸化炭素等のガスが、約９０ｋｇ発生した。
このときのガスの組成は、メタンガスが約２０％、水素
が５％、一酸化炭素が約３０％、二酸化炭素などが残り
の約４５％である。

【００３５】第三実施例では、生ゴミを廃棄物として投
入した。１日あたり１００ｋｇ処理するとき、乾燥エリ
ア、熱分解エリア及び冷却エリアにおいて、それぞれ６
時間、２時間、２時間滞留させ、過熱蒸気の温度を過熱
蒸気の入口６では５００℃、出口７では２００℃とし、
熱分解処理塔１の底の温度を１５０℃程度として運転し
た。

【００３６】すると、３ｋｇの固定残渣と０．２ｋｇの
タール分が得られ、廃棄物を約１／３１程度に減量化で
きた。また、凝縮器１３では、約９０ｋｇの凝縮液
（水）が得られた。なお、過熱蒸気昇温器８に運転時に
供給する１００ｋｇの水の殆どを、生ゴミに含まれる水
分から凝縮器１３で回収して補うことができる。

【００３７】

【発明の効果】請求項１の発明は、過熱蒸気による熱分
解を用いるので、燃焼のような空気を利用せずにすみ、
従って、ダイオキシンが発生しない。また、熱分解によ
って廃棄物を、ガスとそれ以外の固形分等にすることが
できるので、廃棄物が減量化する。さらに、廃棄物が木
材や熱可塑性樹脂であれば、廃棄物を熱分解処理した後
の固形分を再利用できるし、ガス出口から排出するガス
にはメタン等が含まれており、ダイオキシンが含まれて
いないので、回収して再利用することもできる。

【００３８】請求項２の発明は、過熱蒸気の入口よりも
下側から、冷却水供給パイプを熱分解処理塔の内部に突
入してあるので、移動手段から排出する際に自然着火し
ない温度にまで廃棄物の温度を下げる時間が短縮され、
その結果、廃棄物を熱分解する処理能力が向上する。

【００３９】請求項３の発明は、ガス出口にガス導入パ
イプを介して凝縮器を接続してあるので、凝縮器から排
出するガスの温度が低下し、ガスの刺激臭が抑えられ
る。

【００４０】請求項４の発明は、熱分解処理塔の過熱蒸
気の入口と同じ高さ付近に、凝縮器からの水排出パイプ
を接続してあるので、凝縮器で得られた水を有効活用で
きる。しかも、入口付近は過熱蒸気の温度が最も高く、
水排出パイプから注入した水が迅速に蒸気になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による過熱蒸気式熱分解処理装置を示す
正面図である。

【符号の説明】

１ 熱分解処理塔 ２ 廃棄物 ３ 投入口 ４ 蓋 ６ 入口 ７ 出口 ８ 過熱蒸気昇温器 ９ 循環パイプ １０ ブロア １１ ガス出口 １２ ガス導入パイプ １３ 凝縮器 １４ 水排出パイプ １８ 冷却水供給パイプ ２０ 移動手段（スクリューコンベヤ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽生田 勝也 富山県牛島町15番１号 北陸電力株式会社 内 Ｆターム(参考） 3K061 AA16 AB02 AC01 AC13 AC17 BA06 FA02 FA12 4D004 AA03 AA07 AA12 AC04 BA03 CA24 CA26 CA27 CB04 CB31 CB43 CC03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱分解処理塔（１）の上部に廃棄物
   （２）の投入口（３）とガス出口（１１）をあけ、熱分
   解処理後の廃棄物を外部へ排出する移動手段（２０）
   を、熱分解処理塔（１）の底部に有し、熱分解処理塔
   （１）の高さ中間部であって下側には過熱蒸気の入口
   （６）を、上側には過熱蒸気の出口（７）をあけ、熱分
   解処理塔（１）の外側に配した過熱蒸気昇温器（８）
   を、ブロア（１０）を介して循環パイプ（９）で過熱蒸
   気の入口（６）と出口（７）に接続することを特徴とす
   る過熱蒸気式熱分解処理装置。
2. 【請求項２】 過熱蒸気の入口（６）よりも下側から、
   冷却水供給パイプ（１８）を熱分解処理塔（１）の内部
   に突入してあることを特徴とする請求項１記載の過熱蒸
   気式熱分解処理装置。
3. 【請求項３】 ガス出口（１１）にガス導入パイプ（１
   ２）を介して凝縮器（１３）を接続してあることを特徴
   とする請求項１又は２記載の過熱蒸気式熱分解処理装
   置。
4. 【請求項４】 熱分解処理塔（１）には、過熱蒸気の入
   口（６）と同じ高さ付近に、凝縮器（１３）からの水排
   出パイプ（１４）を接続することを特徴とする請求項３
   記載の過熱蒸気式熱分解処理装置。