JP2003277761A

JP2003277761A - 触媒加熱式炭化炉

Info

Publication number: JP2003277761A
Application number: JP2002086068A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Aso; 良之阿曽
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; Society for Techno Innovation of Agriculture Forestry and Fisheries
Current assignee: Japan Steel Works Ltd; Society for Techno Innovation of Agriculture Forestry and Fisheries
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-02

Abstract

(57)【要約】【課題】有機性廃棄物の炭化処理を行う炭化炉のラ
ンニングコストを低減する。【解決手段】炭化処理物９を投入する投入部１と、
炭化処理物を乾燥させる乾燥部１５と、乾燥処理した炭
化処理物を熱分解して炭化処理する熱分解部８と、該熱
分解部で炭化処理された炭化物を外部に取り出す取出部
２を備えており、熱分解部８に近接して酸化性能を有す
る触媒７が配置されている。【効果】有機物の熱分解ガスの触媒燃焼によって発
生した熱を最初に有機物の熱分解に利用し、次に温度の
下がった排気ガスの熱を蓄熱体を通して有機廃棄物の乾
燥に利用することにより、熱利用効率が向上し、ランニ
ングコストが低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒燃焼を利用し
た有機性廃棄物の炭化処理に用いられる触媒加熱式炭化
炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の炭化炉２０として図２に示
すものがあった。図において、２１は有機性廃棄物投入
口、２２は炭化後廃棄物の取出口、２３は熱分解室加熱
用の燃焼ガス入口、２４は排ガス出口、２５は熱分解
（乾留）ガス出口、２６は断熱壁、２７は燃焼室、２８
は廃棄物を炭化する熱分解室、２９は炭化過程の有機性
廃棄物、３０は加熱用バーナーである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この炭化炉２０では、
投入口２１から投入された廃棄物は、熱分解室２８で熱
分解され炭化する。炭化の際発生する熱分解ガスはカロ
リーを有しており、バーナー３０の燃料として使用され
るなどして利用される。熱分解室２８の加熱は、燃焼室
２７を通過する燃焼ガスにより行われる。しかし、この
炭化炉における熱分解室の加熱は、バーナーなどで燃焼
した高温ガスにより行われるように構成されているの
で、燃料が多量に消費され、しかも加熱が気流の対流伝
熱によるため伝熱効率が低く、ランニングコストが高い
欠点があった。

【０００４】このため、本願出願人は、燃焼室２７に触
媒層を配置した炭化炉（図２を用いて説明する）を提案
している。この炭化炉では、最初に断熱壁２６で覆われ
た触媒層２７を触媒の活性化温度になるまでバーナー３
０で加熱した状態で投入口２１から投入された廃棄物
は、熱分解室２８で熱分解され炭化する。炭化の際発生
する熱分解ガスは、熱分解ガス出口２５から出て燃焼ガ
ス入口２３から入り、触媒層２７で触媒燃焼しバーナー
による加熱に代わって熱分解室２８を加熱したあと排ガ
ス出口２４から外部へ排気される。

【０００５】しかし、従来の触媒加熱式炭化炉は以上の
ように構成されているので、いずれも、１００℃〜２０
０℃での有機性廃棄物の乾燥と、３００℃〜４００℃の
温度が必要な熱分解を同じ熱分解室で行うことになり、
熱の利用効率が悪く、結果的に処理効率が悪いという問
題がある。

【０００６】本発明は上記のような従来の炭化炉の課題
を解決するためになされたものであり、乾燥部と熱分解
部を適正な温度領域に分けて処理可能とすることにより
熱の利用効率が良い触媒加熱式炭化炉を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明の触媒加熱式炭化炉のうち、請求項１記載の発明
は、炭化処理物を投入する投入部と、投入された炭化処
理物を乾燥させる乾燥部と、乾燥部で乾燥処理した炭化
処理物を熱分解して炭化処理する熱分解部と、該熱分解
部で炭化処理された炭化物を外部に取り出す取出部とを
備えており、前記熱分解部に近接して酸化性能を有する
触媒が配置されており、該触媒に燃焼ガスを供給し酸化
燃焼させて熱分解部の加熱を行うように構成されている
ことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の触媒加熱式炭化炉の発明
は、請求項１記載の発明において、前記触媒の一部また
は全部は、窒素化水素を選択的に酸化する触媒であるこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の触媒加熱式炭化炉の発明
は、請求項２記載の発明において、触媒の一部が窒素化
水素を選択的に酸化する触媒で構成されているとともに
この触媒が燃焼ガスの上流側に配置されていることを特
徴とする。

【００１０】請求項４記載の触媒加熱式炭化炉の発明
は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前
記触媒での酸化燃焼により生じる高温排ガスを乾燥部に
供給して該高温排ガスの熱によって炭化処理物の乾燥を
行うように構成されていることを特徴とする。

【００１１】請求項５記載の触媒加熱式炭化炉の発明
は、請求項４記載の発明において、前記乾燥部に近接し
て、前記高温排ガスが導入される蓄熱層が設けられてい
ることを特徴とする。

【００１２】請求項６記載の触媒加熱式炭化炉の発明
は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、燃
焼用空気を触媒で発生する酸化熱により加熱し、触媒へ
導くように構成されていることを特徴とする。

【００１３】すなわち本発明によれば、乾燥部で炭化処
理物の乾燥処理を行い、乾燥処理を行った炭化処理物を
熱分解部で熱分解するので、熱利用効率を大幅に向上さ
せ、その結果、処理効率を向上させる。また、本発明装
置では、希薄燃焼が可能であり、燃料の使用量を低減す
ることができる。熱分解においては熱分解ガスが発生
し、これを燃料の全部または一部として利用することが
できる他に、他の用途で利用するものであってもよい。

【００１４】また、請求項４に記載するように、触媒で
の酸化燃焼により生じる高温排ガスを乾燥部に供給して
炭化処理物の乾燥を行えば、熱利用効率をさらに向上さ
せることができる。この高温排ガスの供給に際し、請求
項５に記載するように乾燥部の近傍に蓄熱層を設けてお
き、この蓄熱層に高温排ガスを供給するようにすれば、
乾燥部に効率的に熱を伝達することができる。また、請
求項６に記載するように、燃焼用空気を触媒での酸化熱
により加熱し、その後、触媒に導けば、触媒での酸化反
応を促進するとともに、従来装置のように触媒に導いた
際に触媒を冷やしてしまうのを防止して燃焼効率を高め
ることができる。

【００１５】なお、本発明の炭化炉は、好適には有機性
廃棄物を熱分解させて炭化処理する装置として使用され
る。処理すべき廃棄物の種別等については特に限定され
ない。ただし、本発明としてはこれに限定されるもので
はなく、種々の炭化処理物（炭化処理の対象物）を炭化
処理することができる。

【００１６】本発明の投入部、乾燥部、熱分解部、触
媒、取出部は、本発明で限定する構造の他は特に限定さ
れるものではなく、形状、材質等も適宜選定することが
できる。上記乾燥部の近傍、好適にはその周囲に、蓄熱
層を設け、触媒から排出される高温排ガスを導入して熱
回収するのが望ましい。また、熱分解部では、該熱分解
部を囲むように燃焼室を設け、該燃焼室に酸化性能を有
する触媒を配置するのが望ましい。該燃焼室は、熱分解
部を加熱して炭化処理物を間接的に加熱するものであ
り、該加熱を効果的に行えるように、形状、配置等を定
めるものであればよい。

【００１７】また、上記触媒は酸化性能を有することに
より、燃焼室内に供給される燃料を希薄な状態で燃焼さ
せることを可能にするものであり、該作用が得られると
いう観点から適宜の材料が選定される。この触媒は複数
種で構成されるものでもよく、触媒の一部または全部
に、窒素化水素を選択的に酸化する触媒を用いることが
できる。この窒素化水素を選択的に酸化する触媒を燃焼
ガスの上流側に配置し、その下流側に他の触媒を配置す
れば、燃焼ガスの燃焼により窒素酸化物が発生するのを
抑制できる。

【００１８】さらに、該触媒は蓄熱体として作用し、熱
分解部への伝熱効率を向上させる。特に、触媒が熱分解
部に接触している状態で収容すれば、固−固接触によっ
て熱伝導を一層効率的なものとし、熱ロスを軽減する。
したがって触媒の収容においては、燃焼効率、熱伝導効
率を考慮するのが望ましく、収容状態としてはガスの移
動を確保した上で燃焼室内に触媒を充填した状態が最適
である。なお、触媒の収容は、固定層を形成するもので
あってもよく、燃焼時に流動層を形成するものであって
もよい。また、上記触媒の外周側に燃焼用空気を導入
し、該空気を触媒からの熱によって加熱し、その後、熱
分解部で発生した熱分解ガスとともに触媒に供給するの
が望ましい。

【００１９】本発明の構成においては、有機性廃棄物を
炉の中心上部から投入し、その周りに下部から触媒燃焼
部と蓄熱部を配置することによって上部の低温部で有機
性廃棄物の乾燥を行い、下部の高温部で熱分解が行える
ことを可能にしたものである。また、炉の断熱壁と燃焼
蓄熱部の隙間に外部空気を取り入れることにより燃焼空
気の加熱も可能にしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
に基づいて説明する。この実施形態の炭化炉は、炭化処
理物として有機性廃棄物を対象としており、熱分解部と
して筒状の熱分解室８を有し、該熱分解室８の上方に
は、投入部である有機性廃棄物投入口１と同じく筒状の
乾燥部１５とが接続され、該熱分解室８の下方には炭化
後廃棄物取出口２が設けられている。

【００２１】上記乾燥部１５の周囲には、蓄熱層を構成
する蓄熱体１４が環状に配置されており、その直下では
熱分解室８の周囲に触媒が充填された触媒層７が環状に
設けられている。なお、触媒層７は２段で構成されてお
り、燃焼ガスが供給される上流側（図では下方側）に窒
素化水素を選択的に酸化する触媒７ｂを配置し、下流側
（図では上方側）に窒素化水素に限定されず酸化性能を
有する触媒７ａが配置されている。上記蓄熱体１４およ
び触媒層７は、ガスの通過が可能になっており、蓄熱体
１４の上方側は、排ガス出口４に接続されている。ま
た、蓄熱体１４および触媒層７の外周側には、小隙間を
保って筒状の断熱壁６が配置されている。該断熱壁６の
上部側には空気取入口１１が設けられており、該空気取
入口１１は上記小隙間に連通し、該小隙間が燃焼用空気
通路１１ａに割り当てられている。

【００２２】上記断熱壁６は、触媒層７の下方にさらに
伸長し、小空間６ａを保持して底部が設けられている。
前記小空間６ａには、前記燃焼用空気通路１１ａが連通
し、さらに該小空間６ａに触媒層７の導入部が晒されて
該触媒層７への燃焼ガスの供給が可能になっている。ま
た、小空間６ａには、加熱用バーナー１０が設置されて
おり、該加熱用バーナー１０に外部から燃料が供給され
る。また、上記小空間６ａの下方側に連通するように断
熱壁６の下部に、炭化処理された炭化物を取り出す炭化
後廃棄物取出部２が設けられている。なお、３は熱分解
室加熱用の燃焼ガス入口、５は熱分解（乾留）ガス出
口、１２は加熱された空気、１３は触媒燃焼によって高
温になった排ガスである。

【００２３】上記装置の動作について説明すると、最初
に触媒層７を触媒の活性化温度にまで加熱するため、燃
料を用いて加熱用バーナー１０で加熱する。この加熱用
バーナー１０による加熱は、触媒の活性化温度まで加熱
すればよく、その後は加熱用バーナー１０を切り、熱分
解室８から排出される熱分解ガス８ａを熱分解室８に導
入することで、触媒燃焼が継続して温度が維持され、熱
分解室８が加熱される。なお、上記燃料は、従来装置に
比較して希薄とした状態で燃焼が可能である。触媒層７
では、上流側で触媒７ｂによって窒素化水素が選択的に
酸化され、残余の成分が触媒７ａで酸化される。そして
触媒層７での酸化燃焼においては、触媒が高温に加熱さ
れることになり、該熱は触媒を通して熱分解室８へと確
実に熱伝導する。酸化燃焼済みの高温排ガス１３は、触
媒層７を抜け、蓄熱体１４へと導入される。蓄熱体１４
では、高温排ガス１３によって加熱され、その熱は乾燥
部１５へと伝熱される。高温排ガス１３は蓄熱体１４を
抜けて排ガス出口４から排出される。

【００２４】一方、炭化炉では炭化処理物として有機性
廃棄物９が投入口１を通して投入されており、先ず乾燥
部１５にて乾燥処理される。この乾燥部１５では、上記
したように高温排ガスで加熱されており、１００〜２０
０℃程度で有機性廃棄物の乾燥処理がなされる。この有
機性廃棄物は、次いで熱分解室８に移動する。この熱分
解室８は、上記したように触媒層７での酸化燃焼により
加熱されており、３００〜４００℃程度で有機性廃棄物
が加熱される。有機性廃棄物は該熱分解室８で熱分解し
て次第に炭化する。

【００２５】熱分解室８で充分に炭化した炭化物９０
は、小空間６ａを落下して炭化後廃棄物取出口２を通し
て外部に取り出される。熱分解室８では、上記のように
廃棄物の炭化に伴って熱分解ガス８ａが発生しており、
該ガスは、小空間６ａに排出され、燃焼ガス入口３を通
して触媒層７に供給される。また、燃焼用空気は、空気
取入口１１を通して断熱壁６内に導入され、燃焼用空気
通路１１ａを通して上記小空間６ａに導入される。な
お、燃焼用空気は、燃焼用空気通路１１ａを通過する際
に、蓄熱体１４および触媒層７により加熱されている。
小空間６ａに至った加熱空気１２は、燃焼ガス入口３を
通して触媒層７に供給される。

【００２６】本装置では、燃焼室内での燃焼を触媒燃焼
により行うので、燃料を希薄にすることができ、燃料の
低減ができる。更に触媒燃焼により触媒が加熱され熱輻
射と対流伝熱と共に熱伝導によっても熱分解室が加熱さ
れるため効率よく有機物を加熱できる。また、有機性廃
棄物は、炭化炉内で乾燥処理された後に、熱分解される
ので熱効率が向上する。また、この実施形態では、乾燥
処理における熱源として、触媒での燃焼済みの高温排ガ
スを利用するのでエネルギ効率にも優れている。また、
触媒層７の前段に窒素化水素を選択的に酸化する触媒７
ｂを配置することによって、次段の触媒層７ａで熱分解
ガスが燃焼するとき窒素酸化物の発生を抑制できる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、炭化処
理物を乾燥処理した後、熱分解するものとしたので、熱
効率が向上する。また、有機物の熱分解ガスの触媒燃焼
によって発生した熱を最初に有機物の熱分解に利用し、
次に温度の下がった排気ガスの熱を蓄熱体を通して有機
廃棄物の乾燥に利用すれば、熱利用効率はさらに向上す
る。さらに、上記の熱を空気の加熱に利用するように構
成すれば熱利用効率が一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】従来の炭化炉を示す断面図である。

【符号の説明】

１有機性廃棄物投入口２炭化後廃棄物取出口３燃焼ガス入口４排ガス出口５熱分解ガス出口６断熱壁７触媒層８熱分解室９有機性廃棄物１０加熱用バーナー１１空気取入口１２加熱空気１３高温排ガス１４蓄熱体１５乾燥部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２３Ｇ 5/04 Ｆ２３Ｇ 5/04 ＨＦターム(参考） 3K017 BD00 BF00 3K061 AA24 AB02 AC01 BA06 CA01 3K065 AA24 AB02 BA06 CA14 4D004 AA01 BA03 CA26 CA27 CA42 CB02 CB08 CB34 4H012 HA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭化処理物を投入する投入部と、投入さ
れた炭化処理物を乾燥させる乾燥部と、乾燥部で乾燥処
理した炭化処理物を熱分解して炭化処理する熱分解部
と、該熱分解部で炭化処理された炭化物を外部に取り出
す取出部とを備えており、前記熱分解部に近接して酸化
性能を有する触媒が配置されており、該触媒に燃焼ガス
を供給し酸化燃焼させて熱分解部の加熱を行うように構
成されていることを特徴とする触媒加熱式炭化炉。
【請求項２】前記触媒の一部または全部は、窒素化水
素を選択的に酸化する触媒であることを特徴とする請求
項１記載の触媒加熱式炭化炉。
【請求項３】前記触媒の一部が窒素化水素を選択的に
酸化する触媒で構成されているとともにこの触媒が燃焼
ガスの上流側に配置されていることを特徴とする請求項
２記載の触媒加熱式炭化炉。
【請求項４】前記触媒での酸化燃焼により生じる高温
排ガスを乾燥部に供給して該高温排ガスの熱によって炭
化処理物の乾燥を行うように構成されていることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の触媒加熱式炭化
炉。
【請求項５】前記乾燥部に近接して、前記高温排ガス
が導入される蓄熱層が設けられていることを特徴とする
請求項４記載の触媒加熱式炭化炉。
【請求項６】燃焼用空気を触媒で発生する酸化熱によ
り加熱し、触媒へ導くように構成されていることを特徴
とする請求項１〜５のいずれかに記載の触媒加熱式炭化
炉。