【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内熱式ロータリーキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化装置及び炭化物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、廃棄物を減容化、あるいは有価物に転換する目的で炭化処理する場合、ロータリキルン式の炭化装置を使用することが知られている。このようなロータリキルン式の炭化装置には、ロータリーキルン（回転炉）の胴外壁に熱を加える外熱式と、ロータリーキルンの胴内部に直接加熱ガスを供給する内熱式とがあり、後者の内熱式の方が熱効率はよいとされている。
【０００３】
ここで、上述した内熱式ロータリキルン（炭化装置）について、従来の構成例を図８に示して簡単に説明する。なお、図中の符号１は原料供給装置、２は揮発分燃焼用空気供給装置、３は助燃バーナ、４は排ガス再加熱用燃焼器、５は空気供給装置、６は追いだき用バーナ、１０は内熱式ロータリキルンである。
内熱式ロータリキルン１０は、原料入口室１１と、ロータリーキルン１２と、製品出口室１３と、回転支持部１４と、回転駆動装置１５とを具備して構成されており、原料供給装置１からロータリキルン１２内に投入された原料を加熱して製品の炭化物を得る。
【０００４】
ロータリキルン１２内で加熱された廃棄物等の原料は、水分及び揮発ガス（メタン等の可燃ガス）よりなるガスを排出して炭化物となる。原料の加熱には、ロータリキルン１２内で排出された揮発ガスを揮発分燃焼用空気供給装置２から供給される空気で燃焼させて得られる熱量と、助燃バーナ３から必要に応じて供給される燃焼ガスの熱量とが使用される。すなわち、揮発分燃焼用空気供給装置２は、通常炭化処理するために空気量が過剰とならない割合（空気比１．０未満）で燃焼用空気を供給し、原料から発生した揮発ガスを燃焼させて発生した排ガスを主たる加熱用ガスとしてロータリーキルン１２の胴内部に供給する。
なお、排ガス再加熱用燃焼器４は、内熱式ロータリキルン１０から排出された排ガスを８５０℃以上の高温に再加熱して、ダイオキシンの発生を抑制する目的で設置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の内熱式ロータリキルン１０は、以下に示すような問題点を有している。
（１）揮発ガスを燃料としている点は効率的であるが、ガス流れがワンパスであるため、発生した揮発ガスを燃料として有効に使いきっていない。
（２）熱処理において、ダイオキシンの発生を抑制するためには８５０℃以上の高温で燃焼させる必要があるが、熱を有効に使っていないため、排ガス再加熱用燃焼器４が必要となり、追いだき用バーナ６の設置及び燃料が必要となる。
（３）揮発ガスの燃焼には、前述の通り空気比を１．０未満にして燃焼用空気を供給する必要がある。しかし、揮発ガスの発生量は一定ではないため、空気過少または過剰の状態が生じて炭化処理は不安定になる。すなわち、空気過少の場合には、燃焼不足（発熱量不足）により所定の温度が得られないため炭化処理不足となり、反対に空気過剰の場合には、炭化処理とはならず通常の焼却処理となって焼却灰が発生する。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、原料から排出される揮発ガスを有効利用して効率よく炭化物を生成することができる炭化装置及び炭化物の製造方法の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の炭化装置は、内熱式ロータリキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化装置において、前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
このような炭化装置によれば、内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは、一部を分岐させてワンパスとなることなく何度も繰り返して循環するようになる。
この場合、内燃式ロータリーキルン内におけるガスの流れは原料と逆向きの流れ（向流）とする。また、内熱式ロータリーキルン内を循環するガスの総量は、原料から発生するガスよりも大きな値に設定し、廃棄物から実際に発生するより多いガスが通過するようにする。
【０００９】
請求項１記載の炭化装置においては、前記ガスが燃焼分と循環分とに分流され、前記燃焼分中の可燃ガスを燃焼加熱手段の燃料として燃焼させ、かつ、前記循環分を前記燃焼加熱手段により間接昇温させた後に前記内熱式ロータリーキルンへ戻して循環させることが好ましく、これにより、循環率を変化させることによって燃焼加熱手段の加熱量が可変となり、循環するガスの温度を調節することが可能になる。
また、燃焼分については、燃焼加熱手段においてダイオキシンの発生を抑制する８５０℃以上の高温で燃焼させることができる。
【００１０】
請求項１または２記載の炭化装置においては、前記ガスの循環率調整手段を設けることが好ましく、これにより、循環するガスの温度を調節することが可能になる。この場合の循環率調整手段としては、ダンパ等がある。
【００１１】
請求項１から３のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の補助燃料として生成した炭化物の一部を投入することが好ましく、これにより、燃焼分に含まれる可燃成分が希薄で熱量不足の場合には、炭化物を助燃剤として使用できる。
【００１２】
請求項１から４のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の廃熱で燃焼用空気を昇温させる予熱手段を設けることが好ましく、これにより、燃焼加熱手段の廃熱を有効利用することができる。
【００１３】
請求項１から５のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の廃熱で前記原料を予備乾燥させる原料乾燥手段を設けることが好ましく、これにより、燃焼加熱手段の廃熱を有効利用することができる。
【００１４】
請求項１から６のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の上流側に前記ガスから水蒸気を分離する膜分離手段を設けることが好ましく、これにより、循環するガスを水蒸気と残りの揮発ガスとに分離することができる。
【００１５】
請求項７記載の炭化装置においては、前記膜分離手段が前記循環経路に設けられていることが好ましく、これにより、内燃式ロータリーキルン内を循環する水蒸気量の割合が増し、また、燃焼加熱手段においては、可燃分濃度の高いガスが供給される。
【００１６】
請求項７記載の炭化装置においては、前記膜分離手段が前記循環経路から分岐する燃焼分経路に設けられていることが好ましく、これにより、膜分離手段の小型化が可能になる。
【００１７】
請求項１から９のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段が蓄熱式燃焼器であることが好ましく、これにより、着火しにくい低発熱量のガスであっても充分に着火して燃焼させることができる。
【００１８】
請求項１１に記載の炭化物の製造方法は、内熱式ロータリキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化物の製造方法であって、前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させることを特徴とするものである。
【００１９】
このような炭化物の製造方法によれば、前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させるようにしたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは一部を分岐させてワンパスとなることなく何度も繰り返して循環するようになり、ガス中の可燃分を無駄にすることなく有効に燃焼させて炭化処理に利用することができる。
この場合、内燃式ロータリーキルン内におけるガスの流れは原料と逆向きの流れ（向流）とし、また、内熱式ロータリーキルン内を循環するガスの総量は、原料から発生するガスよりも大きな値に設定し、廃棄物から実際に発生するより多いガスが通過するようにする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る炭化装置及び炭化物の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す第１の実施形態において、内熱式ロータリキルン１０には、図示省略の原料供給装置から廃棄物等の原料が供給される。なお、この内熱式ロータリキルン１０の構成は、上述した従来例と同様である。
内熱式ロータリーキルン１０に供給される原料は、ロータリーキルン１２内を原料入口室１１側から製品出口室１３側へ向かって流れる過程において、後述する循環ガスｒによって加熱され、図中に矢印Ｇで示すようにして水蒸気及び揮発ガス（以下、「発生ガス」と呼ぶ）よりなるガスを排出して炭化される。
【００２１】
このようにして炭化処理された炭化物は、原料が減容化された炭化装置の製品として、製品出口室１３から出て次工程へと送られていく。
ここで、上述した内熱式ロータリーキルン１０に供給される原料としては、たとえばごみや廃プラスチック等の各種廃棄物、おからや茶殻のような食品製造副産物、木くず、糞尿、生ゴミ、有機性汚泥及び下水汚泥等の各種有機性廃棄物がある。
【００２２】
ロータリキルン１２内で原料から排出された発生ガスＧは、サイクロン２０を経由して循環ガスファン２１に吸引される。なお、以下の説明では、ロータリーキルン１２内で発生した発生ガスＧに、後述する循環分（ｒ１）のガスを加えたものを総称して「循環ガス（ｒ）」と呼ぶことにする。
【００２３】
サイクロン２０は、循環ガスｒ中に含まれてくる炭化物の粉体を分離除去するため、必要に応じて設けられる機器である。これは、ロータリーキルン１２内で炭化した炭化物に微粒子が含まれるためであり、この微粒子が循環ガスｒの流れにのって流出してもサイクロン２０内でガス流から分離して回収される。
循環ガスファン２１は、ロータリーキルン１２内の循環ガスｒを吸引して後述する循環経路を循環させると共に、吸引した循環ガスｒの一部を後述する燃焼器２２へ供給する機能を有している。
【００２４】
循環ガスファン２１から送出された循環ガスｒは、熱交換器２３へ導かれる循環分（ｒ１）と、燃焼器２２へ供給されて燃料となる燃焼分（ｒ２）とに分流される。
このうち、燃焼分ｒ２は、循環分ｒ１の燃焼加熱手段として設けられている燃焼器２２で揮発ガスが燃料として使用される。すなわち、循環ガスｒに含まれている揮発ガス（メタン等の可燃ガス）の一部を燃焼器２２の燃料として燃焼させ、この燃焼で発生した排ガスを、燃焼器２２と共に燃焼加熱手段を構成する熱交換器２３の加熱源として供給するようになっている。
【００２５】
また、この燃焼器２２では、必要に応じて内熱式ロータリーキルン１０で生成された炭化物の一部を補助燃料として投入する。これは、燃焼分ｒ２の燃焼によって発生する排ガスから加熱源として充分な熱量を確保できない場合、あるいは着火性をよくするための手段であり、燃焼器２２内に投入した炭化物を燃焼分ｒ２と共に燃焼させて得られる熱量を加算することで不足分を補うものである。なお、燃焼器２２内における燃焼温度は、ダイオキシンの発生を抑制できる８５０℃以上の高温とするのが好ましい。
【００２６】
また、燃焼器２２においては、運転スタート時にロータリーキルン１２内の温度が低く充分な炭化処理が行われないため、燃焼分ｒ２に含まれる揮発ガス量がほとんどないか大幅に不足するので、運転スタート時の補助燃料として液化石油ガス（ＬＰＧ）等を使用する。
なお、この燃焼器２２の燃焼空気としては、空気ファン２４で吸引した大気を予熱器２５で昇温させたものが供給される。
【００２７】
一方、循環ガスｒから分流した循環分ｒ１は、熱交換器２３で燃焼器２２の排ガスと熱交換して間接昇温された後、内熱式ロータリーキルン１０のロータリーキルン１２内へ戻される。すなわち、循環分ｒ１は、燃焼分ｒ２を燃焼させる燃焼器２２により間接昇温された後、ロータリキルン１２内で発生ガスＧと合流して新たな循環ガスｒとなり、以後同様にして循環を繰り返す。
このように、循環ガスファン２１の作用によってロータリーキルン１２から吸引された循環ガスｒが、循環分ｒ１及び燃焼分ｒ２に分流した後、一方の循環分ｒ１が熱交換器２３を通過して間接昇温されてからロータリーキルン１２内へ戻され、同キルン１２内に発生した新たな発生ガスＧと合流した循環ガスｒとなって循環を繰り返す循環経路が形成されている。
【００２８】
ロータリーキルン１２内を循環する循環ガスｒは、原料の流れ方向と逆向きに製品出口室１３側から原料入口室１１側へ流れるので、原料の流れとは向流となる。ここでロータリーキルン１２内を流れる循環ガスｒの流量は、原料から発生するガスである発生ガスＧの量より多く設定され、廃棄物から実際に発生する量より多い循環ガスｒが通過するようにして充分な熱量を確保する。すなわち、燃焼分ｒ２として分流させるガス量は、燃焼器２２に必要な燃料確保にとどめ、残った分を加熱した高温の循環分ｒ１として大量に戻し、ロータリーキルン１２内の入口温度を所望の高温に維持する。
なお、内熱式ロータリーキルン１０において、炭化に適切なガス温度は原料の性状によって異なるが、通常はガス入口側で３００℃〜８００℃、ガス出口側で２００℃〜７００℃となるが、循環分ｒ１の循環率（循環ガスｒに対する循環分ｒ１の割合）を循環率調整手段のダンパ等で調整したり、あるいは、熱交換器２３における交換熱量を変えることにより、ほとんどの条件下で出入口を所定の温度に設定することが可能である。
【００２９】
熱交換器２３で循環分ｒ１と熱交換した排ガスは、燃焼用空気を昇温させる予熱手段として設けられている予熱器２５に導かれ、空気ファン２４から供給されてくる空気と熱交換して昇温させる。すなわち、燃焼器２２の廃熱を有効利用して燃焼用空気を昇温させているので、燃焼器２２内の温度を高温に維持するなど、装置全体としての熱効率を向上させている。
【００３０】
以下、上述した炭化装置について、これを用いた炭化物の製造方法と共に作用を説明する。
ロータリーキルン１２内に投入された原料は、循環ガスｒが保有する熱により加熱されながら原料入口室１１から製品出口室１３へ流れていく。この過程で原料に含まれている水分が水蒸気となって排出され、同時にメタン等の揮発ガスも排出されて、発生ガスＧが生成される。この結果、残った原料は炭化処理された炭化物（製品）となり、外部の次工程へ供給される。
【００３１】
ロータリキルン１２内で原料から生じた発生ガスＧは、原料と逆向きに流れてキルン内を加熱した循環ガスｒと合流し、循環ガスファン２１に吸引されて流出する。このように循環ガスｒを原料の流れに対して向流とすれば、ガス入口側の製品出口室１３近傍をガス出口側の原料入口室１１近傍よりも高温として良好な炭化処理を行うことができる。
なお、循環ガスｒの流量は、発生ガスＧの発生量と比較してかなり多く、大量のガス量が通過することで所望の高温を維持している。
【００３２】
循環ガスｒは、この後循環分ｒ１と燃焼分ｒ２とに分流されるが、燃焼分ｒ２として燃焼器２２へ供給されるガス量は加熱量の確保に必要な量とし、その他大半のガスは熱交換器２３へ導入して加熱した後、再度ロータリーキルン１２へ供給して循環させる。このようにすれば、揮発ガスを含む循環ガスｒは、燃焼分ｒ２側へ分流されるまで何度もロータリーキルン１２内を通過し、発生ガスＧと合流しながら循環経路内の循環を繰り返す。従って、循環ガスｒ中の揮発ガスが大気に放出されるなどして無駄になることはなく、燃焼器２２の燃料として確実に使用されることとなる。
【００３３】
一方、燃焼器２２に供給される燃焼分ｒ２は、予熱された空気により揮発ガスを燃焼させて排ガスを生成するが、この排ガスは、熱交換器２３で循環分ｒ１を加熱して間接昇温させた後、予熱器２５で空気を昇温させてから必要に応じて適当な処置を施して大気に放出される。
このため、排ガスがロータリーキルン１２内を循環する循環ガスｒと混合されることはないので、温度条件の異なるローターリーキルン１２の加熱温度を考慮する必要はなく、従って、燃焼器２２では空気を充分に供給してダイオキシンの発生を抑制する８５０℃以上の高温で燃焼させることが可能になるので、従来必要であった排ガス再加熱用燃焼器及びその燃料等が不要となる。
また、ロータリーキルン１２側においても、燃焼ガスや未使用空気の混入がないので、原料の性状、原料供給量、発生ガスＧの発生量に変動があっても空気量が問題になることはなく、常に安定した炭化処理が行われる。
【００３４】
［第１の実施形態による実施例］
図１に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図２に示して説明する。なお、本発明の基本構成は上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、燃焼器２２から排出された排ガスの廃熱を有効に利用して原料を予備乾燥させるため、予熱器２５の下流側に原料乾燥手段として乾燥装置３０を設けてある。この乾燥装置３０は、大気に放出する前の排ガスを全量または一部導入して熱源とし、この熱源により原料を予備乾燥させるものである。
【００３６】
このような予備乾燥は、特に水分を多く含んでいる原料を炭化する場合に有効であり、炭化処理におけるロータリーキルン１２内の加熱量を節約できるなど、廃熱の有効利用により装置全体としての熱効率が向上する。
【００３７】
［第２の実施形態による実施例］
図２に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、助燃剤（生成炭化物）の必要量が少なくなり炭化物の収量は増加した。なお、運転条件については、上述した第１の実施形態による実施例と同じである。
【００３８】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態を図３及び図４に示して説明する。なお、本発明の基本構成は上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、循環ガスｒが流れる循環経路に膜分離装置４０が設けられている。この膜分離装置４０は、循環ガスｒの流れ方向において燃焼加熱手段となる燃焼器２２及び熱交換器２３の上流側に位置している
【００３９】
この場合の膜分離装置４０は、循環ガス（入口ガス）中に含まれている水蒸気（膜透過ガス）を除去して、残りの揮発ガス（出口ガス）から分離する機能を有している。
この膜分離装置４０は、たとえば図４に示すように、ケーシング４１の内部に円筒状のエレメント（水蒸気透過膜）４２が設置された構成となっている。
【００４０】
ケーシング４１は、入口ガスを投入する入口ノズル４３と、膜透過ガスが流出する透過ガスノズル４５と、水蒸気を除去された出口ガスが流出する出口ノズル４６とを備えた容器である。
ケーシング４１の内部は、上下一対の仕切板４７，４８によって仕切られ、入口・出口ガス室５０及び透過ガス室５１となる空間が形成されている。入口・出口ガス室５０には入口ノズル４３及び出口ノズル４６が開口し、さらに、透過ガス室５１には透過ガスノズル４５が開口している。
【００４１】
エレメント４２は、一端（図示の例では下端部）が遮蔽板４２ｂによって閉じられ、他端が透過ガス室５１に開口して、上下一対の仕切板４７，４８を貫通して多数設けられている。このエレメント４２として、たとえば特許第１７００３８８号、特許第２８０８４７９号、特公平８−３２２９８に開示されているシリカゲル膜等の無機分離膜が使用可能である。
ここに開示されているシリカゲル膜は、耐熱性や耐酸性があり、有機酸または有機溶剤／水混合物からの水分離や、水蒸気を含むガス中から水蒸気を高性能で分離することができる。
【００４２】
以下、膜分離装置４０における水蒸気分離の作用を説明する。
ロータリーキルン１２から流出した循環ガスｒは、入口ガスとして入口ノズル４３から入口・出口ガス室５０へ流れ込む。この循環ガスｒ中に含まれている水蒸気は、出口ノズルへ向けて流れて行く過程で矢印５２（図４（ｂ）参照）のようにエレメント４２を透過し、エレメント４２の中空部４２ａに入り込む。この結果、循環ガスｒは、中空部４２ａ内の水蒸気（膜透過ガス）と、エレメント４２を透過しない水蒸気以外の他の成分である揮発ガス（出口ガス）とに分離される。このうち、揮発ガスを主成分とする水蒸気以外の出口ガスは、出口ノズル４６から流出して下流側の燃焼器２２へ導かれる。
なお、膜分離装置４０においては、水蒸気が完全に除去されないこともあるので、出口ガスにはある程度の残存水蒸気が含まれている場合がある。
【００４３】
一方、エレメント４２を透過した水蒸気は、中空部４２ａを通って透過ガスノズル４５から流出する。こうして分離した水蒸気は、熱交換器２３へ送られて昇温されるが、熱交換器２３へ供給する水蒸気には、補充等の目的からボイラ２６で生成した水蒸気も加えられる。このボイラ２６は、熱交換器２３で熱交換した後の排ガスを導入し、その廃熱を利用して水を加熱することで水蒸気を生成するものである。
【００４４】
このようにして、膜分離装置４０により水蒸気と揮発ガスとを分離すると、燃焼器２２には水蒸気が除去されて濃度の高い揮発ガスが燃料として供給されるようになり、単位体積当たりの発熱量が増す。このため、炭化物を補助燃料として使用する必要がなくなったり、あるいは、補助燃料の使用量を低減することができる。
また、ロータリーキルン１２内を循環する循環ガスｒは、ほとんど水蒸気となるため、タールの発生を抑制できる。さらに、可燃ガスや空気が含まれていないため、安定した炭化処理が可能になる。
【００４５】
［第３の実施形態による実施例］
図３に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、この例では助燃剤は必要なかった。
【００４６】
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態を図５及び図６に示して説明する。なお、本発明の基本構成は上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、循環ガスｒが流れる循環経路から分岐させて燃焼器２２に至る燃焼分ｒ２の経路、すなわち燃焼分経路に膜分離装置４０Ａが設けられている。この膜分離装置４０Ａは、循環ガスｒの流れにおいて、燃焼加熱手段である燃焼器２２の上流側に位置している。
【００４７】
この場合の膜分離装置４０Ａは、循環ガス（入口ガス）中に含まれている水蒸気（膜透過ガス）を除去して、残りの揮発ガス（出口ガス）から分離する機能を有している。
この膜分離装置４０Ａは、たとえば図６に示すように、ケーシング４１の内部に円筒状のエレメント（水蒸気透過膜）４２が設置された構成となっている。
【００４８】
ケーシング４１は、入口ガスを投入する入口ノズル４３と、スイープガス（水蒸気濃度が低いガス）を投入するスイープガスノズル４４と、膜透過ガス及びスイープガスが流出する透過ガスノズル４５と、水蒸気を除去された出口ガスが流出する出口ノズル４６とを備えた容器である。
ケーシング４１の内部は、上下一対の仕切板４７，４８によって、スイープガス室４９、入口・出口ガス室５０及び透過ガス室５１の３つの空間に仕切られている。スイープガス室４９にはスイープガスノズル４４が開口し、入口・出口ガス室５０には入口ノズル４３及び出口ノズル４６が開口し、さらに、透過ガス室５１には透過ガスノズル４５が開口している。
【００４９】
エレメント４２は、一端がスイープガス室４９に開口し、かつ、他端が透過ガス室５１に開口するようにして、上下一対の仕切板４７，４８を貫通して多数設けられている。このエレメント４２は。上述した第３の実施形態と同様に、シリカゲル膜等の無機分離膜が使用可能である。
【００５０】
以下、膜分離装置４０Ａにおける水蒸気分離の作用を説明する。
ロータリーキルン１２から流出した循環ガスｒは、入口ガスとして入口ノズル４３から入口・出口ガス室５０へ流れ込む。この循環ガスｒ中に含まれている水蒸気は、出口ノズルへ向けて流れて行く過程で矢印５２（図６（ｂ）参照）のようにエレメント４２を透過し、エレメント４２の中空部４２ａに入り込む。この結果、循環ガスｒは、中空部４２ａ内の水蒸気（膜透過ガス）と、エレメント５２を透過しない水蒸気以外の他の成分である揮発ガス（出口ガス）とに分離される。このうち、揮発ガスを主成分とする水蒸気以外の出口ガスは、出口ノズル４６から流出して下流側の燃焼器２２へ導かれる。なお、膜分離装置４０Ａにおいては、水蒸気が完全に除去されないこともあるので、出口ガスにはある程度の残存水蒸気が含まれている場合が多い。
【００５１】
一方、エレメント４２を透過した水蒸気は、スイープガスノズル４４から流入し、中空部４２ａを通って透過ガスノズル４５から流出するスイープガスの流れを推進力とし、このスイープガスと共に流出する。ここでは、スイープガスとして空気を使用しているが、これに限定されることはない。
こうして分離した水蒸気及びスイープガスは、ブロアー２７に吸引されて大気等に排出される。
また、スイープガスを使用することにより、エレメント４２の前後、すなわちエレメント４２の外側となる入口・出口ガス室５０と、エレメント４２の内側となる中空部４２ａとの間で水蒸気の分圧差が大きくなるので、水蒸気の透過効率が向上する。
【００５２】
このようにして、膜分離装置４０Ａにより燃焼器２２へ供給する燃焼分ｒ２から水蒸気を分離除去して濃度の高い揮発ガスを供給するようにすれば、単位体積当たりの発熱量が増すため、炭化物等の補助燃料が不要になったり、あるいは使用量を低減することが可能になる。しかも、燃焼分ｒ２のみを流す膜分離装置４０Ａとなるので、上述した第３の実施形態で用いた膜分離装置４０と比較して、循環分ｒ１が通過しない分だけ小型のものを使用できる。
【００５３】
［第４の実施形態による実施例］
図５に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、この例では助燃剤は必要なかった。
【００５４】
＜第５の実施形態＞
最後に、本発明の第５の実施形態を図７に示して説明する。なお、本発明の基本構成は、上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、燃焼加熱手段として、これまでの燃焼器２２に代えて蓄熱式燃焼器６０を採用している。この蓄熱式燃焼器６０は、上下一対のバーナを備え、それぞれにバーナ付蓄熱体６１、６２が設けられている。このバーナ付蓄熱体６１，６２には、ハニカム状のセラミックや多孔質のセラミック等が用いられる。
【００５５】
上述した構成の蓄熱式燃焼器６０では、一方のバーナより生成される燃焼排ガスの熱を他方のバーナ付蓄熱体に蓄熱するため、燃焼器内では常時高温状態が確保できる。図示の例では、上部に設けられているバーナ付蓄熱体６１側から排出される燃焼排ガスの熱が、下部のバーナ付蓄熱体６２に蓄熱されるので、通常の燃焼器２２では揮発ガスが希薄で着火しにくい場合であっても、充分着火することが可能である。
なお、上下のバーナ付蓄熱体６１，６２におけるバーナ燃焼は、開閉弁６３〜６８の開閉切換操作により、交互に切り換える往復燃焼が可能である。
【００５６】
［第５の実施形態による実施例］
図７に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、この例では助燃剤は必要なかった。
【００５７】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の炭化装置及び炭化物の燃焼方法によれば、以下の効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは、ワンパスとなることなく燃焼に供されるまで何度も繰り返し循環するようになる。このため、外部へ捨てられる廃熱量が減少することでガスの温度を高く設定することができるようになり、加熱量を必要最小限に抑えて炭化処理に最適な温度条件を設定することができるので、熱効率のよい炭化装置となる。さらに、ガスに含まれている可燃分を燃料として無駄なく使用することができるので、この点でも熱効率のよい炭化装置となる。
【００５９】
また、ガスを燃焼分と循環分とに分流させ、燃焼分中の可燃ガスを燃焼加熱手段の燃料として燃焼させ、かつ、循環分を前記燃焼加熱手段により間接昇温させた後に内熱式ロータリーキルンへ戻して循環させるようにすれば、循環率を変化させることによって燃焼加熱手段の加熱量が可変となり、循環するガスの温度を調節することが可能になる。このため、ロータリーキルン内を循環するガスの入口温度及び出口温度を炭化処理に適した値に設定することができ、特に、循環するガスの流れ方向を原料に対して向流とすれば、入口側を出口側より高温として最適な温度設定が可能になる。
そして、燃焼分を燃焼させた排ガスと、ロータリーキルン内を加熱する循環分とは別系統を流れて混合されないため、発生ガス量に変動があっても空気過剰や空気過少が問題になることはなく、安定した炭化処理が可能になる。
【００６０】
また、燃焼加熱手段の補助燃料として生成した炭化物の一部を投入すれば、燃焼分に含まれる可燃分が希薄で熱量が不足する場合であっても、炭化物を助燃剤として燃焼させることで必要な熱量を確保できる。
また、燃焼加熱手段の廃熱で燃焼用空気を昇温させる予熱手段を設ければ、廃熱の有効利用によって、装置全体の熱効率を向上させることができる。
さらに、燃焼加熱手段の廃熱を利用して原料を予備乾燥させる原料乾燥手段を設けても、廃熱の有効利用によって、装置全体の熱効率を向上させることができる。
【００６１】
また、燃焼加熱手段の上流側にガスから水蒸気を分離する膜分離手段を設ければ、燃焼加熱手段には水蒸気が除去された可燃分濃度の高いガスを供給し、かつ、内燃式ロータリーキルン内を循環する水蒸気量の割合を増すことができる。この場合、膜分離手段を循環経路に設けることにより、内燃式ロータリーキルン内を循環する水蒸気量の割合が増すので、タール発生量を低減して安定した炭化処理が可能になり、燃焼加熱手段においては、可燃分濃度の高いガスが供給されて発熱量が増加する。従って、助燃剤の使用や蓄熱式燃焼器の使用が不要になる。これに対して、膜分離手段を循環経路から分岐する燃焼分経路に設ければ、通過する流体量が少なくてすむので、膜分離手段を小型化することができる。
【００６２】
また、燃焼加熱手段を蓄熱式燃焼器とすれば、燃料が着火しにくいガスであっても充分に着火して燃焼させることができる。
【００６３】
請求項１１の発明によれば、内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させるようにしたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは、燃焼に供されるまでワンパスとなることなく何度も循環を繰り返すようになる。このため、外部へ捨てる廃熱量が低減され、加熱量を必要最小限としても循環するガスを炭化処理に最適な温度に設定することができ、かつ、ガスに含まれている可燃分を燃料として無駄なく使用できるので、熱効率のよい炭化物の製造方法となる。
【００６４】
また、上述した炭化装置及び製造方法により得られた炭化物は、製銑プロセスにおいて、
（１）高炉への微粉炭吹込に供する炭材
（２）焼結鉱製造プロセスにおけるコークス粉代替としての炭材
（３）直接還元鉄製造プロセスにおける還元剤としての炭材
として使用することができるので、高価なコークス及び石炭の使用量削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭化装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る炭化装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る炭化装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図４】図３における膜分離装置の構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は水蒸気の分離を説明するための斜視図である。
【図５】本発明に係る炭化装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図６】図５における膜分離装置の構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は水蒸気の分離を説明するための斜視図である。
【図７】本発明に係る炭化装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【図８】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ 内熱式ロータリーキルン
１１ 原料入口室
１２ ロータリーキルン
１３ 製品出口室
２１ 循環ガスファン
２２ 燃焼器（燃焼加熱手段）
２３ 熱交換器（燃焼加熱手段）
２４ 空気ファン
２５ 予熱器（予熱手段）
２６ ボイラ
３０ 乾燥装置（原料乾燥手段）
４０，４０Ａ 膜分離装置
４１ ケーシング
４２ エレメント（水蒸気透過膜）
４２ａ 中空部
４３ 入口ノズル
４４ スイープガスノズル
４５ 透過ガスノズル
４６ 出口ノズル
４７，４８ 仕切板
４９ スイープガス室
５０ 入口・出口ガス室
５１ 透過ガス室
５２ 水蒸気
６０ 蓄熱式燃焼器
６１，６２ バーナ付蓄熱体
ｒ 循環ガス（水蒸気＋揮発ガス）
ｒ１ 循環分
ｒ２ 燃焼分
Ｇ 発生ガス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbonization apparatus for generating a carbide by heating a raw material charged into an internal heat rotary kiln and a method for producing the carbide.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been known to use a rotary kiln type carbonizing apparatus when performing carbonization for the purpose of reducing the volume of waste or converting it into valuable resources. Such rotary kiln type carbonization apparatuses include an external heat type in which heat is applied to the outer wall of the rotary kiln (rotary furnace), and an internal heat type in which a heating gas is directly supplied to the inside of the rotary kiln body. It is said that the thermal type has better thermal efficiency.
[0003]
Here, a conventional configuration example of the above-described internal heating type rotary kiln (carbonization device) will be briefly described with reference to FIG. In the drawings, reference numeral 1 denotes a raw material supply device, 2 denotes a volatile matter combustion air supply device, 3 denotes an auxiliary burner, 4 denotes an exhaust gas reheating combustor, 5 denotes an air supply device, 6 denotes a chasing burner, 10 Is an internally heated rotary kiln.
The internally heated rotary kiln 10 includes a raw material inlet chamber 11, a rotary kiln 12, a product outlet chamber 13, a rotation support unit 14, and a rotation drive device 15. The raw material charged into the kiln 12 is heated to obtain carbide of the product.
[0004]
Raw materials such as wastes heated in the rotary kiln 12 are discharged from a gas composed of water and volatile gas (combustible gas such as methane) to become carbide. For heating the raw material, the amount of heat obtained by burning the volatile gas discharged from the rotary kiln 12 with the air supplied from the volatile matter combustion air supply device 2 and the amount of heat obtained from the auxiliary combustion burner 3 as necessary. The calorific value of the combustion gas is used. That is, the volatile matter combustion air supply device 2 supplies combustion air at a rate (air ratio less than 1.0) at which the amount of air does not become excessive for normal carbonization, and burns the volatile gas generated from the raw material. The generated exhaust gas is supplied to the inside of the body of the rotary kiln 12 as a main heating gas.
The exhaust gas reheating combustor 4 is provided for the purpose of reheating exhaust gas discharged from the internally heated rotary kiln 10 to a high temperature of 850 ° C. or higher to suppress generation of dioxin.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional internal heat type rotary kiln 10 described above has the following problems.
(1) Although the use of volatile gas as fuel is efficient, the generated gas is not effectively used as fuel because the gas flow is one-pass.
(2) In the heat treatment, in order to suppress the generation of dioxin, it is necessary to burn at a high temperature of 850 ° C. or more. However, since the heat is not used effectively, the exhaust gas reheating combustor 4 is required, so that it is overtaken. The installation of the burner 6 and the fuel are required.
(3) For combustion of volatile gas, it is necessary to supply combustion air with the air ratio being less than 1.0 as described above. However, since the generation amount of the volatile gas is not constant, a state of insufficient air or excessive air occurs, and the carbonization process becomes unstable. That is, in the case of insufficient air, the predetermined temperature cannot be obtained due to insufficient combustion (insufficient heat generation), resulting in insufficient carbonization treatment. Conversely, in the case of excessive air, the carbonization treatment is not performed but the normal incineration treatment is performed. And incineration ash is generated.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a carbonization apparatus and a method for producing a carbide capable of efficiently producing a carbide by effectively utilizing a volatile gas discharged from a raw material.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The carbonizing device according to claim 1, wherein a carbonization device that heats a raw material charged into the internal heat type rotary kiln to generate a carbide, branches and circulates a part of a gas generated in the internal heat type rotary kiln. And a circulation path for causing the circulating path to be provided.
[0008]
According to such a carbonization device, since a circulation path is provided for branching and circulating a part of the gas generated in the internally heated rotary kiln, the gas flowing in the internally heated rotary kiln is partially branched. Circulates over and over without becoming one pass.
In this case, the gas flow in the internal combustion type rotary kiln is a flow opposite to the raw material (countercurrent). Also, the total amount of gas circulating in the internally heated rotary kiln is set to a value larger than the gas generated from the raw material so that more gas actually generated from the waste passes.
[0009]
In the carbonization device according to claim 1, the gas is divided into a combustion portion and a circulation portion, and combustible gas in the combustion portion is burned as fuel of combustion heating means, and the circulation portion is burned by the combustion heating means. It is preferable to return to the internal heat type rotary kiln and circulate it after indirectly raising the temperature by this, whereby the heating amount of the combustion heating means becomes variable by changing the circulation rate, and the temperature of the circulating gas is adjusted. Becomes possible.
Further, the combustion component can be burned at a high temperature of 850 ° C. or higher, which suppresses the generation of dioxin in the combustion heating means.
[0010]
In the carbonization device according to claim 1 or 2, it is preferable to provide a means for adjusting the circulation rate of the gas, whereby the temperature of the circulating gas can be adjusted. In this case, the circulation rate adjusting means includes a damper and the like.
[0011]
In the carbonization device according to any one of claims 1 to 3, it is preferable that a part of the carbide generated as an auxiliary fuel of the combustion heating means is introduced, whereby the combustible component contained in the combustion component is lean. If the calorific value is insufficient, a carbide can be used as an auxiliary agent.
[0012]
In the carbonization device according to any one of claims 1 to 4, it is preferable to provide a preheating unit that raises the temperature of the combustion air with the waste heat of the combustion heating unit, thereby effectively using the waste heat of the combustion heating unit. Can be used.
[0013]
In the carbonization apparatus according to any one of claims 1 to 5, it is preferable to provide a raw material drying unit for pre-drying the raw material with the waste heat of the combustion heating unit, thereby effectively using the waste heat of the combustion heating unit. Can be used.
[0014]
In the carbonization device according to any one of claims 1 to 6, it is preferable to provide a membrane separation unit that separates steam from the gas upstream of the combustion heating unit. And volatile gas.
[0015]
In the carbonization device according to claim 7, it is preferable that the membrane separation means is provided in the circulation path, whereby the proportion of the amount of water vapor circulating in the internal combustion type rotary kiln increases, and the combustion heating means Is supplied with a gas having a high flammable concentration.
[0016]
In the carbonization device according to the seventh aspect, it is preferable that the membrane separation means is provided in a combustion branching path branched from the circulation path, whereby the size of the membrane separation means can be reduced.
[0017]
In the carbonization device according to any one of claims 1 to 9, it is preferable that the combustion heating means is a regenerative combustor, so that even a gas having a low calorific value that is difficult to ignite is sufficiently ignited. Can be burned.
[0018]
A method for producing a carbide according to claim 11, wherein the method comprises the steps of: heating a raw material charged into an internally heated rotary kiln to produce a carbide; It is characterized in that the part is branched and circulated.
[0019]
According to such a carbide production method, a part of the gas generated in the internal heat type rotary kiln is branched and circulated, so that the gas flowing in the internal heat type rotary kiln is partially branched. As a result, the gas is circulated repeatedly without becoming a single pass, and the combustibles in the gas can be effectively burned without wasting and used for the carbonization treatment.
In this case, the gas flow in the internal combustion type rotary kiln is set to a flow opposite to the raw material (countercurrent), and the total amount of gas circulating in the internal heat type rotary kiln is set to a value larger than the gas generated from the raw material. And allow more gas to pass through than actually generated from the waste.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a carbonization device and a method for producing a carbide according to the present invention will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
In the first embodiment shown in FIG. 1, a raw material such as waste is supplied to an internally heated rotary kiln 10 from a raw material supply device (not shown). The configuration of the internally heated rotary kiln 10 is the same as the above-described conventional example.
The raw material supplied to the internally heated rotary kiln 10 is heated by a circulating gas r described later in the process of flowing from the raw material inlet chamber 11 side to the product outlet chamber 13 inside the rotary kiln 12, and is indicated by an arrow G in the figure. In this way, a gas composed of water vapor and a volatile gas (hereinafter, referred to as "generated gas") is discharged and carbonized.
[0021]
The carbonized carbonized in this way exits the product outlet chamber 13 and is sent to the next step as a product of the carbonization apparatus in which the raw material is reduced in volume.
Here, the raw materials supplied to the above-mentioned internal heat type rotary kiln 10 include, for example, various wastes such as refuse and waste plastic, food production by-products such as okara and tea husks, wood chips, manure, garbage, and organic sludge. And various organic wastes such as sewage sludge.
[0022]
The generated gas G discharged from the raw material in the rotary kiln 12 is sucked into the circulation gas fan 21 via the cyclone 20. In the following description, a gas obtained by adding a gas of a circulating amount (r1) to the generated gas G generated in the rotary kiln 12 will be collectively referred to as “circulating gas (r)”.
[0023]
The cyclone 20 is a device provided as needed to separate and remove carbide powder contained in the circulating gas r. This is because fine particles are contained in the carbide carbonized in the rotary kiln 12. Even if the fine particles flow out along the flow of the circulation gas r, they are separated and recovered from the gas flow in the cyclone 20.
The circulating gas fan 21 has a function of sucking the circulating gas r in the rotary kiln 12 to circulate through a circulating path described later, and supplying a part of the sucked circulating gas r to a combustor 22 described later.
[0024]
The circulating gas r sent from the circulating gas fan 21 is divided into a circulating component (r1) guided to the heat exchanger 23 and a combustion component (r2) that is supplied to the combustor 22 and becomes fuel.
Of these, the volatile gas is used as fuel in the combustor 22 provided as the combustion heating means for the circulating component r1. That is, a part of the volatile gas (combustible gas such as methane) contained in the circulating gas r is burned as fuel for the combustor 22, and the exhaust gas generated by this combustion constitutes combustion heating means together with the combustor 22. The heat is supplied to the heat exchanger 23 as a heating source.
[0025]
In the combustor 22, a part of the carbide generated by the internal heat type rotary kiln 10 is added as an auxiliary fuel as needed. This is a means for securing sufficient heat as a heating source from the exhaust gas generated by combustion of the combustion portion r2, or for improving ignitability. The charcoal charged into the combustor 22 is burned together with the combustion portion r2. The shortfall is compensated for by adding the amount of heat obtained. Note that the combustion temperature in the combustor 22 is preferably set to a high temperature of 850 ° C. or higher at which generation of dioxin can be suppressed.
[0026]
Further, in the combustor 22, since the temperature inside the rotary kiln 12 is low at the start of operation and sufficient carbonization is not performed, the amount of volatile gas contained in the combustion component r2 is almost negligible or significantly short. Liquefied petroleum gas (LPG) and the like are used as auxiliary fuels.
The combustion air of the combustor 22 is supplied by raising the temperature of the air sucked by the air fan 24 by the preheater 25.
[0027]
On the other hand, the circulating portion r1 diverted from the circulating gas r exchanges heat with the exhaust gas of the combustor 22 in the heat exchanger 23 and is indirectly heated, and then returned to the rotary kiln 12 of the internally heated rotary kiln 10. That is, the circulating component r1 is indirectly heated by the combustor 22 that burns the combustion component r2, and then merges with the generated gas G in the rotary kiln 12 to become a new circulating gas r. .
As described above, the circulating gas r sucked from the rotary kiln 12 by the action of the circulating gas fan 21 is diverted into the circulating portion r1 and the combustion portion r2, and then one of the circulating portions r1 passes through the heat exchanger 23 and rises indirectly. After being heated, the gas is returned into the rotary kiln 12 and forms a circulation gas r that merges with the newly generated gas G generated in the kiln 12 to form a circulation path that repeats circulation.
[0028]
The circulating gas r circulating in the rotary kiln 12 flows from the product outlet chamber 13 to the raw material inlet chamber 11 in a direction opposite to the flow direction of the raw material, so that the flow of the raw material is countercurrent. Here, the flow rate of the circulating gas r flowing in the rotary kiln 12 is set to be larger than the amount of the generated gas G, which is a gas generated from the raw material, so that a larger amount of the circulated gas r than actually generated from the waste passes. Ensure sufficient heat. That is, the amount of gas to be diverted as the combustion component r2 is limited to securing the fuel required for the combustor 22, the remaining component is returned to a large amount as a heated high-temperature circulating component r1, and the inlet temperature in the rotary kiln 12 is reduced to a desired high temperature. maintain.
In the internal heat type rotary kiln 10, the gas temperature suitable for carbonization varies depending on the properties of the raw material. Usually, the gas temperature is 300 ° C. to 800 ° C. at the gas inlet side and 200 ° C. to 700 ° C. at the gas outlet side. By adjusting the circulation rate of r1 (the ratio of the circulation component r1 to the circulation gas r) with a damper or the like of the circulation rate adjusting means, or by changing the amount of heat exchanged in the heat exchanger 23, the entrance and exit are determined under most conditions. It is possible to set the temperature.
[0029]
The exhaust gas heat-exchanged with the circulation r1 in the heat exchanger 23 is led to a preheater 25 provided as a preheating means for raising the temperature of the combustion air, and exchanges heat with the air supplied from the air fan 24. Raise the temperature. That is, since the temperature of the combustion air is raised by effectively utilizing the waste heat of the combustor 22, the thermal efficiency of the entire apparatus is improved by maintaining the temperature in the combustor 22 at a high temperature.
[0030]
Hereinafter, the operation of the above-described carbonizing device will be described together with a method for producing a carbide using the same.
The raw material charged into the rotary kiln 12 flows from the raw material inlet chamber 11 to the product outlet chamber 13 while being heated by the heat of the circulating gas r. In this process, moisture contained in the raw material is discharged as water vapor, and at the same time, volatile gas such as methane is also discharged, thereby generating a generated gas G. As a result, the remaining raw material becomes a carbonized product (product) and is supplied to an external next step.
[0031]
The generated gas G generated from the raw material in the rotary kiln 12 flows in the opposite direction to the raw material, merges with the circulating gas r heated in the kiln, and is sucked out by the circulating gas fan 21 and flows out. If the circulating gas r is countercurrent to the flow of the raw material in this way, it is possible to perform a good carbonization process by setting the vicinity of the product outlet chamber 13 on the gas inlet side higher than the vicinity of the raw material inlet chamber 11 on the gas outlet side. it can.
The flow rate of the circulating gas r is considerably larger than the amount of generated gas G, and a desired high temperature is maintained by passing a large amount of gas.
[0032]
The circulating gas r is then diverted into a circulating component r1 and a combustion component r2. The amount of gas supplied to the combustor 22 as the combustion component r2 is an amount necessary to secure a heating amount, and most other gases are After being introduced into the heat exchanger 23 and heated, it is supplied again to the rotary kiln 12 and circulated. In this way, the circulating gas r containing the volatile gas passes through the rotary kiln 12 many times until it is diverted to the combustion portion r2, and repeats the circulation in the circulation path while merging with the generated gas G. Therefore, the volatile gas in the circulating gas r is not wasted due to being released to the atmosphere, etc., and is reliably used as fuel for the combustor 22.
[0033]
On the other hand, the combustion portion r2 supplied to the combustor 22 generates the exhaust gas by burning the volatile gas with the preheated air, and the exhaust gas is heated by the heat exchanger 23 to heat the circulating portion r1 to indirectly raise the temperature. After the heating, the temperature of the air is raised by the preheater 25, and the air is released to the atmosphere by performing an appropriate treatment as needed.
For this reason, since the exhaust gas is not mixed with the circulating gas r circulating in the rotary kiln 12, it is not necessary to consider the heating temperature of the rotary kiln 12 having different temperature conditions, and therefore, the combustor 22 can supply sufficient air. It is possible to burn at a high temperature of 850 ° C. or more, which suppresses the generation of dioxin by supplying the waste gas to the exhaust gas.
Also, on the rotary kiln 12 side, since there is no mixing of combustion gas or unused air, even if there is a change in the properties of the raw material, the raw material supply amount, and the generation amount of the generated gas G, the air amount does not matter, A stable carbonization process is always performed.
[0034]
[Example according to the first embodiment]
The operation was performed using the apparatus of the concept shown in FIG. 1 and the following results were obtained. Except at the start of operation, there was no need for auxiliary fuel, and carbides could be obtained with almost no incineration ash generation.
[0035]
<Second embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the basic configuration of the present invention is the same as that of the above-described first embodiment, and therefore, only different portions will be described below.
In this embodiment, a drying device 30 is provided downstream of the preheater 25 as a raw material drying means in order to effectively use the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 22 to predry the raw material. The drying device 30 is a device for introducing all or a part of the exhaust gas before being discharged to the atmosphere to be used as a heat source, and for pre-drying the raw material by using the heat source.
[0036]
Such preliminary drying is particularly effective when carbonizing a raw material containing a large amount of water, and the thermal efficiency of the entire apparatus can be reduced by effective use of waste heat, such as saving the amount of heating in the rotary kiln 12 during carbonization. improves.
[0037]
[Example according to the second embodiment]
Operation was carried out using the apparatus of the concept shown in FIG. 2 and the following results were obtained. Except at the start of operation, there was no need for auxiliary fuel, and carbides could be obtained with almost no incineration ash generation. Further, the required amount of the auxiliary agent (produced carbide) was reduced, and the yield of carbide was increased. The operating conditions are the same as those in the example according to the above-described first embodiment.
[0038]
<Third embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the basic configuration of the present invention is the same as that of the above-described first embodiment, and therefore, only different portions will be described below.
In this embodiment, a membrane separation device 40 is provided in a circulation path through which a circulation gas r flows. This membrane separation device 40 is located on the upstream side of the combustor 22 and the heat exchanger 23 that serve as combustion heating means in the flow direction of the circulation gas r.
[0039]
In this case, the membrane separation device 40 has a function of removing water vapor (membrane-permeable gas) contained in the circulating gas (inlet gas) and separating it from the remaining volatile gas (outlet gas).
The membrane separation device 40 has a configuration in which a cylindrical element (water vapor permeable membrane) 42 is installed inside a casing 41 as shown in FIG. 4, for example.
[0040]
The casing 41 is a container provided with an inlet nozzle 43 for supplying an inlet gas, a permeated gas nozzle 45 from which a membrane-permeable gas flows out, and an outlet nozzle 46 from which an outlet gas from which water vapor has been removed flows.
The inside of the casing 41 is partitioned by a pair of upper and lower partition plates 47 and 48, and a space serving as an inlet / outlet gas chamber 50 and a permeated gas chamber 51 is formed. An inlet nozzle 43 and an outlet nozzle 46 are opened in the inlet / outlet gas chamber 50, and a permeable gas nozzle 45 is opened in the permeable gas chamber 51.
[0041]
One end (the lower end in the illustrated example) of the element 42 is closed by a shielding plate 42b, the other end is opened to the permeated gas chamber 51, and a large number of the elements 42 are provided through a pair of upper and lower partition plates 47 and 48. . As the element 42, for example, an inorganic separation membrane such as a silica gel membrane disclosed in Japanese Patent No. 1700388, Japanese Patent No. 2808479, and Japanese Patent Publication No. 8-32298 can be used.
The silica gel membrane disclosed herein has heat resistance and acid resistance, and can separate water from an organic acid or an organic solvent / water mixture, and can separate water vapor from a gas containing water vapor with high performance.
[0042]
Hereinafter, the operation of the water vapor separation in the membrane separation device 40 will be described.
The circulating gas r flowing out of the rotary kiln 12 flows into the inlet / outlet gas chamber 50 from the inlet nozzle 43 as inlet gas. In the process of flowing toward the outlet nozzle, the water vapor contained in the circulating gas r passes through the element 42 as shown by an arrow 52 (see FIG. 4B) and enters the hollow portion 42a of the element 42. . As a result, the circulating gas r is separated into water vapor (membrane permeable gas) in the hollow portion 42a and volatile gas (outlet gas) other than water vapor that does not pass through the element 42. Out of these, the outlet gas other than water vapor containing a volatile gas as a main component flows out of the outlet nozzle 46 and is guided to the downstream combustor 22.
In the membrane separation device 40, since the water vapor may not be completely removed, the outlet gas may contain some residual water vapor.
[0043]
On the other hand, the water vapor that has passed through the element 42 flows out of the permeable gas nozzle 45 through the hollow portion 42a. The steam separated in this manner is sent to the heat exchanger 23 to be heated, and the steam supplied to the heat exchanger 23 is also added with steam generated by the boiler 26 for the purpose of replenishment or the like. The boiler 26 introduces the exhaust gas after the heat exchange in the heat exchanger 23 and uses the waste heat to heat water to generate steam.
[0044]
In this way, when the steam and the volatile gas are separated by the membrane separation device 40, the steam is removed from the combustor 22, and the volatile gas having a high concentration is supplied as a fuel. Increase. For this reason, it is not necessary to use carbide as auxiliary fuel, or the amount of auxiliary fuel used can be reduced.
Moreover, since the circulating gas r circulating in the rotary kiln 12 becomes almost water vapor, generation of tar can be suppressed. Further, since it does not contain flammable gas or air, stable carbonization can be performed.
[0045]
[Example according to third embodiment]
Operation was carried out using the apparatus having the concept shown in FIG. 3 and the following results were obtained. Except at the start of operation, there was no need for auxiliary fuel, and carbides could be obtained with almost no incineration ash generation. Also, in this example, no auxiliary agent was required.
[0046]
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the basic configuration of the present invention is the same as that of the above-described first embodiment, and therefore, only different portions will be described below.
In this embodiment, the membrane separation device 40A is provided on a path of the combustion component r2 that branches off from a circulation path through which the circulation gas r flows and reaches the combustor 22, that is, a combustion component path. The membrane separation device 40A is located on the upstream side of the combustor 22 as the combustion heating means in the flow of the circulation gas r.
[0047]
In this case, the membrane separation device 40A has a function of removing water vapor (membrane permeable gas) contained in the circulating gas (inlet gas) and separating it from the remaining volatile gas (outlet gas).
This membrane separation device 40A has a configuration in which a cylindrical element (water vapor permeable membrane) 42 is installed inside a casing 41 as shown in FIG. 6, for example.
[0048]
The casing 41 has an inlet nozzle 43 for supplying an inlet gas, a sweep gas nozzle 44 for supplying a sweep gas (a gas having a low water vapor concentration), a permeate gas nozzle 45 from which a membrane-permeable gas and a sweep gas flow out, and water vapor removed. An outlet nozzle 46 from which an outlet gas flows.
The interior of the casing 41 is partitioned by a pair of upper and lower partition plates 47 and 48 into three spaces: a sweep gas chamber 49, an inlet / outlet gas chamber 50, and a permeated gas chamber 51. A sweep gas nozzle 44 opens in the sweep gas chamber 49, an inlet nozzle 43 and an outlet nozzle 46 open in the inlet / outlet gas chamber 50, and a permeable gas nozzle 45 opens in the permeable gas chamber 51.
[0049]
A large number of the elements 42 are provided so as to penetrate a pair of upper and lower partition plates 47 and 48 such that one end is opened to the sweep gas chamber 49 and the other end is opened to the permeated gas chamber 51. This element 42 is. As in the third embodiment, an inorganic separation membrane such as a silica gel membrane can be used.
[0050]
Hereinafter, the operation of the water vapor separation in the membrane separation device 40A will be described.
The circulating gas r flowing out of the rotary kiln 12 flows into the inlet / outlet gas chamber 50 from the inlet nozzle 43 as inlet gas. The steam contained in the circulating gas r passes through the element 42 as shown by an arrow 52 (see FIG. 6B) in the process of flowing toward the outlet nozzle, and enters the hollow portion 42a of the element 42. . As a result, the circulating gas r is separated into water vapor (membrane permeable gas) in the hollow portion 42a and volatile gas (outlet gas) other than water vapor that does not pass through the element 52. Out of these, the outlet gas other than water vapor containing a volatile gas as a main component flows out of the outlet nozzle 46 and is guided to the downstream combustor 22. In the membrane separation device 40A, since the water vapor may not be completely removed in some cases, the outlet gas often contains some residual water vapor.
[0051]
On the other hand, the water vapor that has passed through the element 42 flows in from the sweep gas nozzle 44, flows out of the permeate gas nozzle 45 through the hollow portion 42a and flows out of the permeate gas nozzle 45, and flows out together with the sweep gas. Here, air is used as the sweep gas, but it is not limited to this.
The water vapor and the sweep gas thus separated are sucked by the blower 27 and discharged to the atmosphere or the like.
Further, by using the sweep gas, the partial pressure difference of the water vapor becomes large between the inlet / outlet gas chamber 50 before and after the element 42, that is, between the inlet / outlet gas chamber 50 outside the element 42 and the hollow part 42a inside the element 42. Therefore, the water vapor transmission efficiency is improved.
[0052]
In this manner, if steam is separated and removed from the combustion component r2 supplied to the combustor 22 by the membrane separation device 40A to supply a volatile gas having a high concentration, the calorific value per unit volume increases. It becomes possible to eliminate the need for auxiliary fuel or to reduce the amount of fuel used. Moreover, since the membrane separation device 40A flows only the combustion component r2, a smaller device can be used as compared with the membrane separation device 40 used in the above-described third embodiment, as much as the circulation component r1 does not pass.
[0053]
[Example according to the fourth embodiment]
The operation was performed using the apparatus having the concept shown in FIG. 5, and the following results were obtained. Except at the start of operation, there was no need for auxiliary fuel, and carbides could be obtained with almost no incineration ash generation. Also, in this example, no auxiliary agent was required.
[0054]
<Fifth embodiment>
Finally, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the basic configuration of the present invention is the same as that of the above-described first embodiment, and therefore, only different portions will be described below.
In this embodiment, a regenerative combustor 60 is employed as the combustion heating means instead of the conventional combustor 22. The regenerative combustor 60 includes a pair of upper and lower burners, each of which is provided with a thermal storage body 61 and 62 with a burner. Honeycomb-shaped ceramics, porous ceramics, and the like are used for the heat storage bodies 61 and 62 with burners.
[0055]
In the regenerative combustor 60 having the above-described configuration, the heat of the combustion exhaust gas generated from one burner is stored in the other regenerator with a burner, so that a high temperature state can always be maintained in the combustor. In the example shown in the figure, the heat of the combustion exhaust gas discharged from the heat storage body with a burner 61 provided on the upper side is stored in the heat storage body 62 with a burner on the lower side. Even if it is difficult to ignite, it is possible to sufficiently ignite.
The burner combustion in the upper and lower burners 61 and 62 can be switched back and forth by alternately switching the on-off valves 63 to 68.
[0056]
[Example according to the fifth embodiment]
Operation was carried out using the apparatus having the concept shown in FIG. 7 and the following results were obtained. Except at the start of operation, there was no need for auxiliary fuel, and carbides could be obtained with almost no incineration ash generation. Also, in this example, no auxiliary agent was required.
[0057]
The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
[0058]
【The invention's effect】
According to the carbonizing device and the method for burning a carbide of the present invention, the following effects can be obtained.
According to the first aspect of the present invention, since the circulation path for branching and circulating a part of the gas generated in the internal heat type rotary kiln is provided, the gas flowing in the internal heat type rotary kiln becomes one pass. It circulates again and again until it is used for combustion. For this reason, the temperature of the gas can be set high by reducing the amount of waste heat discarded to the outside, and the temperature condition optimal for the carbonization process can be set by minimizing the heating amount to a necessary minimum. Therefore, it becomes a carbonization device with good thermal efficiency. Further, since the combustible components contained in the gas can be used as fuel without waste, a carbonization device having high thermal efficiency can be obtained in this respect as well.
[0059]
Further, after the gas is divided into a combustion part and a circulation part, the combustible gas in the combustion part is burned as fuel of the combustion heating means, and the circulation part is indirectly heated by the combustion heating means, and thereafter the internal heat type rotary kiln. If the circulation rate is changed, the amount of heating of the combustion heating means can be varied, and the temperature of the circulating gas can be adjusted. For this reason, the inlet temperature and the outlet temperature of the gas circulating in the rotary kiln can be set to values suitable for the carbonization treatment. In particular, if the circulating gas flows countercurrent to the raw material, the inlet side Temperature is higher than the outlet side, and the optimum temperature setting can be performed.
And since the exhaust gas that burns the combustion part and the circulation part that heats the inside of the rotary kiln do not flow through a separate system and are not mixed, even if the amount of generated gas fluctuates, excess air or too little air does not matter. In addition, stable carbonization can be performed.
[0060]
Also, if a part of the carbide generated as an auxiliary fuel of the combustion heating means is supplied, even if the combustible component contained in the combustion component is low and the calorific value is insufficient, it is necessary to burn the carbide as a combustion aid. Heat can be secured.
In addition, if the preheating means for raising the temperature of the combustion air with the waste heat of the combustion heating means is provided, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved by effectively utilizing the waste heat.
Further, even if a raw material drying unit for pre-drying the raw material using the waste heat of the combustion heating unit is provided, the thermal efficiency of the entire apparatus can be improved by effectively using the waste heat.
[0061]
Further, if a membrane separation means for separating water vapor from the gas is provided on the upstream side of the combustion heating means, a gas having a high flammable concentration from which the water vapor has been removed is supplied to the combustion heating means, and the inside of the internal combustion type rotary kiln is supplied. The proportion of circulating water vapor can be increased. In this case, by providing the membrane separation means in the circulation path, the ratio of the amount of water vapor circulating in the internal combustion type rotary kiln increases, so that the amount of tar generated can be reduced and stable carbonization processing can be performed. In addition, a gas having a high flammable concentration is supplied to increase the calorific value. Therefore, it is not necessary to use a combustion aid or a regenerative combustor. On the other hand, if the membrane separation means is provided in the combustion distribution path branched from the circulation path, the amount of fluid passing therethrough can be small, so that the size of the membrane separation means can be reduced.
[0062]
Further, if the combustion heating means is a regenerative combustor, even if the fuel is a gas which is difficult to ignite, it can be sufficiently ignited and burned.
[0063]
According to the eleventh aspect of the present invention, a part of the gas generated in the internal heat type rotary kiln is branched and circulated, so that the gas flowing through the internal heat type rotary kiln is one-pass until it is provided for combustion. The cycle will be repeated many times without becoming a problem. For this reason, the amount of waste heat discarded to the outside is reduced, the temperature of the circulating gas can be set to the optimum temperature for carbonization even if the heating amount is required to a minimum, and the combustible components contained in the gas are used as fuel. Since it can be used without waste, a method for producing carbide with high thermal efficiency can be obtained.
[0064]
Further, the carbide obtained by the above-described carbonization apparatus and manufacturing method, in the iron making process,
(1) Charcoal material for pulverized coal injection into the blast furnace
(2) Carbon material as a substitute for coke powder in the sinter production process
(3) Carbon material as a reducing agent in the direct reduced iron production process
, It is possible to reduce the amount of expensive coke and coal used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a carbonization device according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the carbonization device according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of a carbonization device according to the present invention.
4A and 4B are diagrams showing a configuration example of the membrane separation device in FIG. 3, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view and FIG. 4B is a perspective view for explaining separation of water vapor.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of a carbonization device according to the present invention.
6 is a diagram showing a configuration example of the membrane separation device in FIG. 5, (a) is a cross-sectional view, and (b) is a perspective view for explaining separation of water vapor.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the carbonization device according to the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
10. Internally heated rotary kiln
11 Raw material inlet room
12 Rotary Kiln
13 Product exit room
21 Circulating gas fan
22 Combustor (combustion heating means)
23 Heat exchanger (combustion heating means)
24 air fan
25 Preheater (Preheating means)
26 Boiler
30 Drying equipment (raw material drying means)
40,40A membrane separation device
41 Casing
42 elements (water vapor permeable membrane)
42a hollow part
43 Inlet nozzle
44 Sweep gas nozzle
45 Permeated gas nozzle
46 outlet nozzle
47,48 Partition plate
49 Sweep gas chamber
50 Inlet / outlet gas chamber
51 Permeated gas chamber
52 steam
60 regenerative combustor
61,62 Thermal storage with burner
r Circulating gas (water vapor + volatile gas)
r1 circulation
r2 Burning amount
G Generated gas
