JP2004161844A

JP2004161844A - リサイクル装置

Info

Publication number: JP2004161844A
Application number: JP2002328014A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Takeda; 博文武田; Kazuhiro Futagami; 一浩二神; Masanori Takemoto; 真典竹本; Takeshi Fujii; 岳藤井; Haruhisa Machii; 令尚町井; Kenichi Nakamura; 賢一中村; Tatsuo Kume; 辰雄久米
Original assignee: Miura Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-11-12
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2004-06-10
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: JP4021744B2

Abstract

【課題】可燃ガスの凝縮成分が付着することを有効に防止するリサイクル装置を提供することを課題とする。
【解決手段】炭化処理又は乾留処理を実現するリサイクル炉１と、必要に応じて他のガス燃料を供給しつつ、リサイクル炉１で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉２とを備える。リサイクル炉１で発生する燃焼排ガスの一部を、混焼炉２の入口部ＥＮＴに供給することにより、可燃ガスの配管中に凝縮成分が付着しないようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、廃棄物から可燃ガスを生成するリサイクル装置に関し、特に、可燃ガスの配管に可燃ガスの凝縮成分が付着することを防止したリサイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の処理法として、回収したプラスチック製品を熱分解して可燃ガスと炭化物とを生成する各種の方法が知られている（例えば、非特許文献１、及び特許文献１，２参照）。
【０００３】
なお、本明細書では、他の文献での記載振りに拘わらず、余剰酸素のない状態で対象物を熱分解させることを炭化処理と称し、炭化処理を実現する炉を炭化炉と称する。この用法に対応して、多少の余剰酸素を供給して対象物を熱分解させることを乾留処理と称し、乾留処理を実現する炉を乾留炉と称する。
【０００４】
そして、炭化炉からは熱分解ガスが発生し、炭化処理が完了すると炭化物が生成される。一方、乾留炉からは乾留ガスが発生し、乾留処理が完了すると灰化物が生成される。また、本明細書でリサイクル炉とは、炭化炉と乾留炉とを少なくとも含み、可燃ガスとは、熱分解ガスと乾留ガスとを少なくとも含んでいる。
【０００５】
【非特許文献１】
特許庁ホームページ・技術分野別特許マップ作成テーマ一覧（９４テーマ）・機械６焼却炉技術・１．３．３乾留ガス化燃焼技術・ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘｊ．ｈｔｍ
【特許文献１】
特開２００１−１８２９３５号
【特許文献２】
特開２００１−２４１６３２号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、炭化炉で生成した熱分解ガスを混焼炉で燃焼させるような場合、上流側の炭化炉で生成された熱分解ガスは、下流側の混焼炉に至るまでにかなり温度降下するので、熱分解ガスが所定温度（３００℃程度）を下回ると、粘土状又はタール状となった凝縮成分が配管内に付着することがあった。
【０００７】
特に起動時のように、炭化炉での吸熱量が大きい時間帯では、炭化炉の出口部で既に熱分解ガスの温度が３００℃以下に降下しているので、混焼炉の入口部では熱分解ガスの凝縮が生じて配管を閉塞させる傾向にあった。図６は、リサイクル装置の運転開始時からの温度上昇曲線を図示したものであり、実際には、運転条件に応じて異なるものの、炭化炉の温度が３００℃以上で安定するのに３〜４時間程度かかることを示している。
【０００８】
また、運転終了時には、配管内の熱分解ガスを完全に排出させる必要があり、これを怠ると、その後、熱分解ガスの凝縮成分が配管内に付着することになる。このことの弊害は、配管が狭くなる混焼炉の入口部で特に顕著であり、翌日の運転開始時における圧損が大きいだけでなく、新たに付着する凝縮成分と共に、配管を完全に閉塞させるおそれもあった。
【０００９】
この発明は、この問題点に鑑みてなされたものであって、熱分解ガスの凝縮成分が付着することを有効に防止するリサイクル装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、炭化処理又は乾留処理を実現するリサイクル炉と、必要に応じて二次燃料を供給しつつ、前記リサイクル炉で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉とを備え、前記リサイクル炉で発生する燃焼排ガスの一部を供給することにより、可燃ガスの配管中に凝縮成分が付着しないようにしている。
【００１１】
そして、請求項１の発明において、混焼炉の出力を受ける熱交換器を更に設けるのが好適である。ここで熱交換器は特に限定されないが、排ガスボイラや温水器が典型例である。
【００１２】
燃焼排ガスの供給は、運転開始と同時か又は運転開始から所定時間後に開始するのが好適である。運転開始直後は可燃ガスが殆ど発生しないが、運転開始直後から燃焼排ガスを供給することによって、少量の凝縮をも防ぐことが可能となる。一方、少量の凝縮成分が問題にならない場合には、運転開始から所定時間後であって、可燃ガスが発生し始めるタイミングに合わせて燃焼排ガスの供給を開始してもよい。
【００１３】
また、燃焼排ガスの供給は、上記の構成に代えて、又は上記の構成に加えて、運転終了に先だって所定時間実行されるのも好適である。この所定時間は、配管内の可燃ガスを完全に排出させる時間として設定される。このような構成を採る場合には、毎回の運転終了後に可燃ガスが凝縮することがないので、次回の運転開始時に特別な対策を採らなくても、配管での圧損や配管の閉塞の問題が解消される。
【００１４】
燃焼排ガスの供給先は、好ましくは、前記混焼炉の入口部、及び／又は、前記リサイクル炉の出口部である。燃焼排ガスの供給タイミングは適宜に決定されるのが好適であるが、定常的に供給しても良い。例えば、リサイクル炉の出口部については、燃焼排ガスを定常的に供給するのが簡易である。
【００１５】
また、燃焼排ガスの供給の有無又は供給量は、混焼炉の入口部の温度に応じて決定するのが典型的である。この場合、入口部の温度が所定値より低いと燃焼排ガスを供給し、所定値より高くなると燃焼排ガスの供給を停止するのが最も簡易である。なお、運転開始直後については燃焼排ガスを供給しなくても良い。また、燃焼排ガスの供給は、一旦上昇した混焼炉の入口部の温度が、その後、減少したことを条件に開始又は再開するのも効果的である。
【００１６】
更にまた、本発明におけるリサイクル炉は、上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、前記燃焼室では、少なくとも平面ほぼ全域を網羅する流路を形成するチューブ部材の内部で燃焼反応が実現され、燃焼排ガスを前記チューブ部材から噴出させるのが好ましい。
【００１７】
上記各発明では、高分子化合物を処理対象とし、炭化物（灰化物でも可）と熱分解ガス（乾留ガスでも可）とを生成するのが好適である。ここで高分子化合物とは、典型的にはプラスチック材であり、好ましくは塩素分を含まないプラスチック材である。この高分子化合物には、何らかの金属成分を含有しているのが好適である。特定の限定された金属成分のみが含有されている場合が更に好適であり、一種類の金属成分のみが含有される場合が最適である。
【００１８】
本発明は、製造工場や加工工場などの同一施設から定常的に排出される特定の高分子化合物の処理に好適に適用されるが、同一施設から排出されるものに限らず、ほぼ正確に分別された高分子化合物の処理に適用するもの好適である。この場合、高分子化合物は同一種類のものに分別されるべきであるが、組成の共通性までは問わない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に係るリサイクル装置ＥＱＵに基づいて説明する。図１に示すように、このリサイクル装置ＥＱＵは、炭化炉として機能するリサイクル炉１と、リサイクル炉１で生成された熱分解ガスを燃焼させる混焼炉２と、混焼炉２から排出される燃焼排ガスにより蒸気を生成する排ガスボイラ３と、排ガスボイラ３への給水を予備加熱するエコノマイザ４とを中心的に備えている。
【００２０】
リサイクル炉１は、この実施例では略円筒形に形成され、円盤状の火格子５を介して上下に区画されている。そして、火格子５の下部には、耐火材に囲まれた燃焼室１ａが形成され、火格子５の上部には、廃棄物たるプラスチック材を収納する反応室１ｂが形成されている。なお、円盤状の火格子５には、多数の開口がほぼ均一に形成されてリサイクル炉１の上下を連通させている。
【００２１】
燃焼室１ａは、メンテナンス性の観点から、８０ｃｍ程度の高さに形成されており、水平方向の一方側には、ガス燃料と燃焼用空気の導入部６が設けられ、他方側に点検扉７が設けられている。この実施例の場合には、導入部６にはラジアント・チューブ・バーナ（ｒａｄｉａｎｔｔｕｂｅｂｕｒｎｅｒ）が配置されており、送風機８によって必要量の燃焼用空気が供給されると共に、制御弁Ｖ１を介してガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）が供給されている。
【００２２】
一方、反応室１ｂには、処理対象物であるプラスチック材の投入時に開放される上部開閉扉１０と、反応室１ｂから発生する熱分解ガスの導出部１１と、火格子５の上に残る金属成分や炭化物などを回収するための取出部１２とが設けられている。
【００２３】
図２（ａ）は、燃焼室１ａの概略構成を示す平面図であり、図３（ａ）は、点検扉７から導入部６の方向を見た正面図である。図２（ａ）に示す通り、ラジアント・チューブＴＵは、３本の曲管ＲＡ１０〜ＲＡ１２と、４本の直管ＲＡ２０〜ＲＡ２３とを蛇行状に接続して、燃焼室１ａの全域に広がって配置されている。そして、ガス燃料と必要量の燃焼用空気の混合気が燃焼し、その燃焼ガスは、基端側の直管ＲＡ２０から先端側の直管ＲＡ２３に向けて流通される。
【００２４】
先端側の直管ＲＡ２３の側面には、ほぼ全長にわたって、長さ方向の開口溝Ｈ１，Ｈ２が２つ形成されている。図２（ｂ）に示すように、第１の開口溝Ｈ１は水平方向に向けて開口しており、第２の開口溝Ｈ２は斜め下方に向けて開口している。そのため、直管ＲＡ２０から導入された燃焼ガスはラジアント・チューブＴＵを流通する過程で燃焼反応を終え、その燃焼排ガスが直管ＲＡ２３の開口溝Ｈ１，Ｈ２を通して、ほぼ水平方向と斜め下方に向けて噴出されることになる。
【００２５】
そして、燃焼室１ａの底部は中央に向けて下り勾配で傾斜する傾斜面が、直管のＲＡ２０，ＲＡ２１，ＲＡ２２，ＲＡ２３と直交する方向に向けて延設され、断面視で逆台形状に形成されている。そのため、液化して火格子５から垂れ落ちたプラスチック材Ｐなどは、底部の中央部に集められることになり、ラジアント・チューブＴＵからの輻射熱が有効に伝わることになる。
【００２６】
燃焼室１ａに噴出された熱風（燃焼排ガス）は、燃焼室１ａから反応室１ｂに導入されるので、その対流伝熱によって、プラスチック材が熱分解されて水素やメタンなどの熱分解ガスが生成される。なお、火格子５には比較的大径の開口が形成されているので、燃焼排ガスは殆ど圧損を生じることなく反応室１ｂに導入される。また、ラジアント・チューブＴＵは、燃焼室１ａの全域に広がって配置されているので、ほぼ均等な輻射伝熱を実現することができ、しかも、燃焼室１ａに火炎が噴出しないので、局部高温の部分が発生せず、燃焼排ガスの偏流のおそれがないので、火格子５の開口を大径に設定しても問題がない。
【００２７】
また、この実施例では、ラジアント・チューブ・バーナを用いるので、反応室１ｂから垂れ落ちる液状のプラスチック材Ｐは、ラジアント・チューブＴＵに接触するか床面に落下してから熱分解ガス化するので、この点でも好適である。なお、燃焼室１ａの温度は７００℃程度に設定されている。
【００２８】
ところで、この実施例では、ラジアント・チューブＴＵの開口溝Ｈ１，Ｈ２に近接して、混焼炉２の入口部ＥＮＴに至るバイパス流路ＢＹが設けられている（図１参照）。このバイパス流路ＢＹは、ラジアント・チューブＴＵから噴出される燃焼排ガスを混焼炉２の入口部ＥＮＴに導くものであり、その途中に設けられた制御弁Ｖ３によって燃焼排ガスの流量を調整している。
【００２９】
この調整弁Ｖ３は、混焼炉２の入口部ＥＮＴの温度に応じて制御されており、具体的には、入口部ＥＮＴの温度が３００℃〜４００℃以上になるように動作している。したがって、リサイクル炉１の起動時のように、リサイクル炉１の温度が上昇している時間帯（蓄熱状態）でも、混焼炉２の入口温度が３００℃を下回ることがなく、リサイクル炉１で生成された熱分解ガスが凝縮して固着し配管を閉塞するおそれがない。なお、リサイクル炉１の運転が定常状態となれば、バイパス流路ＢＹによる燃焼排ガスの供給は停止される。
【００３０】
ところで、バイパス通路ＢＹに代えて、或いは、バイパス通路ＢＹに加えて、図１に一点鎖線で示すように、第２のバイパス通路ＢＹ’を設けても良い。このバイパス通路ＢＹ’は、燃焼排ガスを燃焼室１ａからリサイクル炉１の導出部１１に供給するものであり、リサイクル炉１の蓄熱分を考慮して、熱分解ガスのリサイクル炉１の出口温度を上昇させて、その凝縮を防止するものである。
【００３１】
以上のような構成によって、混焼炉２の入口部ＥＮＴは、常に３００℃〜４００℃以上に管理されているが、入口部ＥＮＴに連続して、混焼炉２には拡散型ガスバーナ１４が設けられている。拡散型ガスバーナ１４の構成は特に限定されないが、例えば、図４に示すように、二重管１５の内管１５ａにリサイクル炉１の熱分解ガスを導入する一方、二重管の外管１５ｂには二次燃料たるガス燃料を導入している。これらの燃料は、外管１５ｂに延設される拡径部１６に向けて吐出され、拡径部１６の側面から導入される燃焼用空気と混合されて燃焼する。なお、拡径部１６の側面には、送風機１７によって燃焼用空気が供給されている。
【００３２】
この実施例の場合、リサイクル炉１は、炭化炉として機能するので、リサイクル炉１で生成された熱分解ガスと、外管１５ｂに供給されているガス燃料とが混合状態で燃焼されることになる。具体的には、混焼炉２の排出部に配置された温度センサＴＥ２及び制御部ＣＴＬ３によって制御弁Ｖ２が制御されて、燃焼排ガスの温度が８００℃以上に管理されている。また、燃焼ガス（燃焼火炎及び燃焼完了ガス）の滞留時間が２秒以上となるように、混焼炉２の容積や燃焼用空気の供給量などが設定されている。
【００３３】
排ガスボイラ３は、混焼炉２の上部に連設して一体的に保持されている。排ガスボイラ３の構成は特に限定されないが、この実施例では、図５に示すような貫流ボイラを使用している。この貫流ボイラは、上部管寄せ１７Ａと下部管寄せ１７Ｂとの間に多数の垂直水管１８・・・１８を接続した構成であり、下部管寄せ１７Ｂに給水を行い、垂直水管１８を上昇する間に気水混合状態とし、これを上部管寄せ１７Ａから気水分離器１９に送り込み分離して蒸気を得るものである。
【００３４】
図５（ｂ）に示す通り、垂直水管１８は、円環状に配置された内側水管群１８Ａと外側水管群１８Ｂの二重構造になっている。そして、混焼炉２の排ガス出口から導入された燃焼排ガスは、内側水管群１８Ａの一方側に形成されたガス入口２０から内外の水管群１８Ａ，１８Ｂの隙間を流通し、外側水管群１８Ｂの他方側に形成されたガス出口２１から導出される。ガス出口２１から導出された燃焼排ガスは、エコノマイザ４で更に熱交換した後、誘引ファン２２によって煙突２３に導出されて大気に放出される。
【００３５】
続いて、実施例に係るリサイクル装置ＥＱＵの動作内容を説明する。ここでは、スナック菓子などに利用する、アルミウム箔の上下にプラスチック膜を積層してなるシート材等の製造工場であって、一日に排出されるシート材の切れ端をバッチ的に処理する場合を説明する。
【００３６】
このような場合には、前日に排出されたシート材の廃棄物を反応室１ｂに投入した後、扉７，１０及び取出部１２を閉鎖した状態で、制御弁Ｖ１を開放して燃焼室１ａにガス燃料を導入し、送風機８によって必要量の燃焼用空気を供給しつつガス燃料に着火する。なお、反応室１ｂの温度は、予め設定されている燃焼量に基づき、高分子化合物（プラスチック）の熱分解温度（３００〜４００℃）以上であって、含有金属（アルミニウム）の融点（７００℃）未満に維持される。
【００３７】
このように、殆ど酸素を含まない所定温度域の熱風が反応室１ｂを流通することにより、プラスチック材が熱分解され水素やメタンなどの熱分解ガスが生成される。リサイクル炉１で生成された熱分解ガスは、混焼炉２に導入されて、別に導入されるガス燃料と混合されて燃焼される。
【００３８】
先に説明した通り、リサイクル炉１の燃焼室１ａと、混焼炉２の入口部ＥＮＴ（及び／又はリサイクル炉１の導出部１１）との間には、バイパス通路ＢＹ（及び／又はＢＹ’）が設けられている。そして、必要時には、バイパス通路ＢＹ（及び／又はＢＹ’）から燃焼排ガスが出力されて、入口部ＥＮＴの温度が常に３００〜４００℃以上に維持されている。そのためリサイクル装置ＥＱＵの起動時にも、配管中で熱分解ガスが凝縮することはない。
【００３９】
また、混焼炉２に供給される二次燃料たるガス燃料は、混焼炉２の出口温度に基づいて制御されており、具体的には、混焼炉２の出口温度が８００℃以上に維持されている。
【００４０】
一方、リサイクル装置ＥＱＵの運転停止時について説明すると、運転停止までの所定時間は、内部に残存している可能性のある熱分解ガスが排出されるに充分な時間に設定されており、その時間内は、混焼炉２の入口部ＥＮＴの温度が３００〜４００℃程度に維持されている。具体的には、バイパス流路ＢＹを開放して、燃焼排ガスを入口部ＥＮＴに供給している。したがって、運転停止後に熱分解ガスが凝縮して配管に付着することはない。
【００４１】
上記のような動作の結果、反応室１ｂのプラスチック材は完全に熱分解すると共に、混焼炉２で燃焼することになる。また、過剰の炭素分は炭化物としてリサイクル炉１に残存することになる。また、プラスチック製フィルムに含まれるアルニミウムは、溶融することなくパサパサ状態のアルミ箔として残存する。したがって、リサイクル炉１が冷えた状態で、アルミニウムを回収し、有価物として流通させることができる。また、炭化物についても、そのまま回収の状態もしくは造粒後に有価物として流通させることが可能となる。
【００４２】
なお、以上の説明では、便宜上、リサイクル炉が炭化炉として機能するものとして説明したが、リサイクル炉を乾留炉として機能させることを何ら禁止するものではない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、熱分解ガスの凝縮成分が付着することを有効に防止するリサイクル装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るリサイクル装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のリサイクル炉の燃焼室を図示した概略図である。
【図３】図１のリサイクル炉の燃焼室を図示した概略図である。
【図４】拡散型ガスバーナの構成を示す概略図である。
【図５】排ガスボイラの一例を示す概略図である。
【図６】リサイクル装置の蓄熱動作を説明する図面である。
【符号の説明】
１リサイクル炉
２混焼炉

Claims

炭化処理又は乾留処理を実現するリサイクル炉と、必要に応じて二次燃料を供給しつつ、前記リサイクル炉で生成された可燃ガスを燃焼させる混焼炉とを備え、
前記リサイクル炉で発生する燃焼排ガスの一部を供給することにより、可燃ガスの配管中に凝縮成分が付着しないようにしたことを特徴とするリサイクル装置。
前記燃焼排ガスの供給は、運転開始と同時か又は運転開始から所定時間後に開始される請求項１に記載のリサイクル装置。
前記燃焼排ガスの供給は、運転終了に先だって所定時間実行される請求項１又は２に記載のリサイクル装置。
前記燃焼排ガスの供給先は、前記混焼炉の入口部、及び／又は、前記リサイクル炉の出口部である請求項１〜３の何れかに記載のリサイクル装置。
前記燃焼排ガスの供給の有無又は供給量は、前記混焼炉の入口部の温度に応じて決定されている請求項１〜４の何れかに記載のリサイクル装置。
前記燃焼排ガスの供給は、一旦上昇した混焼炉の入口部の温度が、その後、減少したことを条件に開始又は再開される請求項１〜５の何れかに記載のリサイクル装置。
前記リサイクル炉は、上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、
前記燃焼室では、少なくとも平面ほぼ全域を網羅する流路を形成するチューブ部材の内部で燃焼反応が実現され、燃焼排ガスを前記チューブ部材から噴出させている請求項１〜５の何れかに記載のリサイクル装置。