JP2004175921A - 有機系廃棄物の炭化処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単位時間当たり熱分解ガス発生量すなわち熱分解ガス発生速度の大きな変動パターンを縮小して装置のコンパクト化および低コスト化を企図する。
【解決手段】有機系廃棄物の炭化処理方法は、複数の容器ａ に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉１ に供給する工程と、所定単位量の廃棄物の投入が完了してから、該単位量廃棄物の全量を炉１ で熱分解・炭化する工程と、その後、生じた炭化物を炉１ から排出する工程とを含む。この方法は、さらに、生じた炭化物を直ちに炉１ から灰溶融炉へ導いてここで熱プラズマを加味して炭化物を燃焼させ、生じた灰を熱プラズマを含む生成熱により溶融させる工程を含んでもよい。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、病院や研究施設等から排出される感染性廃棄物のような有機系廃棄物をバッチ式で炭化処理する方法、およびこれに用いる有機系廃棄物の炭化処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、少量の有機系廃棄物をバッチ式で熱分解・炭化処理するには、分解炉の容積は１日分の廃棄物を一度に処理できるように設計されている。その運転操作は、熱分解・炭化工程と炭の燃焼・灰化工程と灰の溶融工程の３工程に分けられる。このような処理システムにおいては、特に熱分解・炭化工程で廃棄物が一挙に熱分解・炭化を始めるので、単位時間当たり熱分解ガス発生量は廃棄物全量に対応し、経時的に１つの大きなピークを形成する。炭化炉の加熱手段容量および下流ガスラインの各種付帯機器の容量はこのピークガス発生量を基準として決められているため、同じ能力の連続システムにおける対応する機器の容量に比べ著しく大きく、また、各機器は広い制御範囲を必要とする。このように、有機系廃棄物のバッチ式熱分解・炭化システムは、コンパクト性、コスト優位性および制御範囲の面で問題がある。
【０００３】
また、炭の燃焼・灰化は、熱分解・炭化炉において、灰の溶融は灰溶融炉においてそれぞれ所定時間を掛けて行われているので、各工程の切り替えに時間を要する上に、炭の燃焼・灰化は溶融炉以外の場所で行うので、炭の燃焼熱を灰溶融に利用することができないという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、有機系廃棄物のバッチ式熱分解・炭化処理における上述したような諸問題を克服し、単位時間当たり熱分解ガス発生量すなわち熱分解ガス発生速度の大きな変動パターンを縮小して装置のコンパクト化および低コスト化を企図するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明による有機系廃棄物の炭化処理方法は、複数の容器に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉に供給する工程と、所定単位量の廃棄物の投入が完了してから、該単位量廃棄物の全量を炉で熱分解・炭化する工程と、その後、生じた炭化物を炉から排出する工程とを含む炭化処理方法である。
【０００６】
この発明による炭化処理方法では、複数の容器に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉に供給するので、廃棄物の熱分解ガス発生が最も著しいピークが各容器ごとに経時的に異なり、互いに重なることがない。したがって、時間当たりの熱分解ガス発生量の変動幅および絶対値をいずれも小さい値に抑えることができ、これにより、熱分解・炭化装置の加熱手段容量および下流ガスラインの各種付帯機器の容量を小さくし、さらにはこれらの制御範囲を狭めることができる。また、廃棄物は炭化炉内での熱分解・炭化の進行に伴って減容され、最終的には当初の１／５〜１／６程度になるので、この点でも熱分解・炭化装置および下流ガスラインの各種付帯機器のコンパクト化および低コスト化が可能である。
【０００７】
廃棄物を間欠供給するには、廃棄物供給路にダンパ、好ましくは二重ダンパや、プッシャ等の間欠供給手段を設け、複数の容器に詰めた廃棄物を同手段で１個ずつ間欠的に炭化炉に送る。
【０００８】
炭化炉における廃棄物の加熱は、マイクロ波発生装置による加熱、電気抵抗ヒータによる加熱、燃焼ガスによる間接加熱、および、廃棄物の部分燃焼による直接加熱からなる群より選ばれる１つの方法もしくはこれらの２以上の組み合わせであってよい。
【０００９】
炭化炉における廃棄物の熱分解・炭化は、過熱水蒸気の吹き込みによって促進される。この水蒸気は、ボイラのような水蒸気発生装置から導いてもよいが、灰溶融炉内で水蒸気プラズマを発生させる場合には、通常のパッケージボイラによる水蒸気を用いることができる。水蒸気プラズマは、水蒸気を作動ガスとする熱プラズマでもよいし、マイクロ波等によって発生される非平衡水蒸気プラズマでもよい。
【００１０】
この発明による炭化処理方法は、さらに、生じた炭化物を直ちに炉から灰溶融炉へ導いてここで熱プラズマを補助熱源として加味して炭化物を燃焼させ、生じた灰を熱プラズマを含む生成熱により溶融させる工程を含んでいてもよい。このように、炭化炉で生じた炭化物を直ちに炉から灰溶融炉へ導くことにより、大きな発熱量を有する炭化物が、炭化物の部分燃焼によって生じた若干量の灰と共に高温状態を保って灰溶融炉に入る。したがって、この高温状態の炭化物の燃焼熱を利用して灰を溶融させることができ、これにより灰溶融用の補助熱源、例えば熱プラズマ装置の電力使用量を節減することができる。
【００１１】
熱プラズマと共に、炭化物を還元雰囲気下にガス化するのに要する空気または酸素ガスを用いることが好ましい。熱プラズマは、不活性ガス、水蒸気、空気または酸素ガスを作動ガスとするものであってよい。
【００１２】
この発明による有機系廃棄物の炭化処理装置は、廃棄物を熱分解・炭化する炭化炉と、炭化炉の入口に接続された廃棄物供給路と、同供給路に設けられ、かつ、複数の容器に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉に供給するための間欠供給手段と、生じた炭化物を炉から排出する排出路とを備える炭化処理装置である。間欠供給手段はダンパ、好ましくは二重ダンパや、プッシャ等であってよい。
【００１３】
この炭化処理装置は、さらに、炭化物を補助熱源により燃焼させ、生じた灰を燃焼熱により溶融させる灰溶融炉を備えていてもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を具体的に説明するために、この発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例を示す。
【００１５】
実施例１
図１はこの発明による廃棄物炭化装置を示す。図１において、廃棄物炭化装置は、廃棄物を熱分解・炭化する円筒状の炭化炉（１） と、炭化炉（１） の入口に接続された廃棄物供給路（１２）と、同供給路（１２）に設けられ、かつ、複数の容器（ａ）に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉（１）に供給するための間欠供給手段と、生じた炭化物を炉から排出する排出路（２０）と、炭化物を補助熱源により燃焼させ、生じた灰を燃焼熱により溶融させる灰溶融炉（図示省略）とを備えたものである。
【００１６】
より詳しくは、炭化炉（１）は水平に配され、モータ（２）の駆動力により回転される。（３）はチェン、（４）（５）はスプロケット、（６）はレール、（７）はローラである。炭化炉（１）の一端には、中央部に廃棄物入口（８）を有する入口側端壁（９）が、他端には、下端部に炭化物出口（１０）を有する出口側端壁（１１）がそれぞれ配されている。炭化炉（１）は固定の入口側端壁（９）および出口側端壁（１１）に対し気密状態で回転自在になされている。
【００１７】
入口（８）にはＬ字状に屈折した廃棄物供給路（１２）が接続され、同供給路（１２）の垂直部（１２ａ）の上端部はホッパを形成している。同供給路（１２）の垂直部（１２ａ）には上部ダンパ（２４）と下部ダンパ（２５） からなる二重ダンパが設けられ、水平部（１２ｂ）にはプッシャ（２６）が設けられている。上部ダンパ（２４）と下部ダンパ（２５）はシリンダ（２７）（２８）でそれぞれ出退させられ垂直部（１２ａ） を遮断・開放し、プッシャ（２６）はシリンダ（２９）で水平部（１２ｂ）内を炉の軸方向に前後動させられる。複数の容器（ａ）に詰めた廃棄物 は、上記二重ダンパによって垂直部（１２ａ） の下端へ１個ずつ間欠的にすなわち一定時間おきに導かれ、次いでプッシャ（２６）によって１個ずつ間欠的に炭化炉（１） に供給される。
【００１８】
炭化炉（１）内上部には、入口側端壁（９）および出口側端壁（１１）に亘って棒状の電気抵抗ヒータ（１３）が配され、出口側端壁（１１）の上端部にガス排出口（１７）が設けられている。水蒸気供給管（１８）およびマイクロ波発生装置（３０）の導波管（３０ａ）が それぞれ炉内を臨むように出口側端壁（１１）を貫通して設けられている。
【００１９】
炭化炉（１）の出口端には、その端面と出口側端壁（１１）との間に押え盤（１４）が配され、出口側端壁（１１）に固定されたシリンダ（１５）で炉の軸方向に前後動させられる。押え盤（１４）は前進して炭化炉（１）の出口端面下半部に押し付けられ、出口下半部を閉じる。押え盤（１４）が後退した時は、これは出口側端壁（１１）の凹所（１６）に収められ出口下半部を開く。
【００２０】
出口側端壁（１１）の炭化物出口（１０）には炭化物排出路（２０）を介して炭化物排出室（２１）が接続されている。炭化物排出室（２１）内へ差込まれた炭化物排出路（２０）下端部には、シリンダ（１９）で作動する開閉弁（２２）が設けられている。炭化物排出室（２１）の下端出口には定量供給装置（２３）が内装されている。
【００２１】
上記構成の廃棄物炭化装置において、複数の容器（ａ） に詰めた廃棄物は、上記二重ダンパによって垂直部（１２ａ） の下端へ１個ずつ間欠的に導かれ、次いでプッシャ（２６）によって１個ずつ間欠的に定常運転温度の炭化炉（１） に供給される。炭化炉（１）の出口端面下半部には押え盤（１４）が押し付けられ、炉内の内容物が出口から出ないようになされている。１日分の廃棄物の投入が完了した後、炭化炉（１）はモータ（２）で回転されると共に電気抵抗ヒータ（１３）で加熱され、さらにマイクロ波発生装置（３０）の導波管（３０ａ） からマイクロ波を導波され、供給管（１８）から水蒸気の供給を受ける。炉内にはマイクロ波効果があるので水蒸気は過熱水蒸気である。炉内に投入された廃棄物は、マイクロ波により内部から水分が加熱されることにより速やかに乾燥され、さらに水蒸気雰囲気下での非平衡水蒸気プラズマの存在と、電気抵抗ヒータ（１３）による補完加熱との相乗効果により、熱分解・炭化される。
【００２２】
発生した熱分解ガスはガス排出口（１７）からつぎのプロセスへ送られる。１日分の廃棄物の熱分解・炭化が終了した後、直ちにシリンダ（１５）で押え盤（１４）を後退させ、シリンダ（１９）で開閉弁（２２）を開状態とし、炭化炉（１）内で生じた炭化物を炭化物排出路（２０）を経て炭化物排出室（２１）に導き、定量供給装置（２３）により一定流量で灰溶融炉（図示省略）へ送る。このように、炭化炉（１） で生じた炭化物を直ちに炉から灰溶融炉へ導くので、大きな発熱量を有する炭化物は、炭化物の部分燃焼によって生じた若干量の灰と共に高温状態を保って灰溶融炉に入る。したがって、この高温状態の炭化物の燃焼熱を利用して灰を溶融させることができ、これにより灰溶融用の補助熱源としての熱プラズマ装置の電力使用量を節減することができる。
【００２３】
比較例１
図２は従来の廃棄物炭化装置を示す。図２において、水平に配された円筒状の炭化炉（３１）はモータ（３２）の駆動力により回転される。（３３）はチェン、（３４）（３５）はスプロケット、（３６）はレール、（３７）はローラである。炭化炉（３１）の一端には、中央部に廃棄物入口（３８）を有する入口側端壁（３９）が、他端には、下端部に灰出口（４０）を有する出口側端壁（４１）がそれぞれ配されている。炭化炉（３１）は固定の入口側端壁（３９）および出口側端壁（４１）に対し気密状態で回転自在になされている。入口（３８）は扉（４２）で閉じられている。炭化炉（３１）内上部には、入口側端壁（３９）および出口側端壁（４１）に亘って棒状の電気抵抗ヒータ（４３）が配され、出口側端壁（４１）の上端部にはガス排出口（４７）が設けられ、炭化炉（３１）内部の全長に伸びる水蒸気供給管（４８）が出口側端壁（４１）を貫通して設けられている。炭化炉（３１）の出口端には、その端面と出口側端壁（４１）との間に押え盤（４４）が配され、出口側端壁（４１）に固定されたシリンダ（４５）で炉の軸方向に前後動させられる。押え盤（４４）は前進して炭化炉（３１）の出口端面下半部に押し付けられ、出口下半部を閉じる。押え盤（４４）が後退した時は、これは出口側端壁（４１）の凹所（４６）に収められ出口下半部を開く。出口側端壁（４１）の灰出口（４０）には灰排出路（５０）を介して灰排出室（５１）が接続されている。灰排出室（５１）内へ差込まれた灰排出路（５０）下端部には、シリンダ（４９）で作動する開閉弁（５２）が設けられている。灰排出室（５１）の下端出口には定量供給装置（５３）が内装されている。
【００２４】
上記構成の廃棄物炭化装置において、廃棄物は入口（３８）から常温の炭化炉（３１）に投入され、その後、扉（４２）で入口（３８）が閉じられる。炭化炉（３１）の出口端面下半部には押え盤（４４）が押し付けられ、炉内の内容物が出口から出ないようになされている。炭化炉（３１）はモータ（３２）で回転されると共に電気抵抗ヒータ（４３）で加熱され、さらに供給管（４８）から水蒸気の供給を受ける。その結果、炭化炉（３１）内の廃棄物は炭化され、発生した熱分解ガスはガス排出口（４７）からつぎのプロセスへ送られる。炭化が終了した後、水蒸気供給管（４８）から水蒸気に代わって空気を炉内へ導入し、炭化物の燃焼灰化を行う。その後シリンダ（４５）で押え盤（４４）を後退させ、シリンダ（４９）で開閉弁（５２）を開状態とし、炭化炉（３１）内で生じた灰を灰排出路（５０）を経て灰排出室（５１）に導き、定量供給装置（５３）により一定流量で灰溶融炉（図示省略）へ送る。
【００２５】
熱分解ガスの発生速度の比較
実施例１および比較例２で行った廃棄物の熱分解・炭化について、ガス排出口から出る熱分解ガスの発生速度と時間の関係を図３に示す。
【００２６】
比較例１では、図３（ａ） に示されるように、熱分解ガスの発生速度は１つの大きなピークを形成するのに対し、実施例１では、図３（ｂ） に示されるように、熱分解ガス発生速度の絶対値の小さい台形状のピークを形成している。したがって、実施例１では、熱分解・炭化装置の加熱手段容量および下流ガスラインの各種付帯機器の容量を小さくし、さらにはこれらの制御範囲を狭めることができる上に、変動の少ない安定した操作が可能である。
【００２７】
【発明の効果】
この発明による炭化処理方法では、複数の容器に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉に供給するので、廃棄物の熱分解ガス発生が最も著しいピークが各容器ごとに経時的に異なり、互いに重なることがない。したがって、時間当たりの熱分解ガス発生量の変動幅および絶対値をいずれも小さい値に抑えることができ、これにより、熱分解・炭化装置の加熱手段容量および下流ガスラインの各種付帯機器の容量を小さくし、さらにはこれらの制御範囲を狭めることができる上に、変動の少ない安定した操作が可能である。
【００２８】
また、廃棄物は炭化炉内での熱分解・炭化の進行に伴って減容され、最終的には当初の１／５〜１／６程度になるので、この点でも熱分解・炭化装置および下流ガスラインの各種付帯機器のコンパクト化および低コスト化が可能である。
【００２９】
さらに、炭化炉で生じた炭化物を直ちに炉から灰溶融炉へ導くことにより、大きな発熱量を有する炭化物が、炭化物の部分燃焼によって生じた若干量の灰と共に高温状態を保って灰溶融炉に入る。したがって、この高温状態の炭化物の燃焼熱を利用して灰を溶融させることができ、これにより灰溶融用の補助熱源、例えば熱プラズマ装置の電力使用量を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す廃棄物炭化装置の垂直縦断面図である。
【図２】従来技術を示す廃棄物炭化装置の垂直縦断面図である。
【図３】熱分解ガスの発生速度の比較を示すグラフである。
【符号の説明】
（１） ：炭化炉
（８） ：廃棄物入口
（９） ：入口側端壁
（１０）：炭化物出口
（１１）：出口側端壁
（１２）：廃棄物供給路
（１２ａ）：垂直部
（１２ｂ） ：水平部
（１３）：電気抵抗ヒータ
（１４）：押え盤
（１７）：ガス排出口
（１８）：水蒸気供給管
（２０）：炭化物排出路
（２１）：炭化物排出室
（２２）：開閉弁
（２３）：定量供給装置
（２４）：上部ダンパ
（２５）：下部ダンパ
（２６）：プッシャ
（１５）（２７）（２８）（２９）：シリンダ
（３０）：マイクロ波発生装置
（３０ａ）：導波管

Claims (10)

1. 複数の容器に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉に供給する工程と、所定単位量の廃棄物の投入が完了してから、該単位量廃棄物の全量を炉内で熱分解・炭化する工程と、その後、生じた炭化物を炉から排出する工程とを含む、有機系廃棄物の炭化処理方法。
2. さらに、生じた炭化物を直ちに炉から灰溶融炉へ導いてここで熱プラズマを加味して炭化物を燃焼させ、生じた灰を熱プラズマを含む生成熱により溶融させる工程を含む、請求項１記載の有機系廃棄物の炭化処理方法。
3. 熱プラズマと共に、炭化物を還元雰囲気下にガス化するのに要する空気または酸素ガスを用いる、請求項２記載の有機系廃棄物の炭化処理方法。
4. 炭化炉での廃棄物炭化工程において、廃棄物の加熱が、マイクロ波発生装置による加熱、電気抵抗ヒータによる加熱、燃焼ガスによる間接加熱、および、廃棄物の部分燃焼による直接加熱からなる群より選ばれる少なくとも１つと、過熱水蒸気の吹き込みとによって行われる、請求項１記載の有機系廃棄物の炭化処理方法。
5. 熱プラズマが、不活性ガス、水蒸気、空気または酸素ガスを作動ガスとするものである、請求項２記載の有機系廃棄物の炭化処理方法。
6. 廃棄物を熱分解・炭化する炭化炉と、炭化炉の入口に接続された廃棄物供給路と、同供給路に設けられ、かつ、複数の容器に詰めた廃棄物を１個ずつ間欠的に炭化炉に供給するための間欠供給手段と、生じた炭化物を炉から排出する排出路とを備える、有機系廃棄物の炭化処理装置。
7. さらに、排出路から来る炭化物を熱プラズマを加味して燃焼させ、生じた灰を熱プラズマを含む生成熱により溶融させる灰溶融炉を備える、請求項６記載の有機系廃棄物の炭化処理装置。
8. 熱プラズマと共に、炭化物を還元雰囲気下にガス化するのに要する空気または酸素ガスが供給される、請求項７記載の有機系廃棄物の炭化処理装置。
9. 炭化炉における廃棄物の加熱手段が、マイクロ波発生装置、電気抵抗ヒータ、燃焼ガスによる間接装置、および、廃棄物の部分燃焼による直接装置からなる群より選ばれる少なくとも１つと、過熱水蒸気の吹き込み装置とからなる、請求項６記載の有機系廃棄物の炭化処理装置。
10. 熱プラズマが、不活性ガス、水蒸気、空気または酸素ガスを作動ガスとするものである、請求項７記載の有機系廃棄物の炭化処理装置。

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