JP2004263193A - 過熱蒸気を用いた熱処理設備 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 内部に高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第1のノズル配管11を備え、一方側に処理原料の第1の投入部12を、他方側に乾燥処理された処理原料の第1の排出部13を備える第1のロータリーキルン14と、内部に超高温の過熱蒸気を噴出する第2のノズル配管15を備え、一方側に第1のロータリーキルン14からの処理原料の第2の投入部16を、他方側に加熱処理された処理原料の第2の排出部17を備える第2のロータリーキルン18と、第2の排出部17に設けられ、加熱処理された処理原料を無酸素状態で処理原料が大気中で自燃しない非自燃温度まで下げて、外部に排出する処理物排出機構20とを有する。
【選択図】 図1
Description
また、フロン、PCB、トリクロロエチレン等の人体や環境に有害な物質を含む対象物、あるいは塩素成分を含む廃プラスチック等を処理する場合には単純に燃焼処理を行うとダイオキシンが発生するので、ダイオキンを分解可能な反応帯を有する燃焼処理法、水熱反応法、プラズマ反応法等の各種方法が提案されている。
そして、工場で原料や製品の乾燥を行う場合、空気又は窒素ガス等からなる熱風を用いる乾燥処理が行われていた。
一方、ダイオキシン、フロン、PCB、トリクロロエチレンの無害化処理においては、水熱反応法があり極めて有効な方法であるが、温度を300〜450℃、圧力を100〜250kg/cm2 というように、分解処理を行う条件が高温高圧の条件となり、分解設備には高温高圧容器を使用する必要があり、設備の建設費、維持費、及び運転費が高額になると共に、連続運転も困難なため、以上に述べた廃棄物の処理には適していない。更に、プラズマ反応法は、高温のプラズマ中に上記の有害物質を導入して分解するものであるが、設備コストと処理コストが極めて高いと言う問題がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、処理原料(廃棄物を含む)の乾燥及び熱分解に当たり、設備全体を比較的小型に形成でき、更には、処理時間も短い高温の過熱蒸気を用いた熱処理設備を提供することを目的とする。
これによって、処理原料を第1、第2のロータリーキルンの2段に分けて熱処理が可能となり、更には、第1、第2のロータリーキルンにおいては、過熱蒸気を用いていれば、温度が下がれば水になり排ガスの処理が容易となる。
なお、処理原料は、2cm以下(より好ましくは0.5〜1.5cm程度)に破砕されているか、又は粉粒物であるのがよい。
これによって、第1のロータリーキルンのキルン本体内に満遍なく高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスを噴射することができ、第2のロータリーキルンのキルン本体内に満遍なく超高温の過熱蒸気を噴射することができる。特に、キルン本体は回転しているので、処理原料が攪拌され、比較的短時間の内に処理原料へ熱が伝わる。
ここで、第3の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第2の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1、第2のノズル配管はそれぞれ前記第1、第2のロータリーキルンの一方の端面から他方の端面に向かって前記各キルン本体の軸心と平行に設けられている。
また、第5の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第1〜第4の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記処理物排出機構は排出用スクリューコンベアを有し、該排出用スクリューコンベアの入口側から前記加熱処理された処理原料を充填投入すると共に、前記第2のロータリーキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気を流して該排出用スクリューコンベア内を無酸素状態としている。
これによって排出される処理原料を、処理状況に合わせて徐々に第2のロータリーキルンから排出し、処理原料の温度も排出用スクリューコンベアを通過する過程で下がるので、処理原料の燃焼を防止できる。
第7の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第1〜第6の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記処理原料は、炭素含有化合物であって、前記処理物排出機構から前記炭素含有化合物の炭化物が排出される。これによって、この炭化物を例えば、活性炭等として利用できる。
第9の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第1〜第8の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1、第2のロータリーキルンの炉内圧は、大気圧より高い正圧状態で運転されている。これによって、内部への空気の侵入を防止でき、処理原料の燃焼を抑制できる。なお、正圧の範囲は、大気圧に加えて10〜100mmAq程度が好ましい。
そして、第10の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第1〜第9の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1のロータリーキルン及び/又は第2のロータリーキルンから排出される過熱蒸気を含む乾留ガスを、前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させる熱源として使用している。
また、第11の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備は、第10の発明に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記過熱蒸気を含む乾留ガスは、燃焼炉によって800℃以上の温度にして、含まれる臭気を除去すると共に、該燃焼炉からの燃焼排ガスの保有熱を利用して前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させている。
従って、処理対象物を一つのロータリーキルンで全部の加熱処理を行う場合に比較して、より均等に熱処理を行うことができ、更には、熱エネルギーを適切に分散して効率的な処理が可能となる。
そして、第2のロータリーキルンから排出される処理原料を無酸素状態で処理原料が大気中で自燃しない非自燃温度まで下げて、外部に排出する処理物排出機構を有しているので、加熱処理された処理物の自然発火を防止できる。
特に、請求項2記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、第1、第2のロータリーキルン内に、それぞれ多数の熱ガス噴出口が設けられた第1、第2のノズル配管を配置し、第1、第2のロータリーキルン内をより均一に高温にすることができる。更には、第1、第2のノズル配管は回転するキルン本体とは独立して固定状態で取付けているので、その取付けが安価でかつ容易となる。
請求項4記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備においては、第1のロータリーキルンに供給される高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスからなる高温ガスは、200〜700℃(より好ましくは、300〜400℃)の高温ガスが使用され、第2のロータリーキルンに供給される超高温の過熱蒸気には400〜1000℃(より好ましくは、500〜800℃)の過熱蒸気が使用されているので、第1のロータリーキルンにおいて処理原料の乾燥処理を行うことができ、第2のロータリーキルンにおいて処理原料の炭化処理を行うことができる。
請求項7記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は第1のロータリーキルン及び/又は第2のロータリーキルンから排出される過熱蒸気を含む乾留ガスを、高温ガス及び超高温の過熱蒸気を発生させる熱源として使用しているので、燃料の節約ができる。
そして、請求項8記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備は、過熱蒸気を含む乾留ガスは、燃焼炉によって800℃以上の温度にして、含まれる臭気を除去しているので、環境汚染が抑制される。
また、燃焼炉からの燃焼排ガスの保有熱を利用して高温ガス及び超高温の過熱蒸気を発生させているので、より効率的に運転ができる。
ここに、図1は本発明の一実施の形態に係る過熱蒸気を用いた熱処理設備の側面図、図2は同設備の平面図、図3は同設備の過熱蒸気及び処理原料の流れを示すブロック図である。
入口側フード26及び出口側フード27は、キルン本体25の入口側及び出口側にパッキン等のシール部材を介して装着されているが、キルン本体25は回転し、入口側フード26及び出口側フード27は図示しない支持部材を介して固定状態で傾斜架台31に取付けられているので、摺動部分から蒸気の漏れが発生する。そこで、キルン本体25の入口側部分及び出口側部分には吸気フード35、36が設けられ、ブロア37に繋がる吸引配管38によって漏れる蒸気を外部に出さないようにしている。
なお、入口側フード26の上部及び中間部にもブロア37に接続される吸引配管39が設けられて、キルン本体25内の蒸気をブロア37で外側に排出する構造となっている。
キルン本体25の入口に処理材料を供給する第1の投入部12が設けられているが、この第1の投入部12は、キルン本体25内に斜めに差し込まれているシュート管42と、シュート管42の基側が接続されるロータリーバルブ(ロータリーフィーダ)43を有している。このロータリーバルブ43はキルン本体25の高さより高い補助架台44の上に設けられ、モータ45によって駆動されて放射状に配置された内部の仕切り羽根が回転し、その上のサブホッパー46に貯められた処理原料を少しずつ第1のロータリーキルン14、具体的にはキルン本体25の入口側端部に投入する構造となっている。
サブホッパー46には、スクリューコンベアからなる傾斜コンベア47が設けられ、サブホッパー46内の処理原料が不足する場合には、図示しない原料貯留ホッパー内の処理原料を密閉状態で傾斜コンベア47で徐々に送りサブホッパー46内に搬送するようになっている。
なお、原料貯留ホッパー、傾斜コンベア47、サブホッパー46を有して前記した原料供給装置19が構成されている。
第2のロータリーキルン18は、基本的には第1のロータリーキルン14と同一であるが、再度説明すると、外側両側には2本のタイヤ51、52及び回転駆動用のスプロケット53が設けられている円筒状のキルン本体55と、キルン本体55の両側に設けられている入口側フード56及び出口側フード57と有している。2本のタイヤ51、52を受けるそれぞれ左右一対の車輪58、59及びスプロケット53とチェーンによって噛合連結されているスプロケットが出力軸に設けられた減速モータ60は、傾斜架台61上に設けられている。この傾斜架台61は一方側の軸受62を介して架台21の1階部分に傾斜可能に配置され、キルン本体55を水平線に対して例えば0.2〜2度の範囲で出口側に下降傾斜できる構造となっている。63、64は傾斜架台61の他方側の受材を示す。
出口側フード57には、キルン本体55から排出する処理原料が落下し、出口側フード57の底部には第2の排出部17が設けられている。この第2の排出部17の下部には、加熱された処理原料を無酸素状態で、その温度を大気中で燃えない温度(即ち、非自燃温度)まで下げて外部に排出する処理物排出機構20が設けられている。この実施の形態においては、処理物排出機構20には全長が約3m(2〜5m程度が好ましい)の排出用スクリューコンベア72が備えられ、第2のロータリーキルン18によって加熱処理されて減容された処理原料を、過熱蒸気で酸素を追い出した状態で、徐々に搬送し、排出される処理原料を100℃以下に降温している。このスクリューコンベア72のスクリューの回転には可変速モータが使用され、処理原料の量に応じて搬送速度を決めて、スクリューコンベア72の搬送路を処理対象物で充填しながら、加熱処理された処理原料を送り出している。
従って、キルン本体55から排出された処理原料は、出口側フード57の第2の排出部17からスクリューコンベア72内に落ち込み、徐冷されながら外部に排出される。
なお、第1、第2のロータリーキルン14、18のキルン本体25、55は高温度で使用するため、周囲は耐熱材料(例えば、ステンレス、耐熱鋼)等で構成され、内部には強度を有するレンガや耐熱耐摩耗性セラミック等が貼着されている。
図3に示すように、第1、第2のロータリーキルン14、18に供給する過熱蒸気の発生機構について説明すると、重油、LPG及び第1、第2のロータリーキルン14、18からの排ガスを燃料とする補助バーナ73を有する燃焼炉74を有し、この燃焼炉74の燃焼排ガスを、ボイラー40及び蒸気加熱器70に与えて、ボイラー40では供給された約20℃の水を一旦蒸気にし、更に加熱して100〜700℃の高温の過熱蒸気(この実施の形態では150℃)に、蒸気加熱器70では更に、この高温の過熱蒸気を加熱して400〜1000℃(この実施の形態では750℃)の超高温の過熱蒸気を発生させている。
従って、第1のロータリーキルン14内に第1のノズル配管11から約350℃の高温の過熱蒸気(前述したように、高温燃焼ガスでもよい)を吐出させながら、炭素含有化合物、例えば、0.5〜2cmに粉砕した木材チップ(有機性廃棄物の一例)を原料供給装置19及び第1の投入部12を介して第1のロータリーキルン14内に、例えば、2000kg/時間の割合で投入する。
第1のロータリーキルン14内で、処理原料は高温加熱され、多分に水分を含んでいる場合であっても乾燥処理され、その一部が炭化する場合もある。このとき、吸引配管38、39によって排出される過熱蒸気の温度は120℃前後となるが、気体であるので、容易に吸引回収できる。そして、このガス中には処理原料が過熱分解されることによって発生する可燃性ガス(乾留ガス)を含んでいる。なお、第1のロータリーキルン14内の処理原料の滞留時間は、キルン本体25の回転速度(通常は0.3〜5rpm)及びキルン本体25の傾斜によって変わるので、処理原料が十分に乾燥する滞留時間に調整する。
第2のロータリーキルン18には蒸気加熱器70で加熱された約680℃の超高温の過熱蒸気が第2のノズル配管15を介して供給される。このような超高温の過熱蒸気に処理原料が無酸素状態で曝されると、有機性の処理原料は炭化し、含まれている炭素以外の元素は分解して可燃性ガスが発生する。ここで、処理原料が、例えば、硬質塩化ビニル雨樋である場合には、一酸化炭素と水素が発生するが、更に、発生した水素は、硬質塩化ビニル雨樋の炭化の際に発生する塩素と反応して塩化水素を形成し、ダイオキシンが発生するのを防止する。この場合には、排ガス回路の途中に塩化水素の中和槽(例えば、NaOHの粒が入ったタンク)を配置し、含まれる塩化水素をここで回収する。
1600kg/時間で投入された処理原料は、第2のロータリーキルン18から排出される場合には約400kg/時間程度になる。超高温の過熱蒸気で処理原料を曝すと加えられる熱によって炭化し、可燃性のガスである乾留ガスを発生する。この場合の第2ロータリーキルン18からの排ガスの温度は500℃程度であった。
燃焼炉74を出た850〜900℃近傍の燃焼排ガスはその保有熱を利用して、前述した通り、ボイラー40及び蒸気加熱器70で熱交換され、高温及び超高温の過熱蒸気を発生する。ボイラー40及び蒸気加熱器70を通った排ガスは、そのまま大気放出される。なお、ここで、この排ガスには更に保有熱を有しているので、水を予熱する等エネルギー源として使用できることは当然である。
この実施の形態では、処理原料が木材チップであり、排気ガス中に大量の可燃焼ガスが混じるので、燃焼炉74ではこれが燃料となり、補助バーナ73からの燃料を著しく節約できる。
また、第2のロータリーキルン18においては、約370℃(逆転温度とも言われる)を超える過熱蒸気を用いているので、過熱蒸気中の水分の量が多いほど、乾燥及び昇温スピードが速くなり、熱伝達が効率的になる。この場合、第2のノズル配管15に設けられている熱ガス噴出口は、処理原料に直接当てるようにすると、乾燥効率が向上する。これによって、比較的短時間の内に熱処理(例えば、炭化処理)が行える。
また、第1のロータリーキルン14で処理原料を乾燥し、第2のロータリーキルン18でそれを炭化しているが、対象物によっては、第1、第2のロータリーキルン14、18共に乾燥処理に使用することもできる。
そして、前記実施の形態では、第1、第2のロータリーキルン14、18のキルン本体25、55はチェーン駆動であったが、キルン本体25、55を載せる車輪を駆動してもよい。
更には、第1、第2のロータリーキルン14、18の内部に配管されている第1、第2のノズル配管11、15は、キルン本体25、55の軸心に対して平行であったが、必ずしも平行あるいは直線である必要はなく、例えば、ジグザグ状に配管してもよい。
前記実施の形態では、第1、第2のロータリーキルン14、18からの排ガスを燃焼炉74に導いているが、第1、第2のロータリーキルンの処理温度、及び対象物によっては、何れか一方の排ガスのみを燃焼炉に導く場合も本発明は適用される。
Claims (11)
- 内部に高温の過熱蒸気又は高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第1のノズル配管を備え、一方側に処理原料の第1の投入部を、他方側に前記高温ガスによって乾燥処理された前記処理原料の第1の排出部を備える第1のロータリーキルンと、
内部に超高温の過熱蒸気を噴出する第2のノズル配管を備え、一方側に前記第1のロータリーキルンによって乾燥処理された処理原料の第2の投入部を、他方側に前記超高温の過熱蒸気によって加熱処理された前記処理原料の第2の排出部を備える第2のロータリーキルンと、
前記第2のロータリーキルンの第2の排出部に設けられ、加熱処理された前記処理原料を無酸素状態で該処理原料が大気中で自燃しない非自燃温度まで下げて、外部に排出する処理物排出機構とを有することを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。 - 請求項1記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1及び第2のノズル配管は、それぞれ回転駆動される前記第1、第2のロータリーキルンのキルン本体内に一方側から他方側にかけて固定状態で延設され、しかも、前記第1、第2のノズル配管には、多数の熱ガス噴出口が隙間を有してそれぞれ設けられていることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項2記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1、第2のノズル配管はそれぞれ前記第1、第2のロータリーキルンの一方の端面から他方の端面に向かって前記各キルン本体の軸芯と平行に設けられていることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1のロータリーキルンに供給される前記高温ガスは、200〜700℃の高温ガスが使用され、前記第2のロータリーキルンに供給される前記超高温の過熱蒸気には400〜1000℃の過熱蒸気が使用されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記処理物排出機構は排出用スクリューコンベアを有し、該排出用スクリューコンベアの入口側から前記加熱処理された処理原料を充填投入すると共に、前記第2のロータリーキルン内に充填された過熱蒸気又は飽和蒸気を流して該排出用スクリューコンベア内を無酸素状態とすることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項5記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記排出用スクリューコンベアの下流側には加湿帯を有し、入口側から投入された前記処理原料は、前記加湿帯にて液化した前記過熱蒸気又は飽和蒸気によって加湿され、該排出用スクリューコンベアの出口から100℃未満の温度で排出されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記処理原料は、炭素含有化合物であって、前記処理物排出機構から前記炭素含有化合物の炭化部が排出されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1のロータリーキルンは、前記第2のロータリーキルンの上方に配置され、該第1のロータリーキルンの第1の排出部は、該第1のロータリーキルンからの処理原料を排出するシュートを有し、前記第2のロータリーキルンの第2の投入部には、該シュートから排出される処理原料を前記第2のロータリーキルン内に送り込む原料供給用スクリューコンベアが設けられて、前記第1の排出部と前記第2の投入部とが連結されていることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1、第2のロータリーキルンの炉内圧は、大気圧より高い正圧状態で運転されることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項1〜9のいずれか1項に記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記第1のロータリーキルン及び/又は第2のロータリーキルンから排出される過熱蒸気を含む乾留ガスを、前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させる熱源として使用することを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
- 請求項10記載の過熱蒸気を用いた熱処理設備において、前記過熱蒸気を含む乾留ガスは、燃焼炉によって800℃以上の温度にして、含まれる臭気を除去すると共に、該燃焼炉からの燃焼排ガスの保有熱を利用して前記高温ガス及び前記超高温の過熱蒸気を発生させることを特徴とする過熱蒸気を用いた熱処理設備。
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