JP2005000766A

JP2005000766A - 誘導加熱式乾留炉

Info

Publication number: JP2005000766A
Application number: JP2003165396A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Take; 達男武; Hideaki Tadano; 英顕只野
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】乾留処理の完了を的確に判断して乾留時間の適正化を図る。
【解決手段】不活性ガス雰囲気の炉内に有機化合物を含む被乾留物２２を投入し、炉体１を誘導加熱することにより被乾留物２２を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、被乾留物２２から発生する乾留ガス中のＣＯ_２ガス濃度を濃度センサ１７で検出し、この検出信号が一定レベル以下に低下したら乾留処理が完了したと判断する。乾留ガスの発生は有機化合物が完全に熱分解すれば消滅するから、乾留ガスの発生レベルがある程度以下になれば、乾留処理が完了したと考えてよく、特にＣＯ_２ガスは乾留ガス中に安定的に含まれているので、このＣＯ_２ガスを指標とすれば、被乾留物２２の投入量や種類に影響されることなく正確な判断が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、有機化合物を含む廃棄物を乾留処理する主にバッチ方式の誘導加熱式乾留炉に関し、特に乾留処理の完了を判断する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導加熱式乾留炉は、外気を遮断した炉内に高分子系廃棄物や塗料を含む空缶などの被乾留物を投入し、炉体を誘導加熱することにより被乾留物を乾留処理するもので、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−４３７１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記誘導加熱式乾留炉において、炉内の被乾留物はその種類により決まる所要の乾留温度まで昇温させた後、一定時間その温度に保持する必要がある。ところが、被乾留物はホッパなどからまとめて炉内に投入され、また乾留処理後は炉底からまとめて排出されるため、被乾留物中に温度センサを挿入してその温度を直接測定することは困難である。一方、炉内被乾留物の熱容量は被乾留物の投入量や種類（例えば、空缶であればアルミ缶か鉄缶か、あるいはそれらの混在比率）によって相違し、従って被乾留物が設定温度に達するまでの時間も異なる。そのため、従来は乾留時間を十分に長くとり、乾留処理に不良が生じないように配慮していた。しかしながら、乾留時間を長くとるとそれだけ処理量が低下するとともに乾留処理に要する電力量が増え、結果として処理コストが上昇する。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、乾留処理の完了を的確に判断し、乾留時間の適正化を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は、不活性ガス雰囲気の炉内に被乾留物を投入し、炉体を誘導加熱することにより前記被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、前記被乾留物から発生する乾留ガスを検出し、この検出信号から乾留処理の完了を判断するようにするものである（請求項１）。
【０００７】
有機化合物を含む廃棄物を乾留処理すると、有機化合物の熱分解により種々のガス（乾留ガス）を発生する。例えば、飲料缶の場合、塗料としてポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂などが使用され、これらの樹脂は熱分解されるとメタン、エタン、アセチレン、二酸化炭素などのガスを発生する。この乾留ガスの発生は有機化合物が完全に分解すれば消滅するから、乾留ガスの発生レベルがある程度以下になれば、乾留処理が完了したと考えてよい。そこで、この発明は、被乾留物から発生する乾留ガスを検出し、この検出信号から乾留ガスの発生量の減少を捉えて乾留処理の完了を判断するものである。これにより、被乾留物の投入量や種類などの乾留条件に左右されることなく、乾留処理の完了を直に確認することが可能になる。
【０００８】
請求項１の発明において、前記乾留ガスの検出は、その特定成分の濃度を検出するものとして行うことができる（請求項２）。一般に乾留炉では、炉内環境を大気（酸素）遮断状態に保つため、炉内を不活性ガスで置換して乾留処理を開始し、乾留処理中は発生した乾留ガスを逐次炉外に排出する。また、炉内圧を大気圧より若干高めに維持するために、乾留処理中にも不活性ガスを必要に応じて炉内に導入する。従って、乾留処理が進行すると、炉内ガスの成分濃度は不活性ガスで薄められて次第に低下する。そこで、請求項２の発明は、特定成分のガス濃度を検出して、この濃度が一定値以下に低下すれば、乾留処理が完了したと判断するものである。
【０００９】
請求項２の発明において、前記乾留ガスの特定成分のガス濃度として、二酸化炭素（ＣＯ_２）ガス濃度を検出するようにするとよい（請求項３）。乾留ガスに含まれる成分ガスの生成割合は熱分解温度の違いにより異なるので、ある成分ガスの濃度を測定しても乾留ガスの発生がなくなったかどうか分らない場合があり得る。しかし、実験によれば、成分ガスのうち、ＣＯ_２ガスは常に乾留ガスの全体量にほぼ比例し、約４０Ｗｔ％近く発生することが判明した。そこで、請求項２の発明はＣＯ_２ガス濃度を検出し、この濃度が一定値以下に低下すれば、乾留処理が完了したと判断するものである。これにより、いつの場合も的確な判断が可能になる。
【００１０】
請求項１の発明において、前記乾留ガスの検出は、その発生量を検出するものとして行うこともできる（請求項４）。上述した通り、乾留ガスの発生は有機化合物が完全に分解すれば消滅するから、乾留ガスの発生量がある程度以下になれば、乾留処理が完了したと考えてよい。そこで、請求項４の発明は、被乾留物から発生する乾留ガスの発生量を検出し、この発生量の減少から乾留処理の完了を判断するものである。
【００１１】
請求項４の発明において、前記乾留ガスの発生量は、前記炉体から排出する排ガスの流量と前記炉体に導入する不活性ガスの流量との差から検出するのがよい（請求項５）。上述した通り、乾留処理中の炉内には不活性ガスが導入され、炉体から排出される炉内ガスは乾留ガスと不活性ガスとからなっている。そこで、請求項４の発明は、排ガスの流量から不活性ガスの流量を差し引いて、乾留ガスの発生量を検出するものである。
【００１２】
請求項１〜請求項５のいずれの発明においても、乾留炉には炉内ガスを攪拌するファンを設けるのがよい（請求項６）。これにより、炉内ガスが均一化され、乾留ガスの検出がより正確になる。
【００１３】
請求項６の発明において、前記炉体は通風空間を介して断熱壁で囲み、前記炉内ガスを炉内中心部と前記通風空間とを通して循環させるようにするのがよい（請求項７）。これにより、上記した炉内ガスの均一化に加えて、循環ガスを介して被乾留物の加熱を均一化し乾留品質を向上することができる。
【００１４】
請求項１〜請求項７のいずれの発明においても、乾留処理の完了を判断した時点から一定時間、炉壁温度を所定温度に保持するのがよい（請求項８）。これにより、乾留処理の完了を確実にすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態を示す誘導加熱式乾留炉の原理的な縦断面図である。図１において、鋼板からなる炉体１は円筒状の炉本体２、円盤状の炉蓋３及び低い円筒側壁を有する炉底板４とからなっている。炉体１は通風空間５を介して断熱壁６で囲まれ、キャスタブル耐火物からなる断熱壁６は円筒状の断熱側壁７、低い円筒側壁を有する断熱蓋８及び円盤状の断熱底９からなっている。炉蓋３は中央に通風口１０があけられ、その内周縁は通風ガイドとして上方にカールされている。この炉蓋３は、図示しないステーを介して断熱蓋８に一体に結合されている。断熱蓋８内には通風口１０に臨むようにファン１１が取り付けられ、このファン１１は外部モータ１２で駆動されるようになっている。
【００１６】
炉底板４には全面に渡って多数の小穴からなる通風穴１３があけられ、この炉底板４は円筒側壁の下端部を介して断熱底９に一体に結合されている。炉本体２の下端部には、炉底板４の円筒側壁にあけられた通風穴１３に通じるように、多数の小穴からなる通風穴１４があけられている。断熱側壁７の図１の左側上部には、通風空間５に通じるように不活性ガス導入口１５が設けられ、また右側上部には炉内ガスを排出する排気口１６が設けられている。排気口１６には、排ガスのＣＯ_２ガス濃度を検出するＣＯ_２センサ１７が設置されている。一方、断熱側壁７の外側には円筒状の加熱コイル１８が配置され、電源１９から高周波電流が供給されるようになっている。電源１９は制御部２０により制御され、制御部２０にはＣＯ_２センサ１７の検出信号が入力されている。また、炉本体２には炉壁温度を検出する温度センサ２１が取り付けられ、その検出信号は制御部２０に入力されている。
【００１７】
次に、図１に示した乾留炉による被乾留物、ここでは例えば飲料缶の乾留処理について説明する。まず、不活性ガス導入口１５から不活性ガス、通常はＮ_２ガスを炉体１に導入し、炉内を大気圧よりも若干高い圧力の不活性ガス雰囲気として大気（酸素）を遮断する。次いで、電源１９から加熱コイル１８に高周波電流を供給する。これにより、加熱コイル１８が作る磁束が炉体１と鎖交し、この鎖交磁束を打ち消すように炉体１に誘導電流が生じるので、この誘導電流による抵抗損により炉体１が発熱する。制御部２０は炉壁温度を温度センサ２１で検出し、その温度が一定になるように加熱コイル１８に供給する電力を制御する。いまの場合、乾留温度を例えば５５０℃として、炉壁温度を例えば６００℃に保つように制御する。
【００１８】
炉壁温度が６００℃で飽和したら、炉蓋３を断熱蓋８と一体に開いて図示しないホッパから被乾留物（空缶）２２を炉内に投入する。この被乾留物２２は炉底板４上に支持される。なお、炉蓋３を開いた際に炉内に大気が侵入しないように、開閉ゲート付きの前室が炉上部を囲むように設けられているが、その構成については省略する。被乾留物２２が図示の通り投入されたら、炉蓋３を閉じてファン１２を起動する。同時に、排気口１６に接続された図示しない排ガス処理装置を起動する。これで、被乾留物２２の乾留処理が開始される。
【００１９】
炉内では、被乾留物２２は炉体１の壁面からの輻射・熱伝導、被乾留物同士の接触による熱伝導、炉内ガスからの熱伝達により加熱されて温度上昇する。その場合、炉体１内の中心部の被乾留物２２は、専ら被乾留物同士の接触による熱伝導で加熱され炉壁からの輻射を受けにくいので、炉壁近傍の被乾留物２２に比べて昇温しにくい。そこで、図示乾留炉ではファン１１により、矢印で示すように、炉内ガスを炉内中心部と通風空間５とを通して循環させている。この循環ガスは通風空間５を通過する間に炉壁と接触して加熱され、次いで通風穴１３，１４を通過して炉体１内に入り、中心部を上昇しながら被乾留物２２を加熱し、低温となって再び通風口１０から通風空間５に送入される。これにより、炉内被乾留物２２の加熱の均一化が図られる。
【００２０】
被乾留物２２は乾留温度（５５０℃）まで加熱されることにより、表面の塗料が分解されて乾留ガスを発生する。この乾留ガスは、排気口１６から図示しない排気ガス処理装置に導かれる。排気ガス処理装置は、例えば燃焼搭、ガス冷却搭、集じん機（バグフィルタ）、排気ブロワ等からなるものが使用され、排気ガスは燃焼により最終処理される。乾留処理の開始前に炉内に導入した不活性ガスは乾留ガスとともに排出されるが、乾留ガスの発生量が多く炉内圧が保たれている間は不活性ガスの新たな導入は必ずしも必要ではない。しかし、乾留ガスの発生量が減少して炉内圧が一定値以下に低下したことを図示しない圧力センサで検出したら、不活性ガスを導入して炉内圧を大気圧以上に維持する。
【００２１】
図２は、上記した乾留処理工程における乾留ガスの発生パターンを模式的に表した線図で、横軸は時間（分）、縦軸は被乾留物温度（℃）、乾留温度（℃）、炉壁温度（℃）、乾留ガス発生量（Ｌ／ｍｉｎ）、ＣＯ_２ガス濃度（Ｗｔ％）である。図２において、炉壁温度が飽和（例えば６００℃）した炉体１内に被乾留物２２を投入すると、被乾留物温度は図示の通り昇温し、乾留温度（例えば５５０℃）まで上昇して飽和を始める。乾留ガス発生量は、被乾留物温度の上昇とともに増加し、ピークを迎えた後に減少する。ＣＯ_２ガス濃度も図示の通り、乾留ガス発生量にほぼ比例して変化する。従って、ＣＯ_２ガス濃度がある程度まで低下すれば、乾留処理が完了したと判断することができる。
【００２２】
そこで、ＣＯ_２センサ１７（図１）で排ガス中のＣＯ_２ガス濃度を検出し、この検出値が図２に一点鎖線で示した一定レベル、例えばピーク時の１／１０以下のレベルに低下した時点ｔ_０を乾留完了時点とみなし、この時点から念のために更に一定時間炉壁温度を保持した後、炉底アクチュエータ２３（図１）を駆動し、断熱底９を炉底板４と一体に開いて乾留処理後の残渣を排出する。このような乾留処理によれば、有機化合物の熱分解の進行を乾留ガスの発生量の減少に伴うＣＯ_２ガス濃度の低下から直に検出し、被乾留物２２の投入量や種類に関係なく乾留処理の完了を的確に知ることができる。また、その場合、ガス濃度の指標として常に安定して含まれるＣＯ_２ガスを用いることにより、熱分解温度の違いによる成分ガスの生成割合のばらつきの影響を避けることができる。
【００２３】
上記実施の形態は、乾留ガスの検出として、特定成分のガス濃度を検出する例を示したが、乾留ガスの発生量を検出して乾留処理の完了を判断することも可能である。すなわち、図１に二点鎖線で示したように、排気口１６に排ガスの流量Ｇ_Ｏを検出する流量センサ２４を設け、不活性ガス導入口１５に不活性ガスの導入流量Ｇ_Ｉを検出する流量センサ２５を設け、それらの検出値の差（Ｇ_Ｏ−Ｇ_Ｉ）から乾留ガスの発生量（Ｌ／ｍｉｎ）を求める。そして、この乾留ガス発生量が図２に二点鎖線で示した一定レベル、例えばピーク時の１／１０程度に低下したら乾留処理の完了と判断する。乾留ガスの発生量は被乾留物２２の投入量により変化するので、所定量投入時の乾留ガス発生量のピーク値を予め実測し、この実測値に基づいて上記一定レベルを決定する。
【００２４】
【発明の効果】
以上の通り、この発明によれば、被乾留物から発生する乾留ガスを検出し、この検出信号から乾留処理の完了を判断するようにすることにより、被乾留物の投入量や種類に関係なく乾留処理の完了時点を的確に知ることができ、その結果として乾留処理時間を必要十分な範囲に抑えて無駄な処理時間を省き、処理効率の向上と電力費の節減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す誘導加熱式乾留炉の縦断面図である。
【図２】図１の乾留炉における乾留ガスの発生パターンを示す線図である。
【符号の説明】
１炉体
２炉本体
３炉蓋
４炉底板
５通風空間
６断熱壁
１０通風口
１１ファン
１３通風穴
１４通風穴
１５不活性ガス導入口
１７濃度センサ
１８加熱コイル
２１温度センサ
２２被乾留物
２４流量センサ
２５流量センサ

Claims

不活性ガス雰囲気の炉内に被乾留物を投入し、炉体を誘導加熱することにより前記被乾留物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉において、
前記被乾留物から発生する乾留ガスを検出し、この検出信号から乾留処理の完了を判断するようにしたことを特徴とする誘導加熱式乾留炉。
前記乾留ガスの特定成分の濃度を検出することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱式乾留炉。
前記乾留ガスのＣＯ_２ガス濃度を検出することを特徴とする請求項２記載の誘導加熱式乾留炉。
前記乾留ガスの発生量を検出することを特徴とする請求項１記載の誘導加熱式乾留炉。
前記炉体から排出する排ガスの流量と前記炉体に導入する前記不活性ガスの流量との差から、前記乾留ガスの発生量を検出することを特徴とする請求項４記載の誘導加熱式乾留炉。
炉内ガスを攪拌するファンを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の誘導加熱式乾留炉。
前記炉体を通風空間を介して断熱壁で囲み、前記炉内ガスを炉内中心部と前記通風空間とを通して循環させるようにしたことを特徴とする請求項６記載の誘導加熱式乾留炉。
乾留処理の完了を判断した時点から一定時間、炉壁温度を所定温度に保持することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の誘導加熱式乾留炉。