JP2005075925A

JP2005075925A - 有機質廃材熱分解炭化法

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Publication number: JP2005075925A
Application number: JP2003308143A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Mori; 茂森; Mikio Kumita; 幹夫汲田; Hiroshi Nishino; 博西野; Shigeru Kitano; 滋北野; Yumiko Muramoto; 由美子村本
Original assignee: Maywa Co Ltd
Current assignee: Maywa Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】有機質廃材を急速加熱して、熱分解を急速に行い、主として、メタン及び水素を高含有率で含有する可燃性の分解ガス及び炭を効率よく製造する方法を提供する。
【解決手段】メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させる共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法であり、生成するメタン及び水素に富む熱分解ガスを燃料として使用可能にさせて、燃料費を少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物を含む廃材、即ち有機質廃材の熱分解炭化方法及びその装置に関し、特に、有機質廃材の急速熱分解により水素及びメタンに富む熱分解ガスを生成させて、有機質廃材を効率よく炭化することができる有機質廃材の炭化方法及びその装置に関する。また、本発明は、有機質廃材の熱分解方法及びその装置に関し、特に、有機質廃材の急速熱分解によりメタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させる有機質廃材の熱分解方法及びその装置に関する。

バイオマス、都市ごみ、植物の剪定屑、廃木材、野菜屑、生ごみ、家屋廃材、樹皮の廃物、紙廃材、プラスチック廃材、農耕産物の廃材、海産物の廃材、家畜排泄物、廃食品、廃油及び汚泥などの有機物を含む廃材、即ち、有機質廃材は、大量に発生するが、その多くは利用されずに焼却処理され、その焼却灰は埋立てに使用されている。
特開２００２−１８１４６号公報

しかし、焼却法は、大型の乾燥装置及び焼却装置を必要とし、二酸化炭素を排出して、環境を悪化させ、また焼却灰を埋め立てるには大きな埋立て用地を必要とする。しかし、埋立て用地が乏しく、如何に焼却灰を処理するかが問題とされている。また、有機質廃材を乾留して炭化し、得られた炭素を含有する固形物を燃料とし又は土壌改良剤とする方法が提案されている（特開２００２−１８１４６号公報）。しかし、有機質廃材を乾留することにより熱分解する場合は、効率よく燃料ガス及び炭を製造するには、二酸化炭素及び水の生成を抑えて熱分解することが必要であるが、有機物を含有する有機質材料の熱分解反応の反応生成物の組成は、熱分解反応温度に依存しており、熱分解反応温度が高くなるほど、熱分解ガス中の水素の割合が大きくなり、熱分解ガス中の二酸化炭素の割合は減少するので、二酸化炭素及び水の生成を抑えて熱分解するには、比較的高い温度にまで加熱しなければならず、加熱に要する燃料費が大きく嵩むこととなり、問題である。
本発明は、有機質廃材を乾留して、効率よく燃料ガス及び炭を製造する場合の、燃料費に係る問題点を解消することを目的としている。

本発明は、有機質廃材を急速加熱して、熱分解を急速に行い、主として、メタン及び水素を高含有率で含有する可燃性の分解ガス及び炭を効率よく製造する方法を提供する。
即ち、本発明は、３００℃以上の温度下で、有機質廃材の流れとガス流を接触させて、有機質廃材を熱分解させることにより可燃性ガス及び炭素含有熱分解固形物を生成させる有機質廃材の熱分解方法において、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させる共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法にあり、また、本発明は、３００℃以上の温度下で、有機質廃材の流れとガス流を接触させて、有機質廃材を熱分解させることにより可燃性ガス及び炭素含有熱分解固形物を生成させる有機質廃材の熱分解方法において、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させると共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させ、前記有機質廃材の熱分解物固形物を着火して、有機質廃材の熱分解固形物をさらに熱分解して炭化させることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法にあり、さらに、本発明は、３００℃以上の温度下で、有機質廃材の流れとガス流を接触させて、有機質廃材を熱分解させることにより可燃性ガス及び炭素含有熱分解固形物を生成させる有機質廃材の熱分解方法において、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させると共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させ、前記有機質廃材の熱分解物固形物を着火して、有機質廃材の熱分解固形物を熱分解ガスして炭化させ、着火された有機質廃材の熱分解固形物を空気と接触させて燃焼させて、着火された有機質廃材の熱分解固形物を炭化することを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法にあり、さらにまた、本発明は、中空円筒状の回転炉体の一方の端部に有機質廃材導入部及び熱分解ガス排出部が形成され、他方の端部に有機質廃材の熱分解固形物排出部及び吸気部が形成され、有機質廃材導入部乃至熱分解固形物排出部の間に、夫々、回転炉体を囲んで二次燃焼部の加熱用の第一燃焼室及び着火部加熱用の第二燃焼室が長手方向に並設されており、第一燃焼室は、有機質廃材導入部側に設けられて、有機質廃材導入部側に第一燃焼装置及び中間部に第二燃焼装置を備え、第二燃焼室側に排気部を備えており、第二燃焼室は、燃焼装置を備え、燃焼装置より有機質廃材の熱分解固形物排出部側に排気部を備えていることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化装置にあり、さらに加えて、本発明は、中空円筒状の回転炉体の一方の端部に有機質廃材導入部及び熱分解ガス排出部が形成され、他方の端部に有機質廃材の熱分解固形物排出部及び吸気部が形成され、有機質廃材導入部乃至熱分解固形物排出部の間に、夫々、回転炉体を囲んで二次燃焼部の加熱用の第一燃焼室及び着火部加熱用の第二燃焼室が長手方向に並設されており、第一燃焼室は、有機質廃材導入部側に設けられて、有機質廃材導入部側に第一燃焼装置及び中間部に第二燃焼装置を備え、第二燃焼室側に排気部を備えており、第二燃焼室は、燃焼装置を備え、燃焼装置より有機質廃材の熱分解固形物排出部側に排気部を備えており、熱分解ガス排出部は、集塵装置の含塵ガス導入部に接続し、集塵装置の清浄ガス排出部は冷却装置ガス導入部に接続しており、冷却装置の冷却ガス排出部は第一燃焼装置の燃料導入部に接続していることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化装置にある。

本発明は、メタン及び水素に富む熱分解ガスの燃焼熱により加熱して、有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させて、ここで生成した熱分解ガスを有機質廃材の急速加熱の燃料として使用するので、有機質廃材の急速加熱の燃料費を軽減することができる。しかも、ここで熱分解された有機質廃材の熱分解固形物は、着火部において着火されて、さらに続く炭化部において、吸入される空気により燃焼し、その燃焼熱により、有機質廃材の熱分解固形物及び燃焼ガスに含まれる揮発成分を不完全燃焼下に熱分解して炭化させるので、本発明で得られる熱分解ガスは、熱分解時の酸化消耗を少なくでき、二酸化炭素の含有量を少なくすることができる。したがって、本発明の熱分解ガスは、従来の有機質廃材の熱分解法により得られるガス燃料と対比して、水素及びメタンに富んだ重量発熱量が大きい燃料ガスであり、有機質廃材の急速加熱の燃料として好適である。しかも、本発明は、有機質廃材を原料として、メタン及び水素を主として含む高発熱量の熱分解ガスを生成させるので、熱効率もよく、炭素の歩留まりを向上させることができる。しかも、本発明は、森林伐採木材、間伐材、街路樹・公園樹木の剪定廃材、建築廃木材などのチップ、鋸屑、玉蜀黍残渣、砂糖黍滓、麦藁、稲藁などの農業廃材、繊維素を含む産業廃材を使用して、急速加熱による熱分解を可能にさせるものであり、しかも、同時に、揮発成分の少ない熱分解固形物を、汎用性がある多孔質炭材として製造できるので、廃材を有効利用できて、産業上果たす役割は大きい。

本発明において、有機質廃材は、有機物を含む材料の廃材、即ち有機質材料の廃材を意味し、例えば、森林伐採木材、間伐材、街路樹・公園樹木の剪定廃材及び建築廃木材などのチップ、並びに鋸屑、玉蜀黍残渣、砂糖黍滓、麦藁及び稲藁などの農業廃材、並びに繊維素を含む産業廃材並びに生ごみ、廃プラスチック及び汚泥その他の都市ごみを包含する。本発明においては、有機質廃材は、熱分解反応工程において、比較的発熱量の大きい熱分解ガスを得るために、急速加熱されて熱分解される。熱分解反応工程における有機質廃材の熱分解残渣、即ち熱分解固形物は、熱分解反応工程に続く着火工程において、加熱下に一部着火されて、その不完全燃焼により、熱分解固形物に残留する揮発成分及び高沸点有機化合物をさらに熱分解し、炭化する。着火された炭素を含む固形物は、炭化工程に送られて、一部吸気して、一部燃焼させてその燃焼熱により、熱分解され、炭化されて、炭素含有率が高い熱分解固形物を形成する。

本発明は、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させると共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させる。本発明においては、熱分解ガスと有機質廃材を向流接触させて、有機質廃材を熱分解させるときに、メタン及び水素に富む高発熱量のガスの燃焼熱により、熱分解領域を間接加熱して、熱分解領域の温度をさらに高温度にして、該熱分解領域に導入された有機質廃材を熱分解ガスとの接触下に急速に加熱して、熱分解ガスとの接触反応及び有機質廃材の熱分解反応を、高温下で同時に行うことにより、効率よくメタン及び水素に富む熱分解ガスを得ることができる。本発明においては、このように熱分解ガスとの接触反応及び有機質廃材の熱分解反応を効率よく行うために、導入された有機質廃材と接触させる前に熱分解ガスは加熱される。このように加熱された熱分解ガスは、メタン及び水素に富むガスにより高温に加熱されている熱分解反応領域において、向流接触させることによりメタン及び水素に富む熱分解ガスを効率よく生成させることができる。導入される有機質廃材は、熱分解反応領域において生成したメタン及び水素に富む熱分解ガスと向流下に接触して、導入される有機質廃材を予熱する過程で、導入される有機質廃材と分離して取出すことができる。本発明において、取出されたメタン及び水素に富む熱分解ガスは除塵される。この除塵されたメタン及び水素に富む熱分解ガスは、冷却されて、メタン及び水素に富む熱分解ガス中に含まれるタール成分及び酢液等の凝縮成分を冷却凝縮して分離し、この凝縮成分が分離されたメタン及び水素に富む熱分解ガスは、前記間接加熱の燃料とすることができる。

本発明において、有機質廃材及び熱分解固形物の熱分解反応は、例えば、ロータリーキルン型の焼成装置内に、有機質廃材の一部を燃焼する程度の酸素量又は空気量を含む雰囲気又は不活性雰囲気を形成し、この形成された雰囲気内において、有機質廃材を加熱分解して炭化して、熱分解ガス及び炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を形成する。本発明において、該雰囲気内で有機質廃材を急速に加熱することにより、有機質廃材の熱分解反応を効率よく行うことができ、メタン及び水素の含有率が高い熱分解ガスを生成させることができる。本発明においては、有機質廃材を効率よく加熱するために、有機質廃材の流れと加熱用燃焼ガスの流れは、互いに向流状態で接触するように形成されている。このように有機質廃材と熱分解ガスを向流接触させると、有機質廃材の熱分解ガス及び着火領域で有機質廃材の熱分解固形物の一部燃焼した燃焼ガスを、有機質廃材と直接接触させて、前記有機質廃材の熱分解ガス及び着火領域での燃焼ガスにより、有機質廃材を直接加熱することができる。さらに、本発明においては、熱分解反応領域には、さらに間接加熱用の燃焼ガス流路を設けるので、予熱されて熱分解反応領域に導入された熱分解ガスされる有機質廃材は、前記熱分解反応領域において、直接及び間接的に急速加熱されることを可能にする。

本発明において、熱分解反応領域は、導入された有機質廃材を急速加熱により熱分解できるように、直接加熱及び間接加熱される。熱分解反応領域における有機質廃材の直接加熱は、着火領域から熱分解反応領域に、有機質廃材の流れと向流して直接接触するように供給される熱分解ガスを含む燃焼ガス流によって行われ、熱分解反応領域における有機質廃材の間接加熱は、例えば、ロータリーキルンの熱分解反応領域の外周に設けけられたジャケット部内に燃焼ガスを導入して行われる。本発明においては、間接加熱は、熱分解反応領域に予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱できるように、前記熱分解反応領域に位置するジャケット部の有機質廃材の導入領域においては、発熱量の大きい燃料ガスを燃焼させて加熱し、次いで、その下流側で、通常の燃料ガスを燃焼して加熱する。本発明においては、二段に燃焼装置が設けられているジャケット部を備えるロータリーキルンにより、有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素を含む熱分解ガスを得ることができ、このメタン及び水素を含む熱分解ガスを高発熱量の燃料として使用することができ、燃料費の節約を果たすことができる。

本発明において、有機質廃材が供給される熱分解反応領域の有機質廃材供給部は、例えば、殆ど酸素若しくは空気を含まない雰囲気又は不活性雰囲気に形成され、６００乃至７００℃の温度域に加熱されている領域である。本発明において、熱分解反応領域に供給された有機質廃材は、短時間で、例えば、１０秒以下、好ましくは５秒以下の短時間で、雰囲気温度、即ち熱分解温度に到達するように供給され且つ移動して、急速加熱されて、熱分解される。有機質廃材を急速加熱して、急速に熱分解することにより、メタン及び水素の含有率が高い熱分解ガスを得ることができる。供給された有機質廃材を、短時間で熱分解温度の６００℃以上の温度に加熱して熱分解するために、雰囲気温度を６００℃以上にし、供給された有機質廃材の加熱により、雰囲気温度を低下させないように、加熱容量が大きい熱分解装置が使用される。急速加熱の昇温速度は、有機質廃材の供給量及び供給速度に依存するので、使用する熱分解装置について、有機質廃材の供給量又は供給速度と昇温速度との関係を予め測定して決定するのが好ましい。このようにメタン及び水素の含有率が高い熱分解ガスは、高い発熱量を有しており、この高い発熱量を有する熱分解ガスを燃焼して、熱分解反応領域の有機質廃材供給部を６００乃至７００℃の温度に加熱することができる。このように高温に加熱された熱分解反応領域の有機質廃材供給部においては、そこに供給される有機質廃材は急速に加熱されて熱分解して、有機質廃材から急速に熱分解ガスを放出して、多孔質の熱分解固形物を生成することができる。

有機質材料の熱分解反応の反応生成物の組成は、熱分解反応温度に依存する。例えば、急速加熱の場合、熱分解反応温度が３００℃の場合には、熱分解ガス中の水素及びメタンは、合計量で、２０パーセント程度と低い比率であるが、この熱分解ガス中の水素及びメタンの合計量の比率は、熱分解反応温度の上昇に伴って増加し、熱分解反応温度が６００℃の場合には、熱分解ガス中の水素及びメタンは、合計量で、６０パーセント程度に達し、熱分解反応温度が８００℃の場合には、熱分解ガス中の水素及びメタンは、合計量で、８０パーセント程度となることが分かった。熱分解反応温度が６００℃を超えると、熱分解ガス中の二酸化炭素の含有率が減少し、また熱分解ガス中の一酸化炭素の含有率も低下して、略８０パーセントが、可燃性のメタン及び水素となるので、本発明においては、熱分解反応領域の有機質廃材の導入部における熱分解反応は、６００℃以上の温度で行なわれ、好ましくは、より好ましくは、７００℃以上の温度で行われる。６００℃未満であると、分解速度が遅くなり、得られる熱分解ガスには、タールの含有量が多くなり、移送過程で凝縮が起こり、ガス燃料として扱う上で障害となる。メタン及び水素の含有率が６０パーセントに満たない熱分解ガスとなるので好ましくなく、また７００℃以上の高温雰囲気を形成するには、さらに多くの高発熱量の燃料を必要とすることとなり、好ましくない。

本発明において、有機質廃材の熱分解反応領域は、外部からの酸素及び水蒸気の混入を可及的に避けて行われる。本発明においては、熱分解反応領域に続いて着火領域が形成され、続いて炭化反応領域が形成される。着火領域においては、熱分解反応領域で形成された多孔質の熱分解残渣、即ち熱分解固形物が着火され、該熱分解固形物中に残留する揮発成分は、前記熱分解固形物を着火した熱で、一部が不完全燃焼又は熱分解されて、炭素に変換される。着火領域に続く炭化反応領域においては、吸気しており、この吸気により、熱分解固形物の一部を燃焼させて、その燃焼熱で、有機質廃材の熱分解固形物に残留する揮発成分について、一部を不完全燃焼又は熱分解させて、炭素に変換する。本発明の有機質廃材の熱分解反応は、酸素又は空気の少ない不活性ガス中で行なわれるので、得られる熱分解ガスの組成は、酸化消耗が少なく、また、熱分解ガスの二酸化炭素含有量も少なくすることができる。さらに、本発明によると、熱分解ガスの酸化による、収量及び発熱量の低下が少なく、また、熱分解残渣として多孔質の炭材の収量の低下が少なくすることができる。本発明の有機質廃材の熱分解ガスの組成は、例えば、メタン（ＣＨ_４）が４２％以上、水素(Ｈ_２）が３２％以上、一酸化炭素（ＣＯ）が８％以上で、残余のガス成分は二酸化炭素であり、水蒸気及びタールは含まれていない。本発明において、有機質廃材の熱分解により、ガス化しない固体残渣は炭である。

本発明においては、有機質廃材の熱分解速度を大きくするために、有機質廃材は、前もって細かく粉砕される。その粉砕物粒度は２ｍｍ以下であり、特に、０．５ｍｍ以下に粉砕するのが好ましい。本発明において、有機質廃材中の水分の存在は、その蒸発潜熱に熱を消費すると共に、有機質廃材の熱分解時に、酸素供給源となって有機質廃材の酸化反応を行うために、二酸化炭素含有量を増加させこととなり、有機質廃材中の水分含有量は少ない方が好ましい。そこで有機質廃材は、水分含有率が３重量％以下に、熱分解に先立って脱水され、さらに乾燥される。本発明において、水分含有量は、３重量％以下、好ましくは０．５重量％以下、さらに無水状態であるのが好ましい。

本発明において、熱分解装置はロータリーキルン型の回転焼成装置を使用することができる。本発明において、間接加熱は、ロータリーキルンの外側にジャケット部を設けた加熱方式により行われる。本発明において、製造される有機質廃材熱分解固形物は炭であり、水蒸気吸着能が９パーセント以上であり、細孔構造が発達した多孔質炭材で、収着機能性に優れた材料で、浄水用、空浄用、脱臭用、電気電子材用又は土壌改良材用などで広く利用される。

以下に、添付図面を参照して、本発明の一実施例に基づいて、本発明を説明するが、本発明は、以下の例示及び説明に限定されるものではない。
図１は本発明の一実施例についての説明図である。
本例において、有機質廃材の熱分解炭化装置１は、有機質廃材を焼成炭化するためのロータリーキルン２を備えている。ロータリーキルン２の供給側端部３には、有機質廃材破砕物供給用のホッパー４を備えるスクリューコンベヤ装置５が設けられている。スクリューコンベヤ装置５の排出端６は、ロータリーキルン２の供給側端部３に気密に接続している。本例において、ロータリーキルン２は、供給側端部３及び出口端部８を備えており、供給側端部３には、熱分解ガス出口７が設けられ、中央側には、熱分解部９及び着火部１０が設けられており、出口側端部８には、吸気口１１及び有機質廃材炭出口１２が設けられている。

本例において、供給側端部３及び熱分解部９の間は、供給される有機質廃材の予熱部１３となっており、着火部１０と出口側端部８の間は炭化部１４となっている。本例において、熱分解部９には、加熱用のジャケット部１５が設けられており、ジャケット部１５には、第一及び第二の二基の燃焼器１６及び１７が設けられ、着火部１０側に燃焼ガス出口１８が設けられている。第一の燃焼器１６は熱分解ガス燃焼用のガスバーナーであり、第二の燃焼器１７は燃料として重油を使用する重油バーナーである。本例において、燃焼ガス出口１８は、排気装置（図示されていない）に接続している。本例において、着火部１０には、加熱用のジャケット部１９が設けられ、ジャケット部１９には、第三の燃焼器２０が設けられている。着火部１０のジャケット部内壁２１には、炭化部１４側に、燃焼ガス出口孔２２が設けられており、ジャケット部１９内の燃焼ガス流路は、着火部１０の着火空間２３に連通している、炭化部１４から流入した熱分解ガスに着火される。

本発明において、供給側端部３の熱分解ガス出口７は管路２４を介して、分離槽が逆円錐形状のサイクロン２５の含塵ガス入口２６に接続している。含塵ガス入口２６は、逆円錐形状のサイクロン２５の上部に接線方向に向けて形成されており、逆円錐形状のサイクロン２５の上面には、微粉粒子が除去された熱分解ガスを排出するために、上方に向けて排出ガス出口２７が設けられている。逆円錐形状のサイクロン２５の下部には、分離された微粉粒子を集めて収容する集塵部２８が設けられている。サイクロン２５の排出ガス出口２７は、管路２９を介して冷却装置３０のガス流入口３１に接続している。本例において、冷却装置３０は、水冷用の冷却用ジャケット部（図示されていない）を備えており、該冷却用ジャケット部には、熱分解ガス入口３１側に冷却水流入口３２が設けられ、冷却された熱分解ガス出口３３側に冷却水流出口３４が設けられている。冷却装置３０には、熱分解ガスの冷却により凝縮した凝縮物を排出する凝縮物出口３５が、冷却水流出口３５側の下端部に設けられている。冷却された熱分解ガス出口３３は、管路３６を介して第一燃焼器１６の燃料ガス導入口３７に接続している。

本例は以上のように構成されているので、有機質廃材は、０．５ｍｍ以下の粒度に粉砕され、乾燥されて、有機質廃材供給用のホッパー４に供給される。有機質廃材供給用のホッパー４に供給された有機質廃材粉砕物は、スクリューコンベヤ装置５によりロータリーキルン２の供給側端部３に供給される。スクリューコンベヤ装置５により供給された有機質廃材は、予熱部１３を供給側端部３から熱分解部９に移動する間に、予熱部１３内を熱分解部９から供給側端部３に向けて流れる熱分解ガスと向流接触して、熱分解ガスの保有する熱により予熱される。予熱部１３で予熱された有機質廃材は熱分解部９に移動し、熱分解部９において、約７００℃の温度下で急速に加熱され熱分解される。熱分解部９は、加熱用ジャケット部１５で囲われており、加熱用ジャケット部１５で、第一燃焼器１６より水素、メタン及び一酸化炭素を含む熱分解ガスを燃焼し、第二燃焼器１７より重油等の燃料を燃焼して、７００℃の温度に加熱される。熱分解部９で熱分解された炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物は、着火部１０に移動して着火される。着火部１０において、熱分解固形物は着火燃焼して、熱分解固形物に含まれる揮発成分は熱分解して一部炭化する。炭素含量を増した有機質廃材の熱分解固形物は、炭化部１４に移動して、吸気口１１から流入する空気３８により一部不完全燃焼して、含有されている揮発成分を熱分解して炭化させる。揮発成分の含有量が少なくなって炭３９は、有機質廃材炭出口１２から排出され、コンベヤ等により搬出される。

熱分解ガスは、炭化炉部１４から着火部１０に流れて、加熱ジャケット部１９による加熱、加熱用燃焼ガスの流入及び熱分解固形物の着火燃焼により加熱されて、一部は熱分解して炭素化され、また、熱分解固形物に含まれる揮発成分も、熱分解されて一部を炭素化される。熱分解固形物の熱分解ガスは、熱分解部９に流入して、７００℃の温度下で、有機質廃材と共に加熱分解され、水素及びメタンを多く含む熱分解ガスが得られる。この水素及びメタンを多く含む熱分解ガスは、熱分解ガス出口７からサイクロンに２５に流入し、サイクロン２５でガスに含まれている微粉粒子が分離されて、サイクロン２５で分離された微粉粒子は、炭化された微粉粒子及び有機質廃材の微粉粒子を含んでおり、集塵部２８に集められる。集塵された微粉粒子４０は、有機質廃材粉砕物と混合して成形されて、又は成形されないで、再度、有機質廃材粉砕物供給用のホッパー４及びスクリューコンベヤ５からロータリーキルン２に供給され熱分解処理される。

サイクロン集塵装置２５に送られて、ガス中に含まれている微粉粒子が分離されて清浄となった熱分解ガスは、排出ガス出口２７より管路２９を介して冷却装置３０の流入口３１に流れて、冷却水により冷却される。冷却装置３０による冷却により、熱分解ガスに含まれているタール成分及び酢成分等の高沸点成分は凝縮されて、分離除去される。冷却装置３０において、冷却されて凝縮した凝縮物４１は、凝縮物出口３５から流出する。冷却装置３０において、冷却されて微粉粒子及び凝縮成分が分離されて清浄となった熱分解ガスは冷却ガス出口３３から流出する。

微粉粒子及び高沸点成分が除去されて清浄となった熱分解ガスは、メタン及び水素の合計量で６０パーセント以上、一酸化炭素を加えると合計量で８０パーセント以上であり、高い発熱量を有している。したがって、本例においては、微粉粒子及び高沸点成分が除去された熱分解ガスは、燃料ガスとして、熱分解部９の加熱用のジャケット部１５に設けられている第一燃焼器１６のガス導入口３７に供給され、空気導入口４２から導入された空気４３と混合して、熱分解部９の加熱用のジャケット部１５内で燃焼される。熱分解部９の加熱用のジャケット部１５に対し燃焼ガスの流れの下流側に第二燃焼器１７が設けられている。下流側の設けられている第二燃焼器１７では、燃料の重油４４が燃料導入口４５に供給され、空気導入口４６から導入された空気４７と混合して、熱分解部９の加熱用のジャケット部１５内で燃焼される。加熱用のジャケット部１５の燃焼ガス４８は、燃焼ガス出口１８から排気装置（図示されていない）により吸引されて排気され、有機質廃材の乾燥用に使用される。

本例において、予熱部１３においては、スクリューコンベヤ装置５により供給された有機質廃材は、熱分解部９から流入する熱分解ガスと向流接触して、熱分解ガスの保有する熱により予熱される。本例においては、ロータリーキルン２の熱分解部９の内部は、予熱された有機質廃材供給側端部内が焼成温度が最も高く、例えば、概略７００℃に設定されており、有機質廃材は、遅い速度でロータリーキルン２内に送り込まれて、７００℃にまで、急速に加熱されて熱分解される。熱分解部９から着火部１０に送られた有機質廃材の熱分解固形物は、着火部１０において一部着火される。前記熱分解固形物の着火により発生する揮発成分は、不完全燃焼下に熱分解して一部炭化され、炭化されずに残留する揮発成分を含む熱分解ガスは、熱分解部９に流れて高温下にさらに熱分解される。着火部１０の加熱用のジャケット部１９に設けられている第三燃焼器は、熱分解部９の第二燃焼器１６と同一タイプであり、燃料の重油４４は、燃料導入口４５から供給され、空気導入口４６から導入された空気４７と混合して、着火部１０の加熱用のジャケット部１９内で燃焼される。燃焼して、着火部１０の加熱用のジャケット部１９を流れる第三燃焼器２０の加熱用燃焼ガス４９は、熱分解ガス流と向流方向に流れて、燃焼ガス出口孔２２から着火部１０の燃焼空間２３に流入する。また、炭化部１４からの熱分解ガスを含む燃焼ガスは、着火部１０の燃焼空間２３に流入し、前記第三燃焼器２０からの加熱用燃焼ガス４９と合流して、有機質廃材の熱分解固形物を着火し、また、揮発成分を不完全燃焼下に熱分解させて炭化する。一部着火され燃焼して、含有されている揮発成分を不完全燃焼下に熱分解して炭化させて、揮発成分の含有量が少なくなった熱分解固形物は、炭化部１４に移動し、炭化部１４において、吸気口１１から吸気された空気３８と反応して燃焼し、少なくとも含有される一部の揮発成分を不完全燃焼及び熱分解させて炭化させる。炭化部において、燃焼して炭化されて揮発成分が少なくなった炭３９は、有機質廃材炭排出口１２から排出される。本例において、第三燃焼器２０は、第二燃焼器１７と同一タイプの燃焼器が使用されており、対応する部分については、第二燃焼器と同一の符号が使用されている。

本発明は、メタン及び水素に富む熱分解ガスの燃焼熱によって、多くの産業から排出される有機質廃材を急速加熱することにより、有機質廃材に含まれる有機化合物を単独で又は同じく含有される水と共に熱分解して、メタン及び水素に富む有用な熱分解ガスを生成させると共に炭等の有用な熱分解固形物を生成させるものであり、二酸化炭素の排出を少なくして、有機質廃材を有用な材料に変換処理するものであり、産業上の利用可能性は大きく、産業上果たす役割は大きい。

本発明の一実施例についての説明図である。

符号の説明

１熱分解炭化装置
２ロータリーキルン
３ロータリーキルン２の供給側端部
４有機質廃材破砕物供給用ホッパー
５スクリューコンベヤ装置
７熱分解ガス出口
８出口端部
９熱分解部
１０着火部
１１吸気口
１２有機質廃材炭出口
１３有機質廃材の予熱部
１４炭化部
１５、１９ジャケット部
１６第一の燃焼器
１７第二の燃焼器
１８燃焼ガス出口
２０第三の燃焼器
２１ジャケット内壁
２２燃焼ガス出口孔
２３着火空間
２４、２９、３６管路
２５サイクロン
２６含塵ガス入口
２７排出ガス出口
２８集塵部
３０冷却装置
３１冷却装置３０のガス流入口
３２冷却水流入口
３３冷却された熱分解ガス出口
３４冷却水流出口
３５凝縮物出口
３７燃料ガス導入口
３８、４３空気
３９炭
４０集塵された微粉粒子
４１凝縮物
４２第一燃焼器の空気導入口
４４第二の燃焼器１７及び第三の燃焼器２０の燃料
４５第二燃焼器１７及び第三の燃焼器２０の燃料導入口
４６第二燃焼器１７及び第三の燃焼器２０の空気導入口
４７第二燃焼器１７及び第三の燃焼器２０の空気
４８第二燃焼器１７の燃焼ガス
４９第三燃焼器２０の燃焼ガス

Claims

３００℃以上の温度下で、有機質廃材の流れとガス流を接触させて、有機質廃材を熱分解させることにより可燃性ガス及び炭素含有熱分解固形物を生成させる有機質廃材の熱分解方法において、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させる共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法。
３００℃以上の温度下で、有機質廃材の流れとガス流を接触させて、有機質廃材を熱分解させることにより可燃性ガス及び炭素含有熱分解固形物を生成させる有機質廃材の熱分解方法において、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させると共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させ、前記有機質廃材の熱分解物固形物を着火して、有機質廃材の熱分解固形物をさらに熱分解して炭化させることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法。
３００℃以上の温度下で、有機質廃材の流れとガス流を接触させて、有機質廃材を熱分解させることにより可燃性ガス及び炭素含有熱分解固形物を生成させる有機質廃材の熱分解方法において、メタン及び水素に富むガスの燃焼熱による間接加熱下に、予熱された有機質廃材の流れと３００℃以上の温度の熱分解ガスを含有するガス流を向流接触させて、予熱されて導入された有機質廃材を急速加熱して、メタン及び水素に富む熱分解ガスを生成させると共に、炭素を含む有機質廃材の熱分解固形物を生成させ、前記有機質廃材の熱分解物固形物を着火して、有機質廃材の熱分解固形物を熱分解して炭化させ、着火された有機質廃材の熱分解固形物を空気と接触させて燃焼させて、着火された有機質廃材の熱分解固形物を炭化することを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化方法。
生成したメタン及び水素に富む熱分解ガスは、除塵後冷却されて、前記メタン及び水素に富む熱分解ガス中の凝縮成分が凝縮分離され、この凝縮成分が分離されたメタン及び水素に富む熱分解ガスを燃焼し、その燃焼熱を有機質廃材の急速熱分解の熱源とすることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の有機質廃材の熱分解炭化方法。
中空円筒状の回転炉体の一方の端部に有機質廃材導入部及び熱分解ガス排出部が形成され、他方の端部に有機質廃材の熱分解固形物排出部及び吸気部が形成され、有機質廃材導入部乃至熱分解固形物排出部の間に、夫々、回転炉体を囲んで二次燃焼部の加熱用の第一燃焼室及び着火部加熱用の第二燃焼室が長手方向に並設されており、第一燃焼室は、有機質廃材導入部側に設けられて、有機質廃材導入部側に第一燃焼装置及び中間部に第二燃焼装置を備え、第二燃焼室側に排気部を備えており、第二燃焼室は、燃焼装置を備え、燃焼装置より有機質廃材の熱分解固形物排出部側に排気部を備えていることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化装置。
中空円筒状の回転炉体の一方の端部に有機質廃材導入部及び熱分解ガス排出部が形成され、他方の端部に有機質廃材の熱分解固形物排出部及び吸気部が形成され、有機質廃材導入部乃至熱分解固形物排出部の間に、夫々、回転炉体を囲んで二次燃焼部の加熱用の第一燃焼室及び着火部加熱用の第二燃焼室が長手方向に並設されており、第一燃焼室は、有機質廃材導入部側に設けられて、有機質廃材導入部側に第一燃焼装置及び中間部に第二燃焼装置を備え、第二燃焼室側に排気部を備えており、第二燃焼室は、燃焼装置を備え、燃焼装置より有機質廃材の熱分解固形物排出部側に排気部を備えており、熱分解ガス排出部は、集塵装置の含塵ガス導入部に接続し、集塵装置の清浄ガス排出部は冷却装置ガス導入部に接続しており、冷却装置の冷却ガス排出部は第一燃焼装置の燃料導入部に接続していることを特徴とする有機質廃材の熱分解炭化装置。