JP2005281642A - 熱分解炉 - Google Patents

Abstract

【課題】 触媒を備える炭化炉において、触媒の活性化温度が熱分解炉の温度に依存することがなく、所望の触媒の利用を可能にする。
【解決手段】 有機性廃棄物３０を収容して熱分解させる熱分解室２と、熱分解室２に熱を供与し、加熱用空気と燃料との混合比を可変としたバーナー１１と、熱分解室２の下流にあって燃焼用空気と熱分解室２からのガスとが導入される触媒燃焼部８を有している。熱分解室２で発生する熱分解ガスの一部は、熱分解ガス取り入れ口５を通して燃料として前記バーナー１１に導入する。触媒燃焼部導入前の燃焼用空気の一部は、触媒燃焼部８から排出される排気ガスと熱交換部１３において熱交換を行い、温度を調整して触媒燃焼部８に導入する。
【選択図】 図１

Description

この発明は有機性廃棄物などの処理物を熱分解処理する熱分解炉に関するものである。

有機性廃棄物の処理形態の一つとして、酸素が不足した状態で加熱することで有機性廃棄物を炭化させて処理するものが知られている。従来、この種の装置としては、例えば特許文献１に示される炭化炉が提案されている。この装置を図２に基づいて説明する。

炭化炉２０は、有機性廃棄物を投入する投入部２１と、炭化処理された炭化物を取り出す取出部２２とが接続された熱分解室２３を備えている。該熱分解室２３は、有機性廃棄物３０を収容して炭化処理する空間を有しており、さらに炭化処理によって生成される熱分解ガスを分解室外に取り出すための熱分解ガス出口２４が設けられている。

また、熱分解室２３の周囲は、熱分解室２３に熱を供与する触媒層２５で囲まれており、さらに触媒層２５は断熱壁２６によって囲まれている。断熱壁２６の外部には、触媒層２５を初期に加熱する加熱バーナー２７が設置されており、前記断熱壁２６には、加熱バーナー２７で発生する高温の燃焼ガスや、前記熱分解ガス出口２４から送り出される熱分解ガスを触媒層２５に導くためにガス入口２８が設けられ、さらには、触媒層２５を通過したガスを排出する排ガス出口２９が設けられている。ガス入口２８は、前記燃焼ガスと前記熱分解ガスとを選択して触媒層２５に取り入れる。

次に上記炭化炉の動作について説明する。初期に、加熱バーナー２７によって、触媒層２５と熱分解室２３を触媒の活性化温度であり、有機性廃棄物３０の熱分解温度でもある温度（例えば４５０℃）にまで加熱する。すると有機性廃棄物３０は炭化するとともに熱分解ガスを発生する。初期以降は、発生した該熱分解ガスを熱分解ガス出口２４から燃焼ガス入口２８を通して触媒層２５に導いて触媒燃焼させ、その熱により熱分解室２３を有機性廃棄物の熱分解温度に維持する。これにより、初期以降はバーナー２７を使用せず、熱分解ガスのみで有機性廃棄物が連続して炭化処理されていく。
特開２００２−２４１７５９号公報

しかし、上記した従来の装置は、以上のように構成されているので、有機性廃棄物の炭化を維持するためには、触媒の活性化温度が有機性廃棄物を炭化するために必要な温度以上でなければならないという欠点がある。触媒の活性化温度がこのように規制されると、使用可能な触媒の種別が限定され、したがって、触媒によって分解可能なガス成分が限定されるという問題がある。

この発明は上記のような欠点を解決するためになされたもので、触媒の活性化温度を有機性廃棄物の熱分解温度と無関係に設定できる熱分解炉を提供することを目的としている。

すなわち、本発明の熱分解炉のうち、請求項１記載の発明は、分解処理物を収容して熱分解させる熱分解室と、該熱分解室に熱を供与するためのバーナーであって加熱用空気と燃料との混合比を可変としたバーナーと、前記熱分解室の下流にあって燃焼用空気と前記熱分解室からのガスとが導入される触媒燃焼部とを有していることを特徴とする。

請求項２記載の熱分解炉の発明は、請求項１記載の発明において、前記熱分解室は、分解処理物の熱分解に際し、酸素濃度を小さくしたバーナーの火炎によって酸素が欠乏した高温加熱ガス雰囲気とされるものであることを特徴とする。

請求項３記載の熱分解炉の発明は、請求項１または２に記載の発明において、熱分解室で発生する熱分解ガスの一部を燃料として前記バーナーに導入することを特徴とする。

請求項４記載の熱分解炉の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記触媒燃焼部から排出される排気ガスと、前記触媒燃焼部導入前の燃焼用空気との熱交換を行う熱交換部を有することを特徴とする。

請求項５記載の熱分解炉の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記熱交換がされた燃焼用空気と、そのままの燃焼用空気の一方または両方が前記触媒燃焼部に導入されることを特徴とする。

請求項６記載の熱分解炉の発明は、請求項５に記載の発明において、前記熱交換がされた燃焼用空気と、そのままの燃焼用空気の比率または／及び流量とが調整可能とされていることを特徴とする。

請求項７記載の熱分解炉の発明は、請求項６記載の発明において、前記比率または／及び流量の調整は、触媒燃焼部における触媒の温度を制御対象とするものであることを特徴とする。

すなわち、本発明の熱分解炉では、熱分解室に熱を供与するバーナーで、加熱用空気と燃料との混合比を可変にし、さらに熱分解室の下流に触媒燃焼部を設けてガスを導入するものとしており、運転の初期にバーナーを運転して、その燃焼ガスを触媒燃焼部に導いて触媒を活性化温度まで加熱することができる。その際には、熱分解室に処理物を収容しないで加熱用空気の混合比率を高くして燃焼ガス中に酸素が十分に含まれた状態で触媒に導くことができる。

そして、運転初期以降には、熱分解室内にある処理物を、バーナーの燃焼ガスで加熱して熱分解を行う。その際には、バーナーの空気比を下げてバーナーの火炎中に含まれる酸素濃度を出来るだけ小さくし、理想的には酸素濃度ゼロのバーナー火炎を発生させて熱分解室を加熱することにより、酸素欠乏状態または無酸素状態の高温加熱ガス雰囲気中で有機性廃棄物などの処置物が効率よく加熱分解される。
触媒燃焼部には、燃焼用空気と熱分解室で発生した熱分解ガスとが導入され、熱分解ガスが触媒燃焼される。熱分解室で発生した熱分解ガスの一部はバーナーに戻して熱分解室の加熱に利用することで、燃料費の節約がなされる。燃料の全量を熱分解ガスで賄うこともできる。

該燃焼用空気は、排気ガスとの熱交換によって予備加熱し、あるいは直接に触媒燃焼部に導入でき、またこれらを合わせて触媒燃焼部に導入することもできる。予備加熱を行った燃焼用空気と、予備加熱を行わないそのままの燃焼用空気とは、その混合比率または／および流量を調整して触媒燃焼部に導入することができる。前記調整によって触媒の温度を所望温度（例えば適正温度）に維持することができるので触媒の活性化温度が熱分解炉の温度に依存せず、所望の触媒を活性化温度に拘わらず選定することができる。

以上のように、この発明によれば分解処理物を収容して熱分解させる熱分解室と、該熱分解室に熱を供与するためのバーナーであって加熱用空気と燃料との混合比を可変としたバーナーと、前記熱分解室の下流にあって燃焼用空気と前記熱分解室からのガスとが導入される触媒燃焼部とを有しているので、有機性廃棄物等の処理物の熱分解を無酸素高温燃焼ガス中で行うことができ、熱分解ガスから、より単純な分子構造ガスへの改質効果が期待できる。さらに、熱分解ガスを触媒燃焼で無害化するように装置を構成し、熱分解室をバーナーの燃焼ガスにより加熱するものとしたので、有機性廃棄物の熱分解温度と異なった活性化温度の酸化触媒を利用することができるようになり、熱分解ガス成分の選択的燃焼が可能な種々の触媒による燃焼方法が得られる効果がある。

以下、この発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。
熱分解炉１は、断熱壁で構成される熱分解炉本体１ａで囲まれた空間の下方部が熱分解室２に割り当てられ、該熱分解室２の下方には、炭化後廃棄物取出部３が設けられている。
また、炭化炉本体２の下方側部には、前記熱分解室２に連なる燃焼ガス入口４が設けられ、さらに前記熱分解室２に有機性廃棄物を投入するための有機性廃棄物投入部１０が接続されている。

前記燃焼ガス入口４には、熱分解炉本体外部に置かれた空気比可変バーナー１１が接続されている。空気比可変バーナー１１は、燃料と加熱用空気を導入して燃焼させ、燃焼ガスを燃焼ガス入口４から熱分解室２内に供給するものであり、加熱用空気の導入比率を変更することができる。これにより、燃焼ガス中に含まれる酸素量を調整することができる。また、熱分解室２内には、熱分解室２で発生した熱分解ガスの一部を回収するための熱分解ガス取り入れ口５が配置されており、該熱分解ガス取り入れ口５から取り込まれる熱分解ガスは、空気比可変バーナー１１に燃料として供給可能となっている。

さらに熱分解炉本体１ａ内では、上記熱分解室２の上方に、熱分解ガス出口６が配置されており、さらにその上方には、空間を介して本発明の触媒燃焼部に相当する触媒層８が設けられている。また熱分解炉本体１ａの側部には、該空間に連なるように空気取り入れ口７が設けられており、前記熱分解ガス出口６を通して供給される熱分解ガスと空気取り入れ口７を通して供給される燃焼用空気とが、上記空間を経て前記触媒層８に導入されるように構成されている。

さらに、触媒層８の上方位置の熱分解炉本体１ａには、排ガス出口９が設けられている。また熱分解炉本体１ａの外部では、前記空気取り入れ口７に空気を供給するためのブロワー１２が設置されており、また、排ガス出口９から排出される排ガスの経路には、熱交換器１３が設けられている。前記ブロワー１２から送られる空気経路は、２つに分岐され、それぞれの経路にある流量弁１２ａ、１２ｂを介して一方の経路を移動する空気は、前記熱交換器１３で熱交換されて加熱され、他方の経路を移動する空気は、熱交換器１３で熱交換されることなくそのまま移送されるように配置されている。２つの経路は、熱交換器１３を経た下流で合流して、前記空気取り入れ口７に接続されている。

次に、上記熱分解炉における動作について説明する。
先ず、初期運転として、有機性廃棄物を熱分解室２には入れずに、外部の燃料と加熱用空気を導入して空気比可変バーナー１１を正常な空気比で運転する。空気比可変バーナー１１の燃焼ガスは、燃焼ガス入口４、熱分解室２を介して下流の触媒層８に移動し、触媒を活性化温度まで加熱する。

その後、空気比可変バーナー１１の空気比を下げてバーナーの火炎中に含まれる酸素濃度を出来るだけ小さくし、理想的には酸素濃度ゼロのバーナー火炎を発生させてから有機性廃棄物３０を熱分解室２に投入する。熱分解室２では、無酸素状態の高温加熱ガス雰囲気中で有機性廃棄物３０が効率よく加熱分解されて炭化されるとともに、熱分解ガスが発生する。炭化物は、適宜、炭化後廃棄物取出部３から取り出される。また、発生した熱分解ガスの一部は、熱分解ガス取り入れ口５を通して外部に取り出され、空気比可変バーナー１１に燃料として供給され熱分解室２の加熱に利用される。残りの熱分解ガスは熱分解ガス出口６を通して熱分解室２の上方空間に移送される。空気比可変バーナー１１では、熱分解ガスで燃料が賄える段階からは、外部の燃料を使用することなく、動作を継続することができる。

熱分解ガス取り入れ口５の上方空間には、上記のように熱分解ガスが導入されるとともに、空気取り入れ口７を通して燃焼用空気が供給される。
燃焼用空気は、ブロワー１２によって大気中から取り入れられ、一部は、流量弁１２ａで流量が調整されて熱交換器１３を経て下流に移送される。熱交換器１３では、熱分解炉本体１ａの排ガス出口９から排出される排ガス（後述する）が供給され、上記空気と排ガスとの間で熱交換がなされ、上記空気を所定の温度に加熱する。一方、ブロワー１２によって大気から取り入れられた空気の残りは、流量弁１２ｂで流量が調整され、熱交換器１３に供給されることなく下流に移送される。

上記のように加熱された空気と、加熱することなく供給された空気とは、いずれか一方を燃焼用空気として供給することもでき、両者を混合して供給することもできる。その選択は、流量弁１２ａ、１２ｂの開閉によっておこなうことができる。供給される燃焼用空気は、空気取り入れ口７を通して熱分解炉本体１ａ内に導入される。また燃焼用空気は、上記のように流量弁１２ａ、１２ｂを介して供給されるので、それぞれの流量を適宜調整することができ、しかもそれぞれの流量弁１２ａ、１２ｂを通して供給される空気が大きな温度差を有していることから、熱分解炉本体１ａ内に導入される燃焼用空気の温度と流量とを任意に調整することができる。これらの調整は、流量弁１２ａ、１２ｂの開度をそれぞれ調整することにより行うことができる。

触媒層８では、上記のように熱分解ガスと燃焼用空気とが導入されて触媒燃焼が起こり、熱分解ガスがさらに分解される。排ガスは、触媒層８の上方で排ガス出口９を通して外部に移送され、熱交換器１３を介して排気される。なお、燃焼用空気は上記のように温度、流量の調整が可能になっており、この調整によって触媒層８における触媒の温度を適正値に維持することができる。したがって活性化温度が異なる触媒においても燃焼用空気の上記調整によって触媒に適した任意の温度に調整することができる。例えば、複数の触媒を炭化炉に設け、それぞれの触媒について温度調整を行うことによって各触媒を適正温度に維持して熱分解ガスに含まれる複数のガス成分について異なる触媒を用いて効率的に分解することも可能になる。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。

本発明の一実施形態の熱分解炉を示す図である。 従来の炭化炉を示す図である。

符号の説明

１ 熱分解炉
１ａ 熱分解炉本体
２ 熱分解室
３ 炭化後廃棄物取出部
４ 燃焼ガス入口
５ 熱分解ガス取り入れ口
６ 熱分解ガス出口
７ 空気取り入れ口
８ 触媒層
９ 排ガス出口
１０ 有機性廃棄物投入部
１１ 空気比可変バーナー
１２ ブロワー
１３ 熱交換器

Claims (7)

1. 分解処理物を収容して熱分解させる熱分解室と、該熱分解室に熱を供与するためのバーナーであって加熱用空気と燃料との混合比を可変としたバーナーと、前記熱分解室の下流にあって燃焼用空気と前記熱分解室からのガスとが導入される触媒燃焼部とを有していることを特徴とする熱分解炉。
2. 前記熱分解室は、分解処理物の熱分解に際し、酸素濃度を小さくしたバーナーの火炎によって酸素が欠乏した高温加熱ガス雰囲気とされるものであることを特徴とする請求項１記載の熱分解炉。
3. 熱分解室で発生する熱分解ガスの一部を燃料として前記バーナーに導入することを特徴とする請求項１または２に記載の熱分解炉。
4. 前記触媒燃焼部から排出される排気ガスと、前記触媒燃焼部導入前の燃焼用空気との熱交換を行う熱交換部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の熱分解炉。
5. 前記熱交換がされた燃焼用空気と、そのままの燃焼用空気の一方または両方が前記触媒燃焼部に導入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の熱分解炉。
6. 前記熱交換がされた燃焼用空気と、そのままの燃焼用空気の比率または／及び流量とが調整可能とされていることを特徴とする請求項５に記載の熱分解炉。
7. 前記比率または／及び流量の調整は、触媒燃焼部における触媒の温度を制御対象とするものであることを特徴とする請求項６記載の熱分解炉。

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