JP2006028303A - Apparatus and method for gasifying polymer material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は高分子材料物を熱分解又は部分酸化してガス化するための装置及び方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for gasifying a polymer material by pyrolysis or partial oxidation.
プラスチック等の高分子材料を含む廃棄物をガス化して、このガスを燃料等として再利用することは広く知られている。 It is widely known to gasify waste containing a polymer material such as plastic and reuse this gas as fuel.
特許文献1では、廃プラスチックを前処理装置にて粉砕した後、ガス化装置にてこの粉砕プラスチックをガス化し、このガスをガスエンジンの燃料として再利用して発電する発電ユニットが開示されている。 Patent Document 1 discloses a power generation unit that generates power by pulverizing waste plastic with a pretreatment device, gasifying the pulverized plastic with a gasifier, and reusing the gas as fuel for a gas engine. .
この特許文献1は、廃プラスチックの粉砕に伴って、粗粉砕装置、風力選別・磁力選別・渦電流選別・振動スクリーン選別等の選別装置、そして微粉砕装置を備えている。
特許文献1の装置にあっては、廃プラスチックをガス化に先立ち粉砕するので、粉砕・破砕時の摩擦熱によってプラスチックが加熱されガス発生することや、静電気の発生により爆発する危険性がある。この危険性を未然に防止するには、実機においては、冷却機構を設けたり、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気を形成する等の対策を施さねばならない。 In the apparatus of Patent Document 1, since waste plastic is pulverized prior to gasification, there is a risk that the plastic is heated by frictional heat during pulverization / crushing to generate gas or explode due to generation of static electricity. In order to prevent this danger, it is necessary to take measures such as providing a cooling mechanism or forming an inert gas atmosphere such as nitrogen gas in an actual machine.
また、装置全体としても、上記の粉砕を行うためにそしてそれに付随して、粗そして微粉砕装置、諸選別装置を必要とする。 Also, the entire apparatus requires a coarse and fine pulverizer and various sorters in order to perform the above-mentioned pulverization.
したがって、特許文献1の装置では、設備が複雑で大型化するために、設備費、維持・管理費が嵩む。 Therefore, in the apparatus of Patent Document 1, since the facilities are complicated and large, equipment costs and maintenance / management costs increase.
さらには、ガス化したガスを利用する際に、ガス中の燃料濃度を高くかつこの濃度の変動を小さく抑えることも必要となる。 Furthermore, when using the gasified gas, it is also necessary to increase the fuel concentration in the gas and to suppress fluctuations in this concentration.
本発明は、上述の爆発防止対策を要する粉砕・破砕装置等の前処理装置を不要とし、安価にプラスチック等の高分子材料を含む被処理物をガス化できる装置及び方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an apparatus and method that can eliminate the need for a pretreatment apparatus such as a pulverization / crushing apparatus that requires the above-described explosion prevention measures, and can gasify an object to be treated containing a polymer material such as plastic at low cost. And
本発明は、主として高分子材料を含む被処理物を炉本体でガス化するための装置において、炉本体内へ燃料と酸化剤をそれぞれ噴射供給するための燃料ノズルと酸化剤ノズルとを有し、該燃料ノズルと酸化剤ノズルは、上記炉本体内の被処理物を包囲する包囲円に対し接線方向をなしかつ周方向で同一旋回方向に向け燃料と酸化剤をそれぞれ噴射して、被処理物の周囲で旋回せる管状火炎を形成するように設けられていることを特徴としている。 The present invention is an apparatus for gasifying an object to be processed mainly containing a polymer material in a furnace body, and has a fuel nozzle and an oxidizer nozzle for injecting and supplying fuel and an oxidant into the furnace body, respectively. The fuel nozzle and the oxidant nozzle are respectively tangential to the surrounding circle surrounding the workpiece in the furnace body and inject the fuel and the oxidant in the same swirling direction in the circumferential direction. It is provided to form a tubular flame that can be swung around an object.
かかる構成の本発明では、燃料ノズルと酸化剤ノズルからそれぞれ噴射された燃料と酸化剤は燃焼してその噴射方向を接線とする円上で管状の火炎をなして被処理物のまわりを包囲し、この火炎からの輻射と高温排ガスからの熱伝達により上記高分子材料の被処理物
を熱分解又は部分酸化してガス化する。このガスは、例えば、炉本体の上部に設けられた排ガス管から外部へ取り出される。
In the present invention having such a configuration, the fuel and the oxidant injected from the fuel nozzle and the oxidant nozzle burn, respectively, and form a tubular flame on a circle tangent to the injection direction so as to surround the object to be processed. The polymer material to be treated is thermally decomposed or partially oxidized and gasified by radiation from the flame and heat transfer from the high temperature exhaust gas. For example, this gas is taken out from an exhaust gas pipe provided in the upper part of the furnace body.
この発明によると、被処理物を管状火炎で包囲して旋回流の遠心力により管状火炎の外周部には未燃の燃料ガスが、中央部には既燃焼ガスが存在するように火炎が形成されるので、酸化剤は燃料と十分に反応する。そのため排ガス中の酸素濃度を低く抑制することができ、排ガス中の酸素濃度が低下すると炉から下流側での異常燃焼が防止され、炉の安全性が確保され、ひいては補修費が低減する。 According to this invention, the object to be treated is surrounded by a tubular flame, and a flame is formed by the centrifugal force of the swirling flow so that unburned fuel gas exists in the outer peripheral portion of the tubular flame and burned gas exists in the central portion. As such, the oxidant reacts well with the fuel. Therefore, the oxygen concentration in the exhaust gas can be suppressed low, and when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, abnormal combustion downstream from the furnace is prevented, safety of the furnace is ensured, and repair costs are reduced.
本発明において、炉本体には、燃料ノズルと酸化剤ノズルよりも上方位置に、ガス噴射ノズルが設けられ、該ガス噴射ノズルは、上方から見たときに、包囲円よりも大径の略同心円に対し接線方向であって周方向で上記燃料ノズルと酸化剤ノズルと同一旋回方向にガスを噴射するように配置されていることが好ましい。上記ガス噴射ノズルから上記大径円の接線方向に噴射されたガスにより大旋回流が生ずると、遠心力により密度の高い未燃の燃料ガスと残留酸化剤が炉本体の内周壁側に向け半径外方へ流動すると共に該内周壁に沿って下降する結果、上記大旋回流の円と下側の管状火炎の外側を下降し内側を上昇する二次流れが生ずる。この二次流れによって未燃の燃料ガスと残留酸化剤の循環と熱を下方へ供給する循環が行われ、管状火炎が安定して形成される。これにより、ガス化の進行に伴って被処理物の形状が変化しても火炎形態が維持されて炉本体内での火炎の流れそしてその燃焼が安定化する。 In the present invention, the furnace main body is provided with a gas injection nozzle at a position above the fuel nozzle and the oxidant nozzle, and the gas injection nozzle is substantially concentric with a diameter larger than the surrounding circle when viewed from above. In contrast, it is preferable that the fuel nozzle and the oxidizer nozzle be arranged so as to inject gas in the same tangential direction and circumferential direction. When a large swirl flow is generated by the gas injected in the tangential direction of the large-diameter circle from the gas injection nozzle, the unburned fuel gas and the residual oxidant having a high density due to the centrifugal force have a radius toward the inner peripheral wall side of the furnace body. As a result of flowing outward and descending along the inner peripheral wall, a secondary flow that descends on the outside of the circular swirling circle and the lower tubular flame and rises on the inside is generated. By this secondary flow, circulation of unburned fuel gas and residual oxidant and circulation of supplying heat downward are performed, and a tubular flame is stably formed. Thereby, even if the shape of the workpiece changes with the progress of gasification, the flame form is maintained, and the flow of the flame in the furnace body and its combustion are stabilized.
さらに、本発明では、ガス噴射ノズルは、外部からの空気を取り入れて予熱する予熱装置及び炉外への排ガスラインの少なくとも一方に接続されていて、予熱空気及び排ガスの一部の少なくとも一方を噴射するようになっていることが好ましい。 Furthermore, in the present invention, the gas injection nozzle is connected to at least one of a preheating device that takes in air from outside and preheats and an exhaust gas line to the outside of the furnace, and injects at least one of preheated air and a part of the exhaust gas. It is preferable to do so.
こうすることにより、上方で形成される大旋回流を予熱空気又は排ガスの熱で高温化できる。大旋回流の温度が高いと、その流れにおける粘性が大きくなり、またみかけの流量が大きくなり強旋回流が形成できる。 By doing so, the large swirl flow formed above can be heated to high temperature by the heat of the preheated air or exhaust gas. When the temperature of the large swirl flow is high, the viscosity in the flow increases, the apparent flow rate increases, and a strong swirl flow can be formed.
本発明において、管状火炎を形成するための燃料ノズルと酸化剤ノズルとは別体に形成され、それぞれの噴射口が別位置に配されているようにすることも、それぞれの噴射流が噴射口近傍で合流するように配されているようにすることもできる。しかしながら、噴射口よりも上流側で合流すること、すなわち、燃料と酸化剤を予混合することは、逆火等の原因ともなるので、回避した方が良い。 In the present invention, the fuel nozzle for forming the tubular flame and the oxidizer nozzle are formed separately, and the respective injection ports may be arranged at different positions. It can also be arranged so that it merges in the vicinity. However, it is better to avoid joining the upstream side of the injection port, that is, premixing the fuel and the oxidant, because it causes backfire and the like.
さらに、本発明においては、燃料ノズルと酸化剤ノズルは、それぞれ噴射口が上下に細長いスリット口をなしていることが好ましい。こうすることにより、火炎は上下方向に延び、安定した管状火炎となり、同方向で被処理物を十分に包囲できる。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that the fuel nozzle and the oxidizer nozzle each have a vertically narrow slit port. By carrying out like this, a flame extends in the up-down direction, it becomes a stable tubular flame, and can fully surround a to-be-processed object in the same direction.
本発明は、以上のように、燃料ノズルと酸化剤ノズルからそれぞれ噴射された燃料と酸化剤は燃焼してその噴射方向を接線とする円上で管状をなして高分子材料を含む被処理物のまわりを旋回し、この火炎からの輻射と高温排ガスからの熱伝達により上記高分子材料を含む被処理物をガス化することとしたので、排ガス中の酸素濃度を低く抑制すると共に、輻射と伝熱の両方でガス化を行うので熱効率が良く運転費が安価となる。排ガス中の酸素濃度が低下すると炉から下流側での異常燃焼が防止され、安全性が確保され、ひいては補修費が低減する。 In the present invention, as described above, the fuel and the oxidant injected from the fuel nozzle and the oxidant nozzle, respectively, burn and form a tube on a circle whose tangent is the injection direction, and include a polymer material. The gas to be treated containing the above polymer material is gasified by the radiation from this flame and the heat transfer from the high temperature exhaust gas. Since gasification is performed by both heat transfer, the heat efficiency is good and the operation cost is low. When the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, abnormal combustion downstream from the furnace is prevented, safety is ensured, and repair costs are reduced.
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1において、符号1は本実施形態におけるガス化装置の炉本体であり、耐熱材料で作られ耐圧構造となっている。該炉本体1は全体としての縦長な筒状体をなし、上下壁はその強度を確保するためテーパ周壁を有している。 In FIG. 1, the code | symbol 1 is the furnace main body of the gasifier in this embodiment, and it is made from a heat resistant material and has a pressure | voltage resistant structure. The furnace body 1 has a vertically long cylindrical body as a whole, and the upper and lower walls have tapered peripheral walls to ensure the strength thereof.
炉本体1の底部には、耐熱性そして強度の高い配置台2が設けられ、該配置台2上に被処理物Pが配置できるようになっている。炉本体1には、図示しないが、この被処理物Pの搬入のための開閉自在な二重の開閉弁が設けられている。ここで、被処理物Pは、合成高分子材料、例えばプラスチックあるいは天然高分子材料、例えば、紙、布、木材、藁等を主とした物であり、破砕を受けずにそのまま炉本体1内に搬入される。しかし、過度に大きい物は、上記配置台2上に載る程度の大きさに切断されることがある。
An
上記炉本体1には、燃料ノズル3と酸化剤ノズル4とが取り付けられている。これらのノズル3,4は、図1及び図2からも判るように上下方向に細長いスリットを形成して上記炉本体1の内部に開口しており、また、図2に見られるように、噴射された燃料そして酸化剤が上記被処理物Pを包囲する仮想の包囲円5に対して接線方向に向くように配設されている。これらのノズル3,4は高さ方向で同位置にあり、図1に見られるように、被処理物Pの予想される最大高さをカバーする高さ範囲に延びていることが好ましい。上記燃料ノズル3は、例えばガス燃料供給源(図示せず)に、そして酸化剤ノズル4は、酸化剤として空気供給源(図示せず)にそれぞれ接続されている。
A
本実施形態では、炉本体1には、上記燃料ノズル3と酸化剤ノズル4の上方位置に二つのガス噴射ノズル6が接続されている。これらのガス噴射ノズル6は、図2に見られるように、噴射ガスが上記仮想の包囲円5と略同心でこれよりも大径の仮想円7に対して接線方向に向くように配設されている。また、その周方向における噴射の向きも仮想の包囲円5の場合と同じである。
In the present embodiment, two
上記炉本体1は、天井壁に排ガスライン8が接続され、該排ガスライン8には、予熱装置としての熱交換装置9、排ガス処理装置10、ブロワ装置11が順次接続されていて、該排ガスライン8はこれら装置を経た後に煙突12に至っている。排ガス処理装置10には二次燃焼、有害ガス除去、除塵の機能が備えられている。上記熱交換装置9は、ブロワ13で取り入れられた外気が送気ライン14中で、排ガスライン8の排ガスと熱交換して高温に予熱されるように設けられており、送気ライン14は予熱後の空気が上記二つのガス噴射ノズル6に至るように接続されている。このガス噴射ノズル6に至る送気ライン14には、処理後の排ガスを帰還させるための帰還ライン15がブロワ装置11の後流側から延びて選択的に接続されている。なお、燃料ノズル3、酸化剤ノズル4は一つに限らず複数本設けてもよい。またガス噴射ノズル6は二つに限らず複数本設けてもよい。
The furnace body 1 has an
以上のような本実施形態において、高分子材料を含む被処理物Pは次の要領でガス化される。 In the present embodiment as described above, the workpiece P containing the polymer material is gasified in the following manner.
(1)先ず、被処理物Pが二重の開閉弁から外気の吸い込みを抑制しながら搬入されて配置台2の上に置かれ、開閉弁は閉じられる。 (1) First, the workpiece P is carried in from the double on-off valve while suppressing the intake of outside air and placed on the arrangement table 2, and the on-off valve is closed.
(2)次に、燃料ノズル3から燃料を、酸化剤ノズル4から空気を炉本体1内へそれぞれ噴射する。これと同時に、上方に位置するガス噴射ノズル6からは、送気ライン14を経て送られる予熱空気そして選択的に帰還ライン15からの排ガスの一部の少なくとも一方を炉本体1内へ噴射する。燃料ノズル3と酸化剤ノズル4はスリット状噴射口を有しているので、燃料が燃焼して図3のごとく管状火炎16が被処理物の周囲で旋回流を形成する。また、上記ガス噴射ノズル6から噴射された予熱空気あるいは排ガスは上記管状火炎1
6よりも大径の大旋回流17を形成し、上記管状火炎16と大旋回流17との間には、図3のごとくの二次流れ18が生ずる。この二次流れ18により、未燃の燃料ガスと残留酸化剤の循環と、熱を下方へ供給する熱循環が行われ、上記管状火炎16は安定化する。この管状火炎16からの輻射そしてその高温排ガスからの伝熱により、被処理物Pは熱せられて熱分解又は部分酸化し、ガス化する。
(2) Next, fuel is injected from the
A
(3)ガス化されたガスは排ガスライン8を経て排出され、熱交換装置9で送気ライン14の空気との熱交換を行った後、自らは降温して排ガス処理装置10で無害化される。
(3) The gasified gas is discharged through the
(4)無害化された排ガスは煙突12から大気へ放出され、もしくは、燃料ガスとしての再利用のために、適宜装置で取り出される。また、上記排ガスの一部は選択的に帰還ライン15を経て上記ガス噴射ノズル6へ送られる。
(4) The detoxified exhaust gas is discharged from the
本実施形態では、燃料ノズルと酸化剤ノズルとは別体に形成され、それらの噴射口が別位置で炉本体に設けられていたが、それらの噴射口を近接して設け噴射流同士が直ぐに合流するようにしてもよい。噴射口よりも上流で合流、すなわち燃料と酸化剤が予混合されることは、逆火等の原因ともなるので、避けた方が良い。 In this embodiment, the fuel nozzle and the oxidizer nozzle are formed separately, and their injection ports are provided in the furnace body at different positions, but these injection ports are provided close to each other and the injection flows are immediately formed. You may make it join. It is better to avoid merging upstream of the injection port, that is, premixing the fuel and the oxidant, because it may cause flashback and the like.
本実施形態では炉本体1の底部の配置台2に被処理物Pを配置し、被処理物Pを包囲するように管状火炎16を形成しているが、被処理物Pを炉本体1にランダムに投入し、炉本体1の中央に対して偏って被処理物Pが配置されていても、管状火炎16は被処理物Pを包囲するように形成されるので、同様の効果が得られ、安定してガス化される。
In the present embodiment, the workpiece P is disposed on the placement table 2 at the bottom of the furnace body 1 and the
また、燃料ノズル3、酸化剤ノズル4を被処理物Pの高さ位置に相当する高さ位置に設けずに被処理物Pより上方位置に設け、ガス噴射ノズル6をさらに上方に設けても、輻射による加熱や、二次流れ18による熱の循環による加熱によって被処理物Pのガス化を安定して行え、炉から下流側での異常燃焼が防止できる。
Further, the
また、炉本体出口近傍の排ガスダクト内に管状火炎を形成するように燃料ノズル3、酸化剤ノズル4を設けても、管状火炎によって残留酸素を消費して排ガス中の酸素濃度を低く抑制できるので、下流側の異常燃焼が防止できる。管状火炎で加熱するかわりに電気ヒーター等で排ガスダクト内の排ガスを加熱して同様に下流側の異常燃焼を防止することができる。
Further, even if the
1 炉本体
2 配置台
3 燃料ノズル
4 酸化剤ノズル
5 包囲円
6 ガス噴射ノズル
7 大旋回流
8 排ガスライン
9 予熱装置(熱交換装置)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
In a method of gasifying an object to be processed mainly containing a polymer material, the object to be processed is disposed in a furnace body, and fuel and an oxidant are respectively injected into the furnace body from a fuel nozzle and an oxidant nozzle. A polymer material gasification method comprising forming a tubular flame swirling around a treatment object, pyrolyzing or partially oxidizing the object to be treated to gasify it, and taking out the generated gas outside the furnace body.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004207364A JP2006028303A (en) | 2004-07-14 | 2004-07-14 | Apparatus and method for gasifying polymer material |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013228207A (en) * | 2013-08-15 | 2013-11-07 | Osaka Gas Co Ltd | Tubular flame burner |
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2004
- 2004-07-14 JP JP2004207364A patent/JP2006028303A/en active Pending
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