JP2008126106A - 分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間の連続運転が可能で、かつ運転に際しては高温域でもシール性を確保することができる分離装置を提供することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するための分離装置は、分離対象物を含有する被分離物を搬送するための内部スクリュー５６を配置した回転ドラム５０を備え、前記回転ドラム５０の胴部には前記分離対象物を回転ドラム５０の境外へ排出するための円周方向に延びる開口から成るスリットを設け、前記回転ドラム５０の外周には前記スリットに嵌入するリング部材６０を設けたことを特徴とする。また、このような特徴を有する分離装置では、前記スリットを、複数の線条部材５４を間欠的に配置して構成すると良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、分離装置に係り、特に分離対象物を含有する被分離物が高温で可燃性の物である場合に好適な分離装置に関する。

近年、バイオマスを用いたエネルギーの生成、すなわちバイオエネルギーの生成およびその利用に関する技術が種々提案されている。このような現状の中、特許文献１に開示されているような木質材料から可燃性ガス（例えば水素ガス）を抽出する技術が注目を集めている。しかし、特許文献１に開示されているような技術は、可燃性ガスの生産効率が低く、生産設備も高価なものとなってしまい、さらにはランニングコストが高いという問題がある。

このような技術に対し、バイオマスのガス化、改質化に必要とする熱エネルギーを再利用することでランニングコストを抑え、流動層炉のような高価な機器を使用しないことで設備コストを抑え、可燃性ガスの抽出効率を向上させる技術が提案されている（例えば特許文献２、特許文献３）。

特許文献２や特許文献３に開示されている技術は、バイオマスのガス化（熱分解）や、熱分解されたガスの改質化に使用する熱エネルギーを、熱媒体により補い、この熱媒体を、その担持する熱量に見合った用途で段階的に利用するというものである。そして、特許文献２では、前記熱媒体を再利用し、再利用する熱媒体を加熱するための熱源として、バイオマスから生じたチャー（炭化物）の燃焼熱を利用することが提案されている。また、特許文献３には、熱媒体としてアルミナボールを使用することが提案されている。
特開２００５−２８１５５２号公報 特表２００３−５１０４０３号公報 特開２００５−１４６０５６号公報

特許文献２に提案されている技術を実施する場合、バイオマスの熱分解に使用された熱媒体を再利用する際には、チャーと熱媒体とを分離する必要がある。特許文献２には特に、機械的な手法として、篩を用いて分離する方法が開示されている。このような篩を用いた分離装置として一般的には、振動篩が知られている。ところが、特許文献２に提案されている技術を実施する際に、分離装置として振動篩を使用した場合には、次のような問題がある。まず第１に、チャーを篩により分離する場合、短時間の間に目詰まりが生じてしまい、長時間の連続運転ができなくなってしまうという問題がある。ここで、篩に目詰まりが生じた場合には、目詰まりを解消するために要する労力（コスト）はもちろん、運転を中断することにより無駄になる熱量も、可燃性ガスを生産するコストを向上させる要素となるのである。第２には、振動篩と隣接する搬送設備との間での機密性を確保するための継手に、耐熱性に加えて伸縮性を要するという問題がある。分離装置での分離対象は、高温の余熱を有する可燃性物質であるため、外部気体（酸素等）の侵入を防止・抑制するために、隣接する搬送設備との間でのシールが必須となる。そして、分離装置に振動篩を使用した場合には、隣接する搬送設備に対して伝播する振動を抑制するために、継手部分に伸縮性が必要となる。ところが実状では、５００℃〜６００℃の高温に対する耐熱性と、このような高温域においても伸縮性を維持することのできるシール部材（継手）が存在しない。また、これを解決可能とする継手を開発した場合には、設備コストを高騰させることが懸念されるといった問題がある。

そこで本発明では、上記問題を解決し、長時間の連続運転が可能で、かつ運転に際しては高温域でもシール性を確保することができる分離装置を提供することを目的とする。

上記問題点の１つである高温域における隣接設備間のシール性については、分離装置として振動を伴わないものを使用することで解決することができる。伸縮を伴わなければ、汎用のシール部材を使用することが可能だからである。ここで、振動によらない手段で分離を行う分離装置としては、トロンメルが知られている。トロンメルはドラムを回転させることにより分離を行うため、上記問題点の１つは解消することができると考えられる。しかし、一般的なトロンメルは高温域で使用することが考慮されていないため、分離部であるスクリーンに耐熱性の問題があると共に、第１の問題点である目詰まりについては解消することができない。

そこで、上記問題を解決するための本発明に係る分離装置は、分離対象物を含有する被分離物を搬送するための搬送スクリューを内部に配置した回転ドラムを備え、前記回転ドラムの胴部には前記分離対象物を回転ドラムの境外へ排出するための円周方向に延びる開口から成るスリットを設け、前記回転ドラムの外周には前記スリットに嵌入する嵌入部材を設けたことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する分離装置では、前記スリットを、複数の線条部材を間欠的に配置することにより構成すると良い。またこの場合、前記線条部材は丸棒の鋼材とすることが望ましい。

さらに、上記のような特徴を有する分離装置では、前記嵌入部材を、リング部材により構成し、当該リング部材にパイプ部材を挿通させることによりリング部材を保持する構成とすると良い。

上記のような特徴を有する分離装置によれば、分離手段であるスリットの目詰まりを防止することができるため、長時間の連続運転が可能となる。また、被分離物の分離に際して振動を伴わないため、シール部材として汎用されているものを使用することができる。このため、高温域でもシール性を確保することが可能となる。

また、スリットを複数の線条部材により構成することによれば、破損時の交換やメンテナンスが容易となる。さらに、線条部材を丸棒の鋼材とすることによれば、高温に対する耐性を高めることが可能となる。
また、嵌入部材をリング部材により構成し、パイプ部材でこれを支持する構造とすることにより、簡易な構成で高い目詰まり防止効果を得ることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の分離装置に係る実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明に係る一部の実施形態であり、本発明の技術的範囲は、以下の実施形態のみに拘束されるものでは無い。

まず、図３を参照して、本発明の分離装置が採用されるバイオマス処理施設４００の概略構成について説明する。図３に示すバイオマス処理施設４００は、有機性のバイオマス１１０を加熱処理し、可燃性のガスを抽出するための施設である。図３に示すバイオマス処理施設４００は、バイオマス１１０から可燃性のガスを抽出するガス化ユニット４１０、抽出した可燃性ガスに含まれる余剰熱量を回収する熱回収ユニット４２０、および前記可燃性ガスを精製するガス洗浄ユニット４３０を基本として構成される。

前記ガス化ユニット４１０には、３つの加熱炉と、本発明に係る分離装置１０が備えられる。加熱炉は、バイオマス１１０を熱分解してガスを抽出するガス化炉１００、ガス化炉１００を介して抽出した熱分解ガスを水蒸気と反応させて改質ガスを得る改質炉２００、および改質炉に投入する熱媒体を予め加熱しておく予熱炉３００の３つである。このような構成のガス化ユニット４１０では、それぞれの加熱炉１００，２００，３００は次のような方法で加熱されている。なお、ここでいう熱媒体とは、種種検討の余地はあるが、例えばセラミックスボールなどであれば良い。

まず、予熱炉３００には、改質炉２００、ガス化炉１００を経て放熱された熱媒体が貯留されている。このため、予熱炉３００の内部温度は、熱媒体の余熱により４００℃程度には維持されている。ここで、熱媒体を反応炉である改質炉２００の熱源として使用するためには、熱媒体の温度を１０５０℃〜１１００℃程度にまで上昇させる必要がある。この際に予熱炉３００の加熱に必要とされる熱量は、バイオマス１１０の残渣である炭化物（チャー）を燃焼させた際の燃焼熱により補われる。

次に、改質炉２００では、バイオマス１１０の熱分解により得られた抽出ガスと水蒸気とを反応させて可燃性ガス（例えば水素）を得るという反応が行われるため、炉の加熱温度としては８５０℃〜１０５０℃程度が必要とされる。このような改質炉２００の加熱源には、上記予熱炉３００により加熱された熱媒体が使用される。ここで、改質化された可燃性ガスは熱回収ユニット４２０に設置された廃熱ボイラ２１０へと搬送される。また、改質炉２００の加熱源としての役目を終えた熱媒体は、ガス化炉１００へと排出される。

ガス化炉１００は、バイオマス１１０を熱分解してガス化させるという役割を担うため、炉内温度としては４００℃〜６５０℃程度が必要とされる。この温度は、上述した改質炉２００の加熱温度に比べて十分に低いため、改質炉２００で吸熱された熱媒体であっても、ガス化炉１００の加熱源としては十分に利用することができる。このため、改質炉２００から排出された熱媒体は、ガス化炉１００の加熱源として再利用されることとなる。また、ガス化炉１００には、熱回収ユニット４２０に設置された廃熱ボイラ２１０を介して抽出された水蒸気が供給され、この水蒸気は熱分解により得られた抽出ガスの改質用として利用される。ここで、廃熱ボイラ２１０から供給される水蒸気は、改質炉２００から搬送された可燃性ガスを冷却する際に発生したものである。ガス化されてチャーと化したバイオマス１１０と、バイオマス１１０のガス化により吸熱された熱媒体は、ガス化炉１００から排出され、分離装置１０へと投入される。

分離装置１０では、細粒化されたチャーと、粗粒のままの熱媒体とが分離される。そして、分離後のチャーは可燃物として燃焼炉１２０へ搬送されて熱エネルギーに変換され、熱媒体は予熱炉３００へ搬送されて熱源として再利用されることとなる。

図１は、本発明の分離装置に係る実施形態の概略構成を示す図である。本実施形態の分離装置１０は、分離装置本体を構成するケーシング２０と、当該ケーシング２０を貫くように配置された回転軸４０、および前記回転軸４０に付随して回転する回転ドラム５０とを基本として構成される。

前記ケーシング２０は、ガス化炉１００から排出された熱媒体とチャー（被分離物）を内部に投入する投入口２８と、細粒化されたチャーを排出する細粒排出口３０、および粗粒である熱媒体を排出する粗粒排出口３２を備える。また、ケーシング２０には、詳細を後述する回転軸４０を挿通するための開口部２２，２４の他、詳細を後述する回転ドラム５０の点検を行うための開口部（点検窓）２６が設けられており、それぞれの開口部２２，２４，２６には内部の気密性を保つための蓋２２ａ，２４ａ，２６ａが備えられている。そして、ケーシング２０の内部には、詳細を後述する回転ドラム５０の他に、前記投入口２８から投入された被分離物を回転ドラム５０の内部に搬送するための固定式のドラム（入口ドラム）３４が備えられている。

前記回転軸４０は、ケーシング２０の長手方向に、対向して設けられた開口部２２，２４間を貫くように配置され、軸受４４により回転位置が固定されている。そして、前記蓋体２２ａ，２４ａと回転軸４０との間には、ケーシング２０内部の気密性を保つためのシール部材４２が設けられている。本実施形態の回転軸４０は、内部に冷却水を導入するための貫通孔（不図示）を有する。回転軸４０の内部に冷却水を導入することにより、回転軸４０の熱膨張を防止することができ、軸の変形、軸受４４の破損、回転不良等の不具合を回避することが可能となるからである。このため、本実施形態に係る回転軸４０の端部には、回転継手４６が備えられ、この回転継手４６を介して冷却水の給排を行うようにしている。なお、回転軸４０に対する回転力の付与は、図示しない駆動源（例えばモータ）により行われ、回転軸４０の一端側に設けたスプロケット４５に対して伝達される。

このような構成の回転軸４０には、回転ドラム５０と螺旋状の板部材（スクリュー）４８，５６が、当該回転軸４０の回転に伴って回転するように備えられている。前記スクリュー４８，５６は、上述した入口ドラム３４に配置される部分と、前記回転ドラム５０に配置される部分とにそれぞれ分割され、それぞれ配置形態を異にしている。具体的には、入口ドラム３４部分に配置されたスクリュー（入口スクリュー）４８は、回転軸４０を配置基点として当該回転軸４０に巻き付けられるように螺旋が描かれているフルブレードスクリューである。これに対して回転ドラム５０部分に配置されたスクリュー（内部スクリュー）５６は、回転軸４０にフレーム５２を固定した回転ドラム５０の内周壁側を配置基点として、当該内周壁に沿って螺旋を描くように配置されているリボンスクリューである。回転軸４０の回転に伴って回転するスクリュー４８，５６を内部に備えることにより、投入口２８から投入した被分離物を細粒排出口３０あるいは粗粒排出口３２側へ搬送することが可能となるのである。なお、内部スクリュー５６はフルブレードスクリューであっても良いし、入口スクリュー４８はリボンスクリューや、パドルスクリューであっても良い。

前記回転ドラム５０は、図２に展開形状を示すように、円筒状に形成されるフレーム５２と、このフレーム５２に取り付けられた複数の線条部材５４、およびフレーム５２に斜めに配置された内部スクリューとより構成される。前記フレーム５２には、ドラムの胴部となる部分に、１つ乃至複数の開口部５８が形成されている。そして、前記開口部５８には、いわゆるスクリーンとして前記線条部材５４が配置されている。線条部材５４の配置は、各線条部材５４間に形成される開口（スリット）が、円筒形にしたフレーム５２の円周方向に延びるようにする。ここで、線条部材５４としては、金属等、耐熱性を有する丸棒や帯板等とすれば良い。また、線条部材５４の配置間隔としては、細粒として扱われるチャーの平均相当直径（粒径）よりも大きな幅とし、粗粒として扱われる熱媒体の平均相当直径（粒径）よりも小さな幅とする。なお、線条部材５４として丸棒を選択した場合には、粗粒である熱媒体は、丸棒の外形形状に沿って転がることとなるため、丸棒を越える毎に上下に篩われることとなり、担持されたチャーを篩い落とす効果を期待することができる。また、スリットを複数の線条部材５４により構成することにより、経年劣化等の影響により損傷箇所が生じた場合、損傷を生じた一部の線条部材５４のみを交換することが可能となるため、メンテナンスコストを削減することができる。

回転ドラム５０は、その口径が、入口ドラム３４の外径よりも僅かに大きくなるように設定される。そして回転ドラム５０の配置は、入口ドラム３４の排出口側開口部と、回転ドラム５０の投入口側開口部とが僅かにオーバーラップするような状態とし、入口ドラム３４の外周と、回転ドラム５０の内周との間には僅かに隙間を設け、両者が干渉しないような状態とする。

上記のような構成の回転ドラム５０の外周には、前記スリットに詰まったチャーや、熱媒体を取り除くための目詰まり防止手段が備えられている。なお本実施形態の場合、前記目詰まり防止手段は、前記回転ドラム５０の上部に設けられた点検窓２６と、前記回転ドラム５０との間に備えられることとなる。

目詰まり防止手段は、回転ドラム５０の上部に固定されたパイプ部材６２と、当該パイプ部材６２を開口部に挿通させたリング部材６０とより構成される。なお、パイプ部材６２は、単なる棒状部材であっても良い。前記リング部材６０は、前記パイプ部材６２に対して複数、具体的には、前記回転ドラム５０に形成されたスリットの数と同じ数だけ配置される。個々のリング部材６０はそれぞれ、前記回転ドラム５０に備えられたスリットに嵌入するように配置される。そして、嵌入したリング部材６０の先端部が、スリットを形成する線条部材５４の半径よりも内側、回転ドラム５０を構成するフレーム５２よりも外側に位置するような設定とすると良い。このような位置関係でリング部材６０を配置すれば、スリットに詰まった異物を回転ドラム５０の内側へと押し出すことができ、回転ドラム５０を構成するフレーム５２と干渉することも無いからである。

このような構成とすることで、スリットに詰まったチャーや熱媒体は、回転ドラム５０の回転に伴って円周方向に移動してリング部材６０に接触することとなる。リング部材６０に接触したチャーや熱媒体は、回転ドラム５０の内側へ押し出されることとなり、スリットの目詰まりが解消される。つまり、スリットに詰まったチャーや熱媒体は、回転ドラム５０が周回する度にドラム内側へと落とされることとなり、スリットの目詰まりは自動的に解消されるのである。

なお、本実施形態では、前記パイプ部材６２を、芯材６４とスリーブ６６とより構成し、前記リング部材６０は前記芯材６４に回転自在に配置し、スリーブ６６によりその配置間隔を調整するようにしている。ここで、本実施形態では、スリーブ６６間の配置幅をスリットの形成幅と同程度とし、リング部材６０の厚みは前記スリットの形成幅よりも薄く（狭く）形成することとしている。このような構成とすることにより、リング部材６０は、スリット内部を揺動することが可能となり、異物除去効果を高めることが可能となるのである。

上記のような構成の分離装置１０では、ガス化炉１００から排出された被分離物が、投入口２８から投入される。投入された被分離物は、入口ドラム３４へと導かれ、回転軸４０の回転に伴って回転する入口スクリュー４８により、入口ドラム３４内を排出口側へ向けて搬送される。入口ドラム３４から排出された被分離物は、回転ドラム５０へと投入される。回転ドラム５０に投入された被分離物は、内部スクリュー５６に沿って粗粒排出口３２へ向けて搬送される。被分離物が、回転ドラム５０を構成するフレーム５２の開口部５８に達すると、開口部５８に設けられた線条材５４間の隙間であるスリットより、相当直径を小径としたチャーが回転ドラム５０の境外、具体的には回転ドラム５０の下部へと落下する。また、開口部５８に設けられた線条材５４と内部スクリュー５６の送り作用とにより、熱媒体に縦方向の振動が与えられると、熱媒体に担持されたチャーも篩い落とされることとなる。このようにしてスリットから落下したチャーは、細粒排出口３０から分離装置１０の外部へと排出される。一方、スリットから落下せず、回転ドラム５０における粗粒排出口３２側開口部まで搬送された熱媒体は、粗粒排出口３２から分離装置１０の外部へと排出される。また、回転ドラム５０による搬送中に、スリットの間に詰まってしまった、チャーや、熱媒体は、スリットに嵌入されたリング部材６０により、スリットから取り除かれることとなる。

上記のような分離装置１０によれば、チャーと熱媒体との分離に際して装置に振動を伴わないため、シール部材に関しての問題を解決することができる。このため、高温帯域での使用が可能となる。また、スクリーンの構成を特徴的なものとすると共に目詰まり防止手段を備えたことで、スクリーン（スリット）の目詰まりを自動的に解消することが可能となる。このため、本実施形態に係る分離装置１０は、長期的な連続運転が可能となる。

上記実施形態においては、スクリーンは、別途用意した線条部材５４をフレーム５２の開口部５８に取り付けることで構成する旨記載した。しかし、スクリーンとしての役割を担うスリットは、回転ドラム５０を構成するフレーム５２に、直接形成したものであっても良い。このような構成とすることによれば、フレーム５２とスクリーンを打ち抜き加工等で形成することが可能となり、量産性を向上させ、装置の製造コストを低減することが可能となる。

また、上記実施形態では、目詰まり防止手段としてパイプ部材６２に対して回転自在に保持されたリング部材６０を採用する旨記載した。しかしながら目詰まり防止手段は、回転ドラム５０のスリットに嵌入可能な部材であればリング部材６０以外であっても良い。例えば、平板状に形成されたバネ部材や、単なる棒状部材である。

また、リング部材６０の構成部材を比重の高いものとした場合には、芯材６４とリング部材６０の開口部との間に隙間を持たせるようにしても良い。このような構成とすることにより、スリット間に詰まった異物は自重の作用により回転ドラム５０の内部に押し込むことができ、回転ドラム５０のフレーム５２等と干渉した場合には、上方へシフトしてフレーム５２を乗り越えることが可能となる。そして、このような作用を実現することにより、リング部材６０の外周先端部をフレーム５２の内側にまで突出させることが可能となり、異物除去効果を高めることが可能となる。

また、被分離物の使用用途を、その粒径により異ならせる場合には、スリットを構成する線条部材５４の配置間隔を段階的に広げていくようにすれば良い。

さらに、回転ドラム５０の内周側に配置した内部スクリューは、被分離物を搬送可能な状態であれば、必ずしも回転ドラム５０のフレーム５２に接続されていなくても良い。例えば、入口スクリュー４８と同様に、スクリューをフルブレードとした場合などである。

上記実施形態の分離装置１０は、被分離物を高温の可燃物とした場合を想定したものであるが、被分離物を常温の物とした場合であっても使用することができる。この場合には、目詰まり防止手段として、ブラシを利用することも可能である。

本発明に係る分離装置の実施形態を示す概略図である。 回転ドラムの展開形状を示す図である。 分離装置が用いられるバイオマス処理施設の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０………分離装置、２０………ケーシング、２８………投入口、３０………細粒排出口、３２………粗粒排出口、３４………入口ドラム、４０………回転軸、４２………シール部材、４４………軸受、４８………入口スクリュー、５０………回転ドラム、５２………フレーム、５４………線条部材、５６………内部スクリュー、６０………リング部材、６２………パイプ部材。

Claims (4)

1. 分離対象物を含有する被分離物を搬送するための搬送スクリューを内部に配置した回転ドラムを備え、
   前記回転ドラムの胴部には前記分離対象物を回転ドラムの境外へ排出するための円周方向に延びる開口から成るスリットを設け、
   前記回転ドラムの外周には前記スリットに嵌入する嵌入部材を設けたことを特徴とする分離装置。
2. 前記スリットを、複数の線条部材を間欠的に配置することにより構成したことを特徴とする請求項１に記載の分離装置。
3. 前記線条部材を丸棒の鋼材としたことを特徴とする請求項２に記載の分離装置。
4. 前記嵌入部材を、リング部材により構成し、当該リング部材にパイプ部材を挿通させることによりリング部材を保持する構成としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１に記載の分離装置。

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