JP2009203474A - 熱処理装置および熱分解方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
炭化水素源を熱処理して油化する熱処理装置においておよび／または炭化する熱処理装置において、熱処理によって発生したガスをより容易な方法で安全に処理することが可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】
処理物の投入系１１と、処理物を熱処理して分解する熱処理系１１と、生じたガスを、配管を通じて一部を油分として回収するための冷却・回収系１２と、回収系からのガスの一部及び熱処理系からのガスの一部を熱交換して所定温度の熱処理ガスを前記熱処理系に送るためのガス温度調整系１３と、から主として構成された処理物の熱処理装置１は少なくとも前記前記熱処理系の前段及び後段部分の配管に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入装置１４を有し、前記熱処理系の前段または後段におけるガス温度が所定温度以上に到達した際におよび／または前記熱処理系１１の前段または後段におけるガスの酸素濃度が所定濃度以上になった際に前記不活性ガスを還流させる
【選択図】図１
炭化水素源を熱処理して油化する熱処理装置においておよび／または炭化する熱処理装置において、熱処理によって発生したガスをより容易な方法で安全に処理することが可能な熱処理装置を提供する。
【解決手段】
処理物の投入系１１と、処理物を熱処理して分解する熱処理系１１と、生じたガスを、配管を通じて一部を油分として回収するための冷却・回収系１２と、回収系からのガスの一部及び熱処理系からのガスの一部を熱交換して所定温度の熱処理ガスを前記熱処理系に送るためのガス温度調整系１３と、から主として構成された処理物の熱処理装置１は少なくとも前記前記熱処理系の前段及び後段部分の配管に不活性ガスを導入するための不活性ガス導入装置１４を有し、前記熱処理系の前段または後段におけるガス温度が所定温度以上に到達した際におよび／または前記熱処理系１１の前段または後段におけるガスの酸素濃度が所定濃度以上になった際に前記不活性ガスを還流させる
【選択図】図１
Description
本発明は、熱処理装置に関する。特に、油化装置または油化炭化装置に代表される廃炭化水素系物質を油および／または炭素源として回収する熱処理装置に関する。
発泡樹脂、発泡スチロールなどのいわゆる発泡樹脂等は、緩衝剤・魚箱・食品用トレーなどとして使用された後に廃棄されるが、ゴミとしては容積が大きいので集積や搬送に要する費用は大きい。また、ゴミ処分場の確保の困難な現状からそのまま埋め立てることも困難となりつつある。しかも、廃棄物の処理施設は土地の価格上昇及び住民の反対などの理由により、一般的に市街地には設置困難であり、廃棄物の発生する消費地から遠く離れた郊外に設置せざるを得ない状況にある。同様にして他のプラスチック類も日常多量に廃棄される発泡樹脂等を安価で効率よく安全に油化し燃料として再利用する装置の発明は、ゴミ処分場の確保の困難性、環境汚染の防止、エネルギ資源の再利用などの観点から強く望まれている。
このような廃プラスチックの処理装置を熱処理して油分を回収する装置は、油化装置または油化炭化装置として広く普及している。
例えば、特許文献１には廃プラスチックを加熱分解して石油化学用原料として再利用するケミカルリサイクル法の装置において、安全に熱分解槽内に生成する残査を排出し、そのための運転停止をなくする目的として、廃プラスチックを熱分解により気化させる熱分解槽と、得られた熱分解ガスを珪酸塩触媒の存在下で加熱分解する触媒分解槽と、該触媒分解槽から出たガスから高沸点成分を分離する還流器を有する廃プラスチックのケミカルリサイクル装置で、前記熱分解槽の底部に分解残渣排出槽をもうけ、減圧状態にして残渣を吸い取り、再加熱して完全に熱分解させる油化炭化装置が開示されている。
また、特許文献２では熱分解−接触改質タイプの廃プラスチック油化装置において、廃プラスチックの熱分解により発生した可燃性ガスが、廃プラスチック投入部および熱分解釜において同伴空気によって爆発や火災を引き起こすことを確実に防止するも目的として廃プラスチック投入系統に窒素ガス導入ラインと水封槽と安全弁と酸素計および／または炭化水素計とを設置し、熱分解釜に窒素ガス導入ラインと水封槽と安全弁とを設置してなる、廃プラスチック油化装置における安全機構が開示されている。
特開２００５−１５４５０９号公報（要約書、図１） 特開平６−２２０４５９号公報（全文）
このように油化装置に代表される熱処理装置は、分解効率を向上させるため、および発生したガスの安全対策のため種々の工夫がされている。
しかしながら、このような熱処理装置は、閉鎖系で炭化水素由来のガスを用いているのでより安全性の高い熱処理装置の開発が望まれていた。
従って、本発明の課題は、炭化水素源を熱処理して油化する熱処理装置においておよび／または炭化する熱処理装置において、熱処理によって発生したガスをより容易な方法で安全に処理することが可能な熱処理装置を提供することである。
上記課題を解決する本発明は、処理物を投入するための投入系と、熱源と接続された加熱室と、前記加熱室に設置され、前記処理物の投入系から投入された処理物を熱処理して分解する熱処理系と、前記熱処理系からのガスの一部及び熱処理系からのガスの一部を熱交換して所定温度の熱処理ガスを前記熱処理系に送るための回収・ガス温度調整系と、前記熱処理系に所定温度のガスを循環させるガス循環系と、から主として構成された処理物の熱処理装置において、前記ガス循環系は、不燃ガスまたは不活性ガスを前記ガス循環系のキャリアガスとして使用するためのガス導入装置を有していることを特徴とする熱処理装置に関する。
本発明はまた、熱分解装置により投入した有機物質を分解する熱分解方法であって、
有機性物質を所定温度に加熱した熱分解ゾーンに導入して、有機性物質を炭化水素ガスと固形炭素に分解する工程と、分解した炭化水素ガスと固形炭素を分離する工程と、所望により炭化水素ガスをさらにガス分とオイル分とに分離する工程と、分離した炭化水素ガスを熱交換器を介して所定温度に加熱して循環させる工程と、を含み、前記熱分解ゾーンの前段に不燃ガスまたは不活性ガスを不燃ガスまたは不活性ガスをキャリアガスとして導入することを特徴とする熱分解方法に関する。
有機性物質を所定温度に加熱した熱分解ゾーンに導入して、有機性物質を炭化水素ガスと固形炭素に分解する工程と、分解した炭化水素ガスと固形炭素を分離する工程と、所望により炭化水素ガスをさらにガス分とオイル分とに分離する工程と、分離した炭化水素ガスを熱交換器を介して所定温度に加熱して循環させる工程と、を含み、前記熱分解ゾーンの前段に不燃ガスまたは不活性ガスを不燃ガスまたは不活性ガスをキャリアガスとして導入することを特徴とする熱分解方法に関する。
このように構成することによって、窒素ガス等の不燃ガスや不活性ガスを使用するため爆発の危険性が少なく、熱源ガス量に対して、熱分解ガス発生量が安定した対応を示し、熱源ガス量の変化に対して時間の遅れなく熱分解ガスの発生量が追随するという効果を示す。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の熱処理装置の概略を示す概略図である。
図１に示す通り、本発明の熱処理装置１において、まず、処理物を投入系１０に投入し、投入系１０から熱処理系１１に強制搬送させる。この際所望により、熱処理系に接続されたバーナー等の熱源からの熱を処理物の水分調整に使用してもよい。
ここで、処理物とは、一般にはプラスチック等の炭化水素源である。また、熱処理系１１は、一般には加熱釜等の加熱室であり、１または複数個の加熱室より構成されている（図１では１つ）。一般には、２以上の加熱室を交互に切り替えてバッチ式に操作することが好ましい。
熱処理系１１は、後述するガス温度調整装置である熱交換器１４より所定温度（処理物の融点以上、一般には３５０から４００℃）に加熱されたガスが導入される。なお、図１には１つの熱処理系を記載しているが、熱処理系は、２またはそれ以上の熱分解室から構成されバッチ式で切り替えるのが一般的である（後述の図２参照）。
このようにして処理物が所定温度で熱処理に附されると、処理物は主として炭化水素ガスとして気化して配管を介して分離系１２に搬送される。
分離系１２は、主として凝集管から構成され、所定の分子量を有する炭化水素を油として回収し、そして、所定以下の分子量を有する炭化水素を熱源ガスとして後段の熱交換器１３を介して所定温度の熱源として熱処理系１１に再び戻される構成となっている。
なお、所望に応じて、分離系１２で分離された炭化水素以外の成分は、所望の排ガス処理手段を介して系外に安全に放出する構成を有している。すなわち、所定温度で熱処理系を循環するガス中には、処理物の加熱により発生した種々の成分を含むガスとなる。これを例えば、排ガス処理装置（一般にはスクラバー処理とバグフィルタによる粉塵の除去）により排気基準に適合した排ガスとして放出される。例えば図１に示す実施形態では、分離系１２と熱交換器１４とからのガスを排気系１５により処理している。
本発明の熱処理装置１においては、更に熱処理系１１の前段部分と熱処理系１１の後段部分（図では分離系１２の後段に配管を介して気密に接続された不活性ガス導入手段を有している。すなわち、不活性ガスは、熱処理中に熱処理系を循環するとともに燃焼系に何らかの異常が発生した場合に燃焼系に導入される構成を有している。なお、本発明で言う不活性ガスとは、窒素等の不燃ガスやヘリウム等の不活性ガスを含むことを意味する。
不活性導入手段は、窒素ガスなどの防爆機能を有するガスを燃焼系１１の前段および／または後段に所定流量で導入することができるものであれば特に限定されない。取り扱いの容易さや価格の面から窒素ガスが好ましい。
不活性ガスは、本発明の熱処理装置１の運転に異常が生じた際に、すなわち燃焼系１１で発生したガス温度が異常に増加した際、あるいは燃焼系１１に導入されるガスの温度が異常に高温の場合には、窒素ガス等の不活性ガスを燃焼系１１の前段に導入する構成を有している。
これに加えて、あるいはこれに代わって燃焼系１１に入るガス、燃焼系１１から放出されるガスあるいは両者のガス成分をモニタし、例えばガス中の酸素濃度が異常に高い場合には同様にして不活性ガスを燃焼系１１の前段および／または後段に導入する構成を有している。
そのため、本発明の熱処理装置１には図示しない温度計や酸素濃度計を有している。また、所望に応じて従来公知の通り、所定位置に熱処理によって発生したガスを大気に放出するためのリリースバルブが設けられている。
このようにして異常時に不活性ガスを導入することにより、不活性ガスを含むガス循環させることによって循環するガスの温度や酸素濃度は正常の状態に戻っていく。
このように、少なくとも燃焼系１１の前段および後段に不活性ガスを導入して還流させる、窒素ガス等の不活性ガスを使用するため爆発の危険性が少なくなり、熱源ガス量に対して、熱分解ガス発生量が安定した対応を示し、熱源ガス量の変化に対して時間の遅れなく熱分解ガスの発生量が追随するという効果を示す。
このことは、単に不活性ガスを導入するだけの従来技術よりもより安全性が高まる。なお、還流した窒素ガス等の不活性ガスは分離系１２により分離されて再び不活性ガス導入手段１４に戻す構成とすることもできる。
このような構成を有する本発明の熱処理装置１は種々の用途に適用可能である。
例えば、熱分解温度よりも融点の高い金属から炭化水素由来物質を剥離するための剥離清掃機として本発明の熱処理装置１を使用することができる。
例えば、熱分解温度よりも融点の高い金属から炭化水素由来物質を剥離するための剥離清掃機として本発明の熱処理装置１を使用することができる。
このような剥離清掃装置は、薬品類を用いずに金属、セラミックス等の熱分解温度にて安定な物質からプラスチック、塗料等を有効に剥離することが可能となる。
同様にして、本発明の熱処理装置１は、廃プラスチック、廃タイヤを含む炭素由来の廃棄物、生ごみ、廃油、医療系廃棄物からなる群から選択された少なくとも１つを処理する油化装置または油化炭化装置であることができる。すなわち、従来の廃プラスチックで使用されていた油化・炭化装置に代えてより安全な油化炭化装置を本発明の熱処理装置を用いて初めて実現可能である。
生ゴミ等あるいは生ゴミと他の廃棄物の混合型の廃棄物を処理する場合には、処理物中の水分量が一定ではなくなる。そのため、本発明の熱処理装置では、熱交換器からの熱などを用いて処理前に予め乾燥させておくことが可能である。
このような生ゴミあるいは生ゴミと他の廃棄物との混合型の廃棄物の場合には、油等を回収する必要がなくその場合には図１に示す分離系１２は省略可能である。
また、水分量が多い生ごみやプラスチック等の性質の異なる廃棄物を本発明の熱処理装置により同時に処理しても、水分由来の還流ガスの異常にすばやく対応可能となるという効果も奏する。
このような生ゴミあるいは生ゴミと他の廃棄物との混合型の廃棄物の場合には、油等を回収する必要がなくその場合には図１に示す分離系１２は省略可能である。
また、水分量が多い生ごみやプラスチック等の性質の異なる廃棄物を本発明の熱処理装置により同時に処理しても、水分由来の還流ガスの異常にすばやく対応可能となるという効果も奏する。
次に、本発明の装置を生ごみや生ごみと他の廃棄物から構成された処理物を熱処理装置に応用する例を図２に基づいて説明する。図２は本発明の一実施形態を示す概略図である。図２に示す装置は、バッチ式の二層式の熱分解室により処理物を処理した後にガスを再加熱して排気する装置である。この際の熱源は加熱された（代表的には４５０℃程度に加熱された）不活性ガスを熱分解室に搬送して行う。
次に、図３に基づいて本発明の特定の実施形態を説明する。図３は、本発明の特定の実施形態を示す図面である。
この実施形態は、本発明の熱処理装置を生ごみや生ごみを含む混合型廃棄物を熱分解処理する装置の一例を示している。
この実施形態は、本発明の熱処理装置を生ごみや生ごみを含む混合型廃棄物を熱分解処理する装置の一例を示している。
なお、図３において、投入口１０から生ごみ等の水分含有量の多い有機性処理物が投入される。これをバーナにより加熱された加熱炉１１ｃからの熱により加熱された熱分解室からの熱により有機性処理物を乾燥させる乾燥塔により乾燥させてから熱処理を行う。この実施形態では、比較的高温で処理するので、炭化水素の殆どが気化し気液分離装置により気体を回収し、回収した気体を常套手段によりガス処理（例えばスクラバ処理）して排気する。この際に、ガス処理後の気体の一部を発電機と接続して発電させることも可能である。
一方、熱処理により残った残渣（カーボン）は、残渣レシーバにより回収される。なお、投入口、乾燥塔、気液分離装置からの水分は常套の水処理システムにより水処理される。
本発明において、このような熱処理装置を生ごみ等の水分の多き有機物の熱分解処理に適用することが可能である。しかも、図１に示す実施形態と同様に不活性ガス導入手段による不活性ガスの導入によりより安全性の高い装置が構築される。
次に、図４に基づいて本発明の熱処理方法について説明する。図４は、本発明による熱処理のフローを示すフローチャートである。まず、有機性物質を所定温度に加熱した熱分解ゾーンに導入して、有機性物質を炭化水素ガスと固形炭素に分解する。分解された固形炭素は、カーボン残渣として有効活用できる。
分離された炭化水素ガスは、所望によりさらに炭化水素ガスとオイルとに分離する。分離により得られたオイル分はＣ重油や灯油として有効活用できる。
一方分離して得られた炭化水素ガスを不活性ガスとともに循環させ、そして熱交換器により予定温度に加熱して加熱ゾーンの加熱に利用する。
１ 熱処理装置
１０ 投入系
１１ 熱処理系
１２ 分離系
１３ 熱交換器
１４ 不活性ガス導入手段
１５ 排気系
１０ 投入系
１１ 熱処理系
１２ 分離系
１３ 熱交換器
１４ 不活性ガス導入手段
１５ 排気系
Claims (13)
- 処理物を投入するための投入系と、
熱源と接続された加熱室と、前記加熱室に設置され、前記処理物の投入系から投入された処理物を熱処理して分解する熱処理系と、
前記熱処理系からのガスの一部及び熱処理系からのガスの一部を熱交換して所定温度の熱処理ガスを前記熱処理系に送るための回収・ガス温度調整系と、
前記熱処理系に所定温度のガスを循環させるガス循環系と、
から主として構成された処理物の熱処理装置において、
前記ガス循環系は、不燃ガスまたは不活性ガスを前記ガス循環系のキャリアガスとして使用するためのガス導入装置を有していることを特徴とする熱処理装置。 - 前記熱処理装置は、さらに前記熱処理により生じたガスを、配管を通じて一部を油分として回収するための冷却・回収系を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱処理装置。
- 前記ガス導入手段は、前記熱処理系の前段または後段におけるガス温度が所定温度以上に到達した際におよび／または前記熱処理系の前段または後段におけるガスの酸素濃度が所定濃度以上になった際に前記不燃ガスまたは不活性ガスを導入するガス導入管を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱処理装置。
- 前記不燃ガスまたは不活性ガスが窒素ガスを主成分として含むことを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記燃焼系の後段の配管にはガス抜きをするためのガス抜き装置を有していることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記熱処理装置が、不燃性または熱分解温度よりも融点の物質から炭化水素由来物質を剥離するための剥離清掃機を構成することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記投入系は、前記処理物の水分含有量を所定範囲以下になるまで乾燥するための乾燥手段が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記乾燥手段が前記熱処理系からの熱を利用するものであることを特徴とする請求項７に記載の熱処理装置。
- 前記熱処理装置は、廃プラスチック、廃タイヤを含む炭素由来の廃棄物、生ごみ、廃油、医療系廃棄物からなる群から選択された少なくとも１つを処理する油化装置または油化炭化装置であることを特徴とする請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記熱処理装置は、発生した炭化水素系ガスを熱源として使用することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 前記循環系は、前記熱処理系で発生したガスと前記キャリアガスの混合物を排気する排気系と接続されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の熱処理装置。
- 熱分解装置により投入した有機物質を分解する熱分解方法であって、
有機性物質を所定温度に加熱した熱分解ゾーンに導入して、有機性物質を炭化水素ガスと固形炭素に分解する工程と、
分解した炭化水素ガスと固形炭素を分離する工程と、
分離した炭化水素ガスを熱交換器を介して所定温度に加熱して循環させる工程と、を含み
前記熱分解ゾーンの前段に不燃ガスまたは不活性ガスを不燃ガスまたは不活性ガスをキャリアガスとして導入することを特徴とする熱分解方法。 - 分離した炭化水素ガスをさらに炭化水素ガスと油分とに分解する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の熱分解方法。
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