JP2021067409A - 加熱処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】処理原料の加熱処理効率を向上することができ、これにより、処理原料の加熱処理量を増大することができる、加熱処理装置を提供する。【解決手段】第１のスクリューコンベア１２と、第２のスクリューコンベア１３と、第１のノズル配管１４と、第２のノズル配管１５と、を有し、第１のスクリューコンベア１２が右回転する場合には、第１のノズル配管１４は第１のスクリューコンベア１２の左側方に配置され、第１のスクリューコンベア１２が左回転する場合には、第１のノズル配管１４は第１のスクリューコンベア１２の右側方に配置され、第２のスクリューコンベア１３が右回転する場合には、第２のノズル配管１５は第２のスクリューコンベア１３の左側方に配置され、第２のスクリューコンベア１３が左回転する場合には、第２のノズル配管１５は第２のスクリューコンベア１３の右側方に配置される、加熱処理装置。【選択図】図１

Description

本発明は、過熱蒸気または高温燃焼ガスにより処理原料の乾燥、半炭化または炭化を含む加熱処理を行う加熱処理装置に関する。
従来、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管を軸心に備える第１のロータリーキルンと、超高温の過熱蒸気を噴出する第２のノズル配管を軸心に備える第２のロータリーキルンとを用いて、処理原料を加熱処理する加熱処理装置が知られている（たとえば、特許文献１）。
特開２００４−２６３１９３号公報
しかしながら、特許文献１では、２つのロータリーキルンを直列に連結し、ロータリーキルンを回転させて処理原料を熱処理する構造のため、処理原料が排出されるまでに時間がかかってしまい、処理原料の処理量を増大することができなかった。また、処理原料の処理量を増大するために、ロータリーキルン内での処理原料の搬送速度を速めることも考えられるが、この場合、その分だけ熱処理時間が減少してしまうため、熱処理効率を高める必要があった。
本発明は、処理原料の加熱処理効率を向上することができ、これにより、処理原料の加熱処理量を増大することができる、加熱処理装置を提供することを目的とする。
本発明に係る加熱処理装置は、第１のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアと並列する第２のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアの側方に配置され、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管と、前記第２のスクリューコンベアの側方に配置され、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第２のノズル配管と、を有し、前記第１のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第１のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの右側方に配置され、前記第２のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置される。
上記加熱処理装置において、前記第１のスクリューコンベアは右回転を行い、前記第２のスクリューコンベアは左回転を行い、処理原料の投入側から排出側に向けて平面視した場合に、前記第２のスクリューコンベアは前記第１のスクリューコンベアの右側に配置され、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置されるように構成することができる。
上記加熱処理装置において、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左上側に配置され、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右上側に配置され、前記第１のノズル配管および前記第２のノズル配管は、前記高温ガスを噴出するためのノズルまたは孔である複数の噴出部を有し、前記複数の噴出部は、下方または下側方に向けて高温ガスを噴射するように構成することができる。
上記加熱処理装置において、前記高温ガスは過熱蒸気であるように構成することができる。
上記加熱処理装置において、加熱処理炉内に過熱蒸気を充填し、加熱処理炉内を無酸素状態とするように構成することができる。
上記加熱処理装置において、主に乾燥処理を行う第１加熱処理炉と、主に半炭化または炭化処理を行う第２加熱処理炉と、を有し、前記第１加熱処理炉および前記第２加熱処理炉には、それぞれ、前記第１のスクリューコンベア、前記第２のスクリューコンベア、前記第１のノズル配管、および前記第２のノズル配管がそれぞれ配置されているように構成することができる。
本発明により、処理原料の加熱処理効率を向上することができ、これにより、処理原料の加熱処理量を増大することができる、加熱処理装置を提供することができる。
第１実施形態に係る加熱処理装置の平面断面図である。 第１実施形態に係る加熱処理装置の側面断面図である。 第１実施形態に係る加熱処理装置の正面図である。 第１実施形態に係る加熱処理装置の加熱処理動作を説明するための図である。 第２実施形態に係る加熱処理装置の平面断面図である。 第２実施形態に係る加熱処理装置の側面断面図である。 第２実施形態に係る加熱処理装置の正面図である。 第２実施形態に係る加熱処理装置の加熱処理動作を説明するための図である。
以下に、図面に基づいて、本発明に係る加熱処理装置を説明する。なお、本発明に係る加熱処理装置に適用できる被加熱処理物（以下、処理原料という。）は、液体および気体を除く、粘性物質および／または固形物質であり、たとえば、木材加工工場、廃棄物中間処理場などから発生する木質材や生物由来の有機性資源などからなる処理原料である。また、本発明に係る加熱処理装置は、生産工場などで用いる各種の有機物または無機物からなる原料や製品の乾燥、半炭化または炭化を含む加熱処理にも適用できる。さらに、本発明に係る加熱処理装置は、処理原料の加熱処理を連続で行うこともでき、またバッチ処理で行うこともできる。
《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る加熱処理装置１の平面断面図であって、図２のＩ−Ｉに沿う断面図である。また、図２は第１実施形態に係る加熱処理装置１の側面断面図であって、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。さらに、図３は第１実施形態に係る加熱処理装置１の正面図である。
加熱処理装置１は、図２および図３に示すように、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０と、架台４０とを有する。架台４０は、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０を載置するための台であり、３段構造となっている。本実施形態では、図２および図３に示すように、架台４０の上段に第１キルン１０が載置され、架台４０の中段に第２キルン２０が載置され、架台４０の下段に第３キルン３０が載置される。これにより、加熱処理装置１では、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０が垂直方向に配置される構造となる。一方で、第１キルン１０、第２キルン２０、第３キルン３０は、排出シュート１９，２９を介して直列に連通しており、第１キルン１０に投入された処理原料は、第１キルン１０、第２キルン２０、第３キルン３０内を搬送されながら加熱処理が行われた後に、第３キルン３０から炭化物または半炭化物として排出される。なお、第１キルン１０では主に処理原料の乾燥処理が行われ、第２キルン２０および第３キルン３０では主に処理原料の炭化または半炭化処理が行われる。以下に、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０の各構成について説明する。
第１キルン１０は、処理原料を加熱処理する加熱処理炉１１を有する。加熱処理炉１１の長さは、特に限定されないが、本実施形態においては８ｍ〜１２ｍとされる。また、加熱処理炉１１の内幅も、特に限定されないが、本実施形態においては０．５ｍ〜２．０ｍとされる。加熱処理炉１１の一端側には処理原料を投入するための投入口（ホッパー）１６が設けられ、他端側には処理原料を第２キルン２０へと排出するための排出口１７が設けられている。また、加熱処理炉１１内には、図１に示すように、一対のスクリューコンベア１２，１３と、一対のノズル配管１４，１５とがそれぞれ平行に配置されている。
一対のスクリューコンベア１２，１３のうち、第１のスクリューコンベア１２は、右回転（時計回りで回転）することで、処理原料を加熱処理炉１１の投入口１６から排出口１７まで搬送する。また、第２のスクリューコンベア１３は、左回転（反時計回りで回転）することで、処理原料を加熱処理炉１１の投入口１６から排出口１７へと搬送する。図１〜図３に示すように、第１のスクリューコンベア１２および第２のスクリューコンベア１３は並列して配置されるとともに、投入口１６側から排出口１７側に向けて平面視した場合に、第２のスクリューコンベア１３が、第１のスクリューコンベア１２の右側に配置される。なお、一対のスクリューコンベア１２，１３は、モーター１１０の駆動により各回転方向に回転する。
加熱処理炉１１内には、一対のノズル配管１４，１５が配置される。第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、図１および図２に示すように、加熱処理炉１１内を延在するとともに、その一端は過熱蒸気発生器５０と接続している。また、第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５には、延在方向に所定の間隔で噴出口が設けられており、過熱蒸気発生器５０で発生させた高温の過熱蒸気（２００〜７００℃）を噴出口から噴出することで、加熱処理炉１１内の処理原料を加熱処理する。なお、過熱蒸気発生器５０は、過熱蒸気に代えて、または過熱蒸気に加えて、蒸気を発生することもでき、発生した蒸気を加熱処理炉１１に供給することもできる。
また、第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、第１のスクリューコンベア１２および第２のスクリューコンベア１３と平行に配置される。具体的には、第１のノズル配管１４は、第１のスクリューコンベア１２よりも外側、すなわち、投入口１６側から排出口１７側に向けて平面視した場合に、第１のスクリューコンベア１２の左側に配置される。同様に、第２のノズル配管１５は、第２のスクリューコンベア１３よりも外側、すなわち、投入口１６側から排出口１７側に向けて平面視した場合に、第２のスクリューコンベア１３の右側に配置される。
言い換えると、本実施形態では、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア１２の左側と、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア１３の右側に、それぞれ一対のノズル配管１４，１５が配置される。これは、スクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に処理原料が寄せられる傾向があり、スクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に一対のノズル配管１４，１５をそれぞれ配置することで、スクリューコンベア１２，１３の回転方向の反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができるためである。
また、本実施形態では、図２に示すように、第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、第１のスクリューコンベア１２および第２のスクリューコンベア１３よりも上方に配置されており、下側または下側方に向かって、過熱蒸気を噴出する構成となっている。これにより、一対のノズル配管１４，１５は、スクリューコンベア１２，１３の回転を邪魔することなく、処理原料に向けて過熱蒸気を噴出することができる。
また、本実施形態に係る加熱処理装置１では、第２キルン２０および第３キルン３０においても、第１キルン１０と同様に、加熱処理炉２１，３１内に一対のスクリューコンベア２２，２３，３２，３３と一対のノズル配管２４，２５，３４，３５とをそれぞれ有する。すなわち、第２キルン２０および第３キルン３０においても、第１のスクリューコンベア２２，３２および第２のスクリューコンベア２３，３３と、第１のノズル配管２４，３４および第２のノズル配管２５，３５とが平行に配置されており、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア２２，３２の左側に第１のノズル配管２４，３４が配置され、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア２３，３３の右側に第２のノズル配管２５，３５が配置される。また、第１のノズル配管２４，３４および第２のノズル配管２５，３５は、第１のスクリューコンベア２２，３２および第２のスクリューコンベア２３，３３よりも上方に配置される。第２キルン２０および第３キルン３０においても、各スクリューコンベア２２，２３，３２，３３の回転方向と反対側に各ノズル配管２４，２５，３４，３５を配置することで、スクリューコンベア２２，２３，３２，３３の回転方向と反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができる。
加熱処理装置１では、第１キルン１０の加熱処理炉１１と第２キルン２０の加熱処理炉２１とが排出シュート１９を介して連通している。第１キルン１０の加熱処理炉１１の排出口１７まで搬送された処理原料は、排出口１７、排出シュート１９、第２キルン２０の投入口２６を順に通って、第２キルン２０の加熱処理炉２１内に搬送される。また、第２キルン２０の加熱処理炉２１において、処理原料は、一対のスクリューコンベア２２，２３により投入口２６側から排出口２７側へと加熱処理炉２１の排出口２７まで搬送される。また、本実施形態に係る加熱処理装置１では、第２キルン２０の加熱処理炉２１と第３キルン３０の加熱処理炉３１とは排出シュート２９を介して連通しており、処理原料は第２キルン２０の加熱処理炉２１の排出口２７、排出シュート２９および第３キルン３０の投入口３６を順に通って、第３キルン３０の加熱処理炉３１内に搬送される。そして、処理原料は、第３キルン３０の加熱処理炉３１を、一対のスクリューコンベア３２，３３により投入口３６側から排出口３７側へと搬送され、加熱処理炉３１の排出口３７から、外部へと排出される。なお、排出シュート１９，２９や排出口１７，２７，３７には、これらを開閉するための開閉バルブを設けることができる。
なお、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０において、第１のノズル配管１４，２４，３４および第２のノズル配管１５，２５，３５から噴出される過熱蒸気は、過熱蒸気発生器５０で発生させた高温の過熱蒸気（２００〜７００℃）であってもよいし、過熱蒸気発生器５０で発生させた高温の過熱蒸気（２００〜７００℃）をさらに蒸気加熱器（スーパーヒータ）で加熱して超高温の過熱蒸気（３００〜１２００℃）としてもよい。あるいは、過熱蒸気発生器５０で発生させた飽和蒸気から、蒸気加熱器（不図示）によって、一度で超高温の過熱蒸気（２００〜１２００℃）を発生させてもよい。また、キルン１０，２０，３０ごとに過熱蒸気の温度を適宜変更する構成としてもよい。
第３キルン３０の排出口３７の下には、排出口３７から排出された処理原料を無酸素状態で、その温度を大気中で燃えない温度（即ち、非自燃温度）まで下げて外部に排出する処理物排出機構を設ける構成とすることもできる。この場合、処理物排出機構は全長が約３ｍ（２〜５ｍ程度が好ましい）の排出用コンベアを備え、加熱処理装置１により加熱処理されて減容された処理原料を、過熱蒸気で酸素を追い出した状態で、徐々に搬送することで、処理原料を１００℃以下（着火点以下）に降温することができる。
また、加熱処理装置１の各部材は、高温度で使用されるため、周囲は耐熱材料（例えば、ステンレス、耐熱鋼）などで構成され、内部は超高温の場合、強度を有するレンガや耐熱耐摩耗性セラミックなどを貼着する構成とすることができる。通常はシェルをステンレス構造として、外部に高温仕様のセラミックファイバー等にて保温する。
次に、本実施形態に係る加熱処理装置１の動作例について説明する。本動作例では、図４に示すように、重油、ＬＰＧ、ＬＮＧおよび各キルン１０，２０，３０で発生した排ガス中の乾留ガスを燃料として、燃焼炉６０において燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスを過熱蒸気発生器５０に供給する。過熱蒸気発生器５０では、供給された約２０℃の水を燃焼ガスで蒸気にし、さらに加熱して１００〜８００℃の高温の過熱蒸気（本動作例では５００℃）を発生させる。そして、過熱蒸気発生器５０で発生した約５００℃の過熱蒸気は、第１のノズル配管１４，２４，３４および第２のノズル配管１５，２５，３５へとそれぞれ供給され、第１のノズル配管１４，２４，３４および第２のノズル配管１５，２５，３５から第１キルン１０の加熱処理炉１１、第２キルン２０の加熱処理炉２１、第３キルン３０の加熱処理炉３１でそれぞれ噴出される。
本動作例では、炭素含有化合物である処理原料（たとえば０．５〜２ｃｍに粉砕した木材チップ（有機性廃棄物）を第１キルン１０の加熱処理炉１１内に、たとえば、２０００ｋｇ／時間（Ｈ）の割合で投入する。これにより、第１キルン１０の加熱処理炉１１内で、処理原料は高温加熱され、多分に水分を含んでいる場合であっても乾燥処理され、一部は半炭化が進む。本実施形態では、処理原料が十分に乾燥するように、第１キルン１０における滞留時間が調整される。第１キルン１０の加熱処理炉１１での処理原料の滞留時間は、一対のスクリューコンベア１２，１３の回転速度によって変わるので、処理原料が十分に乾燥する滞留時間となるように一対のスクリューコンベア１２，１３の回転速度が調整される。そして、第１キルン１０の加熱処理炉１１で加熱処理（乾燥処理）された処理原料は、排出口１７を介して、第２キルン２０の加熱処理炉２１へと投入される。このとき、処理原料からはある程度の水分が除去されているので、本実施形態においては、第２キルン２０の加熱処理炉２１に投入される処理原料は、約１２００ｋｇ／時間程度の投入量となる。
第２キルン２０でも、第１キルン１０と同様に、約５００℃に加熱された高温の過熱蒸気が一対のノズル配管２４，２５を介して加熱処理炉２１内に噴出され、処理原料の加熱処理が行われる。第２キルン２０の加熱処理炉２１では、主に炭化処理または半炭化処理が行われ、また一部の処理原料については乾燥処理が行われる。炭化処理または半炭化処理は、高温の過熱蒸気に処理原料を無酸素状態で曝すことで、有機性の処理原料を炭化または半炭化する処理である。処理原料が炭化または半炭化されると、処理原料に含まれている炭素以外の元素は分解し、可燃性ガスを発生する。加熱処理炉２１から排出されたガスは、可燃性ガス（乾留ガス）を含んでおり、また２２０℃前後と高温であるため、ファンなどにより吸気配管２８を介して吸引回収して燃焼炉６０に供給することで、加熱処理装置１の燃費効率を高めることができる（第１キルン１０、第３キルンにおいても同様。）。
第２キルン２０において加熱処理が行われた後、処理原料は、排出口２７から第３キルン３０へと搬送され、第３キルン３０内においても同様に加熱処理が行われる。なお、第１実施形態では、第３キルン３０への処理原料の投入量は、約６００ｋｇ／時間程度となり、最終的に約４００ｋｇ／時間程度の炭化物または半炭化物を得ることができる。
なお、上述した動作例は、本実施形態に係る加熱処理装置１の動作の一例であって、過熱蒸気の温度や処理原料の投入量が上記動作例に限定されるものではない。また、処理原料を炭化する場合には、過熱蒸気発生器５０においてより高い温度（たとえば約６８０℃）まで加熱した過熱蒸気を発生させて、各キルン１０，２０，３０に供給することで、処理原料を炭化させて、炭化物を取得する構成とすることもできる。
以上のように、本実施形態に係る加熱処理装置１では、一対のスクリューコンベア１２，１３と、一対のノズル配管１４，１５とを有し、右回転する第１のスクリューコンベア１２の左側方に第１のノズル配管１４が配置され、左回転する第２のスクリューコンベア１３の右側方に第２のノズル配管１５が配置される。発明者は、処理原料の加熱処理の効率化を図るために鋭意研究を行った結果、処理原料がスクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に寄せられる傾向があることを見出し、右回転する第１のスクリューコンベア１２の左側方に第１のノズル配管１４を配置し、左回転する第２のスクリューコンベア１３の右側方に第２のノズル配管１５を配置することで、スクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができることを見出したものである。このように、第１実施形態に係る加熱処理装置１では、右回転する第１のスクリューコンベア１２の左側方に第１のノズル配管１４を配置し、左回転する第２のスクリューコンベア１３の右側方に第２のノズル配管１５を配置することで、従来の加熱処理装置と比べて、加熱処理効率を大幅に向上することができ、その結果、処理原料の加熱処理量を大幅に増大することができる。また、過熱蒸気は、加熱した空気と比べて、単位体積当たりの熱容量が大きく、非常に高い熱伝導性を持つため、過熱蒸気を用いて加熱処理を行うことで、処理原料を効率的に乾燥、半炭化および炭化することができる。さらに、加熱処理炉１１，２１，３１を過熱蒸気で満たすことで、加熱処理炉１１，２１，３１内を無酸素状態とすることができ、処理原料の半炭化または炭化を行うことが可能となる。このように、本実施形態に係る加熱処理装置１では、従来の加熱処理装置と比べて、熱処理効率を大幅に向上することができ、その結果、処理原料の処理量を増大することができ、処理原料のリサイクル事業などでも実用できるレベルの容量で処理原料を加熱処理することが可能となった。
また、第１実施形態に係る加熱処理装置１では、第１のノズル配管１４は第１のスクリューコンベア１２の左上側に配置され、第２のノズル配管１５は第２のスクリューコンベア１３の右上側に配置される。第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、高温ガスを噴出するためのノズルまたは孔を有し、下方または下側方に向けて過熱蒸気を噴射する。これにより、本実施形態に係る加熱処理装置１では、ノズル配管１４，１５がスクリューコンベア１２，１３と接触することなく、スクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができる。
さらに、従来（たとえば特許文献１）では、スクリューコンベアではなくロータリーキルンを用い、ロータリーキルンを回転させて、処理原料を加熱しながら、ロータリーキルン内部（炉内）において処理原料を搬送していた。しかしながら、このような構成の場合、処理原料の形状・向きによって処理原料の炉内における搬送速度がばらついてしまい、処理原料を一定量、一定の速度で投入した場合でも、炉内での搬送速度にばらつきが生じ、その結果、処理原料の加熱時間がばらつき、一部の処理原料の加熱が不十分、または過度に加熱されてしまう場合があった。特に、半炭化物を製造する場合、未炭化となる場合や炭化しすぎてしまい、品質の低下が問題となることがあった。これに対して、本実施形態に係る加熱処理装置１では、スクリューコンベア１２，１３を備えることで、処理原料の炉内における搬送速度を略一定とすることができ、加熱時間を略一定とすることができるため、加熱処理の程度が略均一で高品質な炭化物または半炭化物を得ることができる。
《第２実施形態》
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａの平面断面図であって、図６のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図６は第２実施形態に係る加熱処理装置１ａの側面断面図であって、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。また、図７は第２実施形態に係る加熱処理装置１ａの正面図である。
第２実施形態において、加熱処理装置１ａは、単一のキルン７０を備える。キルン７０は加熱処理炉７１を有し、加熱処理炉７１は、一対のスクリューコンベア７２，７３および一対のノズル配管７４，７５を有する。第２実施形態においても、第１のスクリューコンベア７２および第２のスクリューコンベア７３と、第１のノズル配管７４および第２のノズル配管７５とが平行に配置されており、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア７２の左側に第１のノズル配管７４が配置され、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア７３の右側に第２のノズル配管７５が配置される。また、第１のノズル配管７４および第２のノズル配管７５は、第１のスクリューコンベア７２および第２のスクリューコンベア７３よりも上方に配置される。これにより、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａにおいても、スクリューコンベア７２，７３の回転方向と反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができる。
また、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａは、単一のキルン７０のみを有する構成のため、処理原料を十分に加熱処理することができるように、第１実施形態に係る第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０と比べて、加熱処理炉７１の長さを長く構成することができる。この場合、一対のスクリューコンベア７２，７３および一対のノズル配管７４，７５も、第１実施形態よりも長い長さで構成されることとなる。このように、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａにおいて、第１実施形態と比べて、加熱処理炉７１を長く構成することで、加熱処理炉７１での加熱処理時間を長くすることができ、第１実施形態に係る加熱処理装置１のようにキルンを３段構成としなくとも、簡易な構造で、処理原料を乾燥、炭化、または半炭化することができる。また、加熱処理炉７１の長さを調整することで、処理原料の乾燥、炭化、または半炭化の度合いを調整することもできる。
また、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａにおいて、処理原料を十分に加熱処理することができるように、第１実施形態の加熱処理装置１と比べて、一対のスクリューコンベア７２，７３の回転速度を遅くし、処理原料の搬送速度を遅くする構成とすることもできる。このように、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａにおいて、第１実施形態と比べて、処理原料の搬送速度を遅くすることで、加熱処理炉７１での加熱処理時間を長くすることができ、第１実施形態に係る加熱処理装置１のようにキルンを３段構成としなくとも、簡易な構造で、処理原料を乾燥、炭化、または半炭化することができる。また、一対のスクリューコンベア７２，７３の回転速度を調整することで、処理原料の乾燥、炭化、または半炭化の度合いを調整することもできる。
図８は、第２実施形態に係る加熱処理装置１の動作例を説明するための図である。図８に示す動作例でも、図４に動作例と同様に、燃焼炉６０において燃焼ガスを生成し、生成した燃焼ガスを過熱蒸気発生器５０に供給することで、高温の過熱蒸気を発生させ、第１のノズル配管７４および第２のノズル配管７５へと供給する。本動作例では、炭素含有化合物である処理原料をキルン７０の加熱処理炉７１内に、たとえば、２０００ｋｇ／時間（Ｈ）の割合で投入する。これにより、キルン７０の加熱処理炉７１内で、処理原料は高温加熱され、多分に水分を含んでいる場合であっても、加熱処理炉７１を搬送される間に、乾燥が行われ、半炭化または炭化処理が行われる。そして、本動作例では、加熱処理炉７１の排出口７１から約６００ｋｇ／時間の炭化物または半炭化物が取得される。
以上のように、第２実施形態に係る加熱処理装置１では、第１実施形態と同様に、一対のスクリューコンベア７２，７３と、一対のノズル配管７４，７５とを有し、右回転する第１のスクリューコンベア７２の左側方に第１のノズル配管７４が配置され、左回転する第２のスクリューコンベア７３の右側方に第２のノズル配管７５が配置される。これにより、スクリューコンベア７２，７３の回転方向と反対側に寄せられる傾向がある処理原料を効率的に加熱処理することができる。また、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａでは、単一のキルン７０を有する構成のため、加熱処理装置１ａの構造を簡略化することができ、加熱処理装置１ａの製造コストを低減することができる。さらに、第２実施形態に係る加熱処理装置１ａでは、加熱処理炉７１の長さや一対のスクリューコンベア７２，７３の回転速度を調整することで、処理原料を加熱処理する時間を調整することができ、処理原料の乾燥、炭化、または半炭化の度合いを調整することもできる。
以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。
たとえば、上述した実施形態では、投入口１６側から排出口１７側に向けて平面視した場合に、第１のスクリューコンベア１２を左側に配置し、第２のスクリューコンベア１３を右側に配置するとともに、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア１２の左側に第１のノズル配管１４を、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア１３の右側に第２のノズル配管１５を配置する構成を例示したが、これに限定されず、第１のスクリューコンベア１２を右側に配置し、第２のスクリューコンベア１３を左側に配置するとともに、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア１２の左側（すなわち中央側）に第１のノズル配管１４を、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア１３の右側（すなわち中央側）に第２のノズル配管１５を配置する構成としてもよい。この場合も、第１のスクリューコンベア１２の回転方向と反対側に第１のノズル配管１４が配置され、第２のスクリューコンベア１３の回転方向と反対側に第２のノズル配管１５が配置されることとなり、スクリューコンベアの回転方向と反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができる。
また、上述した実施形態では、過熱蒸気を噴出することで処理原料の加熱処理を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、過熱蒸気に代えて高温燃焼ガスを噴出することで処理原料の加熱処理を行う構成としてもよい。また、上述した第１実施形態に係る加熱処理装置１において、第１キルン１０で過熱蒸気を用いて加熱処理を行い、第２キルン２０および第３キルンで高温燃焼ガスを用いて加熱処理を行う構成としてもよい。
さらに、上述した実施形態では、各キルン１０，２０，３０，７０をそれぞれ略水平に配置する構成を例示したが、この構成に限定されず、各キルン１０，２０，３０，７０を下降傾斜、たとえば０．２〜２度の範囲で、排出口１７，２７，３７，７７側が低くなるように傾斜する構成としてもよい。
加えて、上述した実施形態では、処理原料として木材チップを適用する構成を例示したが、これに限定されず、たとえば草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、炭素を含む廃プラスチックなどを処理原料として用いることもできる。
また、上述した実施形態では、一対のスクリューコンベア１２，１３，２２，２３，３２，３３，７２，７３をチェーンで回転させる構成を例示したが、この構成に限定されず、車輪を用いて回転させる構成としてもよい。また、一対のノズル配管１４，１５，２４，２５，３４，３５，７４，７５は、キルン１０，２０，３０，７０の軸心に対して平行としたが、必ずしも平行あるいは直線である必要はなく、例えば、ジグザグ状に配管してもよい。
また、上述した実施形態では、第１キルン１０またはキルン７０に投入口１６，７６を有する構成を例示したが、この構成に加えて、投入口１６、７６に処理原料を投入するためのコンベアなどをさらに有する構成とすることもできる。
さらに、上述した第１実施形態では、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０の３つのキルンを有する構成を例示したが、この構成に限定されず、第１キルン１０および第２キルン２０のみから構成してもよいし、４以上のキルンを有する構成としてもよい。
加えて、上述した実施形態では、一対のスクリューコンベアを有する構成を例示したが、単一のスクリューコンベアまたは３本以上のスクリューコンベアを有する構成とすることができる。ただし、この場合も、右回転するスクリューコンベアの左側方にノズル配管が配置され、左回転するスクリューコンベアの右側方にノズル配管が配置されるものとする。また、同様に、上述した実施形態では、一対のノズル配管を有する構成を例示したが、単一のノズル配管または３本以上のノズル配管を有する構成とすることができる。この場合も、右回転するスクリューコンベアの左側方にノズル配管が配置され、左回転するスクリューコンベアの右側方にノズル配管が配置されるものとする。
１，１ａ…加熱処理装置
１０，２０，３０，７０…キルン
１１，２１，３１，７１…加熱処理炉
１２，２２，３２，７２…第１のスクリューコンベア
１３，２３，３３，７３…第２のスクリューコンベア
１４，２４，３４，７４…第１のノズル配管
１５，２５，３５，７５…第２のノズル配管
１６，２６，３６，７６…投入口
１７，２７，３７，７７…排出口
１８，２８，３８，７８…吸気配管
１９，２９…排出シュート
５０…過熱蒸気発生器
６０…燃焼炉
本発明に係る加熱処理装置は、第１のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアと並列する第２のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアの側方に配置され、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管と、前記第２のスクリューコンベアの側方に配置され、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第２のノズル配管と、を有し、処理原料の投入側から排出側を見た場合において、前記第１のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第１のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの右側方に配置され、処理原料の投入側から排出側を見た場合において、前記第２のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置される。
上記加熱処理装置において、処理原料の投入側から排出側を見た場合に、前記第１のスクリューコンベアは右回転を行い、前記第２のスクリューコンベアは左回転を行い、処理原料の投入側から排出側に向けて平面視した場合に、前記第２のスクリューコンベアは前記第１のスクリューコンベアの右側に配置され、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置されるように構成することができる。
上記加熱処理装置において、処理原料の投入側から排出側を見た場合に、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左上側に配置され、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右上側に配置され、前記第１のノズル配管および前記第２のノズル配管は、前記高温ガスを噴出するためのノズルまたは孔である複数の噴出部を有し、前記複数の噴出部は、下方または下側方に向けて高温ガスを噴射するように構成することができる。
上記加熱処理装置において、前記高温ガスは過熱蒸気であるように構成することができる。
上記加熱処理装置において、加熱処理炉内に過熱蒸気を充填し、加熱処理炉内を無酸素状態とするように構成することができる。
上記加熱処理装置において、乾燥処理または半炭化を行う第１加熱処理炉と、半炭化または炭化処理を行う第２加熱処理炉と、を有し、前記第１加熱処理炉および前記第２加熱処理炉には、それぞれ、前記第１のスクリューコンベア、前記第２のスクリューコンベア、前記第１のノズル配管、および前記第２のノズル配管がそれぞれ配置されているように構成することができる。
本発明に係る加熱処理装置は、第１のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアと並列する第２のスクリューコンベアと、前記第１のスクリューコンベアの側方に配置され、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管と、前記第２のスクリューコンベアの側方に配置され、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第２のノズル配管と、を有し、処理原料の投入側から排出側を見た場合において、前記第１のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第１のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの右側方に配置され、処理原料の投入側から排出側を見た場合において、前記第２のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置される。
上記加熱処理装置において、処理原料の投入側から排出側を見た場合に、前記第１のスクリューコンベアは右回転を行い、前記第２のスクリューコンベアは左回転を行い、処理原料の投入側から排出側に向けて平面視した場合に、前記第２のスクリューコンベアは前記第１のスクリューコンベアの右側に配置され、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置されるように構成することができる。
上記加熱処理装置において、処理原料の投入側から排出側を見た場合に、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左上側に配置され、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右上側に配置され、前記第１のノズル配管および前記第２のノズル配管は、前記高温ガスを噴出するためのノズルまたは孔である複数の噴出部を有し、前記複数の噴出部は、下方または下側方に向けて高温ガスを噴射するように構成することができる。
上記加熱処理装置において、前記高温ガスは過熱蒸気であるように構成することができる。
上記加熱処理装置において、加熱処理炉内に過熱蒸気を充填し、加熱処理炉内を無酸素状態とするように構成することができる。
上記加熱処理装置において、乾燥処理、または、乾燥処理および半炭化を行う第１加熱処理炉と、半炭化または炭化処理を行う第２加熱処理炉と、を有し、前記第１加熱処理炉および前記第２加熱処理炉には、それぞれ、前記第１のスクリューコンベア、前記第２のスクリューコンベア、前記第１のノズル配管、および前記第２のノズル配管がそれぞれ配置されているように構成することができる。

Claims (6)

  1. 第１のスクリューコンベアと、
    前記第１のスクリューコンベアと並列する第２のスクリューコンベアと、
    前記第１のスクリューコンベアの側方に配置され、過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第１のノズル配管と、
    前記第２のスクリューコンベアの側方に配置され、過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを噴出する第２のノズル配管と、を有し、
    前記第１のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第１のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの右側方に配置され、
    前記第２のスクリューコンベアが右回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの左側方に配置され、前記第２のスクリューコンベアが左回転する場合には、前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置される、加熱処理装置。
  2. 前記第１のスクリューコンベアは右回転し、
    前記第２のスクリューコンベアは左回転し、
    処理原料の投入側から排出側に向けて平面視した場合に、
    前記第２のスクリューコンベアは前記第１のスクリューコンベアの右側に配置され、
    前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左側方に配置され、
    前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右側方に配置される、請求項１に記載の加熱処理装置。
  3. 前記第１のノズル配管は前記第１のスクリューコンベアの左上側に配置され、
    前記第２のノズル配管は前記第２のスクリューコンベアの右上側に配置され、
    前記第１のノズル配管および前記第２のノズル配管は、前記高温ガスを噴出するためのノズルまたは孔である複数の噴出部を有し、
    前記複数の噴出部は、下方または下側方に向けて高温ガスを噴射する、請求項２に記載の加熱処理装置。
  4. 前記高温ガスは過熱蒸気である、請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱処理装置。
  5. 加熱処理炉内に過熱蒸気を充填し、加熱処理炉内を無酸素状態とする、請求項４に記載の加熱処理装置。
  6. 主に乾燥処理を行う第１加熱処理炉と、
    主に半炭化または炭化処理を行う第２加熱処理炉と、を有し、
    前記第１加熱処理炉および前記第２加熱処理炉には、それぞれ、前記第１のスクリューコンベア、前記第２のスクリューコンベア、前記第１のノズル配管、および前記第２のノズル配管がそれぞれ配置されている、請求項１ないし５のいずれかに記載の加熱処理装置。
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