JP2755836B2 - 有機物の熱分解方法 - Google Patents

有機物の熱分解方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機系廃棄物,石炭,
タール,残渣油,木片等の有機物を熱分解して燃料ガス
または合成ガス等を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】有機系廃棄物を熱分解して燃料ガスを製
造する方法としては、通称パイロックスプロセスと呼ば
れる方法など流動層式熱分解炉を使用する方法が多用さ
れている。
【0003】また石炭のガス化に利用されている液中気
泡型といわれる熱分解炉がある。液中気泡型熱分解炉と
しては、古くはオットー(Otto)法として知られる方法
があり、この方法は熔融スラグ中に微粉炭とガス化媒体
(空気及び水蒸気等)を吹込んで微粉体を熱分解する方
法である。さらに最近では、溶融還元製鉄の一環とし
て、鉄浴による石炭のガス化方法の研究がInternation
al Energy Agencyで実施された。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の前記の流動層式
熱分解炉を使用した有機廃棄物の熱分解においては、流
動媒体(砂など)から発生する粉塵の問題,流動媒体に
よる装置器壁の摩耗の問題のみならず、プラスチックス
等を相当量含有する廃棄物の処理にあたっては、廃棄物
が熱分解炉内で塊状物を形成して熱分解炉の適正な操業
が困難となる等の欠点がある。
【0005】一方、液中気泡型熱分解炉は廃棄物と熱媒
体を直接接触させることができれば、廃棄物の熱分解効
率が極めて大きくなる。しかし、紙類,プラスチックス
類及びそれらを含む都市系廃棄物のように嵩比重が小さ
くかつ形の大きい廃棄物では、熱媒体と廃棄物を有効に
接触させることが難しく、このため、液中気泡型熱分解
炉は、石炭の熱分解にのみ利用されており、廃棄物処理
に適用されている類例はない。また石炭の熱分解に利用
されている液中気泡型熱分解炉においては、熔融スラグ
方法では、スラグの飛沫が発生して、温度の低い装置器
壁で固化し、熱分解炉の長期間安定操業ができない欠点
がある。
【0006】更に、鉄浴方法においては、鉄の熔融温度
が約1540℃と極めて高温で熱分解炉を1540℃以
上の高温で操業せざるを得ないばかりでなく、ガス化媒
体の酸素と熔融鉄の反応等で生成する酸化第1鉄(Fe
O)によって熱分解炉の耐火材が損傷を受ける欠点があ
る。
【0007】本発明は、前記に鑑みてなされたもので、
従来の流動層式熱分解炉で処理の難しいプラスチックス
系廃棄物をはじめ、従来、液中気泡型熱分解炉では処理
が困難とされていた嵩比重の小さい廃棄物を含め、各種
有機物を効率よく熱分解できる方法を提供しようとする
ものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】1.本発明の有機物の熱
分解方法は、気相界面を有する熔融状の加熱媒体中に有
機物を加熱媒体の気相界面に近接した位置から投入し、
酸素および水蒸気含有ガスを、加熱媒体中および加熱媒
体上の気相部にそれぞれ調節された量吹込むことを特徴
とする。 2.また、本発明の有機物の熱分解方法は、前記1の発
明において加熱媒体に銅を用い、該加熱媒体の温度を1
100℃〜1300℃とすることを特徴とする。
【0009】
【作用】前記1の本発明では、熱分解炉内に気相界面を
有する熔融状の加熱媒体の層を設け、該加熱媒体中に酸
素及び水蒸気含有ガスの調節された量を吹込み、有機物
を加熱媒体の気相界面に近接した位置から加熱媒体中に
投入することにより、有機物を加熱媒体に直ちに接触さ
せて急速加熱させるとともに加熱媒体中に吹込まれる酸
素及び水素気とも反応させて急速熱分解させる。また、
加熱媒体の気相界面に近接した位置から有機物を加熱媒
体中に投入することによって、軽い有機物が熱分解ガス
に同伴されて熱分解炉の気相部に堆積して熱分解炉の適
正操業を阻害することが防止される。
【0010】更に、熱分解炉の気相部に酸素及び水蒸気
の調節された量を吹込むことによって、熱分解ガスの組
成を調節することができる。
【0011】従って、本発明は、従来不可能とされてい
た嵩比重の小さい有機物でも高効率の液中気泡型熱分解
が行なわれる。
【0012】前記2の本発明では、前記1の本発明の加
熱媒体として銅を用い、その温度を1100℃〜130
0℃として銅を熔融体としている。銅の熔融体の蒸気圧
は低くて蒸発損失を起すことが抑制され、また有機物の
熱分解時に融点が極端に違う酸化物、無機系化合物、共
晶体を生成することがない。従って、本発明2において
は、前記本発明1の作用に加えて、従来の液中気泡型の
熱分解方法における飛沫発生問題や装置内における異物
付着問題、従来の鉄浴方法における耐火材の損傷問題等
が解決され、かつ加熱媒体の蒸発損失も抑制される。
【0013】
【実施例】本発明の一実施例を、図1によって説明す
る。熱分解炉1の底部には熔融金属等の加熱媒体30を
有し、熱分解炉1内の加熱媒体30の界面の上方には気
相部が形成されている。同熱分解炉1の中央部には上部
から気流搬送に不適な、形状の比較的大きい有機系廃棄
物を供給するための供給装置2が挿入されている。嵩比
重の小さい有機廃棄物を供給する場合には、供給装置2
に、図示するように、スクリューコンベア3を装備する
ことが適当である。また供給装置2の先端部は、熱分解
炉1内の加熱媒体30の界面に近接して配置される。供
給装置2上にはバルブ4を介して中間ホッパー5が設け
てあり、同中間ホッパー5上にはバルブ6を介して廃棄
物の受入れホッパー7が設けてある。
【0014】供給装置2を使用する有機系廃棄物の供給
方法は、バルブ4を閉じた状態でバルブ6を開け、廃棄
物の受入れホッパー7中の廃棄物を中間ホッパー5内に
投入する。バルブ6を開ける前には、必要なら中間ホッ
パー5の上部に接続され弁をもつ導管8を用いて中間ホ
ッパー5内のガスを大気圧下まで抜きだした後、燃焼排
ガス等の不活性ガスで中間ホッパー5内をパージする。
【0015】中間ホッパー5内に適当量廃棄物を受け入
れ後、バルブ6を閉じるとともに導管8等も閉じて中間
ホッパー5を系外と遮断した後、バルブ4を開放して供
給装置2に廃棄物を投入する。中間ホッパー5内が空に
なった時点で中間ホッパー5内に廃棄物を受入れること
をくり返すことにより、加圧操業下の熱分解炉1へ連続
した廃棄物の供給が可能である。
【0016】また、気流搬送に適した粒状あるいは粉状
の有機系廃棄物は、ガス化媒体(酸素及び水蒸気含有ガ
ス)を含むガスと共に導管9を用いて、熱分解炉1内の
加熱媒体30中に吹込まれる。前記粉粒状廃棄物の供給
は、導管9に接続された導管10から行なわれる。同導
管10には供給ホッパー11が、また供給ホッパー11
上には、バルブ12を介してパージ用導管(図示なし)
を装備した中間ホッパー13が、同中間ホッパー13の
上にはバルブ14を介して受入れホッパー15が設けて
ある。この供給系路を使用することにより、前記の供給
装置2を使用した場合と同様に、熱分解炉2内に粉粒状
廃棄物を連続的に投入できる。
【0017】熱分解炉1内で発生した熱分解ガスは、同
熱分解炉1の上部に設けた導管16を通り、集塵器17
を介して導管18から取出される。集塵器17としては
サイクロン等を使用することができ、集塵器で捕集され
た固形分は導管19を通り、導管20からガス化媒体
(酸素及び水蒸気含有ガス)を含むガスと共に熱分解炉
1内の加熱媒体30中に吹込まれる。
【0018】また、熱分解炉1内の熱媒体30の上方の
気相部にはガス化媒体(酸素及び水蒸気含有ガス)吹込
み用の導管21が設けてあり、熱分解炉の気相部温度が
加熱媒体温度と独立して調節できるようになっている。
【0019】熱分解炉1の熱媒体30の界面付近には、
熱分解残渣物を取出すための導管22が設けてあり、廃
棄物に混入して熱分解炉1に供給される無機系不純物お
よび熱分解残留カーボン等が系外に排出できるようにな
っている。
【0020】また、熱分解炉1の底部には、加熱媒体3
0が必要に応じ抜きだせるよう導管23が設けてあり、
熱分解炉1の上部には熱媒体の系外への飛散防止用エリ
ミネータ24が設けてある。
【0021】次に、本実施例作用及び効果について説明
する。導管9からガスとともに熔融状の加熱媒体30中
に吹込まれる粉粒状の有機系の廃棄物は、加熱媒体中に
急速に分散・加熱されるとともにガス化媒体とも反応し
て高速熱分解される。
【0022】一方、気流搬送に不敵な有機系の廃棄物
は、供給装置2を用い、熱分解炉1の中心部付近から熔
融状の加熱媒体30中に投入される。供給装置2の先端
部すなわち廃棄物の出口部は、熔融状の加熱媒体30の
界面に近接しているため、投入された廃棄物は熔融状の
加熱媒体30にただちに捕捉されて加熱・熱分解され
る。廃棄物を加熱媒体より離れた位置から投入すると、
軽い廃棄物が熱分解ガスに同伴されて、熱分解炉1の気
相部に堆積し、熱分解炉の適正操業を阻害するが、本実
施例ではこのような事態が発生することがない。
【0023】以上のようにして、熱分解炉1において熱
分解ガスが発生し、この熱分解ガスに同伴される未分解
カーボン等は、集塵装置17で捕集されて熱分解炉1に
循環される。
【0024】前記の加熱媒体30としては、加熱媒体の
蒸発損失抑制の上から蒸気圧が低いこと、熱分解操作時
に融点が極端に違う酸化物,無機系化合物,共晶体を生
成しないこと、および発泡性でないことが必要である。
これらの条件を満たす物体であれば加熱媒体として使用
することができるが、銅の熔融体はこれらの条件を満た
している。
【0025】銅の熔融体を加熱媒体に使用することによ
り、従来の液中気泡型熱分解炉で問題となっていた加熱
媒体飛沫の飛散問題及び熱分解炉耐火材の損傷がないば
かりでなく、銅の熔融体は比重が大きく、廃棄物から混
入してくる鉄類,土砂等の無機物の分離が容易となる。
【0026】加熱媒体30の温度は、導管9及び20か
ら加熱媒体30中に吹込まれるガス化媒体中の酸素およ
び水蒸気量で調節し、また熱分解炉の気相部温度は、導
管21から吹込まれるガス化媒体中の酸素および水蒸気
量で調節する。
【0027】すなわち、本実施例では、有機系の廃棄物
の主な熱分解ゾーンである加熱媒体層の温度と、熱分解
ガス組成を支配する熱分解炉の気相部温度が個別に調節
できるようになっており、廃棄物の効率的熱分解および
所定組成の熱分解ガスを製造する上で対応性の優れた熱
分解炉とすることができる。
【0028】また、加熱媒体に銅を使用すると、従来の
液中気泡型熱分解炉で問題となっていた加熱媒体飛沫の
飛散問題及び熱分解炉耐火材の損傷がないばかりでな
く、加熱媒体の蒸発損失が極めて小さくなる。さらに、
銅の熔融体は比重が大きく、かつ、1000℃以上の熱
分解炉操作雰囲気では他金属との共晶体や無機化合物を
生成しないため、廃棄物から混入している鉄などの異金
属,土砂等の無機物の分離が容易となる。すなわち、熱
分解炉の加熱媒体界面付近にこの種不純物は濃縮されて
おり、加熱媒体媒体界面付近に設けた導管22から内容
物を一定量抜きだし、沈降分離等の手段で加熱媒体と不
純物を分離した後、加熱媒体は熱分解炉に循環させるこ
とができる。
【0029】本実施例において、加熱媒体30の操業温
度は、加熱媒体30の融点以上の温度で操作される。加
熱媒体に銅を使用する場合、操作温度は1100℃以
上、好ましくは1150℃〜1300℃の範囲が適当で
ある。
【0030】なお、本実施例において、熱分解炉の気相
部温度および熱分解炉の操作圧力、ガス化媒体である酸
素と水蒸気の吹込み方法等は、希望とする熱分解ガス組
成やその仕向け先、及び有機系の廃棄物の種類等に応じ
て任意に設定することができる。
【0031】本発明について行った実験例を以下に説明
する。図1に示す構成の実験装置を用いて、紙とポリエ
チレンを重量比で1:1に調整した模擬廃棄物を原料に
熱分解実験を実施した。
【0032】約1000℃に予熱した内容積4リットル
の熱分解炉に、約1200℃の銅の熔融体(8kg)を仕
込み酸素と水蒸気を容量比で3:1に調整したガス化媒
体3〜5Nm3/hの気流とともに、微破砕した原料を2kg
/hの速度で銅の熔融体中に吹込むとともに粗破砕した原
料を4kg/hの速度で銅の熔融体界面から熔融体中に供給
した。
【0033】熱分解操作中、銅の熔融体温度および気相
部温度の調節は、熔融体中および気相部中にそれぞれ水
蒸気を吹込むことで調節した(本実験例では、水蒸気の
みで温度調節できたが、必要に応じ酸素含有ガスを吹込
むこともできる)。熱分解炉の操作が安定してから、約
100時間連続運転した結果は次の通りであった。 銅の熔融体温度 :1,150℃〜1,200℃ 熱分解炉気相部温度 :1,100℃〜1,200℃ 熱分解炉内圧 :5±0.6kg/cm2G 乾燥基準での熱分解炉出口ガス組成 水素 :43〜46容量% 一酸化炭素 :41〜45容量% 炭酸ガス : 5〜9 容量% その他(メタン他): 2〜6 容量% また、運転後装置内の開放点検を実施した結果、銅の減
耗はほとんど認められず、装置内壁への異物付着および
熱分解炉の耐火材の損傷も認められなかった。
【0034】
【発明の効果】請求項1に記載の本発明においては、請
求項1に記載した手段を講ずることによって、以上説明
したように、従来液中気泡型熱分解炉では困難とされて
いた嵩比重の小さい有機物でも安定した熱分解が可能で
あり、かつ良質の熱分解ガスを取得することができる。
【0035】また請求項2に記載の本発明においては、
温度1100℃〜1300℃の銅の熔融体を加熱媒体に
使用することにより、装置内壁への異物付着問題,熱分
解炉耐火材の損傷問題および加熱媒体の蒸発損失問題の
発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の系統図である。
【符号の説明】
1 熱分解炉 2 供給装置 3 スクリューコンベア 4,6,12,14 バルブ 5,13 中間ホッパー 7,15 受入れホッパー 8,9,10,16,18,19,20,21,22,
23 導管 11 供給ホッパー 17 集塵器 24 エリミネータ 30 加熱媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10J 3/00 C10J 3/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気相界面を有する熔融状の加熱媒体中に
    有機物を加熱媒体の気相界面に近接した位置から投入
    し、酸素および水蒸気含有ガスを加熱媒体中および加熱
    媒体上の気相部にそれぞれ調節された量吹込むことを特
    徴とする有機物の熱分解方法。
  2. 【請求項2】 加熱媒体に銅を用い、該加熱媒体の温度
    を1100℃〜1300℃とすることを特徴とする請求
    項1に記載の有機物の熱分解方法。
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