JP3108036B2 - 熱分解装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、脱穀した後の籾
殻、オガクズ、木材チップ、芝生の刈り芝、熱分解可能
な高分子素材及び難燃性粒状有機廃棄物等からなる各種
原料チップを熱分解することができる熱分解装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記した熱分解装置の一例として
図１２に示す形態の炭化装置Ｂがある。図示するよう
に、炭化装置Ｂは、炭化装置本体８０と、炭化装置本体
８０の入口側に配設された原料サイロ８１と、炭化装置
本体８０の出口側に配設された製品サイロ８２とから構
成される。また、炭化装置本体８０は、バーナ８３を具
備する加熱炉８４と、加熱炉８４内の燃焼室に貫通状態
に設けられる横長筒状の炭化処理炉８５と、炭化処理炉
８５内に回転自在に配設されるスクリュフィーダ８６
と、炭化処理炉８５の入口側に接続された原料供給ホッ
パー８７と、炭化処理炉８５の出口側に設けられた製品
取出口８８とから構成される。さらに、炭化処理炉８５
の下流側部分にはガス排出管８９の一側が取付けられて
おり、ガス排出管８９の他端は木酢液回収装置９０に接
続されている。

【０００３】かかる構成によって、原料サイロ８１から
ベルトコンベア９１及び原料供給ホッパー８７を通して
炭化処理炉８５内に原料を供給すると共に、原料をスク
リュフィーダ８６によって炭化処理炉８５内を入口側か
ら出口側に移送し、かつ、バーナ８３を作動して加熱炉
８４内の燃焼室で燃料を燃焼して炭化処理炉８５内を移
送される原料を間接的に加熱して炭化を行い、炭化され
た後の製品は製品取出口８８より取出すと共に、ベルト
コンベア９２によって製品サイロ８２中に送給されるこ
とになる。また、上記した炭化工程において生じた排ガ
スがガス排出管８９を通して木酢液回収装置９０に連通
連結されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した炭化
装置Ｂは、未だ、以下の解決すべき課題を有していた。
即ち、図１２に示すように、原料は、ベルトコンベア９
１によって原料サイロ８１から炭化処理炉８５内にその
まま供給されていて、例えば、多量の水分を含む籾殻等
の原料を乾留して炭化するに際しては、十分な加熱を行
う必要がある。しかし、原料の適正加熱温度には限界が
あるので、いきおい、時間をかけて加熱する必要があ
り、そのため、炭化処理炉８５の全長が長くなり、炭化
装置Ｂが大型化し、広い設置スペースを必要とする。

【０００５】また、炭化処理炉８５内に配設されている
スクリュフィーダ８６は、両端が軸受９３、９４によっ
て支持される回転軸９５に螺旋羽根９６を取付けて構成
されているものであるため、移送能力は高いが攪拌が十
分に行われないので、完全に乾留するためには炭化処理
炉８５の全長を長くする必要があり、この面からも、炭
化装置Ｂが大型化し、広い設置スペースを必要とするこ
とになっていた。さらに、多量の水分を含む籾殻等の原
料を乾留して炭化するに際しては、炭化後の排ガスは水
蒸気を多量に含むので低発熱量であり、燃料として用い
ることはできず、専ら、その用途は、木酢液としての使
用に限定されていた。本発明は、このような事情に鑑み
なされたものであり、熱分解処理炉における乾留を効果
的に行うことによって熱分解時間の短縮を図ることがで
きると共に、熱分解処理炉の全長を短くして熱分解装置
のコンパクト化も図ることができる熱分解装置を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の熱分解装置は、一側に原料供給口を有すると共に
他側に製品取出口を有する横長筒体からなる熱分解処理
炉と、該熱分解処理炉の前記原料供給口に連設され、前
記熱分解処理炉に供給される原料を予熱する原料予熱装
置とを具備し、前記熱分解処理炉内にリボンコンベアか
らなるフィーダが配設され、該フィーダが所定の正転時
間と該正転時間より短い逆転時間とからなるサイクルで
正逆回転を繰り返しながら駆動するように制御する制御
装置を有すると共に、前記熱分解処理炉がバーナを具備
する加熱炉の燃焼室内に配設され、前記熱分解処理炉の
前記製品取出口側にガス排出口が設けられ、該ガス排出
口がガス排出管を介して前記加熱炉のバーナの燃料ガス
供給口に連通連結されている。なお、熱分解処理炉は加
熱炉の燃焼室内に、単数、又は、複数個配列することが
できる。

【０００７】請求項２記載の熱分解装置は、請求項１記
載の熱分解装置において、前記加熱炉に設けられたガス
取出口から排出される排ガスを、該ガス取出口に連通連
結されたガス再利用管を介して前記原料予熱装置に供給
し、前記原料を前記排ガスにより予熱する。

【０００８】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。

【０００９】図１に本発明の一実施の形態に係る熱分解
装置Ａの全体構成を示す。図示するように、本実施の形
態は、熱分解装置Ａが炭化装置の場合であり、熱分解装
置Ａは、熱分解装置本体１０と、熱分解装置本体１０の
入口側に配設された原料予熱装置１１と、熱分解装置本
体１０の出口に配設された製品サイロ１２とから構成さ
れる。ここに、熱分解装置本体１０は、脱穀した後の籾
殻、オガクズ、木材チップ、芝生の刈り芝、熱分解可能
な高分子素材及び難燃性粒状有機廃棄物等からなる各種
原料チップ原料を乾留して製品を製造する装置であり、
原料予熱装置１１は、熱分解装置本体１０による乾留に
先立って原料を予熱・乾燥する装置であり、製品サイロ
１２は、熱分解装置本体１０によって製造された製品を
貯蔵するための装置である。

【００１０】次に、上記した全体構成を有する熱分解装
置Ａにおける各部の構成を、図２〜６を参照して、以
下、詳細に説明する。まず、図１及び図２を参照して、
熱分解装置本体１０の構成について説明する。図２に示
すように、床面１０ａ上には、大径の横長缶体からなる
加熱炉１３が、前、後支持脚１５、１４によって支持さ
れた状態で設置されている。

【００１１】加熱炉１３の後壁（上流側の壁）１６には
バーナ１７が取付けられており、バーナ１７からの燃焼
ガスによって加熱炉１３の燃焼室１８内を高温に加熱す
ることができる。また、加熱炉１３の上部にはガス取出
口１９が設けられており、このガス取出口１９は、図１
に示すように、ガス再利用管２０を介して後述する原料
予熱装置１１の予熱ガス流入口５３に連通連結されてい
る。なお、図１に示すように、ガス再利用管２０の中途
にブースター２１が取付けられている。

【００１２】加熱炉１３内には小径の横長筒体からなる
単一の外熱式の熱分解処理炉２２が配設されており（な
お、後述するよう熱分解処理炉２２は加熱炉１３内に複
数個数設けることもできる）、熱分解処理炉２２の前、
後端部２３、２４は、それぞれ、加熱炉１３の前壁（下
流側の壁）２５と後壁１６を貫通して前、後方向に伸延
している。なお、熱分解処理炉２２の前、後端は、それ
ぞれ前、後端壁２６、２７によって気密状態に閉塞され
ている。

【００１３】熱分解処理炉２２内には、図２、図５及び
図６に示すように、小径の円形断面を有する長尺のコイ
ルスプリングを多数回にわたって巻回することによって
形成されるリボンコンベア２８からなるフィーダ２９が
回転自在に配設されている。リボンコンベア２８の後端
は後端壁２７の中央部に回転自在に枢支される回転軸３
０に連動連結されており、回転軸３０の後端はモータ３
１の出力軸に継ぎ手を介して連動連結されている。モー
タ３１は図示しない制御装置によって駆動制御され、後
述するように、所定の正転時間と正転時間より短い逆転
時間とからなるサイクルで正逆回転を繰り返しながら駆
動される。

【００１４】熱分解処理炉２２の後端部２４の上面と前
端部２３の下面には、筒状の原料供給口３２と、同様に
筒状の製品取出口３３とが、それぞれ、取付けられてい
る。また、熱分解処理炉２２の前端部２３の上面には、
上方に向けて伸延する筒状のガス排出口３３ａが取付け
られており、ガス排出口３３ａの上端には、ガス排出管
３４の一端とフレアスタック３５とが、流路切替弁３６
によって切替自在に連通連結されている。そして、ガス
排出管３４の他端は、図１に示すように、加熱炉１３の
バーナ１７の燃料ガス供給口３７に連通連結されてい
る。また、図１に示すように、ガス排出管３４の中途に
は、コンデンサ３８とブースター３９とが取付けられて
おり、コンデンサ３８は木酢液等のガス液を貯留するた
めのガス液タンク４０にガス液取出管４１を介して連通
連結されている。

【００１５】次に、図１〜図３を参照して、原料予熱装
置１１の構成について具体的に説明する。図１及び図３
に示すように、原料予熱装置１１は熱分解装置本体１０
の後部に配置されている。図２に示すように、熱分解処
理炉２２の後端部２４に取付けられている筒状の原料供
給口３２には、リボンコンベア４３からなる切出フィー
ダ４４を内蔵する横長筒体４５の前端が連設されてお
り、横長筒体４５の後端には切出フィーダ４４を回転す
るためのモータ４６が取付けられている。横長筒体４５
の後部には連絡筒４７を介して上部切出ホッパー４８が
取付けられている。なお、原料予熱装置１１は上記した
フィーダタイプのものに何ら限定されるものではなく、
原料を大量処理する場合や、高含水原料処理時には、キ
ルンタイプや、流動床タイプ等を用いることができる。

【００１６】また、図１及び図３に示すように、原料予
熱装置１１の後部の横側方にはスクリュフィーダ４９が
配設されている。スクリュフィーダ４９の下部には原料
受けホッパー５０が取付けられると共に、スクリュフィ
ーダ４９の上部は連絡筒５１によって上部切出ホッパー
４８に連通連結されている。図１及び図３に示すように
スクリュフィーダ４９は、その全長にわたって、中空筒
状の加熱ジャケット５２によって囲繞されており、加熱
ジャケット５２に取付けられた予熱ガス流入口５３は、
ガス再利用管２０を介して加熱炉１３のガス取出口１９
に連通連結されている。

【００１７】次に、図１及び図４を参照して製品サイロ
１２及びその附帯設備について説明する。図示するよう
に、製品サイロ１２は熱分解装置本体１０の前部の一側
方に配設されており、その上部に設けられた筒状の製品
流入口５４はスクリュフィーダからなる製品取出フィー
ダ５５によって、熱分解装置本体１０の製品取出口３３
と連通連結されている。

【００１８】図示の実施の形態に係る熱分解装置Ａのそ
の他の構成について説明すると、図１に示すように、原
料受けホッパー５０の上方には、破砕機５６と、粒径選
別機５７とが配設されている。従って、塊状の原料であ
っても、破砕機５６と粒状選別機５７を通して所定のサ
イズにした後、原料予熱装置１１に供給することができ
る。また、図１に示すように、加熱ジャケット５２の上
端部、上部切出ホッパー４８及び加熱炉１３の後部から
それぞれ原料予熱排ガス排出配管５８及び初期ガス排出
管５９、６０を通して排ガスを取出し、サイクロン６１
によって処理することもできる。

【００１９】次に、上記した構成を有する熱分解装置Ａ
による原料の熱分解方法について、特に、図１を参照し
て具体的に説明する。

【００２０】破砕機５６及び粒径選別機５７を通して所
定の粒径にした原料を原料受けホッパー５０に投入す
る。投入された原料はスクリュフィーダ４９を作動する
ことによって上部切出ホッパー４８に給送される。この
原料の給送に際して、スクリュフィーダ４９は、加熱炉
１３の燃焼室１８からガス再利用管２０を通して加熱ジ
ャケット５２に供給される高温の燃焼排ガスによって加
熱されているので、スクリュフィーダ４９内の原料を１
５０℃〜２３０℃の温度で効果的に予熱・乾燥すること
ができ、この予熱乾燥によって原料中の水分が水蒸気と
して外部に取出されることになる。

【００２１】このようにして水分が除去され、予熱・乾
燥された原料は、切出フィーダ４４を通して熱分解処理
炉２２に供給される。リボンコンベア２８からなるフィ
ーダ２９を回転することによって、予熱・乾燥された原
料は、熱分解処理炉２２内を、製品取出口３３に向けて
移送される。この原料の移送において、熱分解処理炉２
２内の雰囲気温度は加熱炉１３の燃焼室１８からの熱を
受けて５００℃〜１０００℃になり、原料は徐々に乾留
され、熱分解処理炉２２の前端部２３においては熱分解
されることになる。

【００２２】かかる熱分解工程において、熱分解処理炉
２２に供給される原料は、既に多量の水分が除去されて
いるので、しかも、水蒸気を含んだ空気や排ガスは初期
ガス排出管５９、６０を通して外部に排出することがで
きるので、熱分解処理炉２２における熱分解処理を効果
的に行うことができる。

【００２３】また、熱分解処理炉２２内において、リボ
ンコンベア２８からなるフィーダ２９は、所定の正転時
間（例えば３秒）と、この正転時間より短い逆転時間
（例えば２秒）とからなるサイクルで正逆回転を繰り返
しながら駆動することができるので、熱分解処理炉２２
内の原料の攪拌効率を高めることができ、この面からも
原料の熱分解処理を効果的に行うことができる。即ち、
両端が軸受によって支持される回転軸に螺旋羽根を取付
けることによって構成される従来のスクリュフィーダを
用いる場合は、スクリュフィーダの正転によって熱分解
処理炉の前部において原料が圧密されるので逆転はでき
ないが、本実施の形態では、フィーダ２９はリボンコン
ベア２８から形成されているので、上記した原料の圧密
現象が生じず、従って、フィーダ２９を容易に逆転する
ことができる。また、従来のスクリュフィーダでは、螺
旋羽根の螺旋面で原料を移送するので原料の十分な攪拌
が生じないが、リボンコンベア２８ではフィーダ２９の
回転によって原料を安息角まで持ち上げた後ひっくり返
すことができるので、原料の攪拌を効果的に行うことが
できる。また、このフィーダ２９の正逆回転によって、
熱分解処理炉２２内の原料は前進と後退を繰り返しなが
らわずかずつ前進する。従って、熱分解処理炉２２の全
長を従来のスクリュフィーダを具備する熱分解処理炉の
全長より相当短くしても、従来の熱分解処理炉における
原料の移送距離よりも長い移送距離を確保して原料の乾
留を図ることができる。従って、原料を効果的に乾留し
て製品を製造することができる一方で、フィーダ２９の
長さ、即ち、熱分解処理炉２２の長さを著しく短くし
て、熱分解装置Ａの小型化を図ることができる。

【００２４】また、ガス排出口３３ａは熱分解処理炉２
２の製品取出口３３側に設けられているので、水蒸気を
含まない高発熱量の排ガスを取出すことができ、この排
ガスをガス排出管３４を通して加熱炉１３のバーナ１７
の燃料ガス供給口３７に供給することによって、排ガス
を燃料ガスとして有効に再利用することができる。その
後、熱分解処理炉２２によって完全に熱分解された結果
物である製品は、製品取出フィーダ５５の作動によっ
て、製品流入口５４を通して、製品サイロ１２に供給さ
れることになる。図７に本実施の形態の変形例に係る熱
分解装置Ａ１の構造を概念的に示す。図示するように、
本変形例は、それぞれリボンコンベア６３を具備する複
数の熱分解処理炉６２を加熱炉６４内に配設したことを
特徴とする。熱分解装置Ａ１をこのような構成とするこ
とによって、設備費の増大を可及的に抑えながら、大量
の原料を同時に熱分解して製品を大量生産することがで
き、製品コストの低減化を図ることができる。

【００２５】（実施例） 本発明に係る熱分解方法を用いて、原料が乾燥状態の籾
殻及びオガクズの場合について熱分解試験及び物性変化
を調べたので、その結果を、図８及び図９に示す。図８
から明らかなように、本発明では、原料予熱装置１１に
よって予め籾殻及びオガクズ中の水分を水蒸気として除
去することができるので、熱分解処理炉２２における熱
分解処理の開始からわずかな時間で炭化率が８０パーセ
ントにもなり、熱分解処理を迅速に行えることを示して
いる。一方、図９は、原料予熱装置１１によって籾殻及
びオガクズ中の殆どの水分を短時間で水蒸気として除去
することができることを示している。

【００２６】原料が乾燥状態又は未乾燥状態の木屑（チ
ップ）の場合についても熱分解試験及び物性変化を調べ
たので、その結果を、図１０及び図１１に示す。図１０
から明らかなように、本発明では、原料予熱装置１１に
よって予め木屑（チップ）中の水分を水蒸気として除去
することができるので、熱分解処理炉２２における熱分
解処理の開始からわずかな時間で炭化率が８０パーセン
ト（乾燥状態の木屑（チップ））と５０パーセント（未
乾燥状態の木屑（チップ））にもなり、熱分解処理を迅
速に行えることを示している。一方、図１１は、原料予
熱装置１１によって乾燥状態の木屑（チップ）中の殆ど
の水分を短時間で水蒸気として除去することができるこ
とを示している。

【００２７】以上、本発明を、一実施の形態を参照して
説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記
載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に
記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施
の形態や変形例も含むものである。例えば、実施の形態
では、熱分解装置が炭化装置である場合について説明し
てきたが、炭素を含まない原料を熱分解して乾留製品を
製造する場合も本発明を適用できる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１及び２記載の熱分解装置におい
ては、熱分解処理炉に供給される原料が多量の水分を含
んでいる場合でも、熱分解処理に先んじて原料を予熱す
ることによって効果的に水分を除去できるので、熱分解
処理炉における熱分解処理を効果的に行うことができ
る。また、熱分解処理炉内において、リボンコンベアか
らなるフィーダは、所定の正転時間と、この正転時間よ
り短い逆転時間とからなるサイクルで正逆回転を繰り返
しながら駆動されるので、熱分解処理炉内の原料の攪拌
効率を高めることができ、この面からも原料の熱分解処
理を効果的に行うことができる。また、フィーダの正逆
回転によって、熱分解処理炉内の原料は前進と後退を繰
り返しながらわずかずつ前進する。従って、熱分解処理
炉の全長を従来のスクリュフィーダを具備する熱分解処
理炉の全長より相当短くしても、従来の熱分解処理炉に
おける原料の移送距離よりも長い移送距離を確保して原
料の乾留を図ることができる。従って、原料を効果的に
乾留して製品を製造することができる一方で、フィーダ
の長さ、即ち、熱分解処理炉の長さを著しく短くして、
熱分解装置の小型化を図ることができる。さらに、ガス
排出口が熱分解処理炉の製品取出口側に設けられている
ので、水蒸気を含まない高発熱量の排ガスを取出すこと
ができ、この排ガスをガス排出管を通して加熱炉のバー
ナの燃料ガス供給口に供給することによって、排ガスを
燃料ガスとして有効に再利用することができる。

【００２９】請求項２記載の熱分解装置においては、加
熱炉のガス取出口から排出される排ガスを原料予熱装置
に供給し、この排ガスにより原料を予熱するようにして
いる。従って、熱分解装置において発生する熱量を有効
利用でき、省エネルギー化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る熱分解装置の概念
的構成説明図である。

【図２】同正面図である。

【図３】図２のＩ−Ｉ線による矢視図である。

【図４】図２のII−II線による矢視図である。

【図５】熱分解処理炉の要部拡大縦断面図である。

【図６】熱分解処理炉の要部拡大横断面図である。

【図７】本発明の一実施の形態の変形例に係る熱分解装
置に係る概念的構成説明図である。

【図８】原料が籾殻及びオガクズの場合の熱分解装置に
よる炭化率の変化を示すグラフである。

【図９】原料が籾殻及びオガクズの場合の熱分解装置に
よる脱水率の変化を示すグラフである。

【図１０】原料が木屑（チップ）の場合の熱分解装置に
よる炭化率の変化を示すグラフである。

【図１１】原料が木屑（チップ）の場合の熱分解装置に
よる脱水率の変化を示すグラフである。

【図１２】従来の熱分解装置の全体構成を示す正面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ：熱分解装置、Ａ１：熱分解装置、１０：熱分解装置
本体、１０ａ：床面、１１：原料予熱装置、１２：製品
サイロ、１３：加熱炉、１４：後支持脚、１５：前支持
脚、１６：後壁、１７：バーナ、１８：燃焼室、１９：
ガス取出口、２０：ガス再利用管、２１：ブースター、
２２：熱分解処理炉、２３：前端部、２４：後端部、２
５：前壁、２６：前端壁、２７：後端壁、２８：リボン
コンベア、２９：フィーダ、３０：回転軸、３１：モー
タ、３２：原料供給口、３３：製品取出口、３３ａ：ガ
ス排出口、３４：ガス排出管、３５：フレアスタック、
３６：流路切替弁、３７：燃料ガス供給口、３８：コン
デンサ、３９：ブースター、４０：ガス液タンク、４
１：ガス液取出管、４３：リボンコンベア、４４：切出
フィーダ、４５：横長筒体、４６：モータ、４７：連絡
筒、４８：上部切出ホッパー、４９：スクリュフィー
ダ、５０：原料受けホッパー、５１：連絡筒、５２：加
熱ジャケット、５３：予熱ガス流入口、５４：製品流入
口、５５：製品取出フィーダ、５６：破砕機、５７：粒
径選別機、５８：原料予熱排ガス排出配管、５９：初期
ガス排出管、６０：初期ガス排出管、６１：サイクロ
ン、６２：熱分解処理炉、６３：リボンコンベア、６
４：加熱炉

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−71503（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案3033020（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10B 53/00 C10L 5/44 C10C 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一側に原料供給口を有すると共に他側に
   製品取出口を有する横長筒体からなる熱分解処理炉と、
   該熱分解処理炉の前記原料供給口に連設され、前記熱分
   解処理炉に供給される原料を予熱する原料予熱装置とを
   具備し、前記熱分解処理炉内にリボンコンベアからなる
   フィーダが配設され、該フィーダが所定の正転時間と該
   正転時間より短い逆転時間とからなるサイクルで正逆回
   転を繰り返しながら駆動するように制御する制御装置を
   有すると共に、前記熱分解処理炉がバーナを具備する加
   熱炉の燃焼室内に配設され、前記熱分解処理炉の前記製
   品取出口側にガス排出口が設けられ、該ガス排出口がガ
   ス排出管を介して前記加熱炉のバーナの燃料ガス供給口
   に連通連結されていることを特徴とする熱分解装置。
2. 【請求項２】 前記加熱炉に設けられたガス取出口から
   排出される排ガスを、該ガス取出口に連通連結されたガ
   ス再利用管を介して前記原料予熱装置に供給し、前記原
   料を前記排ガスにより予熱するようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の熱分解装置。