JP3609944B2 - 加熱水蒸気による炭化炉 - Google Patents
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Coke Industry (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、木材等の木質物、その他有機物からなる被炭化物を加熱水蒸気を用いて炭化させるために使用する加熱水蒸気による炭化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化炉として最も代表的な炭窯は、排水性の良好な窯底の上に窯壁および天井を築き、その内部を炭化室としたもので、窯口近くに加熱室を設け、反対側に煙道と煙突が設けられる。そして、製炭の際には、加熱室で木材等の燃材を燃やし、炭化室に立て込まれている被炭化物としての木材を乾燥させ、乾燥が進んでそれに着火してからは、窯口を封じ通風口だけを残して、木材を上木や樹皮の一部の燃焼による加熱を続ける。
【０００３】
炭化は、このようにして被炭化物を加熱分解した後に残る固体残渣であって、ほゞ同じ要領において工業的に炉を構築し、化石燃料や電熱等の他の加熱手段によって製炭が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
炭化物の利用については、家庭や業務、工業、農業等の各種産業において調理や暖房、乾燥等の燃料として用いられるだけでなく、化粧品、研磨材、塗料等に加工され、また、二硫化炭素、シアン化ソーダ、硫化ソーダの製造等に用いられ、さらに、活性炭としても広く工業用等に用いられる。
【０００５】
これらの用途として一般的に重要なことは、前記の他、炭素含有量が多いことであるが、これは、主に乾燥条件や熱分解条件（加熱温度およびその上昇速度）により異なり、電気窯等による炭化温度が低く炭化時間の短い乾留炭では８０％、自己燃焼が多く窯内の温度が７００℃程度で炭化させる黒炭では８０〜９０％、炭化温度が１，０００℃程度で白熱した木炭を外に出して消し灰で消化する白炭では９０〜９５％である。
【０００６】
上記のような従来の炭化炉のうち、炭焼窯では２〜３日、電熱窯の場合であると２４〜３６時間の時間を要し、生産性が悪く、また、炭化物の利用を妨げるタール分の生成量が過度に多く、有用な燻液が少ないという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、炭化時間が短いにもかゝわらず、炭素含有量が多く、また、タール分が少なく、燻液が多く生成される加熱水蒸気による炭化炉を提供することを目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は、飽和の水蒸気発生装置と、その水蒸気を未飽和に加熱する加熱水蒸気発生装置と、被炭化物を加熱水蒸気で加熱する炭化反応室を有する加熱蒸気窯とからなり、加熱蒸気窯は、横に長い円筒形の金属製であって、順次シャッターを設けることによって、予備室、炭化反応室、冷却室が設けられ、その中に被炭化物が立て込みに積まれる台車を搬送するようレールを通しに設け、加熱蒸気窯の炭化反応室にはセラミックスが内張りされ、その炭化反応室内には、上下左右に通気管を配設し、各通気管に噴射ノズルが配列され、また、加熱水蒸気発生装置については、水蒸気発生装置からの送気管に接続される伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着したことを特徴とする加熱水蒸気による炭化炉を構成した。
【０００９】
【作用】
加熱水蒸気には、温度設定が比較的自由であり、被炭化物の材質に応じて設定された高温の加熱水蒸気が得られ、それを炭化反応室において、被炭化物に噴射ノズルにより均等に当てられると、酸素が遮断された雰囲気中において高温に加熱され炭化する。木質系の炭化反応においては、構成成分のヘミセルローズでは１００〜３００℃、セルローズでは２４０〜４００℃、リグニンでは２３０〜５５０℃で反応が進行し炭化が完了する。そして、炭化反応は、熱分解反応と加水分解反応が平行して進むので、従来の熱分解方式よりも反応が速く進行する。
【００１０】
また、加熱蒸気窯において、炭化反応室の前に被炭化物を加熱する予熱室を設け、周壁に赤外線の輻射熱が望めるセラミックスを内張りしているため、さらに炭化速度が早まり、しかも、炭素率が高くなる。また、後に設けられる冷却室で冷却された炭化物は、外に排出されると余熱により自然に乾燥される。
【００１１】
さらに加えて、加熱水蒸気発生装置において、水蒸気発生装置からの送気管に接続される伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着してあるから、加熱水蒸気の加熱温度の調整がしやすくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明においては、搬送装置５について、台車８や吊り車を用いたレール方式の他、ベルトや転りロールを用いたコンベヤ方式等を採ることができる。
【００１３】
また、水蒸気発生装置１については、重油等の燃料や電熱で、直接水を沸騰させるボイラー方式の他、予め蓄えておいた熱で蒸気をつくる蓄熱方式、さらにはその併用方式等を採ることができる。そして、蓄熱方式によれば、必要な量の加熱水蒸気を必要な時に得られやすいし、安価な深夜電力を利用することもできる。蓄熱材には、例えば、マグネシアやシリカ等を主成分とする固体、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の高温時に融解して液体になる物質、あるいはこれらの混合物等を用いることができる。
【００１４】
加熱蒸気窯３において、予熱室１５、炭化反応室１６、冷却室１７を構成するシャッター１１，１２，１３，１４については、扉形式の他、エアーカーテンとすることもできる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の加熱水蒸気による炭化炉によれば、熱分解反応と加水分解反応とにより、速やかに炭化させることができ、しかも、それが酸素が遮断された雰囲気中になされるために、炭素率が高く、タール分の少ない良質の炭化物を生産することができ、しかも、連続運転が可能であるから、生産性を高めることができ、有用な燻液も多量に得られる等の優れた効果がある。
【００１６】
また、予熱室を設け、セラミックスの内張りがあると、さらに炭化速度が早まり、しかも、炭素率が高くなる。また、後に冷却室を設けると、さらに生産性が良くなる（請求項２）。
【００１７】
また、伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着してあると、加熱水蒸気の加熱温度の調整がしやすくなり、炭化物の材質に合わせて運転しやすい（請求項３）。
【００１８】
【実施例】
次に、この発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
図１および図２は、一実施例を示したもので、その加熱水蒸気による炭化炉は、ボイラーによる水蒸気発生装置１と、電気による加熱水蒸気発生装置２と、搬送装置５付きの加熱蒸気窯３等からなっている。
【００２０】
加熱水蒸気発生装置２は、水蒸気発生装置１から配管４によって供給される水蒸気を電磁誘導によるヒーター６ａと、ニクロム線によるヒーター６ｂとにより１，０００℃程度までに自由に温度設定して加熱される。
【００２１】
加熱蒸気窯３は、横に長い円筒形の金属製の筒形であって、その中に被炭化物７の台車８を搬送するレール９を通しに設けたもので、順次シャッター１１，１２，１３，１４を設けることによって、予熱室１５，炭化反応室１６、冷却室１７が設けられ、炭化反応室１６においては、セラミックス１９がタイルで内張りされ、上下左右に加熱水蒸気の通気管２１，２１，・・を配設し、各通気管２１には、噴射ノズル２３，２３，・・が配列されている。
【００２２】
また、冷却室１７には、通水管２４，２４，・・が配管され、それに噴水ノズル２６，２６，・・が取り付けられている。
【００２３】
上記の炭化炉の使用例を次に説明する。
【００２４】
被炭化物７として約１００ｋｇの木材を台車８に立て込みに積み、レール９によって、予熱室１５に６０分、炭化反応室１６に１２０分、冷却室１７に６０〜９０分と、それぞれ滞留させ、滞留中においてはシャッター１１，１２，１３，１４を閉じ、炭化反応室１６では、噴射ノズル２３，２３，・・から約８００℃の加熱水蒸気を均等に当てた。冷却室１７から出された炭化物７はそのまま放置して自然乾燥させた。
【００２５】
このようにして得られた炭化物７ａは、炭素率は、Ｃ／Ｈ比で９５％であり、良質の炭化物７ａが得られた。副生物のタール分は少なく、燻液は多量に排出された。また、木材の他に、他の有機物質としてのプラスチックや台所で出る厨介物からでも同じように炭化物が得られることが分かった。
【００２６】
図３は、水蒸気発生装置１が蓄熱材を利用した場合を示したもので、タンク２６内に、固体と液体の蓄熱材２８が混合して充填され、その中に、電気ヒーター３０と蒸気を内部で発生させる伝熱管３２が配設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の加熱水蒸気による炭化炉のほゞ全体を示す説明図である。
【図２】同炭化炉の要部としての炭化反応室の断面図である。
【図３】加熱水蒸気による炭化炉における水蒸気発生装置が蓄熱方式である場合の説明図である。
【符号の説明】
Ｐ 加熱水蒸気による炭化炉
１ 水蒸気発生装置
２ 加熱水蒸気発生装置
３ 加熱蒸気窯
４ 送気管
５ 搬送装置
６ａ 電磁誘導によるヒーター
６ｂ ニクロム線によるヒーター
７ 被炭化物
７ａ 炭化物
８ 台車
９ レール
１１，１２，１３，１４ シャッター
１０ 伝熱管
１５ 予熱室
１６ 炭化反応室
１７ 冷却室
１９ セラミックス
２１ 通気管
２３ 噴射ノズル
【産業上の利用分野】
この発明は、木材等の木質物、その他有機物からなる被炭化物を加熱水蒸気を用いて炭化させるために使用する加熱水蒸気による炭化炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化炉として最も代表的な炭窯は、排水性の良好な窯底の上に窯壁および天井を築き、その内部を炭化室としたもので、窯口近くに加熱室を設け、反対側に煙道と煙突が設けられる。そして、製炭の際には、加熱室で木材等の燃材を燃やし、炭化室に立て込まれている被炭化物としての木材を乾燥させ、乾燥が進んでそれに着火してからは、窯口を封じ通風口だけを残して、木材を上木や樹皮の一部の燃焼による加熱を続ける。
【０００３】
炭化は、このようにして被炭化物を加熱分解した後に残る固体残渣であって、ほゞ同じ要領において工業的に炉を構築し、化石燃料や電熱等の他の加熱手段によって製炭が行なわれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
炭化物の利用については、家庭や業務、工業、農業等の各種産業において調理や暖房、乾燥等の燃料として用いられるだけでなく、化粧品、研磨材、塗料等に加工され、また、二硫化炭素、シアン化ソーダ、硫化ソーダの製造等に用いられ、さらに、活性炭としても広く工業用等に用いられる。
【０００５】
これらの用途として一般的に重要なことは、前記の他、炭素含有量が多いことであるが、これは、主に乾燥条件や熱分解条件（加熱温度およびその上昇速度）により異なり、電気窯等による炭化温度が低く炭化時間の短い乾留炭では８０％、自己燃焼が多く窯内の温度が７００℃程度で炭化させる黒炭では８０〜９０％、炭化温度が１，０００℃程度で白熱した木炭を外に出して消し灰で消化する白炭では９０〜９５％である。
【０００６】
上記のような従来の炭化炉のうち、炭焼窯では２〜３日、電熱窯の場合であると２４〜３６時間の時間を要し、生産性が悪く、また、炭化物の利用を妨げるタール分の生成量が過度に多く、有用な燻液が少ないという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、炭化時間が短いにもかゝわらず、炭素含有量が多く、また、タール分が少なく、燻液が多く生成される加熱水蒸気による炭化炉を提供することを目的とした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明は、飽和の水蒸気発生装置と、その水蒸気を未飽和に加熱する加熱水蒸気発生装置と、被炭化物を加熱水蒸気で加熱する炭化反応室を有する加熱蒸気窯とからなり、加熱蒸気窯は、横に長い円筒形の金属製であって、順次シャッターを設けることによって、予備室、炭化反応室、冷却室が設けられ、その中に被炭化物が立て込みに積まれる台車を搬送するようレールを通しに設け、加熱蒸気窯の炭化反応室にはセラミックスが内張りされ、その炭化反応室内には、上下左右に通気管を配設し、各通気管に噴射ノズルが配列され、また、加熱水蒸気発生装置については、水蒸気発生装置からの送気管に接続される伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着したことを特徴とする加熱水蒸気による炭化炉を構成した。
【０００９】
【作用】
加熱水蒸気には、温度設定が比較的自由であり、被炭化物の材質に応じて設定された高温の加熱水蒸気が得られ、それを炭化反応室において、被炭化物に噴射ノズルにより均等に当てられると、酸素が遮断された雰囲気中において高温に加熱され炭化する。木質系の炭化反応においては、構成成分のヘミセルローズでは１００〜３００℃、セルローズでは２４０〜４００℃、リグニンでは２３０〜５５０℃で反応が進行し炭化が完了する。そして、炭化反応は、熱分解反応と加水分解反応が平行して進むので、従来の熱分解方式よりも反応が速く進行する。
【００１０】
また、加熱蒸気窯において、炭化反応室の前に被炭化物を加熱する予熱室を設け、周壁に赤外線の輻射熱が望めるセラミックスを内張りしているため、さらに炭化速度が早まり、しかも、炭素率が高くなる。また、後に設けられる冷却室で冷却された炭化物は、外に排出されると余熱により自然に乾燥される。
【００１１】
さらに加えて、加熱水蒸気発生装置において、水蒸気発生装置からの送気管に接続される伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着してあるから、加熱水蒸気の加熱温度の調整がしやすくなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明においては、搬送装置５について、台車８や吊り車を用いたレール方式の他、ベルトや転りロールを用いたコンベヤ方式等を採ることができる。
【００１３】
また、水蒸気発生装置１については、重油等の燃料や電熱で、直接水を沸騰させるボイラー方式の他、予め蓄えておいた熱で蒸気をつくる蓄熱方式、さらにはその併用方式等を採ることができる。そして、蓄熱方式によれば、必要な量の加熱水蒸気を必要な時に得られやすいし、安価な深夜電力を利用することもできる。蓄熱材には、例えば、マグネシアやシリカ等を主成分とする固体、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等の高温時に融解して液体になる物質、あるいはこれらの混合物等を用いることができる。
【００１４】
加熱蒸気窯３において、予熱室１５、炭化反応室１６、冷却室１７を構成するシャッター１１，１２，１３，１４については、扉形式の他、エアーカーテンとすることもできる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の加熱水蒸気による炭化炉によれば、熱分解反応と加水分解反応とにより、速やかに炭化させることができ、しかも、それが酸素が遮断された雰囲気中になされるために、炭素率が高く、タール分の少ない良質の炭化物を生産することができ、しかも、連続運転が可能であるから、生産性を高めることができ、有用な燻液も多量に得られる等の優れた効果がある。
【００１６】
また、予熱室を設け、セラミックスの内張りがあると、さらに炭化速度が早まり、しかも、炭素率が高くなる。また、後に冷却室を設けると、さらに生産性が良くなる（請求項２）。
【００１７】
また、伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着してあると、加熱水蒸気の加熱温度の調整がしやすくなり、炭化物の材質に合わせて運転しやすい（請求項３）。
【００１８】
【実施例】
次に、この発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
【００１９】
図１および図２は、一実施例を示したもので、その加熱水蒸気による炭化炉は、ボイラーによる水蒸気発生装置１と、電気による加熱水蒸気発生装置２と、搬送装置５付きの加熱蒸気窯３等からなっている。
【００２０】
加熱水蒸気発生装置２は、水蒸気発生装置１から配管４によって供給される水蒸気を電磁誘導によるヒーター６ａと、ニクロム線によるヒーター６ｂとにより１，０００℃程度までに自由に温度設定して加熱される。
【００２１】
加熱蒸気窯３は、横に長い円筒形の金属製の筒形であって、その中に被炭化物７の台車８を搬送するレール９を通しに設けたもので、順次シャッター１１，１２，１３，１４を設けることによって、予熱室１５，炭化反応室１６、冷却室１７が設けられ、炭化反応室１６においては、セラミックス１９がタイルで内張りされ、上下左右に加熱水蒸気の通気管２１，２１，・・を配設し、各通気管２１には、噴射ノズル２３，２３，・・が配列されている。
【００２２】
また、冷却室１７には、通水管２４，２４，・・が配管され、それに噴水ノズル２６，２６，・・が取り付けられている。
【００２３】
上記の炭化炉の使用例を次に説明する。
【００２４】
被炭化物７として約１００ｋｇの木材を台車８に立て込みに積み、レール９によって、予熱室１５に６０分、炭化反応室１６に１２０分、冷却室１７に６０〜９０分と、それぞれ滞留させ、滞留中においてはシャッター１１，１２，１３，１４を閉じ、炭化反応室１６では、噴射ノズル２３，２３，・・から約８００℃の加熱水蒸気を均等に当てた。冷却室１７から出された炭化物７はそのまま放置して自然乾燥させた。
【００２５】
このようにして得られた炭化物７ａは、炭素率は、Ｃ／Ｈ比で９５％であり、良質の炭化物７ａが得られた。副生物のタール分は少なく、燻液は多量に排出された。また、木材の他に、他の有機物質としてのプラスチックや台所で出る厨介物からでも同じように炭化物が得られることが分かった。
【００２６】
図３は、水蒸気発生装置１が蓄熱材を利用した場合を示したもので、タンク２６内に、固体と液体の蓄熱材２８が混合して充填され、その中に、電気ヒーター３０と蒸気を内部で発生させる伝熱管３２が配設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の加熱水蒸気による炭化炉のほゞ全体を示す説明図である。
【図２】同炭化炉の要部としての炭化反応室の断面図である。
【図３】加熱水蒸気による炭化炉における水蒸気発生装置が蓄熱方式である場合の説明図である。
【符号の説明】
Ｐ 加熱水蒸気による炭化炉
１ 水蒸気発生装置
２ 加熱水蒸気発生装置
３ 加熱蒸気窯
４ 送気管
５ 搬送装置
６ａ 電磁誘導によるヒーター
６ｂ ニクロム線によるヒーター
７ 被炭化物
７ａ 炭化物
８ 台車
９ レール
１１，１２，１３，１４ シャッター
１０ 伝熱管
１５ 予熱室
１６ 炭化反応室
１７ 冷却室
１９ セラミックス
２１ 通気管
２３ 噴射ノズル
Claims (1)
- 飽和の水蒸気発生装置と、その水蒸気を未飽和に加熱する加熱水蒸気発生装置と、被炭化物を加熱水蒸気で加熱する炭化反応室を有する加熱蒸気窯とからなり、加熱蒸気窯は、横に長い円筒形の金属製であって、順次シャッターを設けることによって、予備室、炭化反応室、冷却室が設けられ、その中に被炭化物が立て込みに積まれる台車を搬送するようレールを通しに設け、加熱蒸気窯の炭化反応室にはセラミックスが内張りされ、その炭化反応室内には、上下左右に通気管を配設し、各通気管に噴射ノズルが配列され、また、加熱水蒸気発生装置については、水蒸気発生装置からの送気管に接続される伝熱管に、電磁誘導によるヒーターと、ニクロム線によるヒーターとを被着したことを特徴とする加熱水蒸気による炭化炉。
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