JP3946292B2

JP3946292B2 - 炭素素材の製造装置

Info

Publication number: JP3946292B2
Application number: JP28359496A
Authority: JP
Inventors: 護伊藤
Original assignee: 株式会社ツシマ総業; カヤバシステムマシナリー株式会社
Priority date: 1996-10-25
Filing date: 1996-10-25
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2016-10-25
Also published as: JPH10130007A; TW345503B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば産業廃棄物や自然界に植生する草木などにより各種の産業用原料となる炭素素材の製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、産業廃棄物を含む不用有機物の再利用について種々検討されているが、その大部分は相変わらず、焼却処理又は埋立処理によって処分されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら焼却処理又は埋立処理において、近年は紙おむつやパチンコ台などのような合成樹脂と他の有機物又は無機物とが混合しているものが大量に排出されるようになり、これに伴いそれらの分別作業も必要になり、分別作業後において、焼却処理又は埋立処理をしなければならず、それだけ処理作業が困難となっており、しかも焼却処理場の増設や埋立処理地の確保が困難となってきており、社会的に大きな問題となっている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の装置の発明は、有機物が収納されたコンテナを搬送可能な搬送部と、上記コンテナの搬送経路の手前側位置に配置された作動準備部と、上記コンテナの搬送経路中の作動準備部の後続位置に配置された加熱分解部と、上記コンテナの搬送経路中の加熱分解部の後続位置に配置された冷却待機部と、少なくとも上記加熱分解部に接続された分解ガス液化部と、少なくとも上記分解ガス液化部に接続された排ガス処理部とを備えてなり、上記加熱分解部は上記コンテナで搬送されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において３６０℃〜４５０℃の低温間接加熱により熱分解して炭素素材を製造可能な構造に構成され、上記作動準備部には窒素ガスを注入して該作動準備部の空気を強制的に排出する窒素置換が行われ、上記加熱分解部には窒素ガスを注入する窒素ガス注入管と、該熱分解部のガスを前記分解ガス液化部に排出する排気管を備え、該窒素ガス注入管から窒素ガスを該加熱分解部に注入し、該加熱分解部の空気を該排気管を介して強制的に排出する窒素置換によって上記無酸素閉鎖密閉雰囲気を形成し、上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数の加熱分解室により構成され、上記冷却待機部は上記コンテナで搬送されてくる炭素素材を注入される窒素ガスによって冷却する冷却室と搬出待機室とにより構成され、上記作動準備部、上記加熱分解部の各加熱分解室及び上記冷却待機部の上記冷却室と上記搬出待機室は、各々開閉可能な遮断扉により閉鎖密閉構造に構成され、上記搬送部は上記作動準備部、上記加熱分解部の各加熱分解室及び上記冷却待機部ごとに分離可能な独立構造とし、上記排ガス処理部に第一、第二排ガス燃焼室を備え、上記分解ガス液化部からのガスを該第一排ガス燃焼室に導入し、上記冷却室及び上記搬出待機室からのガスを該第二排ガス燃焼室に導入し、該第一排ガス燃焼室と該第二排ガス燃焼室にてガスを燃焼させて共通の排ガス排出管より外に排出する構成としたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１乃至図４は本発明の装置の実施の形態例を示し、大別すると、有機物が収納されたコンテナＷを搬送可能な搬送部Ａと、このコンテナＷの搬送経路Ｒの手前側位置に配置された作動準備部Ｂと、コンテナＷの搬送経路Ｒ中の作動準備部Ｂの後続位置に配置された加熱分解部Ｃと、コンテナＷの搬送経路中の加熱分解部Ｃの後続位置に配置された冷却待機部Ｄと、加熱分解部Ｃに接続された分解ガス液化部Ｅと、分解ガス液化部Ｅに接続された排ガス処理部Ｆとから構成されている。
【０００８】
ここに、上記搬送部Ａは、有機物が収納されたコンテナＷを作動準備部Ｂから加熱分解部Ｃを経て冷却待機部Ｄに至るまでの搬送経路Ｒにおいて搬送させる構造となっており、減速機付モータＡ₁により駆動されるローラーコンベヤＡ₂やチェーンコンベヤ等により構成され、特に、搬送部Ａは、作動準備部Ｂ、加熱分解部Ｃ及び冷却待機部Ｄ毎に分離可能な内部搬送独立構造となっている。
【０００９】
又、作動準備部Ｂは、コンテナＷの搬送経路Ｒの手前側位置に配置されたコンテナ受入部Ｂ₁及び空気と窒素ガスの入れ替え、即ち、窒素置換が行われる耐熱、断熱、閉鎖密閉構造のプリペレーション室Ｂ₂と、予備加熱に使用する遠赤外線ヒータや電磁波を利用した加熱体Ｂ₃とにより構成され、この窒素置換は窒素貯蔵ボンベＴより複数個の窒素ガス注入管Ｔ₁を介して窒素ガスをプリペレーション室Ｂ₂に注入し、空気は排気管Ｍ₁を介して強制的に室外へ排出することによりなされ、このプリペレーション室Ｂ₂の入口部分及び加熱分解部Ｃに接続される出口部分に遮断扉Ｎが上下開閉機構Ｎ₁のコンプレッサＮ₂及びシリンダＮ₃により開閉自在に配設され、しかして、プリペレーション室Ｂ₁の遮断扉以外の上面、両側面及び底面に加熱体Ｂ₃を配置し、かつ、この場合、コンテナ受入部Ｂ₁とプリペレーション室Ｂ₂とは、分離可能な独立構造となっている。
【００１０】
又、加熱分解部Ｃは、コンテナＷに収納されて搬送されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解可能な構造に構成され、複数個、この場合二個の加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁により構成され、このそれぞれの加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁にあっても、耐熱、断熱、閉鎖密閉構造に構成されると共に窒素貯蔵ボンベＴより複数個の窒素ガス注入管Ｔ₁を介して窒素ガスが注入され、室内の空気は排気管Ｍ₁を介して強制的に室外へ排出され、又、加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁の間及び冷却待機部Ｄに接続される出口部分に遮断扉Ｎが上下開閉機構Ｎ₁により開閉自在に配設され、加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁の遮断扉Ｎ以外の上面、両側面及び底面に加熱分解に使用する遠赤外線ヒータや電磁波を利用した加熱体Ｃ₂を配置し、この場合加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁は相互に分離可能な独立構造となっている。
【００１１】
又、冷却待機部Ｄは、コンテナＷ内の有機物が加熱分解部Ｃにより無酸素閉鎖密閉条件下において低温間接加熱により熱分解されて製造された炭素素材を冷却する冷却室Ｄ₁と、搬出待機室Ｄ₂とにより構成され、このそれぞれの冷却室Ｄ₁及び搬出待機室Ｄ₂にあっても、耐熱、断熱、閉鎖密閉構造に構成されると共に冷却室Ｄ₁には窒素貯蔵ボンベＴより複数個の窒素ガス注入管Ｔ₁を介して炭素素材を冷却する窒素ガスが注入され、室内の空気は排気管Ｍ₁を介して強制的に室外へ排出され、この場合、搬出待機室Ｄにも必要に応じて窒素ガスにより炭素素材を追加冷却可能に窒素ガス注入管Ｔ₁が設けられ、室内の空気は排気管Ｍ₁を介して強制的に室外へ排出され、又、冷却室Ｄ₁と搬出待機室Ｄ₂との間及び外につらなる出口部分に遮断扉Ｎが上下開閉機構Ｎ₁により開閉自在に配設され、この場合、加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁と異なり、加熱体Ｃ₂は配置されておらず、かつ、この場合冷却室Ｄ₁と搬出待機室Ｄ₂は相互に分離可能な独立構造となっている。
【００１２】
又、分解ガス液化部Ｅは、冷却水タンクＥ₁及び冷却塔Ｅ₂からなり、この冷却塔Ｅ₂内には分解ガスが通過する螺旋通気管が内蔵されると共にその周囲に冷却水が満たされ、冷却塔Ｅ₂にドレン口が設けられている。
【００１３】
又、排ガス処理部Ｆは、燃料ガスタンクＦ1及び二個の第一、第二排ガス燃焼室Ｆ2を備えてなり、燃料ガスタンクＦ1内のプロパンガス等により排ガス燃焼室Ｆ2内において排ガスを燃焼させて排ガス排出管Ｆ3より無臭、無害な排ガスを外に排出するように構成されている。
【００１４】
この場合の管路系統にあっては、上記作動準備部Ｂのうちのプリペレーション室Ｂ2の排気管Ｍ1及び加熱分解部Ｃの二個の加熱分解室Ｃ1・Ｃ1の排気管Ｍ1は分解ガス液化部Ｅの冷却塔Ｅ2に管路Ｌ1により接続され、又、冷却待機部Ｄの冷却室Ｄ1及び搬出待機室Ｄ2は排ガス処理部Ｆの一方の第二排ガス燃焼室Ｆ2に管路Ｌ2により接続され、又、分解ガス液化部Ｅの冷却塔Ｅ2内の螺旋通気管の出口と排ガス処理部Ｆの他方の第一排ガス燃焼室Ｆ2に管路Ｌ3により接続されている。
【００１５】
又、この場合、冷却待機部Ｄの搬出待機室Ｄ₂の後続位置にコンテナ荷出部Ｇが配置されている。
【００１６】
この実施の形態例は上記構成であるから、前処理作業として、有機物の種類や大きさにより圧潰や破砕を行うこともあり、この有機物が収納されたコンテナＷは搬送部Ａにより作動準備部Ｂから加熱分解部Ｃを経て冷却待機部Ｄに至る搬送経路Ｒに沿って搬送され、先ず、作動準備部Ｂにあって、このコンテナＷ内の有機物は耐熱、断熱、閉鎖密閉構造にして窒素置換により無酸素閉鎖密閉雰囲気としたプリペレーション室Ｂ₂内において、加熱体Ｂ₃により例えば３６０℃〜４５０℃程度の低温度条件で予備間接加熱され、次に、加熱分解部Ｃにあって、コンテナＷの有機物は耐熱、断熱、閉鎖密閉構造にして窒素置換により無酸素閉鎖密閉雰囲気とした加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁内において、加熱体Ｃ₂により、同じく、例えば３６０℃〜４５０℃程度の低温度条件で間接加熱され、これによりコンテナＷ内の有機物は熱分解されて炭素素材が製造され、次いで、冷却待機部Ｄにあって、コンテナＷの炭素素材は耐熱、断熱、閉鎖密閉構造の冷却室Ｄ₁内において、窒素ガスにより冷却され、搬出待機室Ｄ₂において、取出待機することになり、そしてコンテナ荷出部Ｇより随時搬出される。必要に応じて、後処理作業として、磁選機により有機物と金属との分別作業を行うこともある。
【００１７】
又、加熱分解部Ｃの加熱分解室Ｃ1・Ｃ1及びプリペレーション室Ｂ2内に発生したガスは分解ガス液化部Ｅにより液化され、排ガス処理部Ｆを介して外に排気され、又、冷却待機部Ｄの冷却室Ｄ1及び搬出待機部Ｄ2内のガスも排ガス処理部Ｆを介して外に排気されることになる。
【００１８】
このようにして不用有機物を含む有機物を燃焼を伴わずに無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製造することができ、生成炭素率が高く、炭素素材中の固定炭素量が７５％以上のものも可能となって良質な炭素素材を製造することができ、しかも製造中の熱効率が非常に良く、悪臭や黒煙の大気中への排出も少なくすることができ、更に少数の人員で装置を稼働することができ、装置の耐用年数が長くなってメンテナンスも容易であり、又、連続的に炭素素材を製造することが可能であり作業能力も大きく、しかも有機物の粉砕や燃えるものと燃えないものとの分別作業などの前工程は必要なく、混在したまま用いることができる。
【００１９】
ここに、無酸素閉鎖密閉雰囲気下での炭素化は製造された炭素素材を様々な用途に利用するためであり、不用有機物に混合しているであろう金属や無機物を取り除くことを容易にするためであり、またその金属等を再利用することも可能とする目的もある。金属は無酸素の状態であるので酸化はされず、間接加熱時の温度が３６０℃―４５０℃で低温のために金属の組成変化も起きず、更に無酸素状態での炭素化の折、生ガスが発生するが、この発生ガスも酸化されていないため、使用する原料の種類が、植物の場合は木酢、竹酢、草酢など良質なものを分解ガス液化部Ｅのドレン口より採取することができ、又、プラスチックやタイヤを原料とした場合に生成される炭素素材の他に熱分解させる時に発生する生ガスは分解温度設定の変更により、ナフサと同等の液体やＡ重油相当の液体を採取回収することができ、採取回収される液体の用途別に分解温度を変化させればよいのである。
【００２０】
又、製造された炭素素材は炭素を含めて殆どが産業上の原料となるものであり、この炭素素材を産業上の原料として利用することにより、焼却場や埋立処分場の増設は必要最小限で良く、更には処分場に埋立てされている有機物を炭素化することにより、埋立処分場の延命もはかることができ、資源の浪費を防ぐこともできる。この焼却や埋立て処分されてきたものには、生ゴミや紙ゴミ、剪定枝、河川敷の雑草、道路脇の雑草、建築廃材、焼酎粕、ビール、ジュース、コーヒー粕、などがあり、またプラスチックは焼却の際に高発熱量のため焼却炉を痛めやすいことや有毒ガスが発生しやすいことなどからもっぱら埋立て処分されてきているが、これにより炭素素材を製造することにより、一つの資源を再度、再再度利用することになり、従って、炭素素材の製造という分野のみならず、産業廃棄物処理方法としても用いることができる。又、産業廃棄物の種類によっては、製造された炭素素材を殆ど利用できるものもあり、例えば、実施例として、現在廃棄されている紙おむつの場合では、焼却か埋立てであり、燃焼を伴うことになる焼却の際には高温と有害ガスが発生するし、焼却の過程で一次溶解し、塊となって燃焼の支えとする酸素源の供給口をふさぎ、装置の故障の原因を作り燃えにくくなる等が起きるが、上記の如く、熱分解することにすれば、紙おむつの中に混じり込んでいるであろうものはそのまま炭素化し、水分は蒸発し、紙おむつ本体も合成樹脂の部分は分解しガス化し、コットンなどは炭素化する。又、合成樹脂は分解ガス化する過程で一時的に溶解するが、燃焼工程における溶解と違い、熱が伝導するままに分解していく。焼却処理の場合は燃焼するために酸素が必要であり、また酸素と結合して燃焼が進むものであり、酸素と接触した部分のみが燃焼する。表面から順に燃焼が進む。すなわち、撹拌などの方法を用いらなければ燃焼時間の短縮は計れず、さらに酸素の供給のしかたによっては非常な高温になる場合もあるが、この方法にあっては、熱が伝わったところ、つまり分解するに必要な温度になった場合は、その温度になった場所から分解が進んで行き、空気などの対流が無くても分解は進み、溶解して塊になったとしても内部から分解が進む場合もあり、分解速度を焼却と比較して非常に早くできる。
【００２１】
又、加熱分解部Ｃにおいて、有機物を熱分解させるための時間を消化するためと分解ガスの再利用の際の取り出し時期の決定、分解ガスの処理の時間、安全性、炭素化の程度の把握、管理の簡潔さ、メンテナンスの安易さなどを考慮し、更に作業能力に応じて複数個の加熱分解室Ｃ₁を設けて構成され、又、搬送構造も各加熱分解室Ｃ₁ごとに独立構造となっており、勿論この加熱分解室Ｃ₁はそれぞれ密閉性、断熱、耐熱の構造であり、更に各加熱分解室ごとに分離できる構造とすることにより、修理などの際はその加熱分解室Ｃ₁ごとに交換をするだけで良く修理による時間の浪費を無くして素早く対応することができ、また設置稼働後において、需要に応じて作業能力を増減させる場合は、この加熱分解室部Ｃ₁の増減を行うだけで対応することができる。
【００２２】
又、冷却待機部Ｄの冷却室Ｄ1は空気接触によっての燃焼を未然に防ぐために必要であり、窒素ガスによる急激な冷却は炭素の塊の中のミクロ気孔を発達させるために行うものであり、冷却の際に窒素ガスを使用することは炭素素材が乾燥した状態で取り出せるようにしたものであり、又、搬出待機室Ｄ2は炭素素材を再加工するために行うコンテナ荷出部Ｇ上の準備の完了を待つためと空気接触が起きても燃焼が起きない状態を確認するために設けてあり、冷却室Ｄ1同様に追加冷却可能に構成され、しかして、プリペレーション室Ｂ2、加熱分解室Ｃ1・Ｃ1、搬出待機室Ｄ2に至るまで外気に触れることなく無酸素の状態に保持するように構成している。
【００２３】
又、搬送経路Ｒを通過する時間の設定は有機物の種類や再利用の方法によって決定することとし、又、装置一式を小型化し、車載化することにより原料発生場所、炭素素材の使用場所での炭素化も可能となり、機動力のある装置とすることが望ましく、これにより収集運搬費の軽減を図ることができる。
【００２４】
尚、本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、搬送部Ａ、作動準備部Ｂ、加熱分解部Ｃ、冷却待機部Ｄ、分解ガス液化部Ｅ及び排ガス処理部Ｆの構造や材質等は適宜変更して設計される。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は上述の如く、請求項１記載の発明にあっては、有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製造することにより、産業廃棄物を含む有機物を原料として、固定炭素量の高い良質な炭素素材を製造することができ、しかも製造中の熱効率が非常に良く、悪臭や黒煙の大気中への排出も少なくすることができ、更に少数の人員で装置を稼働することができ、装置の耐用年数が長くなってメンテナンスも容易であり、又、連続的に炭素素材を製造することが可能であり作業能力も大きく、しかも有機物の粉砕や燃えるものと燃えないものとの分別作業などの前工程は必要なく、混在したまま用いることができ、焼却処理や埋立て処分していた廃棄物や、草木をも無駄無く利用することができるため資源の浪費を大幅に減少することができ、更に産業廃棄物の処理施設等の増設も必要なく、生成された炭素素材を産業上利用することにより多方面への経済効果が期待でき、資源保護にも大いに寄与することができる。
【００２６】
又、請求項１記載の発明にあっては、上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数個の加熱分解室により構成することにより、修理などの際はその加熱分解室ごとに交換をするだけで良く修理による時間の浪費を無くして素早く対応することができ、また設置稼働後において、需要に応じて作業能力を増減させる場合は、この加熱分解室部の増減を行うだけで対応することができる。
【００２７】
以上所期の目的を充分達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例の全体説明平面図である。
【図２】本発明の実施の形態例の部分説明側断面図である。
【図３】本発明の実施の形態例の部分説明平断面図である。
【図４】本発明の実施の形態例の部分説明横断面図である。
【符号の説明】
Ｗコンテナ
Ｒ搬送経路
Ａ搬送部
Ｂ作動準備部
Ｃ加熱分解部
Ｃ₁ 加熱分解室
Ｄ冷却待機部
Ｅ分解ガス液化部
Ｆ排ガス処理部

Claims

有機物が収納されたコンテナを搬送可能な搬送部と、上記コンテナの搬送経路の手前側位置に配置された作動準備部と、上記コンテナの搬送経路中の作動準備部の後続位置に配置された加熱分解部と、上記コンテナの搬送経路中の加熱分解部の後続位置に配置された冷却待機部と、少なくとも上記加熱分解部に接続された分解ガス液化部と、少なくとも上記分解ガス液化部に接続された排ガス処理部とを備えてなり、上記加熱分解部は上記コンテナで搬送されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において３６０℃〜４５０℃の低温間接加熱により熱分解して炭素素材を製造可能な構造に構成され、
上記作動準備部には窒素ガスを注入して該作動準備部の空気を強制的に排出する窒素置換が行われ、
上記加熱分解部には窒素ガスを注入する窒素ガス注入管と、該熱分解部のガスを前記分解ガス液化部に排出する排気管を備え、該窒素ガス注入管から窒素ガスを該加熱分解部に注入し、該加熱分解部の空気を該排気管を介して強制的に排出する窒素置換によって上記無酸素閉鎖密閉雰囲気を形成し、
上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数の加熱分解室により構成され、
上記冷却待機部は上記コンテナで搬送されてくる炭素素材を注入される窒素ガスによって冷却する冷却室と搬出待機室とにより構成され、
上記作動準備部、上記加熱分解部の各加熱分解室及び上記冷却待機部の上記冷却室と上記搬出待機室は、各々開閉可能な遮断扉により閉鎖密閉構造に構成され、
上記搬送部は上記作動準備部、上記加熱分解部の各加熱分解室及び上記冷却待機部ごとに分離可能な独立構造とし、
上記排ガス処理部に第一、第二排ガス燃焼室を備え、上記分解ガス液化部からのガスを該第一排ガス燃焼室に導入し、上記冷却室及び上記搬出待機室からのガスを該第二排ガス燃焼室に導入し、該第一排ガス燃焼室と該第二排ガス燃焼室にてガスを燃焼させて共通の排ガス排出管より外に排出する構成としたことを特徴とする炭素素材の製造装置。