JP4003134B2 - 誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、塗料、樹脂などの高分子化合物を含む廃棄物、特に使用済み飲料缶など
の金属系廃棄物を誘導加熱により乾留処理するバッチ処理方式の誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法に関する。

バッチ処理方式の誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法については、例えば特許文献１に記載されているが、図２にこの種の乾留炉の従来構成を示す。図２において、不活性ガス雰囲気を形成する閉塞された炉本体１内に、磁性材（鉄）からなる乾留槽２が設置され、炉本体１の外側に加熱コイル３が配置されている。加熱コイル３は励磁電源４により励磁され、乾留槽２を誘導加熱する。断熱材からなる炉本体１は開閉可能な炉蓋５及び炉底６を備え、炉蓋５の上方には乾留槽２に被乾留物７を投入するための投入ホッパ８が設けられ、炉底６の下方には乾留槽２から排出された被乾留物７を受け入れる排出トレイ９が設けられている。炉内には不活性ガスタンク１０の不活性ガス（窒素）が開閉バルブ１１を介して導入され、炉内に生じた乾留ガスは開閉バルブ１２を介して排ガス処理設備１３に排出される。

図２の乾留炉を運転するには、図示しないコンベアで投入ホッパ８に被乾留物７を所定量貯留しておき、図３に示すように炉本体１の炉蓋５を上昇及び横方向に移動させて開けた後、投入ホッパ８の底蓋を開けて被乾留物７を乾留槽２内に投入する。次いで、炉蓋５を閉じ、開閉バルブ１１（図２）を開いて炉内に窒素を導入し、炉内空気を窒素で置換して無酸素状態とした後、加熱コイル３により乾留槽２を誘導加熱する。被乾留物７は乾留槽２からの輻射や熱伝導よって加熱され、所定の温度まで到達した後、その温度で一定時間保持されることで乾留処理が行われる。被乾留物７の加熱により高分子化合物（例えば飲料缶の塗料）が熱分解され、可燃性の乾留ガスが発生する。

図４は、被乾留物温度（℃）、乾留ガス発生量（Ｌ／ｍｉｎ）及び窒素流量（Ｌ／ｍｉｎ）の時間的変化を示すものである。乾留ガスは被乾留物温度の上昇とともに発生量が増加し、被乾留物温度が所定の温度まで到達すると乾留ガス発生量は減少して乾留処理が終了する。炉内は大気の流入を抑えるために大気圧よりも若干高い圧力に保たれ、窒素流量は乾留ガス発生量が少ない初期は多いが、乾留ガス発生量がある程度以上に増えた以降は炉内圧を保つためのわずかな流量でよい。乾留が終了した被乾留物７は乾留炉の炉底６を下降及び横方向に移動させ、被乾留物７を落下させることによって排出トレイ９へ排出する。被乾留物７の排出後、炉底６を閉め、次の被乾留物を投入しても可燃性ガスが発生しない温度まで乾留炉温度を下げる。
特開平１０−４３７１４号公報

しかしながら、上記した従来の乾留炉は１バッチ処理に要する時間が長く、連続処理における処理能力が低いという問題があった。すなわち、連続処理において、一度、乾留処理を終えた乾留槽２は高温になっているため、再び被乾留物７を炉内に投入すると、乾留槽２からの熱を受けて被乾留物７は温度が上昇し、高分子化合物が分解して可燃性ガスが発生する。一方、投入する被乾留物７と一緒に投入ホッパ８内に存在する酸素が混入することに加え、炉蓋５を開けた際に炉本体１の隙間から酸素が侵入することで炉内の酸素濃度が上昇する。ところが、炉内の可燃性ガスと酸素濃度の関係が燃焼可能な範囲内に入ると、炉内で燃焼や爆発を引き起こす危険性がある。そのため、従来は繰り返して乾留処理を行う場合、被乾留物７の投入時にはいったん、乾留槽２の温度を被乾留物７が投入されても可燃性ガスが発生しない温度まで下げておく必要があった。

しかし、乾留炉は放熱による熱損失を小さくするために断熱性の炉本体１内に乾留槽２を設置しており保温性が良く、乾留処理時間が１時間程度であるのに対して乾留槽２の温度を下げるためにその１０倍程度の時間を要していた。その結果、従来の乾留炉は乾留処理以外の工程に時間がかかってしまい、１日に１〜２バッチ程度の処理しか行えなかった。

この発明は、上記問題を解決するためになされたもので、被乾留物から発生した可燃性ガスを爆発燃焼させることなく乾留処理を連続的に行い、１バッチにかかる時間を短縮して処理能力を向上させることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、この発明の方法は、不活性ガス雰囲気の炉内で乾留槽を誘導加熱し、この乾留槽に収容された被乾留物を乾留処理するとともに、生じた乾留ガスを排ガス処理設備に排出する誘導加熱式乾留炉において、開閉可能な上蓋及び底蓋によりそれぞれ気密に閉塞される被乾留物の装入口及び吐出口を有するとともに、この吐出口が炉内に気密に接続された投入ホッパと、この投入ホッパ内の空気を不活性ガスで置換する手段とを設け、前記上蓋を開いて前記被乾留物を前記投入ホッパに装入した後前記上蓋を閉じ、次いで前記投入ホッパ内の空気を不活性ガスで置換した後、前記底蓋を開いて前記投入ホッパ内の被乾留物を不活性ガス雰囲気の炉内に投入するものとする（請求項１）。

請求項１の発明によれば、炉内を大気から遮断した状態で被乾留物の投入ができるので、高温の乾留炉に被乾留物を投入して可燃性ガスが発生しても、炉内で燃焼や爆発を引き起こす気遣いがない。従って、被乾留物の入れ替えのために乾留炉の温度を下げる必要がなく、直ちに連続処理を行うことができる。

請求項１の発明において、酸素濃度計を設け、前記投入ホッパ内の酸素濃度を検出するようにするのがよい（請求項２）。これにより、不活性ガス置換時に、投入ホッパ内の酸素濃度を適正に管理することができる。

請求項１の発明において、不活性ガス置換時に前記投入ホッパから排出するガスを前記排ガス処理設備に送るようにするとよい（請求項３）。不活性ガス置換時に投入ホッパから排出するガスは空気と不活性ガスの混合ガスで、そのまま大気に放流することも可能であるが、乾留ガスの処理のために設けられた排ガス処理設備を利用すれば環境上一層好ましい。

この発明の誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法によれば、被乾留物の投入の際に乾留槽の温度を下げる工程を省略し、被乾留物を乾留槽が高温のままで投入できることから、１バッチに掛かる時間が大幅に短縮され、連続処理を効率的に行うことが可能となる。

図１はこの発明において使用する乾留炉の縦断面図である。なお、従来例と対応する部分には同一の符号を用いるものとする。図１において、投入ホッパ８は、被乾留物の装入口１４及び吐出口１５を上下に有し、装入口１４及び吐出口１５にはそれぞれ開閉可能な上蓋１６及び底蓋１７により気密に閉塞されるようになっている。上蓋１６は着脱式で水封式のシール機構１８でシールされる一方、ヒンジ式の底蓋１７は乾留槽２に近く温度が高くなることからガスケットシール構造が採用され、かつ被乾留物投入時に投入ホッパ８内で被乾留物７が棚吊り状態になることを防止するために、開度調整が可能な電動駆動式となっている。この投入ホッパ８の吐出口１５は、投入シュート１９により炉内に気密に接続されている。

更に、図１において、投入ホッパ８には不活性ガスタンク１０の窒素が開閉バルブ２０を介して供給され、投入ホッパ８の内部ガスは開閉バルブ２１を介して排ガス処理設備１３に排出されるようになっている。また、乾留炉及び投入ホッパ８には、内部の酸素濃度を検出する酸素濃度計２２及び２３がそれぞれ取り付けられている。図１の乾留炉のその他の構成は、図２の従来構成と実質的に同じである。

図１の乾留炉による乾留処理の工程は次の通りである。図示しないコンベアから投入ホッパ８に所定量の被乾留物７を貯留したら、上蓋１６を閉めて投入ホッパ８を密閉状態とする。次に、開閉バルブ２０及び２１を制御して窒素を投入ホッパ８内へ供給する。窒素供給中は酸素濃度計２３によりホッパ内の酸素濃度を管理し、酸素濃度が所定の濃度以下になるまで窒素置換を行う。乾留炉内における燃焼限界値は、可燃性ガスと窒素とによる混合ガス中への空気混入となることから、燃焼限界上限値によって評価し、更に安全上の裕度としてこの燃焼限界上限値に対して４倍希釈した酸素濃度が一般的に用いられる。例えば、使用済み飲料缶の乾留において実験により得られた可燃性ガス成分からこの値を算出すると、燃焼限界上限値における酸素濃度は12％となり、これを４倍希釈した値とするには酸素濃度３％以下まで窒素置換を行う必要がある。

また、投入ホッパ８から排出されるガス（ホッパ内の空気及び窒素）は開閉バルブ２１を制御して排出ガス処理設備１３に排出する。この時、乾留炉内も同様に窒素置換し、酸素濃度計２２で計測した炉内の酸素濃度が３％以下になった状態で、投入ホッパ８の底蓋１７を開き、被乾留物７を乾留槽２に投入する。次いで、乾留槽２を加熱コイル３によって誘導加熱し、被乾留物７が所定の温度まで到達した後、一定時間保持して乾留処理を行う。乾留が終了した被乾留物７は、炉底６を開けて排出トレイ９へ排出する。乾留炉から被乾留物７を排出する際には、炉内で発生した可燃性ガスはすべて排ガス処理設備１３で処理されているから、炉底６を開けても可燃性ガスが燃焼することはない。

被乾留物７を排出したら炉底６を閉め、次の準備のために乾留炉内の窒素置換を行う。乾留炉内の窒素置換が完了し、また投入ホッパ８も被乾留物７の貯留と窒素置換が完了した段階で、乾留炉内に被乾留物７を投入して次のバッチ処理を行う。

上記した乾留処理方法によれば、炉本体１の炉蓋５を開けずに投入ホッパ８から被乾留物７を炉内に投入できるため、従来のように炉蓋５を開けた際に乾留炉と投入ホッパ８の隙間から酸素が炉内に侵入することがなく、また投入ホッパ８内も窒素置換しているため、炉内に被乾留物７を投入する際に炉内の酸素濃度が上昇することがない。その結果、乾留槽２が高温の状態で被乾留物７を投入しても、発生した可燃性ガスが爆発燃焼することがなく、１バッチ毎に乾留槽温度を下げる工程が不要となる。これにより、１バッチあたりの処理時間が著しく短縮され、連続運転による処理能力が大幅に向上する。なお、図示実施の形態では、投入ホッパ８を投入シュート１９を介して炉内に接続したが、投入シュート１９を省略して投入ホッパ８を直に炉内に接続することも可能である。

この発明において使用する乾留炉の縦断面図である。 従来の乾留炉の縦断面図である。 図２の乾留炉への被乾留物の投入を説明する図である。 図２の乾留炉の被乾留物温度、乾留ガス発生量及び不活性ガス流量の時間的変化を示す線図である。

符号の説明

１ 炉本体
２ 乾留槽
３ 加熱コイル
４ 励磁電源
５ 炉蓋
６ 炉底
７ 被乾留物
８ 投入ホッパ
１０ 不活性ガスタンク
１３ 排ガス処理設備
１４ 装入口
１５ 吐出口
１６ 上蓋
１７ 底蓋
２２ 酸素濃度計
２３ 酸素濃度計

Claims (3)

1. 不活性ガス雰囲気の炉内で乾留槽を誘導加熱し、この乾留槽に収容された被乾留物を乾留処理するとともに、生じた乾留ガスを排ガス処理設備に排出する誘導加熱式乾留炉において、開閉可能な上蓋及び底蓋によりそれぞれ気密に閉塞される被乾留物の装入口及び吐出口を有するとともに、この吐出口と炉内とが気密に接続された投入ホッパと、この投入ホッパ内の空気を不活性ガスで置換する手段とを設け、前記上蓋を開いて前記被乾留物を前記投入ホッパに装入した後前記上蓋を閉じ、次いで前記投入ホッパ内の空気を不活性ガスで置換した後、前記底蓋を開いて前記投入ホッパ内の被乾留物を不活性ガス雰囲気の炉内に投入するようにしたことを特徴とする誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法。
2. 酸素濃度計により前記投入ホッパ内の酸素濃度を検出することを特徴とする請求項１
   記載の誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法。
3. 不活性ガス置換時に前記投入ホッパから排出するガスを前記排ガス処理設備に送るよう
   にしたことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱式乾留炉による乾留処理方法。

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