JP4078612B2 - 誘導加熱式乾留炉及びその運転方法 - Google Patents

Description

この発明は、高分子化合物を含む廃棄物を乾留処理する誘導加熱式乾留炉に関し、特
に排ガス処理に関する。

炉体を誘導加熱することにより、不活性ガス雰囲気の炉内で被乾留物を乾留処理するバ
ッチ式の誘導加熱式乾留炉については、例えば特許文献１に記載されている。この種の乾
留炉は炉体の外側に加熱コイルが設けられ、この加熱コイルが作る磁束が炉体と鎖交する
ことで、この鎖交磁束を打ち消すように炉体に誘導電流が生じ、この誘導電流による抵抗
損により炉体が発熱する。この炉体の熱は炉壁からの輻射や熱伝導により被乾留物に伝え
られ、被乾留物が温度上昇する。その結果、被乾留物に含まれる高分子化合物が熱分解さ
れ、可燃性の乾留ガスが発生する。この乾留ガスは乾留炉の側面にあけられた排気口から
炉外に導かれ排ガス処理装置で処理される。
特開平１０−４３７１４号公報

乾留炉の炉内では被乾留物は炉体壁面からの輻射・熱伝導、被乾留物同士の接触による
熱伝導、炉内ガスからの熱伝達により加熱されて温度上昇する。その場合、炉体内の中心
部の被乾留物は、専ら被乾留物同士の接触による熱伝導で加熱され炉壁からの輻射を受け
にくいので、炉壁近傍の被乾留物に比べて昇温しにくい。その場合、炉体で発生した熱を
炉中心部の被乾留物に効率よく伝えるためには、炉内に取り付けたファンで炉内ガスを強
制循環させるのがよい。

一方、被乾留物が温度上昇するにつれて可燃性の乾留ガスが発生する。この乾留ガスは排ガス処理装置で処理されるが、乾留終了後に被加熱物を炉から取り出す際には、炉内の乾留ガス濃度は爆発や臭気を防ぐために十分に低いことが要求される。そこで、不活性雰囲気を保つためと乾留ガス濃度を下げるために、炉内には乾留中も不活性ガス（一般に窒素ガス）を炉内に導入し、乾留ガスとあわせて排ガス処理装置に送って処理している。

乾留が進むにつれて乾留ガスの発生量が減少することと窒素ガスの炉内への導入により、炉内は不活性ガスの窒素ガスで逐次置換されるが、炉内ガスを強制循環させている場合には、窒素ガスと乾留ガスは混合して炉内はすぐに一様ガス濃度になり、乾留ガスだけを排ガス処理装置に導くことはできないため、乾留ガス濃度の低下には時間がかかる。そのため、乾留ガス濃度が低下してから被乾留物を取り出そうとすると、被乾留物の取り出しまでに時間がかかり、結果として処理時間が長くなるとともに、炉内に供給する窒素ガス量が多くなるという問題があった。

この発明の課題は、乾留処理の終了時期において乾留ガスと不活性ガスの窒素ガスとの置換を速やかに進め、乾留処理時間の短縮と不活性ガスの窒素ガスの供給量の節減を図ることにある。

上記課題を解決するために、この発明は、被乾留物を収容した炉体を不活性ガス雰囲気の炉内で誘導加熱して前記被乾留物を乾留処理し、生じた乾留ガスを炉外に排出する誘導加熱式乾留炉の運転方法において、炉内ガスをファンにより循環させながら乾留処理を進行させるとともに、この乾留処理の終了時期には前記ファンを停止して炉底部から前記不活性ガスとして窒素ガスを炉内に導入し、炉上部から前記乾留ガスを炉外に排出するものとする（請求項１）。

請求項１の発明において、前記ファンの停止時期は、前記炉内ガスの温度が一定温度に到達した時点とすることができ（請求項２）、あるいは乾留処理が開始されてから一定時間が経過した時点とすることができる（請求項３）。

請求項１の発明の実施に使用する乾留炉として、この発明は、被乾留物を収容した炉体を不活性ガス雰囲気の炉内で誘導加熱することにより前記被乾留物を乾留処理し、生じた乾留ガスを炉外に排出する誘導加熱式乾留炉において、炉内ガスを循環させるファンと、このファンを回転させながら乾留処理を進行させるとともに、この乾留処理の終了時期には前記ファンを停止して炉底部から前記不活性ガスとして窒素ガスを炉内に導入し、炉上部から前記乾留ガスを炉外に排出する制御手段とを設けるものとする（請求項４）。

請求項４の発明において、前記ファンの停止時期は、前記炉内ガスの温度が一定温度に到達した時点とすることができ（請求項５）、あるいは乾留処理が開始されてから一定時間が経過した時点とすることができる（請求項６）。

乾留ガス（乾留ガス）の比重は、そのガス成分によっても違うが不活性ガスとしての窒素ガスに比べて常温ではおおよそ0.5〜2倍である。特に、被乾留物の温度が高温に達した後で、乾留ガス温度も高温になっている段階では、発生したほとんどの乾留ガス成分の比重は窒素ガスの常温での比重より軽い。例えば、乾留ガスの温度が500℃ではその比重は常温の1/3倍程度に軽くなり窒素の0.2〜0.7倍程度である。従って、常温の窒素ガスに比べてほとんどの乾留ガスが高温では窒素ガスより軽くなる。

そこで乾留が終了したら、被加熱物を炉外に取り出す前に炉内ガスを強制循環させていたファンを止める。そして、炉底部から常温の窒素ガスを炉内に導入すれば、比重の軽い乾留ガスは炉内の上部に押し上げられて、炉上部にあけられた排気口から排ガス処理装置に排出される。そのため、炉内は短時間に不活性ガスの窒素に置換され、乾留ガス濃度は短時間に低減する。炉内に導入する不活性ガス量は、常温で炉体積と同等以上とする。窒素ガスは炉内では加熱されて体積が増加するので、炉内は大気圧以上の窒素ガスに置換される。

この発明によれば、乾留処理中は炉内ガスをファンで強制循環させて被乾留物温度を均一に加熱し、乾留品質を向上させることができるとともに、乾留処理の終了時期には炉内ガスの乾留ガス濃度を速やかに低下させ、被乾留物を取り出すまでの時間を短縮して、結果として乾留処理時間を短縮し、同時に不活性ガスとしての窒素ガスの供給量を節減することが可能になる。

図１はこの発明を実施するための乾留炉の一例を示す概略縦断面図である。図１において、１は炉蓋、２は断熱壁でいずれも断熱材で構成されている。断熱壁２の内側に磁性材（鉄）からなる炉体３が置かれ、炉体３内には被乾留物７（例えば飲料缶）が収容されている。断熱壁２の外側にインバータ電源５に接続された加熱コイル４があり、加熱コイル４が励磁されるとその磁束は炉体３と鎖交する。これにより、炉体３は誘導電流が流れて発熱し、被乾留物７は炉体３からの輻射や熱伝導、被乾留物同士の熱伝導、炉内ガスからの熱伝達により加熱される。

６は制御回路で、温度センサ１３で炉体３の温度を検出し、インバータ電源５を制御して炉体３の温度をコントロールする。８は被乾留物７を支える通気性の炉底である。炉底８の下には、炉内のガスを循環するファン９が取り付けられている。ファン９はモータ１０によって駆動され、モータ１０はインバータ電源１１で制御される。インバータ電源１１は、炉内温度を検出した温度センサ１４からの温度信号が入力される制御回路１２により制御されている。矢印１５は炉内ガスの流れを示す。１６は排ガス処理装置で炉上部の排気口１８につながれている。１７は不活性ガスとして窒素ガスを供給する窒素タンクで、窒素ガスは電磁弁１９が開くことにより炉底部から炉内に導入される。

図１に示した乾留炉による被乾留物、ここでは例えば飲料缶の乾留処理について説明すると以下の通りである。まず、電磁弁１９を開いて窒素タンク１７の窒素ガスを炉底部の給気口２３から炉内に導入し、炉内を大気圧よりも若干高い圧力の窒素ガス（不活性ガス）雰囲気として大気（酸素）を遮断する。次いで、インバータ電源５から加熱コイル４に高周波電流を供給する。これにより、加熱コイル４が作る磁束が炉体３と鎖交し、この鎖交磁束を打ち消すように炉体３に誘導電流が生じるのでその抵抗損で炉体３が発熱する。制御回路６は炉壁温度を温度センサ１３で検出し、その温度が一定になるように加熱コイル４に供給する電力を制御する。いまの場合、乾留温度を例えば550℃として、炉壁温度を例えば600℃に保つように制御する。

炉壁温度が600℃で飽和したら、炉蓋１を開いて図示しないホッパから被乾留物(飲料缶)７を炉内に投入する。この被乾留物７は炉底８上に支持される。なお、炉蓋１を開いた際に炉内に大気が侵入しないように、開閉ゲート付きの前室が炉上部を囲むように設けられているが、その構成については省略する。被乾留物７が図示の通り投入されたら、炉蓋１を閉じてファン９を起動し同時に排ガス処理装置１６を起動する。これで、被乾留物７の乾留処理が開始される。

炉内では、被乾留物７は炉体３の壁面からの輻射・熱伝導、被乾留物同士の接触による熱伝導、炉内ガスからの熱伝達により加熱されて温度上昇する。その場合、炉体３内の中心部の被乾留物７は炉壁からの輻射が少ないので昇温しにくい。そこで、図示乾留炉ではファン９により、矢印１５で示すように、炉内ガスを炉内中心部と通風空間２０とを通して循環させる。この循環ガスは通風空間２０を通過する間に炉壁と接触して加熱され、次いで通風穴２１を通過して炉体３内に入り、中心部を上昇しながら被乾留物７を加熱し、低温となって再び通風口２２から通風空間２０に送入される。これにより、炉内被乾留物７の加熱の均一化が図られる。

被乾留物７は乾留温度（550℃）まで加熱されることにより、表面の塗料が分解されて乾留ガスを発生する。この乾留ガスは、炉上部の排気口１８から排気ガス処理装置１６に導かれる。排気ガス処理装置は、例えば燃焼搭、ガス冷却搭、集じん機（バグフィルタ）、排気ブロワ等からなるものが使用され、排気ガスは燃焼により最終処理される。乾留処理の開始前に炉内に導入した窒素ガスは乾留ガスとともに排出されるが、乾留ガスの発生量が多く炉内圧が保たれている間は窒素ガスの新たな導入は必ずしも必要ではない。しかし、乾留ガスの発生量が減少して炉内圧が一定値以下に低下したことを図示しない圧力センサで検出したら、窒素ガスを導入して炉内圧を大気圧以上に維持する。

図３は、上記した乾留処理工程における乾留ガスの発生パターンを表した線図で、横軸は時間、縦軸は温度、乾留ガス発生量、乾留ガス濃度である。炉壁温度が飽和（例えば600℃）した炉体３内に被乾留物７を投入すると（図１）、被乾留物温度は図３に示す通り昇温し、乾留設定温度（例えば550℃）まで上昇して飽和を始める。乾留ガス発生量は被乾留物温度の上昇とともに増加し、ピークを迎えた後に減少する。

ここで、ファン９により炉内ガスを強制循環させたときの乾留ガス濃度（窒素を含む炉内ガス中の乾留ガスの割合）は、図３に実線で示したように変化する。すなわち、炉内に導入した窒素ガスと乾留ガスとはすぐに混合して一様なガス濃度になり、そのまま排ガス処理装置に導かれるが、乾留が進行するにつれて乾留ガスの発生量が減少し窒素ガスの導入量が増えるので、乾留処理の終了時期には乾留ガス濃度は図示の通り低下する。しかし、この低下は緩やかで、被乾留物を取り出せるようになるまでには時間がかかる。

そこで、この発明では乾留の終了時期、図示実施の形態では温度センサ１４で検出した炉内ガス温度が一定温度、例えば550℃に達したら、図２に示すように制御回路１２からの指令により炉内ガスを強制循環させていたファン９を止め、炉底部から窒素ガスを炉内に導入する。炉内の高温の乾留ガスは窒素より軽いため、炉底部から常温の窒素ガスを炉内に導入すれば、比重の軽い乾留ガスは炉内の上部に押し上げられて炉上部の排気口１８から排ガス処理装置１６に排出される。

その結果、炉内は短時間に不活性ガスの窒素ガスに置換され、乾留ガス濃度は図３に破線で示すように短時間に低減する。不活性ガスとして炉内に導入する窒素ガス量は、常温で炉体積と同等以上とする。この窒素ガスは炉内では加熱されて体積が増加するので、炉内は大気圧以上の窒素ガスに置換される。ファン９を停止する時期は、乾留開始時点、例えば被乾留物７の投入時点から、あらかじめ実験等により定めた一定時間が経過した時点としてもよい。

上記したようにファン９を停止することにより、炉内の乾留ガス濃度を速やかに低下させ、被乾留物を取り出すまでの時間を短くすることができるので、その分、乾留処理時間が短縮される。また、乾留処理時間の短縮により、使用する窒素の量も減らすことができる。なお、乾留処理の終了時期であれば乾留がほとんど終了しているので、常温の窒素ガスにより被乾留物の温度が下がっても問題はない。

この発明の実施の形態を示す乾留炉の縦断面図である。 図１の乾留炉のファンを停止したときの運転状態を示す図である。 図１の乾留炉における炉内ガス濃度及び発生ガス量の時間的変化を示す線図である。

符号の説明

３ 炉体
４ 加熱コイル
７ 被乾留物
９ ファン
１７ 窒素タンク
１４ 炉内ガス温度センサ

Claims (6)

1. 被乾留物を収容した炉体を不活性ガス雰囲気の炉内で誘導加熱することにより前記被乾留物を乾留処理し、生じた乾留ガスを炉外に排出する誘導加熱式乾留炉の運転方法において、
   炉内ガスをファンにより循環させながら乾留処理を進行させるとともに、この乾留処理の終了時期には前記ファンを停止して炉底部から前記不活性ガスとして窒素ガスを炉内に導入し、炉上部から前記乾留ガスを炉外に排出することを特徴とする誘導加熱式乾留炉の運転方法。
2. 前記ファンの停止時期を前記炉内ガスの温度が一定温度に達した時点と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の運転方法。
3. 前記ファンの停止時期を乾留処理が開始されて一定時間が経過した時点と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の運転方法。
4. 被乾留物を収容した炉体を不活性ガス雰囲気の炉内で誘導加熱することにより前記被乾留物を乾留処理し、生じた乾留ガスを炉外に排出する誘導加熱式乾留炉において、
   炉内ガスを循環させるファンと、このファンを回転させながら乾留処理を進行させるとともに、この乾留処理の終了時期には前記ファンを停止して炉底部から前記不活性ガスとして窒素ガスを炉内に導入し、炉上部から前記乾留ガスを炉外に排出する制御手段とを設けたことを特徴とする誘導加熱式乾留炉。
5. 前記ファンの停止時期を前記炉内ガスの温度が一定温度に達した時点とすることを特徴とする請求項４記載の誘導加熱式乾留炉。
6. 前記ファンの停止時期を乾留処理が開始されて一定時間が経過した時点とすることを特徴とする請求項４記載の誘導加熱式乾留炉。

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