JP4642283B2 - 木質系廃棄物の処理装置及びその運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木質系廃棄物の処理装置及びその運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、工場や事務所等から排出されたり、海岸や河岸に漂着するなどして発生した木質系廃棄物は、ほとんどが焼却処分されている。近年、焼却施設から出るダイオキシンが大きな問題となっており、ダイオキシンの発生を抑えるために、焼却施設では廃棄物を８００℃以上の高温で燃焼させるとか、煙突に高性能のフィルターを設置する等の対策が採られている。しかし燃焼の開始・終了時には、燃焼室内がダイオキシンの発生する温度になる時間帯が必ずあるし、燃焼室を出た排ガスが冷やされる過程でダイオキシンが発生することもあり、焼却処理において発生するダイオキシンをゼロに抑えることは、ほとんど不可能である。また焼却施設は、ダイオキシン対策のために、建造コストや運転コストが高くなることが問題となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした問題を解決する方法の一つとして、木質系廃棄物を、高温の水蒸気又は炭酸ガスによって加熱し、熱分解させる方法がある。この方法によれば、酸素のない状態で燃焼させずに処理するので、ダイオキシンをほとんど発生することなく減量化することができる。しかも木質系廃棄物から、有益な木炭と木酢液を得ることができる。
【０００４】
これまでこの種の処理装置では、本出願人が先に出願した特願２０００−１２８１５４にあるように、５００℃程度にまで加熱した高温のガスを、廃棄物の加熱に利用した後に大気中に放出していたので、エネルギーのロスが大きく、不経済な面があった。
【０００５】
また、廃棄物の処理槽の内部圧力が負圧になる（大気圧より低くなる）と、処理槽内に空気が流れ込み、木質系廃棄物が燃焼して危険な状態となる場合があった。
【０００６】
本発明は、以上に述べたような実情に鑑みてなされたものであって、高温の水蒸気又は炭酸ガスの雰囲気中で木質系廃棄物を熱分解させる廃棄物処理装置において、エネルギーロスが少なく、運転コストを低くでき、且つ安全に廃棄物を処理できる装置を提供することと、その装置のより経済的な運転方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、請求項１記載の発明による木質系廃棄物の処理装置は、蒸気又は炭酸ガスを含むガスを１００℃〜５００℃に加熱するガス加熱装置と、木質系廃棄物を収容し、ガス加熱装置によって加熱したガスにより木質系廃棄物を加熱し熱分解する処理槽と、処理槽内で発生したガスを冷却する凝縮器とを備え、それらがガス循環経路で連結してあり、ガス加熱装置と処理槽と凝縮器の間をガスが循環し、ガス循環経路中にガスの酸素濃度を検出できるセンサーを有するとともに、ガスの温度調節手段を備え、ガスの酸素濃度が１７％以上の時は、ガスの温度を３００℃以下となるようにすることを特徴とする。
【０００８】
この処理装置では、廃棄物の加熱に使用したガスを大気中に放出せず、循環させて再度用いることによって、エネルギーの無駄をなくすことができる。循環するガスが全て水蒸気であると仮定して、大気圧で５００℃の水蒸気を１ｋｇつくる場合、１５℃の水を加熱してつくる場合には８１８ｋＣａｌ必要であるのに対して、大気圧で４００℃の水蒸気を加熱してつくる場合には、５０ｋＣａｌで済む。廃棄物の加熱に使用したガスを再使用するためには、廃棄物から発生した水分、揮発成分、タールミストを除去する必要があるが、本装置では、凝縮器によってこれを行っている。凝縮器では、ガスを１０℃〜５０℃程度冷却してそれらの成分を凝縮させる。また、ガス循環経路中にガスの酸素濃度を検出できるセンサーを有するとともに、ガスの温度調節手段を備え、ガスの酸素濃度が１７％以上の時は、ガスの温度を３００℃以下となるようにすることにより、木質系廃棄物の燃焼を防止できる。
凝縮器には、請求項２に記載したように、ガスの冷却によって生成した木酢液を、連続的又は間欠的に排出する排出手段を有することが好ましい。
【０００９】
ガスの循環経路が完全に閉じたものであると、圧力が限り無く上昇して破裂する恐れがある。とは言っても、循環経路を不用意に開放してしまってはエネルギーをロスすることになるし、経路内の圧力が負圧になって空気が流入する恐れがある。請求項３記載の発明は、ガス循環経路上で、循環ブロア入口側の圧力が最も低くなることに着目し、その近傍にガス排出口を設け、ガス経路内の圧力を調節することを特徴とする。ガス排出口には逆止弁を設け、圧力が所定の値より高くなった時にガスを放出するとともに、空気の流入を阻止する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、加熱開始時においてガス循環経路中に水を注入することを特徴とする。注入する水の量は、その水が気化した時の体積が、大気圧でガス循環経路中の全容積の５倍以上となる量であることが好ましい。この発明によれば、加熱開始時にガス循環経路内の空気が、注入した水が気化して発生した水蒸気によって経路外に押し出されるので、木質系廃棄物の燃焼を防止できる。
【００１２】
以上に述べたような処理装置によって木質系廃棄物を処理する場合、循環するガスの温度を３００℃以上に保持し、木酢液の回収と炭化処理を同時進行で行うこともできるが、請求項５に記載したように、循環するガスの温度を１５０℃〜２５０℃に保って木質系廃棄物から木酢液を回収する木酢液回収運転と、ガスの温度を３００℃以上に保って木質系廃棄物を炭化させる炭化運転とに分けて行う方法によれば、ガス温度が３００℃以上の高温域での運転時間を短縮でき、より経済的に処理することが可能である。
【００１３】
この運転方法を実施する場合には、請求項６に記載したように、循環するガスの温度を３００℃以上に保持する炭化運転中は、凝縮器を働かせないことによって、ガスの熱エネルギーを無駄にしないから、さらなる省エネルギー運転を実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の木質系廃棄物の処理装置の構成を示す概略図である。この処理装置は、ガス加熱装置１と、処理槽３と、凝縮器４、循環ブロア７とを有し、それらがガス循環経路５により閉回路に結ばれており、それらの間を水蒸気又は炭酸ガスを主体とする高温のガスが循環する。処理槽３内に収容した木質系廃棄物２は、酸素のない雰囲気中で高温に加熱されることによって熱分解、すなわち炭化するものである。循環するガス中の水蒸気又は炭酸ガスは、系外のタンク１１から注入したものと、加熱された木質系廃棄物２から発生したものとが混在する。水蒸気と炭酸ガスは、高温に加熱すると遠赤外線を発生する性質があるので、木質系廃棄物を効率良く加熱するために、循環するガス中に、なるべく多く含んでいることが好ましい。
【００１５】
本実施形態においてガス加熱装置１は、木質系廃棄物の加熱温度と加熱量の変動に対応しやすくするために蓄熱式を採用しており、その構造は、蓄熱材１２が充填された蓄熱槽１３の内部に、電気ヒーター１４と伝熱管１５を配設したものである。蓄熱材１２は、マグネシア等の固体蓄熱材と、硝酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウム、硝酸カリウムを混合した液体蓄熱材とで構成されている。循環ブロア７出口側のガス循環経路５は二手に分岐しており、循環するガスＧ１の一部はガス加熱装置１によって加熱され、残りはガス加熱装置１をバイパスし、両者を混合したものが処理槽３に導入されている。分岐したガス循環経路５には各々ダンパー１６ａ，１６ｂを有し、処理槽３に設けてある温度調節器１７の指示により各ダンパーを開閉することによって、処理槽３に流れ込むガスＧ２の温度を１００℃〜５００℃の間で調節できる構造となっている。なお図中の符号１１は、水のタンクであり、ここからガス循環経路５内に水を取り入れ、循環経路内に水蒸気を発生させるものである。
【００１６】
処理槽３は略密閉した形に形成してあり、内部に木質系廃棄物２を収容する。
木質系廃棄物２が、高温の循環ガスＧ２によって加熱されると、水蒸気、揮発性ガス、タールミストを発生する。処理槽から出た水蒸気、揮発性ガス、タールミストを含む循環ガスＧ３は凝縮器４に供給される。凝縮器４の内部には冷却流体１８が流れる冷却手段を有しており、これによってガスは１０℃〜５０℃程度冷やされ、水蒸気の一部と、揮発性ガス、タールミストの大部分が凝縮して液体となり、これを凝縮器の下部に設けた排出手段６より連続的又は間欠的に排出する。こうして回収されたものが、いわゆる木酢液であり、害虫駆除を始めとする様々な用途に有効に利用できる。
【００１７】
凝縮器４を出た循環ガスＧ４は、その一部が逆止弁を用いたガス排出口８から大気中に放出され、残りが循環ブロア７に送られ、再度循環することとなる。逆止弁は、ガス循環経路内の圧力が必要以上に高くなった時にだけガスを放出するものであり、これによってガス循環経路５内の圧力が正圧に維持され、空気が経路内に流入することを防いでいる。図中の符号９は、循環するガス中の酸素濃度を測定するセンサーであり、酸素濃度が１７％以上である時には、ガスの温度を３００℃以下となるように調節し、木質系廃棄物２が燃焼することを防止する。
【００１８】
この木質系廃棄物の処理装置の運転手順を以下に述べる。まず、処理槽３の扉（図示省略）を開いて内部に木質系廃棄物２を並べた後、扉を閉める。ガス加熱装置１の電気ヒーター１４を通電し、蓄熱材１２を４５０℃前後まで加熱する。
その後、循環ブロア７を起動するとともに、水タンク１１よりガス循環経路５内に水Ｗを注入する。するとその水が水蒸気に変わって循環経路内の圧力が上昇し、循環経路内に残っていた空気がガス排出口８から押し出される。加熱の初期段階には、ダンパー１６ａ，１６ｂによりガス加熱装置１をバイパスするガスの量を多くすることにより、処理槽３内のガスの温度を１５０℃〜２５０℃に維持する。この運転によって木質系廃棄物２から水分や揮発成分、タールミストが蒸発し、これらを含むガスが凝縮器４において冷やされることにより、木酢液が回収される。
【００１９】
木酢液が出なくなったならば、ダンパー１６ａ，１６ｂを操作してガス加熱装置１に、より多くガスを通過させることにより、循環するガスの温度を３００℃〜４５０℃に調節する。この時に、水分のなくなった木質系廃棄物２が炭化されることとなる。なおこの炭化運転中は、凝縮器４の冷却流体１８の流れを止めて、ガスの冷却を行わない。
【００２０】
このように、木質系廃棄物を２段で加熱し、木酢液の回収と炭化を分けて行うと、１段で加熱した場合よりも処理に要するエネルギーを少なくできる。２段加熱による場合と、１段加熱による場合の消費電力を比較したものが図２である。図から分るように、２段加熱によれば、１段加熱の場合に比べて、約４０％消費電力を削減できる。これは２段に分けて加熱すると、木質系廃棄物の炭化に要する運転時間が短くなり、この間の装置加熱に費やされるエネルギーが少なくなるためである。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明による木質系廃棄物の処理装置は、木質系廃棄物の加熱に使用したガスを大気中に放出せず、循環させて繰り返し用いることによって、エネルギーの無駄をなくすことができる。また、ガスの酸素濃度を検出できるセンサー及びガスの温度調節手段を備え、ガスの酸素濃度が１７％以上の時は、ガスの温度を３００℃以下となるようにすることにより、木質系廃棄物の燃焼が防止される。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、木質系廃棄物から木酢液を効率良く取り出すことができ、また、揮発成分やタールミスト等がガス加熱装置やガス循環経路に付着して、ガスの流れが悪くなることを防止できる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、ガス循環経路内に空気が流れ込むことを防止できるので、木質系廃棄物を燃焼させることなく、安全に処理することができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によっても、木質系廃棄物の燃焼を防ぐことができる。
【００２５】
請求項５に記載した運転方法の発明によれば、処理に要する時間を短縮し、エネルギー使用量を少なくできる。
【００２６】
また請求項６に記載したように、炭化運転中に凝縮器を働かせないことによって、ガスの熱エネルギーを無駄にしないから、さらなる省エネルギー運転を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による木質系廃棄物の処理装置の一実施形態を示す概略図である。
【図２】２段加熱と１段加熱で各々処理を行った場合の消費電力の違いを示すグラフである。
【符号の説明】
１ ガス加熱装置
２ 木質系廃棄物
３ 処理槽
４ 凝縮器
５ ガス循環経路
６ 排出手段
７ 循環ブロア
８ ガス排出口
９ センサー
１０ 温度調節手段

Claims (6)

1. 蒸気又は炭酸ガスを含むガスを１００℃〜５００℃に加熱するガス加熱装置（１）と、木質系廃棄物（２）を収容し、ガス加熱装置によって加熱したガスにより木質系廃棄物を加熱し熱分解する処理槽（３）と、処理槽内で発生したガスを冷却する凝縮器（４）とを備え、それらがガス循環経路（５）で連結してあり、ガス加熱装置と処理槽と凝縮器の間をガスが循環し、
   ガス循環経路（５）中にガスの酸素濃度を検出できるセンサー（９）を有するとともに、ガスの温度調節手段（１０）を備え、ガスの酸素濃度が１７％以上の時は、ガスの温度を３００℃以下となるようにすることを特徴とする木質系廃棄物の処理装置。
2. 前記凝縮器（４）には、ガスの冷却によって生成した木酢液を、連続的又は間欠的に排出する排出手段（６）を有する請求項１記載の木質系廃棄物の処理装置。
3. ガスを循環させるための循環ブロア（７）の入口部近傍に、循環するガスを系外に排出するガス排出口（８）を有することを特徴とする請求項１又は２記載の木質系廃棄物の処理装置。
4. 加熱開始時においてガス循環経路（５）中に水（Ｗ）を注入することを特徴とする請求項１、２又は３記載の木質系廃棄物の処理装置。
5. 蒸気又は炭酸ガスを含むガスを１００℃〜５００℃に加熱するガス加熱装置（１）と、木質系廃棄物（２）を収容し、ガス加熱装置によって加熱したガスにより木質系廃棄物を加熱し熱分解する処理槽（３）と、処理槽内で発生したガスを冷却する凝縮器（４）とを備え、ガス循環経路（５）を通じてそれらの間をガスが循環する木質系廃棄物の処理装置の運転方法において、循環するガスの温度を１５０℃〜２５０℃に保持する木酢液回収運転と、ガスの温度を３００℃以上に保持する炭化運転とを行うことを特徴とする運転方法。
6. 循環するガスの温度を３００℃以上に保持する炭化運転中は、凝縮器（４）を働かせないことを特徴とする請求項５記載の運転方法。

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