JP4718858B2

JP4718858B2 - 乾留システム

Info

Publication number: JP4718858B2
Application number: JP2005037106A
Authority: JP
Inventors: 一郎井原
Original assignee: 一郎井原
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006225412A

Description

この発明は乾留システムに関し、特に長期にわたって安定に運転できるとともにコスト高を招来することもなく、しかも乾留ガスを確実に精製できるようにしたシステムに関する。

病院等の施設からでる廃棄物、例えば紙おむつは焼却によって完全殺菌を行った後、埋立てによって処理することが行われているが、処理コストが非常に高くなるばかりでなく、埋立て場所が制限される傾向にある。

また、産業廃棄物に由来する汚泥、畜産施設から出る糞尿、食品製造施設におけるビール滓・焼酎滓・その他の残滓物、家庭から出る生活ゴミ等の有機性廃棄物については焼却や埋立てによって処理されているが、焼却の場合には有害物質、例えばダイオキシンが大きな問題となる。

これに対し、円筒状のバレル炉内に螺旋状のスクリューを回転自在に軸装し、このバレル炉を横置きに設置し、廃棄物をバレル炉の一端から投入し、スクリューによって他端に向けて送りながら乾留し、可燃性の乾留ガスを回収するとともに、減容された残渣を埋立てなどによって処理する乾留システムが提案されている（特許文献１）。

実公昭６３−２１５４４号公報

しかし、上記従来公報記載の乾留システムでは乾留ガスにはタールや煤等が含まれているので、乾留ガスの取出口に設けたセラミックフィルタに目詰まりが発生して乾留炉の運転が不安定になりやすく、又セラミックフィルタを頻繁に交換する必要があってコスト高になるという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑み、長期にわたって安定に運転できるとともにコスト高を招来することもなく、しかも乾留ガスを確実に精製できるようにした乾留システムを提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る乾留システムは、酸素の供給を遮断した状態で加熱することにより廃棄物を乾留するようにした乾留システムにおいて、水平に設置され密閉された筒状をなす乾留炉を備え、該乾留炉の一端側には廃棄物の投入口部が形成され、他端側には乾留後の残渣の排出口部が形成され、上記乾留炉の内部にはその回転によって廃棄物を送る螺旋状のフィーダが上記投入口部の直下から上記乾留炉の他端に向けて配置され、上記乾留炉の他端側には高温の燃焼ガスを発生するバーナ、及び該バーナの燃焼ガスを浄化する触媒が内蔵され、さらに上記乾留炉内部には上記フィーダによって送られる廃棄物をバーナの燃焼ガスの熱によって加熱する加熱管が上記触媒の出口から乾留炉の一端に向けて設けられ、上記乾留炉の一端側には乾留ガスの取出口部が設けられており、廃棄物の乾留ガスが上記投入口部から投入された廃棄物を通過して取り出されることにより乾留ガスの不純物が廃棄物に付着されて除去されるようになしたことを特徴とする。

廃棄物には、食堂やホテルにおける厨房残滓物、学校や病院等における給食の残滓、スーパーマーケット、デパート、食料品店等において保証期間の過ぎた食料品、産業廃棄物に由来する汚泥、畜産施設から出る糞尿、食品製造施設におけるビール滓、焼酎滓、その他の残滓物、家庭から出る生活生ごみ、病院等の施設からでる廃棄物、例えば感染性廃棄物や紙おむつ、飲料水等のＰＥＴボトル、等が含まれる。

本発明の特徴の１つは乾留ガスを廃棄物の投入口部側から、投入された廃棄物の中を通過させて取り出すようにした点にある。これにより、乾留ガスに含まれるタールや煤等の不純物は廃棄物に付着されて除去されるので、フィルターを用いることなく乾留ガスを精製でき、その結果としてフィルターの目詰まりが発生することがなく、乾留炉を長期にわたって安定に運転でき、又フィルターの交換によるコスト高を招来することもない。

また、本発明の他の特徴はバーナ及び触媒を乾留炉内に内蔵するようにした点にある。これにより、バーナや触媒の熱が炉外に無駄に逃げることがなく、乾留炉を高い熱効率でもって運転できる。

さらに、本発明の他の特徴は螺旋状のフィーダを回転させることによって廃棄物を送るようにした点にある。これにより、投入された廃棄物の攪拌から乾留及び排出までの各工程を円滑かつ正確にコントロールすることができる。

螺旋状のフィーダには具体的にはばね部材を螺旋状に加工したスプリングフィーダを用いる。これにより、廃棄物が乾留炉内壁とフィーダとの間で詰まることがなく、廃棄物を円滑に送ることができる。また、螺旋状フィーダのピッチを等ピッチでもよく、不等ピッチとしてもよい。例えば、螺旋状フィーダのピッチを炉長手方向において異ならせることにより、例えば廃棄物の送り速度を投入直後から乾留炉中央に向けて送り速度を漸増させ、炉中央から乾留炉他端に向けて漸減させる等、廃棄物の送り速度を炉長手方向の各部位において任意にコントロールすることができる。

また、本発明の更に他の特徴は螺旋状フィーダによって廃棄物を水平に送りながら、加熱管との接触によって廃棄物を加熱し乾留させるようにした点にある。これにより、汚泥等、粘性の廃棄物も乾留することができ、あらゆる種類の廃棄物を処理できる。

上記では投入された廃棄物を通過させて乾留ガスの不純物を除去するようにしたが、触媒通過後のバーナ燃焼ガスの一部を乾留炉にＥＧＲガスとして送ると、触媒通過後のバーナ燃焼ガスが高温、例えば１０００°Ｃ程度であり、乾留炉内の温度と大きな温度差、例えば５００°Ｃ程度の温度差があるので、飽和水蒸気が生成されて乾留ガス中のタールや煤等の不純物を吸着し、残渣とともに炉外に排出することができる。

即ち、触媒通過後のバーナ燃焼ガスの一部がＥＧＲ導管によって乾留炉の他端側に供給され、乾留ガスの含有不純物が飽和水蒸気に吸着され、残渣とともに炉外に排出されるようにするのがよい。

また、乾留ガスをどのような用途に利用してもよい。例えば、取り出した乾留ガスを貯留し、燃料として用いることもできるが、乾留炉の近くで乾留ガスを利用できるようにするのがよい。例えば、乾留炉から取り出された乾留ガスをスクラバーフィルターによって水と接触させて精製し、精製された乾留ガスをディーゼルエンジンの燃料として供給し、ディーゼルエンジンによって発電機を駆動して発電を行うようにすることができる。

この発電システムを構築する場合、ディーゼルエンジンの高温の排気ガスには未使用の酸素や未燃焼ガスが含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの排気ガスを空気と混合して導管によって乾留炉のバーナに供給し、バーナの送風空気として用いると、排気ガスの保有熱及び未使用の酸素や未燃焼ガスを有効に利用できるとともに、排気ガスに含まれる黒鉛等の粒状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（Ｎｏx ）をバーナで燃焼処理することができる。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図４は本発明に係る廃棄物の乾留システムの好ましい実施形態を示す。図１は本例のシステムで採用される乾留炉の構造例を、図２はバーナ２３及び三元触媒２４の詳細な構造例を示す。図１において、乾留炉１０は耐火材料製の外壁１０Ｄとステンレス鋼等の耐熱性金属材料製の内壁１０Ｅとからなる二重構造のほぼ密閉された筒状をなし、乾留炉１０の一端側上壁面には廃棄物の投入口部１０Ａが形成され、投入口部１０Ａには投入シュート１１が接続されている。

また、乾留炉１０の他端側にはバーナ２３及び三元触媒２４が内蔵され、バーナ２３はＬＰガス及び乾留ガスを燃料、後述のディーゼルエンジン３９の高温の排気ガスに適量の空気を混合したものを送風空気として用いて高温の燃焼ガスを発生し、三元触媒２４はバーナ２３の燃焼ガスを浄化するようになっている。また、三元触媒２４のガス出口には二股状の加熱管３３が接続され、加熱管３３は乾留炉１０の長手方向に延び、その先端は１つに集合されて乾留炉１０の一端側の側壁面から突設され、浄化後の燃焼ガスを後述する廃熱回収コア３０に向けて排気するようになっている。

さらに、乾留炉１０の他端側下壁面には乾留後の残渣を排出する排渣口部１０Ｃが形成され、排渣口部１０Ｃには排渣管２５が接続され、排渣管２５の途中には開閉バルブ２５Ａが設けられている。

また、乾留炉１０内には不等ピッチ（等ピッチでもよい）で螺旋状をなすスプリングフィーダ６０が投入口部１０Ａの直下から三元触媒２４近傍まで延びて設けられ、スプリングフィーダ６０は乾留炉１０の外側に設けられたスプロケット３３Ａに連結され、スプロケット３３Ａが適切な駆動源（図示せず）によって回転駆動されることによって回転され、投入された廃棄物を乾留炉１０の他端側に向けて送るようになっている。

さらに、乾留炉１０の一端側には乾留ガスの取出口部１０Ｂが形成され、乾留ガスの取出口部１０Ｂにはガス取出管１０Ｆが接続され、ガス取出管１０Ｆには開閉バルブ１０Ｇが設けられている。

バーナ２３には図２に示されるように、ＬＰガス及び乾留ガスを燃料として供給する燃料供給パイプ２３Ａ、点火プラグ２３Ｂ、燃焼補助用空気の供給パイプ２３Ｃ、火種燃焼ガスの供給パイプ２３Ｄ、及び送風空気の供給ダクト３５が設けられるとともに、Ｏ₂センサー２８が取付けられている。

バーナ２３の燃焼ガスの出口には三元触媒２４が接続され、燃焼ガスを高温、例えば１０００°Ｃまで昇温させることによって燃焼ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、Ｎｏｘ及びダイオキシンが分解処理されるようになっている。

また、三元触媒２４の出口には加熱管３３が接続されるとともに、ＥＧＲ導管３４が接続されている。

図３は本例の乾留システムの全体構成を示す。図３において、乾留炉１０のガス取出管１０Ｆにはガス送給管１２が接続され、ガス送給管１２の先端はスクラバーフィルタ１３に接続され、乾留炉１０からの乾留ガスをスクラバーフィルタ１３で水と接触させることによって不純物を除去して精製し、又スクラバーフィルタ１３には給水管３１が接続されて水道水が供給されるようになっている。また、スクラバーフィルタ１３には排水管５１が接続され、排水管５１には開閉バルブ５１Ａが介設され、乾留ガスの不純物を含んだ排水が系外に排水されるようになっている。

また、スクラバーフィルタ１３には精製された乾留ガスを送り出すガス送給管１４が接続され、ガス送給管１４はバッファタンク１６に接続され、ガス送給管１４の途中にはポンプ１５が設けられ、ポンプ１５は後述のディーゼルエンジン３９によって駆動されるようになっている一方、ポンプ１５を迂回してリターン管１８が設けられ、リターン管１８にはリターンバルブ１８Ａが設けられている。

また、バッファタンク１６には乾留ガスのガス送給管４５が接続され、このガス送給管４５の途中にはシャットバルブ４５Ａ及びガス流量調整バルブ４５Ｂが設けられ、ガス流量調整バルブ４５Ｂにはガス流量コントローラ４４の制御信号が与えられてガス流量が制御されるようになっている。また、ガス送給管４５の他端はエアークリーナ３８からディーゼルエンジン３９に延びるエアー送給管４６に接続され、乾留ガスはエアークリーナ３８からのエアーとともにディーゼルエンジン３９に燃料として供給されるようになっている。

さらに、バッファタンク１６には乾留ガスの送給管１９が接続され、乾留ガスの送給管１９とバッファタンク１６との間にはリリーフ管２９が接続され、リリーフ管２０の途中にはリリーフバルブ２０Ａが設けられ、又燃料タンク２１内にはＬＰガスが貯留され、該燃料タンク２１には燃料送給管２２が接続され、燃料送給管２２は乾留炉１０のバーナ２３の燃料燃料供給パイプ２３Ａに接続され、燃料送給管２２には乾留ガスの送給管１９が接続され、又ガス送給管１９及び燃料送給管２２には開閉バルブ１９Ａ、２２Ａが設けられている。

また、バッファタンク１６には送給管５０を介して水タンク１７が接続され、水タンク５０内の水位によって乾留ガスの発生量を検知できるようになっている。この水タンク５０にはリリーフ管４９が接続され、リリーフ管４９にはリリーフバルブ４９Ａが設けられている。

ディーゼルエンジン３９には軽油タンク４０から延びる燃料送給管が接続され、又ディーゼルエンジン３９には排気ガスの送給管４１が接続され、排気ガスの送給管４１にはリードバルブ４１Ａを介してエアークリーナ３８からのエアーが混入されるようになっており、ディーゼルエンジン３９の排気ガスに適量のエアーが混入されこれが乾留炉１０のバーナ２３に送風空気として送給されるようになっている。

また、エアークリーナ３８から乾留炉１０のバーナ２３には燃焼補助空気用のエアー送給管３５が延びて設けられ、エアー送給管３５の途中にはディーゼルエンジン３９によって駆動されるポンプ３６が設けられ、又エアー送給管３５の途中には開閉バルブ３５Ａが設けられ、エアー送給管３５の他端はバーナー２３の燃焼補助用空気の供給パイプ２３Ｃに接続されている。

さらに、ディーゼルエンジン３９には回転数を検知して制御するコントローラ４３が設けられ、コントローラ４３の制御信号はアクチュエータ４２に与えられ、ディーゼルエンジン３９の回転数を制御するようになっている。

乾留炉１０のＥＧＲ導管３４には開閉バルブ３４Ａが設けられ、ＥＧＲ導管３４の他端は乾留炉１０の一端側に接続されている。

また、乾留炉１０の加熱管３３にはＯ₂センサー２９が設けられ、Ｏ₂センサー２８、２９の信号はコントロールユニット５２に与えられ、エアー送給管３５の開閉バルブ３５Ａを開閉制御するようにしている。

また、加熱管３３の他端は廃熱回収コア３０に接続され、廃熱回収コア３０では水と加熱管３の高温の燃焼ガスとの熱交換によって廃熱を回収し、さらにディーゼルエンジン３９の冷却水は冷却水供給管４８によって廃熱回収コア３０で加熱管３の燃焼ガスとの熱交換によって廃熱が回収されるようになっている。廃熱回収コア３０の温水は温水管３２によって排水され、低温となった排気ガスは排気管３０Ａによって排水されるようになっている。また、コントロールユニット５２は前述の各種バルブを開閉制御するようになっている。

図４は乾留炉１０、廃熱回収コア３０、燃料タンク２１、バッファタンク１６、水タンク１７、スクラバーフィルタ１３、コントロールユニット５２、軽油タンク４０及びディーゼルエンジン３９及び発電機を車両の荷台Ｆに搭載したレイアウト例を示す。

廃棄物を処理する場合、まずディーゼルエンジン３９に燃料タンク４０から軽油を、エアークリーナ３８からエアーを供給してディーゼルエンジン３９を作動させ、ポンプ１５、３６を駆動し、バーナ２３に火種燃焼ガス及び燃焼補助用空気を供給して燃焼を開始させ、バーナ２３の温度が上昇すると、三元触媒２４の温度も上昇し、加熱管３３の温度も上昇する。

そこで、適当な大きさに破砕した廃棄物を投入シュート１１から乾留炉１０内に投入すると、廃棄物はスプリングフィーダ６０によって乾留炉１０内を他端側に向けて適切な速度でかつ目詰まりを起こすことなく円滑に送られ、酸素の供給を遮断された状態で加熱され、乾留されて乾留ガスと残渣とに分離され、残渣はスプリングフィーダ６０によって排渣口部１０Ｃから排渣管２５を経て炉外に排渣される。

乾留ガスは投入シュート１１から投入され、排渣口部１０Ｃに向けて送られる廃棄物の中を通過してタールや煤等の不純物を除去された後、ガス取出口部１０Ｂから取り出されてスクラバーフィルタ１３に送られ、スクラバーフィルタ１３で水と接触されることによりタールや煤等の不純物がさらに除去されて精製され、バッファタンク１６に送られる。精製された乾留ガスはさらにバッファタンク１６からディーゼルエンジン３９に送られ、軽油とともにディーゼルエンジン３９の燃料として利用される。

ディーゼルエンジン３９の高温の排気ガスには未使用の酸素や燃料が含まれているので、ディーゼルエンジン３９の排気ガスにエアークリーナ３８からの空気を例えばディーゼルエンジン３９の脈動を利用して適量混合し、乾留炉１０のバーナ２３の送風空気として利用し、酸素の不足分をエアークリーナ３８からの燃焼補助用空気によって補う。これによってディーゼルエンジン３９の排気ガスに含まれる未使用の酸素や燃料及び排気ガスの保有熱を有効に利用してバーナ２３を効率よく作動させることができる。

また、バッファタンク１６内の精製された乾留ガスの一部は乾留炉１０内のバーナ２３に送られるＬＰガスに混入され、バーナ２３の燃料として利用される。このとき、燃料の供給量及び送風空気の供給量を、Ｏ₂センサー２８、２９の信号によって空燃比が１４．７％になるように制御すると、完全燃焼を行わせることができる。

バーナ２３の高温の燃焼ガスは三元触媒２４で１０００°Ｃ以上に昇温され、燃焼ガス中のＣＯ、ＨＣ、Ｎｏx、ダイオキシンは分解され、廃熱回収コア３０で廃熱を回収されて温度低下した後、大気に放出される。

また、三元触媒２４を通過した燃焼ガスは１０００°Ｃ以上の高温となっている。そこで、その一部をＥＧＲガスとして乾留炉１０内に供給すると、乾留炉１０内の温度との温度差、例えば温度差約５００°Ｃによって飽和水蒸気が生成され、乾留ガス中のタールや煤を吸着して残渣と一緒に炉外に排出され、これによって乾留ガスはセラミックフィルタ等を用いることなく精製できる。

以上のように、本例の乾留システムでは廃棄物を乾留残渣にして大きく減容できるとともに、廃棄物のエネルギー、具体的には乾留ガスを有効に利用して発電でき、ＣＯ、ＨＣ、Ｎｏx、ダイオキシン等の有害物質が環境にでることはない。

本発明に係る乾留システムの好ましい実施形態における乾留炉の構造例を示す断面構成図である。上記乾留炉におけるバーナ及び三元触媒の構造例を示す図である。上記実施形態の全体構成を示す図である。上記実施形態を車両に搭載した搭載レイアウトの例を示す図である。

符号の説明

１０乾留炉
１０Ａ廃棄物の投入口部
１０Ｂ乾留ガスの取出口部
１０Ｃ残渣の排渣口部
１３スクラバーフィルタ
１６バッファタンク
２３バーナ
２４三元触媒
３３加熱管
３９ディーゼルエンジン
６０スプリングフィーダ

Claims

酸素の供給を遮断した状態で加熱することにより廃棄物を乾留するようにした乾留システムにおいて、
水平に設置され密閉された筒状をなす乾留炉を備え、
該乾留炉の一端側には廃棄物の投入口部が形成され、他端側には乾留後の残渣の排出口部が形成され、上記乾留炉の内部にはその回転によって廃棄物を送る螺旋状のフィーダが上記投入口部の直下から上記乾留炉の他端に向けて配置され、
上記乾留炉の他端側には高温の燃焼ガスを発生するバーナ、及び該バーナの燃焼ガスを浄化する触媒が内蔵され、さらに上記乾留炉内部には上記フィーダによって送られる廃棄物をバーナの燃焼ガスの熱によって加熱する加熱管が触媒の出口から乾留炉の一端に向けて設けられ、上記乾留炉の一端側には乾留ガスの取出口部が設けられており、
廃棄物の乾留ガスが上記投入口部から投入された廃棄物を通過して取り出されることにより乾留ガスの不純物が廃棄物に付着されて除去されるようになしたことを特徴とする廃棄物の乾留システム。
触媒通過後のバーナ燃焼ガスの一部がＥＧＲ導管によって上記乾留炉に供給され、乾留ガスの不純物が飽和水蒸気に吸着され、残渣とともに炉外に排出されるようになした請求項１記載の廃棄物の乾留システム。
上記乾留炉から取り出された乾留ガスがスクラバーフィルターによって水と接触されて精製され、精製された乾留ガスがディーゼルエンジンの燃料として供給され、ディーゼルエンジンによって発電機が駆動されて発電を行うようにした請求項１記載の廃棄物の乾留ステム。
上記ディーゼルエンジンの排気ガスが空気と混合されて導管によって上記バーナに供給されて送風空気として用いられるようにした請求項３記載の廃棄物の乾留ステム。