JP4724053B2 - 熱分解処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱分解ガスを凝縮して油化する過程で油化しきれなかったオフガスを燃焼させる機能を備えた熱分解処理装置に関する。

近年、多量に排出されるごみに対し所定の処理を施して資源として回収する各種の手法の提案がなされている。その一例として、バイオマス（木材、汚泥、家畜糞尿、生ごみ等）や廃プラスチック等の有機物処理材料を熱分解処理して、熱分解ガスと熱分解残渣とを生成し、熱分解ガスは凝縮することにより熱分解油として回収し、残渣は所定の処理を施すことにより炭化物などとして利用することが考えられている。この中でも、有機物処理材料として廃プラスチックを用いると、高効率で熱分解油を回収できるので、このような廃プラスチックを油化処理する装置に関して多くの提案がなされている(例えば、特許文献１参照)。
特開２０００−１６７８３３号公報

このような熱分解処理装置では、熱分解ガスをエジェクタにより凝縮して熱分解油としているが、熱分解ガス中の軽質成分など、凝縮しきれないでガスの状態を維持するオフガスが生じる。このオフガスは凝縮された熱分解油と共にタンク内に貯留される。すなわち、タンク内に熱分解油とオフガスとが混在することになり、そのままにしておくと、後段施設等への熱分解油の供給に当ってその取扱が厄介であった。

本発明の目的は、タンク内に混在するオフガスを吸引して燃焼させることにより、回収された熱分解油の取り扱いなどが容易になる熱分解処理装置を提供することにある。

本発明の熱分解処理装置は、有機物処理材料を低酸素状態で加熱して熱分解し、熱分解ガスと残渣とを生成する熱分解炉と、この熱分解炉で生成され、外部に排出された熱分解ガスを凝縮して熱分解油として回収する熱分解ガスエジェクタと、この熱分解ガスエジェクタで凝縮された熱分解油及び凝縮しきれなかったオフガスを貯留するタンクと、このタンク内に貯留されたオフガスを吸引するオフガス吸引エジェクタを備えたオフガス吸引ノズルを有し、前記オフガス吸引エジェクタにより吸引され、オフガス吸引ノズルから供給されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼炉とを備え、前記オフガス吸引エジェクタは、ブロワからの空気を先端から噴出させる空気管、及びこの空気管の外周に同軸上に配置され前記タンクの上部空間と管路により連通する外管を有し、前記空気管の先端から噴出する空気のドラフト力により前記タンク内のオフガスを吸引し、前記外管の先端に連結されたオフガス吸引ノズルを介してオフガス燃焼炉へ供給し、前記オフガス燃焼炉には、オフガス吸引ノズルからオフガスが供給される部分に、オフガス以外の燃料を常時燃焼させる助燃バーナを設けたことを特徴とする。

本発明では、オフガス吸引エジェクタのオフガス吸引源として加熱空気を用いるとよい。

また、本発明では、オフガスが貯留されたタンクからオフガス吸引エジェクタまでの管路を所定温度に加熱する加熱装置を設けるとよい。

また、本発明では、オフガス燃焼炉の燃焼排ガスを、熱分解炉の加熱源として用いるとよい。

さらに、本発明では、オフガス燃焼炉の燃焼排ガスを、ボイラーの加熱源として用いてもよい。

本発明によれば、熱分解ガスの凝縮過程で凝縮しきれずに、凝縮された熱分解油と共にタンク内に混在するオフガスを吸引して燃焼させるようにしたので、回収された熱分解油の取り扱いが容易になると共に、オフガス燃焼により生じる廃熱を有効活用することも可能になった。

以下、本発明による熱分解処理装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は熱分解化処理装置の全体構成を示す概念系統図である。図１において、１１は熱分解炉で、バイオマスや廃プラスチック等の有機物処理材料（以下、廃プラスチックとして説明する）１２が、前処理装置１３により破砕・造粒された後、材料受け入れホッパー１４を経て投入機１５により外気と遮断された状態で投入される。この熱分解炉１１は、投入された廃プラスチックを、後述するオフガス燃焼炉１６からの加熱ガスにより低酸素状態で加熱して熱分解する。この結果、熱分解ガスと残渣とが生成される。なお、前記投入機１５には、不活性ガス供給系統１７が連結される。そして、この不活性ガス供給系統１７により、外部から窒素などの不活性ガスを供給し、熱分解炉１１内の高温ガスが逆流しないように構成している。

熱分解炉１１にて生成された熱分解ガスと残渣とは、互いに分離されて熱分解炉１１から個別に排出される。このうち残渣は管路１８を通って残渣冷却器１９に送られ、この残渣冷却器１９によって冷却された後、残渣回収装置２０で回収され、炭化物として供給される。

一方、熱分解炉１１から排出された熱分解ガスは、熱分解ガスエジェクタ２２で凝縮され、熱分解油（以下、単に分解油と呼ぶ）となり、管路２３をとおってタンク２４に貯留される。このタンク２４内には、熱分解ガスエジェクタ２２で凝縮しきれなかったオフガスが、凝縮された分解油と共に貯留される。この場合、オフガスはタンク２４内の上部に滞留する。

タンク２４内の分解油はポンプ２６により取り出された後、一部は冷却器２７に送られ、ここで冷却された後、管路２８を通って熱分解ガスエジェクタ２２に供給され、熱分解ガスの凝縮に用いられる。また、分解油の多くは分岐管路２９により、図示しない後段施設などに供給される。なお、この冷却器２７及び前述した残渣冷却器１９に対して冷却水系統３０が連結されており、これら両機器１９，２７に冷却水を循環供給している。また、タンク２４には蒸気系統３１が連結され、タンク２４に加温用の蒸気を供給している。このタンク２４内の分解油は、廃プラスチックを熱分解したものであり、比較的低温でワックス状に固まるので、これを防ぐために蒸気系統３１により加温している。

タンク２４内の上部に滞留するオフガスは、オフガス吸引ノズル３３に設けられたオフガス吸引エジェクタ３４により管路３５を通って吸引され、前述したオフガス燃焼炉１６内に供給される。オフガス吸引ノズル３３のオフガス吸引エジェクタ３４は、図３で示すように、空気管３４ａと、その外周に同軸状に配置された外管３４ｂとを有し、この外管３４ｂには、オフガス吸引用の管路３５と連結する吸引口３４ｃが設けられている。前記空気管３４ａの図示下端は、図１で示したオフガス燃焼ブロワ３７と連結しており、このブロワ３７から供給される空気のドラフト力により、吸引口３４ｃに連結する管路３５を通してオフガスを吸引し、オフガス吸引ノズル３３の図示上部から噴出させる。このオフガス吸引ノズル３３の図示上端は、図２で示すように、オフガス燃焼炉１６に連結しており、吸引したオフガスをオフガス燃焼炉１６内に供給する。

オフガス燃焼炉１６は、耐火材により筒状に形成された燃焼室１６ａを有する。この燃焼室１６ａの、オフガス吸引ノズル３３開口近く、すなわち、オフガスが供給される部分近くには助燃バーナ３８が設けられている。この助燃バーナ３８には、図１で示す燃料供給ライン３９が連結されており、この燃料供給ライン３９によりオフガス以外の燃料、例えば、市販のＬＰＧガスが供給され、これを常時燃焼させる。オフガス吸引ノズル３３から燃焼室１６ａ内に供給されたオフガスは、常時燃焼の助燃バーナ３８により着火され、燃焼室１６ａ内にて燃焼する。この助燃バーナ３８は、前述のように常時燃焼しており、オフガスが途切れても、燃焼室１６ａでの燃焼状態を継続する。また、このオフガス燃焼炉１６は、図２では図示していないが、図１で示す燃焼空気ブロワ４０と連結しており、燃焼室１６ａ内への燃焼空気の供給を受けている。

図２で示すオフガス燃焼炉１６の図示上端部には排気口１６ｂが形成されており、この排気口１６ｂは、図１で示す管路４２を介して熱分解炉１１の加熱ジャケット入り口と連結している。オフガス燃焼炉１６は、オフガスの燃焼により、８５０℃程度の高温ガスが生じるので、この高温ガスを熱分解炉１１に導くことにより、熱分解炉１１内の廃プラスチックを加熱し、熱分解させることができる。

熱分解炉１１を加熱した加熱ガスは、管路４３ａから循環ブロワ４４により管路４３Ｂを経て前記管路４２に循環供給されると共に、一部は管路４３ｃを通り、排気塔４５から大気放出される。

上記構成において、前処理装置１３により破砕・造粒処理された廃プラスチックは、材料受け入れホッパー１４を経て材料投入装置１５により、外気と遮断され、低酸素状態を保って熱分解炉１１内に投入される。この熱分解炉１１には、オフガス燃焼炉１６から高温の加熱ガスが供給されており、熱分解炉１１に投入された廃プラスチックは低酸素状態で加熱されて熱分解し、熱分解ガスと残渣とを生成する。

このうち残渣は熱分解炉１１から排出された後、残渣冷却器１９によって冷却され、回収装置２０で回収され、炭化物として供給される。一方、熱分解炉１１から排出された熱分解ガスは、熱分解ガスガスエジェクタ２２により凝縮され、分解油となって管路２３を通り、タンク２４に貯留される。このとき、熱分解ガス中の軽質成分などは凝縮しきれずにオフガスとなる。このオフガスも、管路２３を通ってタンク２４に導かれ、タンク２４内の上部に滞留する。

タンク２４内の分解油はポンプ２６により管路２９を通って、図示しない後段施設などに供給されると共に、一部は冷却器２７で冷却された後、管路２８を通って熱分解ガスエジェクタ２２に送られ、熱分解ガスの凝縮に用いられる。また、タンク２４内のオフガスは、オフガス吸引エジェクタ３４により管路３５を介して吸引され、オフガス吸引ノズル３３からオフガス燃焼炉１６内に供給され、燃焼用空気と共に燃焼される。このオフガス燃焼炉１６には図２で示した助燃バーナ３８が常時燃焼しており、起動時や、オフガスが途切れた場合における燃焼状態を維持する。

オフガス燃焼炉１６は、オフガス燃焼により８５０℃程度の高温ガスが生じるので、これを管路４２で熱分解炉１１に供給し、前述のように熱分解炉１１を加熱する。加熱後の排ガスは管路４３ａ循環ブロワ４４管路４３ｂにより循環供給されると共に一部は排気塔４５から大気放出される。

ここで、図３に示すオフガス吸引エジェクタ３４には、オフガス吸引源としてブロワ３７からオフガス吸引ノズルとして機能する空気管３４ａを通して空気が供給されるが、このオフガス吸引源には加熱空気を用いるとよい。すなわち、吸引口３４ｃによりオフガス吸引用の管路３５からオフガスがエジェクタ３４に吸引されるが、前記空気管３４ａを通る吸引源としての空気が比較的低温の、例えば常温の空気の場合、オフガスが固まりやすい特性を有することからエジェクタ内部で固まり、閉塞することが考えられる。そこで、吸引源となる空気として比較的高温の加熱空気を用いることにより、オフガスが固まって閉塞を生じることを確実に防止することができる。

また、オフガスが貯留されたタンク２４からオフガス吸引エジェクタ３４までの管路３５に、電気ヒータまたはスチームなどによる加熱装置４７を設け、この管路３５を所定温度に加熱するとよい。すなわち、オフガスは前述のように比較的固まりやすいので、管路３５が低温であると内部に残留するオフガスが固まって閉塞することが考えられる。しかし、上述のように加熱装置４７により管路３５を所定温度以上に保っておけば内部のオフガスが固まることはなく、管路３５の閉塞を確実に防止できる。

上記実施の形態では、廃プラスチックを原料１２として、これを熱分解炉１１で熱分解する場合を説明した。このように廃プラスチックを熱分解した場合、高カロリーのオフガスが多量に発生する。この多量の高カロリーのオフガスを処理するためには、従来、特別な処理施設が必要であった。しかし、この実施の形態では、オフガスが高カロリーで多量に生じることを逆に利用し、このオフガスをオフガス燃焼炉１６で燃焼させることにより高温ガスを得て、これにより熱分解炉１１の加熱源としている。したがって、特別なオフガス処理施設が不要となり、しかも、その燃焼熱を熱分解炉１１の加熱源として用いることから、熱分解炉１１の加熱用燃料を大幅に低減することができる。

熱分解原料１２である有機物処理材料が、比較的カロリーの低い汚泥等の場合、オフガスのカロリーも低くなるため、このオフガスの燃焼熱により熱分解炉１１を加熱することは難しい。この場合は、熱分解ガスから回収した分解油を燃焼させ、その燃焼熱により熱分解炉１１を加熱すればよい。

この場合の概念系統を図４で説明する。なお、図１で示した機器と対応するものには同じ符号を付している。

この図４の例では、オフガス燃焼炉１６の他に分解油を燃料とする燃焼装置５６を設ける。この燃焼装置５６に対しては、タンク２４に貯留された分解油を、ポンプ２６、冷却器２７及び管路５７を通って燃料として供給する。また、別の燃料系統３９によりＬＰＧガスなどが起動時の燃料として供給され、さらに、ブロワ４０により燃焼用空気が供給される。

図４において、前処理装置１３により破砕・造粒処理された有機物処理材料（以下、汚泥として説明する）は、材料投入装置１５により、外気と遮断され、低酸素状態を保って熱分解炉１１内に投入される。この熱分解炉１１には、燃焼装置５６から高温の加熱ガスが供給されており、熱分解炉１１に投入された汚泥は低酸素状態で加熱されて熱分解し、熱分解ガスと残渣とを生成する。

このうち残渣は熱分解炉１１から排出された後、残渣冷却器１９によって冷却され、炭化物となる。一方、熱分解炉１１から排出された熱分解ガスは、熱分解ガスエジェクタ２２により凝縮され、分解油（有機物処理材料（例えば、汚泥）に水分が含まれている場合は分解油と水分）となり、管路２３を通ってタンク２４に貯留される。このとき、凝縮しきれずにオフガスが生じ、このオフガスも、管路２３を通ってタンク２４に導かれ、タンク２４内の上部に滞留する。

タンク２４内の分解油はポンプ２６により管路２９を通って、一部は図示しない後段施設などに供給されるが、多くは冷却器２７に送られ、ここで冷却される。冷却後、分解油の一部は、管路２８を通って熱分解ガスエジェクタ２２に送られ、熱分解ガスの凝縮に用いられるが、多くは管路５７を通って、燃焼装置５６内に供給され、燃焼空気と共に燃焼される。この燃焼により生じる高温ガスは、管路４２で前述のように熱分解炉１１に供給され、熱分解炉１１を加熱する。加熱後の排ガスは管路４３ａ、循環ブロワ４４、管路４３ｂにより燃焼装置５６に循環供給されると共に、一部は管路４３ｃを通り大気放出される。

また、タンク２４内のオフガスは、図１と同様に、オフガス吸引エジェクタ３４により管路３５を介して吸引され、オフガス吸引ノズル３３からオフガス燃焼炉１６内に供給され、燃焼される。このオフガス燃焼により高温ガスが生じるので、図２で示したオフガス燃焼炉１６の排気口１６ｂに、ボイラー５９（図４に示す）を連結して、オフガス燃焼炉１６の燃焼排ガスを、ボイラー５９の加熱源として用いる。

もちろん、ボイラー５９を設けずに、オフガス燃焼炉１６の燃焼排ガスを空冷による自然冷却後、大気に放出してもよい

本発明による熱分解油化処理装置の一実施の形態を示す概念系統図である。 同上実施の形態で使用するオフガス燃焼炉を示す断面図である。 同上一実施の形態で用いるオフガス吸引ノズルを示す断面図である。 本発明による熱分解油化処理装置の他の実施の形態を示す概念系統図である。

符号の説明

１１ 熱分解炉
１２ 有機物処理材料
１６ オフガス燃焼炉
２２ 熱分解ガスエジェクタ
２４ 分解油タンク
３３ オフガス吸引ノズル
３４ オブガス吸引エジェクタ
３５ タンクからオフガス吸引エジェクタまでの管路
４７ 管路３５の加熱装置

Claims (5)

1. 有機物処理材料を低酸素状態で加熱して熱分解し、熱分解ガスと残渣とを生成する熱分解炉と、
   この熱分解炉で生成され、外部に排出された熱分解ガスを凝縮して熱分解油として回収する熱分解ガスエジェクタと、
   この熱分解ガスエジェクタで凝縮された熱分解油及び凝縮しきれなかったオフガスを貯留するタンクと、
   このタンク内に貯留されたオフガスを吸引するオフガス吸引エジェクタを備えたオフガス吸引ノズルを有し、前記オフガス吸引エジェクタにより吸引され、オフガス吸引ノズルから供給されるオフガスを燃焼させるオフガス燃焼炉とを備え、
   前記オフガス吸引エジェクタは、ブロワからの空気を先端から噴出させる空気管、及びこの空気管の外周に同軸上に配置され前記タンクの上部空間と管路により連通する外管を有し、前記空気管の先端から噴出する空気のドラフト力により前記タンク内のオフガスを吸引し、前記外管の先端に連結されたオフガス吸引ノズルを介してオフガス燃焼炉へ供給し、
   前記オフガス燃焼炉には、オフガス吸引ノズルからオフガスが供給される部分に、オフガス以外の燃料を常時燃焼させる助燃バーナを設けた
   ことを特徴とする熱分解処理装置。
2. オフガス吸引エジェクタのオフガス吸引源として加熱空気を用いることを特徴とする請求項１に記載の熱分解処理装置。
3. オフガスが貯留されたタンクからオフガス吸引エジェクタまでの管路を所定温度に加熱する加熱装置を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱分解処理装置。
4. オフガス燃焼炉の燃焼排ガスを、熱分解炉の加熱源として用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱分解処理装置。
5. オフガス燃焼炉の燃焼排ガスを、ボイラーの加熱源として用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の熱分解処理装置。

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