JP6523223B2 - 熱分解装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、スクラップ金属や炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの被処理材料に付着した可燃物を熱分解させるとともに可燃物を燃焼した熱量を利用する熱分解装置に関するものである。

従来、スクラップ金属を、傾けた状態で配置された回転炉の中に入れて表面に付着した汚染物を加熱されたガスを利用して除去する熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この装置は、回転炉を外筒と内筒からなる二重円筒状にしたもので、高位置となる回転炉の後方からスクラップ金属を回転炉の外筒側に供給するとともに、ガスを回転炉の後方の内筒に流し、回転炉の前方でガスの流れを外側に向けて折り返して回転炉の内筒から外筒に流して外筒内でスクラップ金属に直接的に接触させるものである。
その後、ガスはファンの働きを受けて煙道を通り炉外に送り出されるようになっている。

特許第３６８０１２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、回転炉内を流れるガスは内筒から外筒に折り返されるようにして流れるため内筒と外筒におけるガス量は同じである。
このため、回転炉の外筒で直接的にスクラップ金属に接触するガスと、回転炉の内筒側で間接的にスクラップ金属に熱を与えるガスの流量を個別に制御して精度の高い熱分解を行うことはできないといった問題がある。

ここで、回転炉内に送られるガスは、スクラップ金属やCFRPを加熱する熱源としての機能と、これらの被処理材料に付着している可燃物を回転炉内で燃焼させることなく熱分解させるための保護雰囲気の機能を持つ。そして、加熱能力を確保するには、加熱源としてのガス量を充分に確保する必要がある。
一方で、被処理材料には風で飛ばされやすい微少片も存在しており、当該微少片に直接当てる風速には制約がある。

そこで、本発明の目的とするところは、熱源としてのガス流量と保護雰囲気としてのガス流量を独立して設定可能な構造とし、可燃物が付着した被処理材料を高精度で効率的に加熱すると共に、適正な保護雰囲気流量で可燃物を熱分解することのできる熱分解装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の熱分解装置は、可燃物が付着した被処理材料（１００）が投入される投入口（１１）が後方に設けられ、前方には前記被処理材料（１００）が排出される排出口（１２）が設けられるとともに、後方の高さが前方の高さよりも高くなるように傾けられた、外筒（１３）と内筒（１４）からなる二重円筒状で回転可能な回転炉（１０）と、前記回転炉（１０）を回転させる回転駆動機構（２０）を、備える熱分解装置であって、
取り込まれたガス（２００）を加熱して出力するガス加熱装置（３０）と、
前記回転炉（１０）の後方から排出されるガス（２００）を前記ガス加熱装置（３０）に送り込む第一ダクト（４１）と、
前記ガス加熱装置（３０）で加熱されたガス（２００）を前記回転炉（１０）側に送る第二ダクト（４２）と、
前記第二ダクト（４２）から送られたガスを、前記回転炉（１０）の前方から前記外筒（１３）及び前記内筒（１４）にそれぞれ分配するガス分配ガイド（４８）と、
前記ガス分配ガイド（４８）に設けられ、前記外筒（１３）側に流れるガス量と前記内筒（１４）側に流れるガス量の割合を調整する分配調整弁構構（４９）と、
前記分配調整弁機構（４９）の開度を決定する流量制御装置（５１）を備え、
前記被処理材料（１００）が投入される投入口（１１）を、前記回転炉（１０）の後方の内筒（１４）側に設け、前記被処理材料（１００）を前記回転炉（１０）の後方から前方に内筒（１４）を通じて供給するようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記第一ダクト（４１）または前記第二ダクト（４２）に設けられ、前記ガス（２００）を循環させる循環ファン（３２）をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記第二ダクト（４２）を流れるガス（２００）の一部を急冷した後、大気に排出させる冷却装置（５２）をさらに備えることを特徴とする。

なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の熱分解装置によれば、傾けられて配置された回転炉に対して高い側の後方から可燃物が付着した被処理材料が内筒側に投入され内筒内を滑るように落下するので、従来例（特許文献１）のように外筒内に投入された被処理材料が上方に掻き上げられることはなく、回転炉にその分、負荷がかかることが軽減される。また、従来例（特許文献１）と比較して被処理材料を短時間で高温にすることができるので熱分解を効率的に行うことができる。

また、回転炉に対して低い側の前方からは、例えば、再熱炉やサイクロンといったガス加熱装置で加熱されたガスがガス分配ガイドを介して外筒側と内筒側に分けて送られるので、回転炉の内筒内では上方から落下する被処理材料に対して下方から熱源としてガスが直接当たり被処理材料を熱分解し、回転炉の外筒内ではガスだけが下方から上方に流れて被処理材料を周囲から間接的に温める雰囲気を形成する。
そして、分配調整弁機構によって、外筒側に流れるガス量と内筒側に流れるガス量の割合を調整することができるので、被処理材料の熱分解時における温度制御を高精度で行うことができる。

また、回転炉から排出されたガスは可燃性でありそのまま外気に排出されるのではなく、第一ダクトを介してガス加熱装置に送られ、そこで燃焼熱によって再度加熱されたガスが第二ダクトを介して回転炉に戻されるようにして循環されるので有効的に可燃物の燃焼熱量を熱源として利用することができる。

また本発明によれば、第一ダクトまたは第二ダクトには循環ファンが設けられているので、ガスの循環を円滑に安定的に行うことができる。

また本発明によれば、第二ダクトを流れるガスの一部を冷却装置で急冷した後、大気に排出するようにしたので、ダイオキシンの発生を低減あるいは皆無にすることができる。

なお、本発明のように、回転炉の下方から外筒と内筒に分けて循環ガスを送り、上方から投入された被処理材料と内筒側で接触させ、外筒側ではガスの雰囲気だけにしたものは、上述した特許文献には全く記載されていない。

本発明の実施形態に係る熱分解装置の概略を示す側面図である。 図１に示す回転炉を示す拡大側面図である。 本発明の実施形態に係る別の熱分解装置の概略を示す側面図である。

図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係る熱分解装置について説明する。
この熱分解装置は、外筒１３と内筒１４からなる二重円筒状で回転可能な回転炉１０と、その回転炉１０を回転させることのできるモータからなる回転駆動機構２０と、ガス加熱装置３０を主に備え、可燃物が付着した被処理材料１００としての炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を回転炉１０内で熱分解するものである。

回転炉１０は、後方の高さが前方の高さよりも高くなるように傾けられた状態で台座上に配置されていて、その後方には、被処理材料１００が投入される投入口１１が設けられ、前方には被処理材料１００が排出される排出口１２が設けられている。被処理材料１００は、投入口１１に設けられたスクリューフィーダー１５から回転炉１０の内筒１４側に供給され、回転炉１０の回転にしたがって前方に移送される。

ガス加熱装置３０としては、例えば再熱炉やサイクロンが使用される。ガス加熱装置３０は、取り込まれたガス２００をバーナ３１による燃焼と、回転炉１０から送り込まれる可燃物の燃焼熱量を利用することによって加熱して出力するものである。バーナ３１には、燃焼ガスと空気が燃焼ブロワによって供給されている。
ガス加熱装置３０の入口と回転炉１０の後方とは第一ダクト４１で接続されていて、回転炉１０の後方で外筒１３と内筒１４の両方から排出されるガス２００をガス加熱装置３０に送り込んでいる。第一ダクト４１には循環ファン３２が設けられ、ガス２００の循環を円滑にかつ安定的に行うようにしている。なお、循環ファン３２を第二ダクト４２側に設けるようにすることもできる。
また、ガス加熱装置３０の出口と回転炉１０の前方とは第二ダクト４２で接続されていて、ガス加熱装置３０で加熱されたガス２００を回転炉１０側に送っている。

第二ダクト４２の回転炉１０の前方側端部は、二又に分岐している。その分岐した一方は外筒供給用ダクト４２Ａとして回転炉１０の外筒１３に接続され、他方は内筒供給用ダクト４２Ｂとして回転炉１０の内筒１４に接続されている。
外筒供給用ダクト４２Ａと内筒供給用ダクト４２Ｂの接続位置付近には、外筒１３側に流れるガス量と内筒１４側に流れるガス量の割合を調整する制御バルブ５０が設けられ、流量制御装置５１によって制御バルブ５０の開度が決定されるようになっている。なお、制御バルブ５０の位置は、外筒供給用ダクト４２Ａと内筒供給用ダクト４２Ｂの丁度接続位置でもよいが、ここではその接続位置よりも回転炉１０の前方（下流側）に寄った内筒供給用ダクト４２Ｂの位置にしている。また、本実施形態では制御バルブ５０を制御機構５０として採用したがこれに限定されることなくその他の制御機構５０であってもよい。

また第二ダクト４２には、第二ダクト４２を流れるガス２００の一部を取り出す第三ダクト４３が接続され、第三ダクト４３には冷却装置５２がされている。第三ダクト４３を流れるガス２００は、冷却装置（冷却塔）５２で急冷され、排気ダクト４６を介して簡易集塵機５３と脱硫装置５４を介した後に、煙突５５から大気に排出するようにしている。また、冷却装置（冷却塔）５２で冷却されたガス２００で煙突５５から大気に排出されていないものは、第四ダクト４４を介して第二ダクト４２に戻されるとともに、第五ダクト４５を介してガス加熱装置３０にも戻されている。第四ダクト４４及び第五ダクト４５にはそれぞれ冷却ファン３３，３４が設けられている。

回転炉１０の前方及び後方，ガス加熱装置３０，第二ダクト４２には温度センサー６１〜６４が設けられている。
温度センサー６１は回転炉１０の前方において内筒１４の温度を検知し、これに対応して、冷却装置５２から煙突５５側にガス２００を排出する排気ダクト４６において、簡易集塵機５３と冷却装置５２の間に設けられた制御バルブ６５の開度を、流量制御装置５１が制御するようにしている。制御バルブ６５の開度を大きくすると、冷却装置５２から第二ダクト４２に送られる冷却されたガス２００の量が減るので回転炉１０の前方から外筒１３と内筒１４に流れるガス２００の温度を下げることができ、制御バルブ６５の開度を小さくすると、冷却装置５２から第二ダクト４２に送られる冷却されたガス２００の量は増えるので回転炉１０の前方から外筒１３と内筒１４に流れるガス２００の温度を上げることができる。
また、温度センサー６２は回転炉１０の後方において外筒１３の温度を検知し、これに対応して、第一ダクト４１に設けられた循環ファン３２の回転を、流量制御装置５１が制御するようにしている。循環ファン３２の回転を強くすると回転炉１０内を流れるガス２００の流速を速くすることができ、循環ファン３２の回転を弱くすると回転炉１０内を流れるガス２００の流速を遅くすることができる。

また、温度センサー６３はガス加熱装置３０内の温度を検知し、これに対応して、バーナ３１に供給される燃焼ガスと空気の量を制御バルブ６６，６７の開度と、冷却装置５２から第五ダクト４５を介してガス加熱装置３０に送られる冷却されたガス２００の量を制御する制御バルブ６５の開度を、流量制御装置５１が制御するものである。
また、温度センサー６４は第二ダクト４２において外筒供給用ダクト４２Ａと内筒供給用ダクト４２Ｂの接続位置より少し上流側の温度を検知し、これに対応して、第四ダクト４４から第二ダクト４２に流れる冷却されたガス２００の量を制御する制御バルブ６９の開度を、流量制御装置５１が制御するものである。

また、第二ダクト４２においてガス加熱装置３０側には酸素濃度を検知する酸素濃度センサー７１が設けられ、その検知に対応して、ガス加熱装置３０に樹脂燃焼ブロワ７２を介して大気から空気を直接送るための空気供給ダクト４７に設けられた制御バルブ７３の開度を、流量制御装置５１が制御するものである。樹脂燃焼ブロワ７２からは、可燃物を燃焼させるための空気が供給される。

このように構成された熱分解装置によれば、回転炉１０の後方で内筒１４側から投入された被処理材料１００としての炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）に対して、回転炉１０の前方で外筒１３と内筒１４からガス２００を送り込むことでカーボン樹脂を熱分解して炭素繊維を取り出してリサイクルすることができる。
特に、傾けられて配置された回転炉１０に対して高い側の後方から被処理材料１００が内筒１４側に投入され内筒１４内を滑るように落下するので、従来例（特許文献１）のように外筒１３内に投入された被処理材料１００が上方に掻き上げられることはなく、回転炉１０にその分、負荷がかかることが軽減される。また、従来例（特許文献１）と比較して被処理材料１００を短時間で高温にすることができ熱分解を効率的に行うことができる。

また、回転炉１０に対して低い側の前方からはガス加熱装置３０で加熱されたガス２００が外筒供給用ダクト４２Ａを介して外筒１３側と、内筒供給用ダクト４２Ｂを介して内筒１４側に分けられて送られるので、回転炉１０の内筒１４内では上方から落下する被処理材料１００に対して下方から熱源としてガス２００が直接当たり被処理材料１００を熱分解し、回転炉１０の外筒１３内ではガス２００だけが下方から上方に流れて被処理材料１００を周囲から間接的に温める雰囲気を形成する。
そして、外筒供給用ダクト４２Ａと内筒供給用ダクト４２Ｂの接続位置付近には制御バルブ５０が設けられ、外筒１３側に流れるガス２００の量と内筒１４側に流れるガス２００の量の割合を調整することができるので、被処理材料１００の熱分解時における温度制御を高精度で行うことができる。

また、回転炉１０から排出されたガス２００はそのまま外気に排出されるのではなく、第一ダクト４１を介してガス加熱装置３０に送られ、そこで再度加熱されたガス２００が第二ダクト４２を介して回転炉１０に戻されるようにして循環されるので有効的にガス２００を熱源として利用することができる。

なお、本発明の実施形態では、第二ダクト４２の端部から分岐する外筒供給用ダクト４２Ａと内筒供給用ダクト４２Ｂを設けて第二ダクト４２から送られたガスを、回転炉１０に入る前に分配するようにしたが、図３に示すように、回転炉内で分配するようにしてもよい。
これは、回転炉１０内に、第二ダクト４２から送られたガスを、回転炉１０の前方から外筒１３及び内筒１４にそれぞれ分配するガス分配ガイド４８を設けるとともに、そのガス分配ガイド４８に、外筒１３側に流れるガス量と内筒１４側に流れるガス量の割合を調整する分配調整弁機構４９を設けたものである。

なお、本発明の実施形態では、被処理材料１００として炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を使用した例を示したが、これに限られることはなく、可燃物が付着した被処理材料１００であれば、アルミや鉄であってもよい。
また、本実施形態では、流量制御装置５１が制御バルブ５０をはじめとして各種制御バルブを介してガス２００の量と流速を制御するようにしたが、個別の複数の制御装置を使用することもできる。

なお、回転炉１０の後方では被処理材料１００を内筒１４側に投入するようにしたが、外筒１３側から投入することも考えられる。

１０ 回転炉
１１ 投入口
１２ 排出口
１３ 外筒
１４ 内筒
１５ スクリューフィーダー
２０ 回転駆動機構（モータ）
３０ ガス加熱装置
３１ バーナ
３２ 循環ファン
３３ 冷却ファン
３４ 冷却ファン
４１ 第一ダクト
４２ 第二ダクト
４２Ａ 外筒供給用ダクト
４２Ｂ 内筒供給用ダクト
４３ 第三ダクト
４４ 第四ダクト
４５ 第五ダクト
４６ 排気ダクト
４７ 空気供給ダクト
４８ ガス分配ガイド
４９ 分配調整弁機構
５０ 制御バルブ（制御機構）
５１ 流量制御装置
５２ 冷却装置
５３ 簡易集塵機
５４ 脱硫装置
５５ 煙突
６１〜６４ 温度センサー
６５〜６９ 制御バルブ
７１ 酸素濃度センサー
７２ 樹脂燃焼ブロワ
７３ 制御バルブ
１００ 被処理材料
２００ ガス

Claims (3)

1. 可燃物が付着した被処理材料が投入される投入口が後方に設けられ、前方には前記被処理材料が排出される排出口が設けられるとともに、後方の高さが前方の高さよりも高くなるように傾けられた、外筒と内筒からなる二重円筒状で回転可能な回転炉と、前記回転炉を回転させる回転駆動機構を、備える熱分解装置であって、
   取り込まれたガスを加熱して出力するガス加熱装置と、
   前記回転炉の後方から排出されるガスを前記ガス加熱装置に送り込む第一ダクトと、
   前記ガス加熱装置で加熱されたガスを前記回転炉側に送る第二ダクトと、
   前記第二ダクトから送られたガスを、前記回転炉の前方から前記外筒及び前記内筒にそれぞれ分配するガス分配ガイドと、
   前記ガス分配ガイドに設けられ、前記外筒側に流れるガス量と前記内筒側に流れるガス量の割合を調整する分配調整弁機構と、
   前記分配調整弁機構の開度を決定する流量制御装置を備え、
   前記被処理材料が投入される投入口を、前記回転炉の後方の内筒側に設け、前記被処理材料を前記回転炉の後方から前方に内筒を通じて供給するようにしたことを特徴とする熱分解装置。
2. 前記第一ダクトまたは第二ダクトに設けられ、前記ガスを循環させる循環ファンをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の熱分解装置。
3. 前記第二ダクトを流れるガスの一部を急冷した後、大気に排出させる冷却装置をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱分解装置。