JP7190641B1 - Continuous carbonization equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】省スペースで、エネルギー効率に優れ、均一な炭化物を製造することが可能な連続炭化装置を提供する。【解決手段】ロータリーキルン1を有し、原材料を連続的に熱分解して炭化物を製造する連続炭化装置であって、前記ロータリーキルンは、加熱用ジャケット4内に設置され、当該加熱用ジャケット4によって外部から加熱され、前記ロータリーキルン1は、断面が内外の同心円となる2重構造のレトルトを有しており、前記原材料は、まず内側のレトルト6内に投入されて、当該内側のレトルト6内を加熱されつつ移動し、その後に外側のレトルト5内に落下して、外側のレトルト5内を内側のレトルト6内とは逆方向に加熱されつつ移動して、炭化物となって排出口から前記ロータリーキルン1の外部へ排出されることを特徴とする連続炭化装置である。【選択図】図1A space-saving, energy-efficient continuous carbonization apparatus capable of producing uniform carbonized materials is provided. A continuous carbonization apparatus that has a rotary kiln 1 and continuously pyrolyzes a raw material to produce a carbonized material. The rotary kiln 1 has a double structure retort whose cross section is concentric inside and outside, and the raw material is first put into the inner retort 6, and the inside of the inner retort 6 is heated. After that, it falls into the outer retort 5, moves in the outer retort 5 while being heated in the opposite direction to the inner retort 6, becomes carbide, and is discharged from the rotary kiln 1. It is a continuous carbonization apparatus characterized in that it is discharged to the outside of. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本発明は、バイオマス等の原材料の炭化物を連続的に製造する連続炭化装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a continuous carbonization apparatus for continuously producing carbonized raw materials such as biomass.
近年、各種有機系廃棄物の炭化処理に対するニーズが高まっている。各種有機系廃棄物を炭化処理することによって、土壌改良材や肥料を製造することができ、また減容化して埋め立て処分を行い易くすることができるため、有用である。 In recent years, there has been an increasing need for carbonization of various organic wastes. By carbonizing various organic wastes, soil conditioners and fertilizers can be produced, and the volume can be reduced to facilitate landfill disposal, which is useful.
さらに、バイオマス等の各種原材料は、炭化する際の熱分解の程度に応じて、多様な特性を有した炭化物となり、種々の用途に展開することが可能となる。例えば、軽度に炭化させることによって、原材料の表面に撥水性を付与したり、殺虫・殺菌処理を行うことが可能である。また、中程度に炭化させることによって、内部まで炭化されて、粉砕性に優れた石炭代替燃料を製造することが可能である。さらに、高度に炭化させることによって、微細な多孔質構造を有した吸着性に優れた炭化物とすることができる。 Furthermore, various raw materials such as biomass become carbides with various properties depending on the degree of thermal decomposition during carbonization, and can be used in various applications. For example, by lightly carbonizing, it is possible to impart water repellency to the surface of the raw material, or to perform insecticidal/bactericidal treatment. In addition, by carbonizing to a moderate degree, it is possible to produce a coal alternative fuel that is carbonized to the inside and has excellent pulverizability. Furthermore, by carbonizing to a high degree, a carbide having a fine porous structure and excellent adsorptivity can be obtained.
ここで、炭化処理とは、無酸素下または微量酸素存在下において、原材料の熱分解処理を行うことによって、原材料の炭素元素の含有率を高める操作をいう。 Here, the carbonization treatment refers to an operation for increasing the carbon element content of the raw material by subjecting the raw material to thermal decomposition treatment in the absence of oxygen or in the presence of a trace amount of oxygen.
炭素元素を含有する各種原材料を連続的に炭化する装置として、従来から、ロータリーキルンが知られている。ロータリーキルンには、被処理物を高温の燃焼ガスと直接接触させて熱分解する直接加熱方式と、レトルト(円筒)の外壁面を通してレトルト内の被処理物を熱分解する間接加熱方式とがある。
直接加熱方式は、一般に、加熱温度にむらが発生して、被処理物の熱分解の程度にむらが生じ易い。そのため、被処理物を均一に炭化させるためには、直接加熱方式よりも間接加熱方式を用いることが好ましい。A rotary kiln is conventionally known as an apparatus for continuously carbonizing various raw materials containing carbon elements. There are two types of rotary kilns: a direct heating method that thermally decomposes the material to be processed by directly contacting it with high-temperature combustion gas, and an indirect heating system that thermally decomposes the material in the retort (cylinder) through the outer wall surface of the retort (cylinder).
In the direct heating method, in general, the heating temperature tends to be uneven, and the degree of thermal decomposition of the object to be treated tends to be uneven. Therefore, in order to uniformly carbonize the object to be processed, it is preferable to use the indirect heating method rather than the direct heating method.
原材料の炭化物を製造する場合、まず原材料の乾燥処理を行って、水分率を特定の範囲内に制御して、その後加熱温度を上げて、炭化処理を行うという方法を取ることが一般的である。
特許文献1には、第一ロータリーキルンと第一ロータリーキルンの下流側に直列に連結された第二ロータリーキルンとを有する外熱式炭化炉が開示されている。上流側のロータリーキルンで乾燥処理を行い、下流側のロータリーキルンで炭化処理を行っている。また、特許文献2には、炭化炉内が前工程ゾーンと後工程ゾーンの2つのゾーンに分けられたロータリー式炭化装置が開示されている。前工程ゾーンで主として乾燥処理を行い、後工程ゾーンで主として炭化処理を行っている。When producing a carbonized raw material, it is common to first dry the raw material, control the moisture content within a specific range, and then raise the heating temperature to carbonize it. .
しかし、特許文献1に記載の外熱式炭化炉は、上流側と下流側の2台のロータリーキルンがつながっているため、装置の寸法が大きくなり、コンパクトな装置とすることが困難である。また、特許文献2に記載のロータリー式炭化装置も、前工程ゾーンと後工程ゾーンとを有するため、装置の寸法が大きくなり、コンパクトな装置とすることが困難である。また、特許文献2では、前工程ゾーンは間接加熱、後工程ゾーンは直接加熱としているため、炭化処理が不均一となる懸念を有するものである。 However, in the external heat type carbonization furnace described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、省スペースで、エネルギー効率に優れ、均一な炭化物を製造することが可能な連続炭化装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such circumstances. An object of the present invention is to provide a continuous carbonization apparatus which is space-saving, excellent in energy efficiency, and capable of producing uniform carbide.
本発明者らは、種々の炭化物を効率よく製造するための製造装置について検討を重ねてきた。ロータリーキルンは、炭化物を連続的に大量に製造する装置としては、非常に優れている。また、均一な炭化処理を行うためには、間接加熱方式とすることが好ましい。
そこで、本発明者らは、原材料の乾燥処理と炭化処理とを1台の間接加熱方式のロータリーキルン内で行うために、ロータリーキルンの内部構造について種々の検討を行った。その結果、本発明に到達することができた。The inventors of the present invention have repeatedly studied a manufacturing apparatus for efficiently manufacturing various carbides. A rotary kiln is very excellent as an apparatus for continuously producing a large amount of carbide. Moreover, in order to perform a uniform carbonization treatment, it is preferable to employ an indirect heating method.
Accordingly, the present inventors conducted various studies on the internal structure of a rotary kiln in order to perform drying and carbonization of raw materials in one indirect heating type rotary kiln. As a result, the present invention was achieved.
すなわち、本発明の連続炭化装置は、以下のような構成を有している。
(1)ロータリーキルンを有し、原材料を連続的に熱分解して炭化物を製造する連続炭化装置であって、前記ロータリーキルンは、加熱用ジャケット内に設置され、当該加熱用ジャケットによって外部から加熱され、前記ロータリーキルンは、断面が内外の同心円となる2重構造のレトルトを有しており、前記原材料は、まず内側のレトルト内に投入されて、当該内側のレトルト内を加熱されつつ移動し、その後に外側のレトルト内に落下して、外側のレトルト内を内側のレトルト内とは逆方向に加熱されつつ移動して、炭化物となって排出口から前記ロータリーキルンの外部へ排出されることを特徴とする連続炭化装置。
(2)前記原材料は、前記内側および前記外側のレトルトの内壁に設置された案内羽根によって各レトルト内を移動することを特徴とする前記(1)に記載の連続炭化装置。
(3)前記案内羽根が前記レトルトの軸方向にらせん状に設置されていることを特徴とする前記(2)に記載の連続炭化装置。
(4)前記加熱用ジャケット内は、加熱ガスを注入することによって加熱されることを特徴とする前記(1)~(3)のいずれか1項に記載の連続炭化装置。
(5)前記ロータリーキルン内で加熱された前記原材料から生成する揮発性ガスを前記ロータリーキルンから外部へ排出する排出口を有することを特徴とする前記(1)~(4)のいずれか1項に記載の連続炭化装置。
(6)前記ロータリーキルン内に前記原材料を連続的に供給する原材料供給装置を備えることを特徴とする前記(1)~(5)のいずれか1項に記載の連続炭化装置。
(7)前記ロータリーキルンから外部へ排出された前記炭化物を連続的に冷却する炭化物冷却装置を備えることを特徴とする前記(1)~(6)のいずれか1項に記載の連続炭化装置。
(8)前記外部へ排出された揮発性ガスの一部を外部燃焼装置によって燃焼させて、生成した加熱ガスの一部を前記加熱用ジャケット内に注入することを特徴とする前記(5)~(7)のいずれか1項に記載の連続炭化装置。That is, the continuous carbonization apparatus of the present invention has the following configuration.
(1) A continuous carbonization apparatus that has a rotary kiln and continuously pyrolyzes raw materials to produce carbonized materials, wherein the rotary kiln is installed in a heating jacket and is externally heated by the heating jacket, The rotary kiln has a double structure retort whose cross section is concentric inner and outer circles, and the raw material is first put into the inner retort, moved while being heated in the inner retort, and then It is characterized by dropping into the outer retort, moving in the outer retort while being heated in the opposite direction to the inner retort, becoming a carbide, and being discharged from the outlet to the outside of the rotary kiln. Continuous carbonization equipment.
(2) The continuous carbonization apparatus according to (1) above, wherein the raw material is moved in each retort by guide vanes installed on the inner walls of the inner and outer retorts.
(3) The continuous carbonization apparatus according to (2) above, wherein the guide vanes are spirally arranged in the axial direction of the retort.
(4) The continuous carbonization apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the inside of the heating jacket is heated by injecting a heating gas.
(5) The method according to any one of (1) to (4) above, characterized by having an outlet for discharging volatile gas generated from the raw material heated in the rotary kiln to the outside from the rotary kiln. continuous carbonization equipment.
(6) The continuous carbonization apparatus according to any one of (1) to (5), further comprising a raw material supply device that continuously supplies the raw material into the rotary kiln.
(7) The continuous carbonization apparatus according to any one of (1) to (6), further comprising a carbide cooling device that continuously cools the carbide discharged from the rotary kiln to the outside.
(8) Part of the volatile gas discharged to the outside is burned by an external combustion device, and part of the generated heated gas is injected into the heating jacket. The continuous carbonization apparatus according to any one of (7).
本発明の連続炭化装置は、省スペースで、エネルギー効率に優れ、均一な炭化物を製造することが可能である。 The continuous carbonization apparatus of the present invention is space-saving, excellent in energy efficiency, and capable of producing a uniform carbonized product.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明の実施形態は、以下に記載する具体的な実施形態に限られる訳ではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the embodiments of the present invention are not limited to the specific embodiments described below.
本発明者らは、種々の炭化物を効率よく製造するための製造装置について検討を加えてきた。原材料を効率よく連続的に炭化処理する装置として、ロータリーキルンは適性を有している。さらに、原材料を均一に炭化処理するために、外部からロータリーキルンを加熱する間接加熱方式を採用した。 The inventors of the present invention have studied manufacturing apparatuses for efficiently manufacturing various carbides. A rotary kiln is suitable as a device for efficiently and continuously carbonizing raw materials. Furthermore, in order to uniformly carbonize the raw materials, an indirect heating method was adopted in which the rotary kiln was heated from the outside.
原材料の乾燥処理と炭化処理とを別々の装置で行う場合は、2台の装置に相当するスペースが必要となる。また、乾燥処理装置と炭化処理装置のそれぞれについて、外部から加熱するための加熱設備が必要となり、エネルギー効率の面において改善の余地を有していた。 If the drying treatment and the carbonization treatment of the raw material are performed in separate apparatuses, a space corresponding to two apparatuses is required. Moreover, the drying treatment apparatus and the carbonization treatment apparatus each require a heating facility for heating from the outside, and there is room for improvement in terms of energy efficiency.
そこで、ロータリーキルンの内部構造として、内外2重構造のレトルトを設置することを検討した。すなわち、内外2重構造のレトルトのうち、内側のレトルトで主として乾燥処理を行い、外側のレトルトで主として炭化処理を行うようにした。ロータリーキルンを内外2重構造とすることによって、ロータリーキルンを外部から加熱するための加熱設備は1台でよいこととなり、加熱のために要するエネルギーを効率的に利用することが可能となった。また、加熱のための熱エネルギーの伝達の点から、外側のレトルト内よりも内側のレトルト内の方が雰囲気温度が低くなる傾向にあり、外側のレトルト内でより高い温度で炭化処理を行うことができる。 Therefore, as the internal structure of the rotary kiln, we considered installing a retort with a double inner and outer structure. That is, of the inner and outer retorts having a double structure, the inner retort is mainly used for the drying treatment, and the outer retort is mainly used for the carbonization treatment. By making the rotary kiln a double structure of the inside and the outside, only one heating equipment is required to heat the rotary kiln from the outside, and the energy required for heating can be used efficiently. In addition, from the point of view of heat energy transfer for heating, the atmosphere temperature in the inner retort tends to be lower than in the outer retort, and carbonization treatment must be performed at a higher temperature in the outer retort. can be done.
[第1実施形態の連続炭化装置]
以下、具体的な実施形態に基づいて、連続炭化装置の構成とその機能について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態の連続炭化装置の模式的断面図である。
第1実施形態の連続炭化装置は、主要な構成として、加熱用ジャケット内に設置されたロータリーキルン1と原材料供給装置2と炭化物冷却装置3を有している。その他に、図示をしていないが、ロータリーキルンから外部へ排出された揮発性ガスの一部を燃焼させる外部燃焼装置、外部燃焼装置で生成した加熱ガスの一部を加熱用ジャケット内に注入する装置、冷却水の循環装置、冷却水タンク、余剰の加熱ガスおよび排ガスの除塵・冷却・浄化装置、排ガス用煙突、等を備えている。[Continuous carbonization apparatus of the first embodiment]
The configuration and function of the continuous carbonization apparatus will be described below based on specific embodiments.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a continuous carbonization apparatus according to a first embodiment of the invention.
The continuous carbonization apparatus of the first embodiment has, as main components, a
(原材料供給装置)
原材料供給装置2は、原材料をロータリーキルン1に連続的に供給する装置である。
本実施形態において、原材料とは、炭素元素を含有し、炭化処理によって炭素元素の含有率が高くなる有機系物質である。具体的には、木質や草本などのバイオマス資源、林業残渣、農業残渣、畜産廃棄物、水産業廃棄物、一般家庭廃棄物、食品残渣、汚泥、等が挙げられ、特に限定されない。(Raw material supply device)
The raw
In the present embodiment, the raw material is an organic substance that contains carbon elements and whose carbon element content is increased by carbonization. Specific examples include biomass resources such as woody and herbaceous plants, forestry residues, agricultural residues, livestock wastes, marine wastes, general household wastes, food residues, sludge, etc., but are not particularly limited.
原材料は、ロータリーキルン1内に投入されて、乾燥処理および炭化処理をすることが可能となるように、所定の適切な寸法に細断・粉砕・固形化されていることが必要である。例えば、木質チップの場合は、長さや幅が1~100mm程度で、厚さが0.1~50mm程度に調整されていることが好ましい。木質チップを表面から内部まで十分に炭化処理するときは、厚さが大きくならないように厚さ20mm以下程度に調整することが好ましい。 The raw material must be chopped, pulverized, and solidified into predetermined appropriate dimensions so that it can be put into the
原材料は、連続炭化装置に投入される前に、所定の貯蔵倉庫において、一定の水分率を保持した安定状態となるまでの期間、貯蔵されていることが好ましい。原材料の種類によって、安定状態に達するまでの期間が異なり、安定状態になったときの水分率が異なっている。そのため、原材料の種類に応じて、貯蔵倉庫に貯蔵する期間や貯蔵条件を適宜調整することが好ましい。安定状態となったときの水分率に応じて、原材料毎に、本発明の連続炭化装置で乾燥処理および炭化処理する際の加熱温度や加熱時間が適宜調整される。原材料の水分率は、一般に、100質量%以下に調整することが好ましく、50質量%以下がより好ましく、30質量%以下がさらに好ましい。 The raw material is preferably stored in a predetermined storage warehouse for a period of time until it reaches a stable state with a constant moisture content before being put into the continuous carbonization apparatus. Depending on the type of raw material, the period until reaching a stable state differs, and the moisture content at the time of reaching a stable state differs. Therefore, it is preferable to appropriately adjust the storage period and storage conditions in the storage warehouse according to the type of raw material. The heating temperature and heating time during the drying treatment and carbonization treatment in the continuous carbonization apparatus of the present invention are appropriately adjusted for each raw material according to the moisture content in the stable state. Generally, the moisture content of the raw material is preferably adjusted to 100% by mass or less, more preferably 50% by mass or less, and even more preferably 30% by mass or less.
所定の適切な寸法に細分化され、水分率が安定状態となった原材料は、原材料供給装置2のホッパー16に投入され、原材料容器17内に一旦収納される。原材料は、スクリューコンベアが内部に装着された搬送菅18によって、原材料容器17から取り出され、ロータリーキルン1内に投入される。ロータリーキルン1の原材料の入口には、開閉器19が設置されている。原材料は、開閉器19を通過してロータリーキルン1の内部に送り込まれる。開閉器19は、空気が外部からロータリーキルン1内に入り込まないように、また、ロータリーキルン1内の加熱ガスが外部へ排出されることがないように、気密性を保持している。 The raw material that has been subdivided into predetermined and appropriate sizes and has a stable moisture content is put into the
(ロータリーキルン)
ロータリーキルン1の内部は、断面が内外の同心円となる2重構造のレトルトを有している。すなわち、ロータリーキルン1の内部は、外側のレトルト5と内側のレトルト6とからなる2重構造であり、両者は互いに固定されており、同一方向へ一緒に回転する。内側のレトルト6の内径は、外側のレトルト5の内径の30~70%が好ましい。外側のレトルト5および内側のレトルト6の長さと内径は、原材料の種類、炭化処理の目的・用途、所望する生産性に応じて適宜設定することができる。(rotary kiln)
The inside of the
ロータリーキルン1のレトルト5とレトルト6は、その軸方向の両側に回転軸10、11、12を有している。回転軸10、12は、それぞれ軸受け14を介して、2台の固定台13によって支持されている。回転軸11は、その周囲にギヤを有しており、ギヤを介してモーター30によって駆動される。したがって、モーター30の駆動力によって、所定の速度でレトルト5とレトルト6を回転させることができる。 The retorts 5 and 6 of the
レトルト5とレトルト6は、加熱用ジャケット4内に設置されている。加熱用ジャケット4は、外部から加熱ガスを注入できる加熱ガス注入口24を有しており、加熱ガス26が外部から注入される。注入された加熱ガスによって、加熱用ジャケット4内の空間7は加熱され、温度が上昇する。加熱用ジャケット4内の空間7を加熱した加熱ガス26は、その後、加熱ガス排出口25から加熱ガス27として排出される。加熱用ジャケット4内の空間7が加熱された結果、外側のレトルト5が間接的に加熱され、レトルト5内の空間8の温度が上昇する。その結果、内側のレトルト6が間接的に加熱され、レトルト6内の空間9の温度が上昇する。こうして、加熱用ジャケット4内を加熱した結果、レトルト5とレトルト6の内側の空間は、間接的に加熱され、各レトルト内に存在する原材料を加熱処理することができる。 The retorts 5 and 6 are installed inside the
レトルト5およびレトルト6が加熱された結果、レトルト5およびレトルト6内に存在する原材料が加熱されて、揮発性ガスを生成する。生成した揮発性ガス29は、レトルト5に設置された排出口15から上方へ排出され、ガス配管28を通って、外部燃焼装置(不図示)へ送られる。 As a result of
図3は、図1記載のロータリーキルン1のA-A断面図であり、外側のレトルト5と内側のレトルト6とからなる内外の同心円の2重構造を有している。外側のレトルト5は内壁の円周方向に複数の案内羽根31を有している。また、内側のレトルト6は内壁の円周方向に複数の案内羽根32を有している。それぞれの内壁の円周方向に設置される案内羽根の数は、特に限定されず、例えば2~10個である。さらに、外側のレトルト5と内側のレトルト6との間に、補強のために、両者をつなぐ放射状のスポークを所々に設置してもよい(不図示)。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the
案内羽根は、内部に存在する原材料を特定の方向へ移動させる案内板としての機能(推進機能)と、原材料を撹拌して、原材料を均一に加熱させる撹拌板としての機能(撹拌機能)とを有している。
案内羽根は、レトルトの内壁に適当な間隔で設置された突起状物である。案内羽根の断面形状は、湾曲した三角形、湾曲した長方形、台形、曲線の裾を有する山形、等の種々の形状があり、特に限定されない。推進用の案内羽根と撹拌用の案内羽根は、同一の案内羽根で両方の機能を兼ねさせてもよいし、推進用の案内羽根と撹拌用の案内羽根の両方を設置してもよい。また、推進用の案内羽根と撹拌用の案内羽根の両者をそれぞれ、異なる断面形状、個数、設置位置のものとしてもよい。また、案内羽根は、レトルトの軸方向にらせん状となるように設置されていることが好ましい。案内羽根は、レトルトの軸方向にらせん状に連続して設置されていてもよいし、途中に隙間を有しながら間欠的にらせん状に設置されていてもよい。
外側のレトルト5の案内羽根31と内側のレトルト6の案内羽根32は、設置する個数、形状、寸法、間隔、傾き等において、それぞれ最適となるように適宜選択して設置される。The guide vane has a function as a guide plate that moves the raw material inside in a specific direction (propulsion function) and a function as a stirring plate that stirs the raw material and heats the raw material uniformly (stirring function). have.
The guide vanes are protrusions placed at appropriate intervals on the inner wall of the retort. The cross-sectional shape of the guide blades is not particularly limited, and includes various shapes such as a curved triangular shape, a curved rectangular shape, a trapezoidal shape, and a chevron shape with curved bottoms. The guide vane for propelling and the guide vane for stirring may be the same guide vane having both functions, or both the guide vane for propelling and the guide vane for stirring may be installed. Moreover, both the guide vanes for propelling and the guide vanes for stirring may have different cross-sectional shapes, numbers, and installation positions. Moreover, it is preferable that the guide vanes are installed so as to form a spiral shape in the axial direction of the retort. The guide vanes may be continuously installed spirally in the axial direction of the retort, or may be intermittently installed spirally with a gap in between.
The guide vanes 31 of the
図1において、外側のレトルト5の案内羽根31と内側のレトルト6の案内羽根32は、レトルトの軸方向における案内羽根の傾きの方向が逆になっている。そのため、2重構造のレトルトが同方向に回転しても、レトルト内の原材料は外側のレトルト5と内側のレトルト6では、互いに逆方向へ移動する。 In FIG. 1, the
ロータリーキルン1内に投入された原材料は、まず図1の右側の端から、内側のレトルト6内に投入される。原材料は、レトルト6の内壁に設置された案内羽根32によって、図1の左方向へ移動していく。その間、原材料は空間9の加熱雰囲気下で加熱されて、乾燥処理等がなされる。その後、原材料はレトルト6の左端にまで移動し、レトルト6の左端から下方の外側のレトルト5内に落下する。その後、原材料は、レトルト5の内壁に設置された案内羽根31によって、レトルト6とは逆方向、すなわち、図1の右方向へ移動していく。その間、原材料は空間8の加熱雰囲気下でさらに加熱されて、炭化処理等がなされる。その後、炭化物はレトルト5の右端にまで移動し、レトルト5の右端に設置された排出口15からロータリーキルン1の外部へ排出され、下方に落下する。排出口15から下方に排出された炭化物は、開閉器20に到達する。炭化物は、開閉器20を通過して炭化物冷却装置3に送り込まれる。開閉器20は、空気が外部からロータリーキルン1内に入り込まないように、また、ロータリーキルン1内の加熱ガスが外部へ排出されることがないように、気密性を保持している。 Raw materials put into the
(炭化物冷却装置)
開閉器20を通過して、ロータリーキルンから外部へ排出された炭化物は、炭化物冷却装置3によって連続的に冷却される。すなわち、炭化物は、スクリューコンベア22が内部に装着された冷却搬送菅21内を搬送される。冷却搬送菅21は、外装部を冷却水が循環する構造を有する中空配管である。炭化物は、冷却搬送菅21内を通過する間に、冷却された外装部によって冷却される。冷却された炭化物は、その後、貯蔵容器23内に収納される。(carbide cooling device)
The carbide discharged from the rotary kiln to the outside after passing through the
ロータリーキルン1内の温度は、通常、加熱用ジャケット4内の空間7の温度、レトルト5内の空間8の温度、レトルト6内の空間9の温度の順番に温度が低くなっている。加熱用ジャケット4内の空間7の温度と供給熱量を制御することによって、間接的に、レトルト5内の空間8の温度とレトルト6内の空間9の温度が制御される。加熱用ジャケット4内の空間7の温度と供給熱量は、外部から注入される加熱ガス26の温度と供給量を調整することによって制御することができる。ロータリーキルン1内の温度、加熱用ジャケット4内の温度と供給量は、熱電対、流量計等で管理することができる。加熱用ジャケット4内の空間7の温度は、200~900℃に制御することが好ましい。また、ロータリーキルン1内の温度、すなわち、原材料の加熱温度は、200~800℃に制御することが好ましい。 The temperature inside the
原材料の加熱時間は、ロータリーキルン1内の滞留時間を変えるすることによって調整することができる。ロータリーキルン1内の滞留時間は、レトルト5およびレトルト6の回転速度、案内羽根の間隔や形状や数、等によって変えるすることができる。レトルト5内の滞留時間およびレトルト6内の滞留時間はそれぞれ、回転速度、案内羽根の間隔や形状や数、等によって適宜調整することができる。原材料の加熱時間は、1~60分間に制御することが好ましい。 The heating time of the raw material can be adjusted by changing the residence time inside the
炭化処理の目的、原材料の種類、原材料の水分率、揮発性ガスの発生量、等に応じて、レトルト6内およびレトルト5内で行う加熱処理の内容をそれぞれ適宜決めることができる。レトルト6内で乾燥処理を行い、レトルト5内で炭化処理を行うということに限定される訳ではない。加熱処理の内容としては、乾燥、半炭化、炭化、熱分解、炭素化、等があるが、限定される訳ではない。 The content of the heat treatment performed in the
ロータリーキルン1から排出口15を通って外部へ排出された揮発性ガス29の一部は、外部燃焼装置(不図示)によって燃焼される。揮発性ガス29の燃焼によって生成した加熱ガスの一部を加熱用ジャケット4内に注入する装置(不図示)を用いて、加熱用ジャケット4内に注入してもよい。ロータリーキルン1から排出された揮発性ガス29を燃焼させて生成する加熱ガスで、加熱用ジャケット4内に注入する加熱ガスをすべて賄うことができれば、自己燃焼によって炭化処理を行うことができ、エネルギー効率に優れたものとなる。 A part of the
ロータリーキルン1から排出された揮発性ガス29を燃焼させて生成する加熱ガスと、加熱用ジャケット4内に注入するのに必要な加熱ガスとのバランスの調整は、外部燃焼装置および外部燃焼装置で生成した加熱ガスの一部を加熱用ジャケット4内に注入する装置によって行う。加熱用ジャケット4内に注入するのに必要な加熱ガスに対して、ロータリーキルン1から排出された揮発性ガス29を燃焼させて生成する加熱ガスだけでは不足するときは、外部からの補助燃料を用いて、加熱ガス量を補うことが必要となる。また、ロータリーキルン1から排出された揮発性ガス29を燃焼させて生成する加熱ガスが余剰となるときは、余剰の加熱ガスは、除塵・冷却・浄化装置を経由して、排ガス用煙突から排出される。 The balance between the heating gas generated by burning the
加熱用ジャケット4の加熱のために使用された加熱ガスは、加熱ガス排出口25から排出され、上記の余剰の加熱ガスと合わせて、除塵・冷却・浄化装置を経由して、排ガス用煙突から排出される。排ガスの除塵・冷却・浄化装置としては、サイクロン、スクラバー等公知の装置が使用できる。 The heating gas used for heating the
炭化物冷却装置3に使用された冷却水と排ガスの冷却に使用された冷却水は、それぞれ、冷却水タンク(不図示)と冷却水の循環装置(循環ポンプ)(不図示)によって、循環利用することができる。 The cooling water used for the
[第2実施形態の連続炭化装置]
図2は、本発明の第2実施形態の連続炭化装置の模式的断面図である。
第2実施形態の連続炭化装置の主要な構成は、第1実施形態と共通である。そのため、第1実施形態とは異なる第2実施形態の構成のみについて、以下に説明する。[Continuous carbonization apparatus of the second embodiment]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a continuous carbonization apparatus according to a second embodiment of the invention.
The main configuration of the continuous carbonization apparatus of the second embodiment is common to that of the first embodiment. Therefore, only the configuration of the second embodiment that differs from the first embodiment will be described below.
第2実施形態の連続炭化装置において、ロータリーキルン1のレトルト5とレトルト6は、その軸方向の両側に回転軸10、11、12を有している。回転軸10は、軸受け14を介して、1台の固定台13によって支持されている。回転軸12は、軸受け14を介して、2台の固定台13によって支持されている。また、第2実施形態のレトルト5に設置された排出口15の位置と向きは、第1実施形態の排出口15とは異なっている。
第2実施形態のその他の構成は、第1実施形態と同等であり、それらの機能も同等であるので、説明を省略する。In the continuous carbonization apparatus of the second embodiment, the retorts 5 and 6 of the
Other configurations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, and their functions are also the same, so description thereof will be omitted.
以上説明してきたように、本発明の連続炭化装置は、ロータリーキルン1の断面が内外の同心円となる2重構造のレトルトを有している。このような特殊な構造を有していることによって、以下に述べるような多くの特徴を有するものとなっている。
(1)原材料はロータリーキルン内を往復移動して、加熱処理されるため、同一のロータリーキルン内で、乾燥処理と炭化処理を行うことができ、コンパクトで省スペースの炭化装置である。
(2)ロータリーキルン内の2つのレトルトを共通の1台の加熱用ジャケットで加熱することができるため、ロータリーキルンの加熱に要するエネルギー量を低減させることができる。また、ロータリーキルンの駆動装置が1台でよいことによって、稼働に必要なエネルギー量を低減させることができる。
(3)原材料の加熱によって生成した揮発性ガスを外部燃焼装置によって燃焼させて、生じた加熱ガスをロータリーキルンの加熱用エネルギーとして利用することができるため、外部から補助燃料を用いて供給されるエネルギー量を極力低減させて、エネルギー効率を一層高めることが可能である。
(4)2つのレトルトはいずれも間接加熱方式で加熱されるため、均一な炭化物を製造することが可能である。
(5)大気圧下で、無酸素または微量酸素が存在する気密雰囲気下で、原材料の加熱処理を行うことが可能であり、安全で作業性に優れている。
(6)ロータリーキルンを用いた連続炭化装置であるため、定常状態において、長時間連続運転することが可能であり、均一な炭化物を量産することができる。
(7)加熱温度、加熱時間等の運転条件を広範囲で、柔軟に設定できるため、原材料の種類を選ばず、また炭化物の目的・用途に応じて、多様な炭化処理に対応することができる。As described above, the continuous carbonization apparatus of the present invention has a double structure retort in which the cross section of the
(1) Since the raw material is reciprocated in the rotary kiln and heat-treated, the drying treatment and the carbonization treatment can be performed in the same rotary kiln, and the carbonization apparatus is compact and space-saving.
(2) Since two retorts in the rotary kiln can be heated by one common heating jacket, the amount of energy required for heating the rotary kiln can be reduced. In addition, since only one driving device is required for the rotary kiln, the amount of energy required for operation can be reduced.
(3) Energy supplied from the outside using auxiliary fuel because the volatile gas generated by heating raw materials can be burned by an external combustion device and the generated heated gas can be used as energy for heating the rotary kiln. It is possible to further improve energy efficiency by reducing the amount as much as possible.
(4) Since both retorts are heated by an indirect heating method, uniform carbide can be produced.
(5) It is possible to heat-treat raw materials under atmospheric pressure in an oxygen-free or airtight atmosphere containing a small amount of oxygen, which is safe and excellent in workability.
(6) Since it is a continuous carbonization apparatus using a rotary kiln, it can be operated continuously for a long time in a steady state, and uniform carbonization can be mass-produced.
(7) Since the operating conditions such as heating temperature and heating time can be set flexibly over a wide range, it is possible to handle various carbonization processes according to the purpose and application of the carbonized material regardless of the type of raw material.
以下に、実施例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。
本発明の連続炭化装置を用いて、以下の条件で炭化物の製造実験を行った。
(1)炭化装置
図1に記載の第1実施形態の連続炭化装置を用いた。
レトルト:内側のレトルト内径400mm、外側のレトルト内径800mm、長さ4500mm、SUS製
案内羽根:推進用の連続らせん状案内羽根と撹拌用の案内羽根とを併用した。高さ100mm、案内羽根の間隔200mm
(2)原材料
ヒノキチップ:長さ15~25mm、幅10~20mm、厚さ1~3mm、水分率8質量%
(3)加熱条件
加熱用ジャケット内の空間の温度:450、500、550℃
回転速度:12回転/分
加熱時間:約10分間(2つのレトルトの合計)
原材料の投入量:1.0t/hrEXAMPLES The present invention will be described in more detail below using examples.
Using the continuous carbonization apparatus of the present invention, a carbide production experiment was conducted under the following conditions.
(1) Carbonization Apparatus The continuous carbonization apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1 was used.
Retort: inner retort inner diameter 400 mm, outer retort inner diameter 800 mm, length 4500 mm, made of SUS Guide vanes: A continuous spiral guide vane for propelling and a stirring guide vane were used in combination. Height 100mm, guide vane spacing 200mm
(2) Raw materials Hinoki chips:
(3) Heating conditions Temperature of space in heating jacket: 450, 500, 550°C
Rotation speed: 12 rev/min Heating time: about 10 minutes (total of 2 retorts)
Input amount of raw materials: 1.0t/hr
得られた加熱温度の異なる3種類の炭化物について、所定の規格に基づいて、低位発熱量、全水分、揮発分を測定した。測定結果を表1に示した。 The lower calorific value, total moisture content, and volatile content were measured based on predetermined standards for the three types of carbides obtained at different heating temperatures. Table 1 shows the measurement results.
上記の製造条件によって、連続的に炭化物の製造を行うことができた。加熱温度を高くすることによって、炭化の程度が高くなり、低位発熱量が増大することが確認できた。 Under the above production conditions, carbide could be produced continuously. It was confirmed that increasing the heating temperature increased the degree of carbonization and increased the lower heating value.
1 ロータリーキルン
2 原材料供給装置
3 炭化物冷却装置
4 加熱用ジャケット
5、6 レトルト
7、8、9 空間
10、11、12 回転軸
13 固定台
14 軸受け
15 排出口
16 ホッパー
17 原材料容器
18 搬送菅
19、20 開閉器
21 冷却搬送菅
22 スクリューコンベア
23 貯蔵容器
24 加熱ガス注入口
25 加熱ガス排出口
26、27 加熱ガス
28 ガス配管
29 揮発性ガス
30 モーター
31、32 案内羽根1
Claims (6)
前記ロータリーキルンは、加熱用ジャケット内に設置され、当該加熱用ジャケットによって外部から加熱され、
前記ロータリーキルンは、断面が内外の同心円となる2重構造のレトルトを有しており、
外側のレトルトと内側のレトルトは互いに固定されており、同一方向へ一緒に回転し、
前記原材料は、前記内側および前記外側のレトルトの内壁に設置された案内羽根によって各レトルト内を移動するものであり、
前記原材料は、開閉器を通過して、前記ロータリーキルンの内部に送り込まれ、まず前記内側のレトルト内に投入されて、前記内側のレトルト内を加熱されつつ移動し、その後に前記外側のレトルト内に落下して、前記外側のレトルト内を前記内側のレトルト内とは逆方向に加熱されつつ移動して、炭化物となって排出口から前記ロータリーキルンの外部へ排出され、
排出された炭化物は、開閉器を通過して、前記炭化物冷却装置に送り込まれることを特徴とし、さらに、
前記排出口は、前記外側のレトルトに設置されており、
前記ロータリーキルン内で加熱された前記原材料から生成する揮発性ガスは、前記排出口から前記ロータリーキルンの外部へ排出され、
前記炭化物冷却装置は、炭化物を連続的に冷却するものであり、外装部を冷却水が循環し、スクリューコンベアが内部に装着された構造を有する冷却搬送菅からなり、炭化物は当該冷却搬送菅内を通過する間に冷却されることを特徴とする連続炭化装置。A continuous carbonization apparatus that has a rotary kiln and a carbide cooling device and continuously pyrolyzes raw materials to produce carbides,
The rotary kiln is installed in a heating jacket and externally heated by the heating jacket,
The rotary kiln has a double structure retort whose cross section is concentric inner and outer circles,
The outer and inner retorts are fixed to each other and rotate together in the same direction,
The raw material is moved in each retort by guide vanes installed on the inner walls of the inner and outer retorts,
The raw material passes through a switch and is fed into the rotary kiln, first put into the inner retort, moved while being heated in the inner retort, and then into the outer retort. It falls, moves in the outer retort while being heated in the opposite direction to the inner retort, becomes a carbide, and is discharged from the outlet to the outside of the rotary kiln ,
The discharged carbide passes through a switch and is sent to the carbide cooling device, and
the outlet is located in the outer retort,
Volatile gas generated from the raw material heated in the rotary kiln is discharged from the outlet to the outside of the rotary kiln,
The carbide cooling device is for continuously cooling the carbide, and consists of a cooling conveying pipe having a structure in which cooling water circulates in the exterior and a screw conveyor is mounted inside, and the carbide flows through the cooling conveying pipe. A continuous carbonization apparatus characterized by being cooled while passing through .
前記ロータリーキルンから排出された揮発性ガスを燃焼させて生成する加熱ガスだけでは不足するときは、外部からの補助燃料を用いて加熱ガス量を補い、When the heating gas generated by burning the volatile gas discharged from the rotary kiln is insufficient, the amount of heating gas is supplemented with auxiliary fuel from the outside,
前記ロータリーキルンから排出された揮発性ガスを燃焼させて生成する加熱ガスが余剰となるときは、余剰の加熱ガスは、排ガス用煙突から排出されることを特徴とする請求項5に記載の連続炭化装置。6. The continuous carbonization according to claim 5, wherein when the heated gas generated by burning the volatile gas discharged from the rotary kiln becomes surplus, the surplus heated gas is discharged from the flue gas stack. Device.
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