JPS5911807B2 - 可燃材料を焼却する方法と炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 稲の籾殻、稲わら、小麦の籾殻及びわらのような農業く
ず材料は、有用なエネルギ又は有用な製品に変換するの
が困難な、潜在的に有用な燃料価値を持っている。

事実、農業で生ずる多量の使えないくず材料を処分する
のは、現在業界にとって大きな問題である。

成る農作有機材料が生物発生学的なシリカ、即ち結晶構
造内に発生するシリカが多いことが認識されている。

主に稲の籾殻、稲の茎、とくさ属（普通とくさとして知
られているありふれたしだ）及び成るやしの葉、特にパ
ルミラやしが、多少の違いはあっても、細胞構造内に成
る量のシリカを持っている。

更に、成る竹の茎は比較的多量のシリカを含むことが知
られており、麦わらは細胞構造内に２乃至３％のシリカ
を含み。

例えば、大低の稲の籾殻は一般に約２０％のシリカを含
むことが認められており、稲のわらは約１８，５％のシ
リカを持つことがある。

カリフォルニア産の成るとくさは約２０乃至２５％のシ
リカを持つことが知られている。

稲の籾殻及び稲のわらの処分は、燃やすか埋めるしか処
分の方法がないと思われるので、稲作業界にとって大き
な問題になった。

ここ数年、この材料を埋める捨場は殆どなくなり、シリ
カを含有する籾殻及びわらを野外で焼却すれば、一般に
望ましくない大気汚染物を発生する。

シリカが酸化カルシウムと共に、珪酸カルシウム錯塩と
して主に生ずる、ポルトランドセメントの成分であるこ
とは勿論公知である。

然し、シリカを含有する有機の農作材料の焼却によって
作られるシリカは、籾殻の焼却によって必然的に灰分を
含む結晶状のシリカが出来るので、砂又は頁岩の代りに
なる程度にしか、セメントの成分として使うことが出来
ない。

２酸化珪素の相図を見れば、無定形の非結晶状の材料か
ら、鱗珪石並びにクリストロバライトとして知られてい
る結晶状の形への転移が、シリカが純粋な状態にある時
に、非常に高い温度で起ることが判る。

即ち、無定形の純粋なシリカでは、理論的には、変態を
行なうのに温度を１，０９３℃より高くすることが必要
である。

然し、稲の籾殻を焼却すると、１，０９３℃よりずっと
低い温度でも、初めの稲の籾殻に他の成分が存在する為
に、無定形から結晶状への転移温度が大幅に下がる為、
何時でも結晶状のシリカが形成されていた。

従来、結晶状シリカをポルトランドセメントの活性成分
として使う試みは、常に石灰と珪素質頁岩又は粘土との
混合物を１，４２６℃より高い温度で熱処理していた。

機械的エネルギを加えることによって同じ目標を達成す
ることも出来る。

結晶状石英を摩砕機にかけると、表面の化学結合を破壊
することにより、シリカを活性化することが出来ること
が、実験的に判っている。

摩砕機の他に、振動ミルに入れた砂と石灰との混合物を
摩砕機で摩砕すると、結合性が得られることが報告され
ており、こうして処理された石灰と砂の混合物が水硬性
セメントとして使われている。

珪素質原料を石灰石と共に加熱する商業的な方法を別に
すれば、これらの方法は、振動ミル及び摩砕機の駆動に
過大な機械的エネルギを必要とするので、商業的には受
入れられないと思われる。

最近、比較的低い温度で酸化性雰囲気を用い、稲の籾殻
を注意深く制御して焼却することにより、極めて有用な
無定形のシリカを作ることが出来ることが判った。

初めの発見では、稲の籾殻を電気炉の中で、少量だけ、
稲の籾殻の温度を徐々に上げることにより、比較的酸化
性の雰囲気内で焼却した。

約２０４℃で稲の籾殻から煙が出始め、焼却温度が約６
４８℃に上げられると、長い間熱にさらした後、点火時
の目減り（塊中の残留炭素を表わす）が比較的少くて、
殆ど完全に無定形のシリカを含む製品が得られることが
観測された。

□ 約７０４℃より高い温度にさらすと、結晶状シリカ
への転移が起り、この転移の程度がこのような高い温度
にさらす時間の長さに関係することが認められた。

この無定形のシリカは非常に反応性であり、ポルトラン
ドセメントと性質が同様な新規なセメント組成物を作る
のに有用であることが判った。

更に、この発明の方法によって作られた高度に無定形の
シリカは、その反応性が強い為、他の有用な性質を持っ
ている。

無定形のシリカを作る為に使われた実験室方法は、稲の
籾殻の大量処分、又はこうして作られる無定形生成物の
比較的多量の生産には適さない。

２酸化珪素の相図によれば、化合物が比較的純粋な状態
にある時、鱗珪石又はクリストロバライトの形をしたシ
リカに変態する前に、無定形シリカを約１，４２６℃よ
り高い温度に加熱しなければならないことに注意された
い。

然し、稲の籾殻に見られる不純な形のシリカでは、不純
物が存在する為、無定形から結晶状の鱗珪石又はクリス
ト。

パライトの形への転移がずっと低い温度で起ることが、
実験的に観測された。

稲の籾殻は、燃焼しない状態にある時はバルク密度が大
きい為、従来、単に稲の籾殻屑を処分するだけの目的で
、稲の籾殻を最も敏速な形で簡単に焼却するのが普通で
あった。

これは種々の方法で行なわれた。稲の籾殻の大きな堆積
では、稲の籾殻をバルクのまま燃焼することにたよって
おり、この場合、堆積内での籾殻の場所に応じて、温度
がかなり変化する。

別の方法では、焼却によって作られるシリカの形に無頓
着に、極めて高い温度で稲を焼却するように特別の炉を
設計した。

これらの全ての方法に於て、得られた結果は結晶状のシ
リカであり、この結晶状のシリカは殆ど商業的な有用性
がない。

即ち、稲の籾殻を９８２℃で普通に焼却する場合、９８
２℃の温度に長い間露出すると、無定形のシリカから結
晶状の鱗珪石又はクリストロバライトの形への殆ど完全
な変態が起る。

無定形のシリカを作る為の稲の籾殻の焼却に於ける酸化
が長くて遅いと言う欠点を克服しようとして、高度の無
定形の２酸化珪素を持つだけでなく、セメント成分とし
て高度の有用性を持つ可変範囲の残留有機材料を持つシ
リカを形成する方法があることが判った。

一方、米国特許第３，１２５，０４３号明細書に示すよ
うに、炉内にコア、コアと炉側壁上部間に設けた案内羽
根、およびコアの下部列周側に設けたコンデンサを設け
、上記コアの上端部に遊挿されて炉の上方に延びる煙突
にコアを遊貫する出口管を設けた稲の籾殻の焼却炉が従
来から知られている。

しかし、この炉は、構成が複雑であるだけでなく、焼却
された籾殻から炭素を取り除くものであると共に、籾殻
の不燃部分が重力で燃焼域から落下するなど、上述した
無定形のシリカを籾殻から作るには不向きであった。

この発明による方法は比較的強い乱流の下に稲の籾殻の
ような可燃材料を所望の温度条件で炉内を再循環させつ
つ燃焼させることが出来、又炉を詰まらせることなく、
上記可燃材料の炉内での再循環ができ、とくに稲の籾殻
のような農業屑を、焼却される農業材料の温度が約７０
４℃を超えないような条件の下で、６７６℃乃至９５４
℃のガス塊温度に於て農業屑から無定形シリカを作る焼
炉方法、及びこの方法を行なうのに好適する簡単な構成
の炉を提供することを目的としている。

次にこの発明を図面について説明する。

第１図について具体的に説明すると、この発明の方法を
実施する為の装置が一部は簡略に且つ一部は切欠いて示
されている。

この装置では、最初にホッパ１０に貯蔵されている稲の
籾殻が入口である取入管１２を介して耐火物である内張
すした炉１１に導入される。

管１２の端１３は開放していて、後で説明するように、
装置に酸化ガスである空気を導入することが出来るよう
になっている。

炉１１は耐火物の内張り１４を持ち、中心円筒形部分１
５が床１６から上方に突出している。

床１６は、第１図に斜線１６ａで示すように、１回転の
螺旋形斜面の形をしている。

取入管１２が、螺旋形斜面の最低部分の直前で、大体炉
１１の接線方向に稲の籾殻と空気の混合物を送り込む。

接線方向の取入管１２のすぐ後に続いて入口１１がある
。

これは空気と稲の籾殻の混合物の燃焼を開始するのに必
要な初期熱源とする可燃性ガス−空気混合物を導入する
為に始動の際に使われる。

空気と稲の籾殻との混合物が取入管１２を介して炉１１
に導入され、入口１Ｔから入る可燃性ガス−空気混合物
の助けを借りて点火されると、混合物が炉１１の周縁に
沿って上向きに進み、螺旋形の線１８によって示すよう
な模様で、炉の外壁近くまで上昇し続ける。

炉の底部は全体的に円筒形の外壁を持っている。

然し、炉の一番上の部分は２０に示すように、截頭円錐
形である。

この形により、上向きに上昇して来るガスの螺旋運動が
頂点２１に向うように局限され、向きを反転し、線１８
の延長２２によって示すような下向きの螺旋として、炉
の中心部分を下降する。

下降する混合物が吐出孔２３を介して炉１１から出て行
く。

この吐出孔は中心円筒１５の一番上の部分から始まり、
Ｕ字形の吐出管２４に通ずる。

この吐出管が配管２５を介して全体を２６で示したサイ
クロン分離器と連通ずる。

炉１１について上に述べたことは、主に空気などのガス
材料が炉の中を移動する時の様子を概略的に説明したも
のである。

大体このガス材料に関する流れの形状は、螺旋形の矢印
１８及び２２によって表わされるが、図示の形状は主に
炉内を移動するガスに対してしか当てはまらない。

最初に炉に入る固形可燃材料である稲の籾殻は、炉から
の流出物である籾殻が完全に燃焼して生成したシリカよ
り密度が一層小さい。

然し、シリカの粒子密度は稲の籾殻の粒子密度よりずっ
と太きいが、途中まで燃焼した稲の籾殻のバルク密度は
実際に、燃焼しない稲の籾殻のバルク密度より小さい。

上記ガス材料の流れ形状の為、並びに燃焼過程で炉内で
籾殻の有機物質がなくなる時の炉内の流れによって加え
られる程度の遠心力の為、材料の粒子密度が増加し、遠
心力の影響で、一層完全に燃焼した籾殻の粒子は、炉内
を上向きに移動しているか下向きに移動しているかに関
係なく、例向きに炉壁に向って押される。

この為、燃焼過程が定常状態に近づく時、炉の側壁又は
その近くに、比較的完全に焼却された籾殻が蓄積される
。

定常状態では、炉の形状及びガスの流れが籾殻が完全に
焼却された粒子の運動を平衡させ、炉を最終的につまら
せることなく、粒子を内部で循環させる。

Ｕ字形の吐出管２４がシール機構により炉１１に接続さ
れる。

このシール機構は、吐出ル２３の周りで下側開面２８か
ら下向きに突出する環状リング２γと、吐出管２４、円
周方向の板３０、及び管２４の上側の延長部と同心の円
筒形延長部３１の壁によって形成された環状流路２９と
で構成される。

図面に示すように、環状リング２γが流路２９内に入り
込み、この流路はシール用の液体で、リング２γの一番
低い所より上まで、満たされる。

このシール機構は炉の始動、運転並びに停止の際、炉及
び吐出管２４の膨張並びに収縮を補償する為に必要であ
る。

サイクロン２６に通ずる管２５及び吐出管２４が、同様
な液体を内蔵したシール機構によって接続され、吐出管
２４内の温度が一般に管２５内より高いことを補償する
。

管２５の下側部分が３１に示すようにフランジをつけら
れて環状リングを形成し、これが液体を満たされた環状
流路３２の中に入り込む。

第１図に示すように、シール機構内の液位はその内側部
分の方が高く、炉が大気圧より低い圧力で運転されてい
ることを表わす。

然し、装置の開放端を逆にすることにより、炉を大気圧
より高い圧力で運転することが出来ることに注意された
い。

即ち、排気ファン３３が開口１３を介して装置に空気を
引込み、こうして大気圧より低い状態を作り出す。

大気圧より高い圧力で運転するには、ファン又はポンプ
を開口１３に配置して、装置に強制的に空気を送りこみ
、ファン３３を取除き、排気ガスがマルチクロン３４の
吐出側で単に装置から出て行くようにすれば良い。

サイクロン２６で分離されなかった材料が高架配管３５
を介してマルチクロン分離器３４へ送られ、この為微細
物は装置から分離してホッパ３６に収集し、最終的に吐
出管３１を介して装置から吐出することが出来る。

サイクロン２６で収集された大きい方の粒子状物質がホ
ッパ３８に蓄積され、管３γ、配管３９を介して吐出さ
れ（希望によっては微細物と混合され）、或いは循環ホ
ッパ４０へ送られて炉は循環させられる。

循環は燃焼方法の随意選択によってとられる１つの特徴
であり、分離器２６及び３４に於ける２段式分離も同様
である。

炉１１は種々の量の焼却すべき材料を取扱えるように、
種々の寸法に構成することが出来、広い範囲の直径及び
変化する高さを持つことが出来る。

しかし、螺旋形斜面の最低部分から、テーパつき部分２
０より下の円筒壁の一番上の部分までの高さの間に好ま
しい関係がある。

高さと直径との比が増加すると、他の全ての変数を一定
に保つと、炉内の温度は下がる傾向がある。

炉内の材料の速度は直径の２乗及び高さの函数であり、
可能な速度の理論的上限は燃焼する材料の炎伝播速度に
よって決定される。

然し、実際的な見地からすると、速度は材料を炉内に圧
送する時の経済性によって制限すべきであり、圧力降下
の実際的に経済的な限界は水注約２０．３２ｃｍ以下で
ある。

炉の円錐形部分又は上側部分２０の高さは、±５％の範
囲内で、円筒形部分の直径の約０．９６倍にすべきであ
り、截頭円錐形の頂部２１に於ける一番上側の部分の直
径は、±５％の範囲内で、基部の直径の約０．９倍にす
べきである。

この発明の好ましい実施例では、炉の円筒形部分１９の
高さが、±５％の範囲内で、螺旋形斜面の最低部分即ち
床１６から計った円筒自体の直径の約１．３９倍である
。

中心円筒１５の寸法が、斜面１６ａを介して入る材料の
速度、並びに吐出管２４へ行く吐出物の速度を制御する
。

この発明の好ましい実施例では、この頂部に於ける内径
が±５％の範囲内で、円筒１９の直径の約０．６５倍で
あり、斜面１６ａの低い点にある床１６から計った円筒
１５の高さが±５％の範囲内で、円筒１９の直径の約０
．５４倍である。

中心円筒１５の内径に吐出管２４の直径までテーパをつ
けても良いことに注意されたい。

円筒１５の頂部に於ける直径が吐出速度を決めるが、孔
２３と管２４との接続点の口径が炉の容量を制御し、容
量を最大にする時、最大容量で炉を運転するように設計
する温度に伴って変化する。

別の好ましい実施例では、８７１’Ｃの設計温度に於て
、接続部の直径（即ち孔２３の底に於ける直径）が、±
５％の範囲内で、円筒１９の直径の約０．５８倍である
。

円筒１９の直径を１とした時、孔２３の底に於ける直径
の好ましい状態は、次の函数によって表わすことが出来
る。

ここでＤはガス密度、■は立方吋／分で表わした実際の
ガス容積である。

この発明の装置を用いた方法により、稲の籾殻から無定
形のシリカを作るには、温度を約８４３℃に設計するこ
とが奸才しい。

次に第２図について詳しく説明すると、螺旋形斜面の段
部が、材料取入管１２にすぐ続く（反時計廻りに見て）
ように１６ｂに示されている。

螺旋形斜面の取入管１２にすぐ続いて、可燃ガス人口１
Ｔが示されている。

前に述べたように、耐火物の列壁１９は、炉の動作温度
に耐えるものであれば、煉瓦の形又は鋳物の任意の適轟
な耐火材料で構成することが出来、或いは振動鏡からの
耐火セメントの仕込みの層で炉を徐々に組上げたつき固
め耐火物で作ることが出来る。

どの耐火材料を使うかは選択の問題である。

以下の例では、１１４８℃の定格温度を持ち、粘土及び
酸化アルミニウムで作った鋳物耐火物の炉を用いた。

吐出管２４を耐火物で内張すし、吐出管２４に続く管２
５を鋼製にすることが好ましいことを述べておきたい。

吐出孔２３を取囲む中心円筒１５並びに耐火性の炉の底
は、円筒列壁１９と同じ材料で作ることが出来る。

第３図に、種々の接線方向の入口並びに吐出孔を囲む扇
形の部分的螺旋形斜面を含む炉の底を示すこの発明の別
の実施例の断面図が示されている。

第３図に示された実施例では、４つの材料取入管５１が
あり、これが焼却すべき材料を空気流にのせて円形列壁
５０の大体接線方向に送りこむ。

各各の入口５１のすぐ上流側に燃焼ガス人口５２がある
。

半径方向の線５３で示すように、４つの扇形に分れた螺
旋形立上がり部分があり、その各々が炉の床の最低レベ
ルから始まり、反時計廻りにたどって、入口管５１の頂
部より上方の位置まで立上がる。

図示の炉が反時計廻りの向きであるのは、単に便宜上で
あって、逆にしても良いことは言うまでもない。

第３図に示した実施例では、中心円筒が数字５４で表わ
され、吐出孔が５５で表わされている。

前に述べたように、また第４図に概略的に示すように、
この炉は蒸気の形で有用なエネルギを発生する為の方法
に用いることが出来る。

第１図の管２５と同等の、第４図の１１に示す立ち管が
、高温排ガス及び燃焼済み材料の粒子状物質がその中を
流れる大きな容積を持っている。

管１１内の熱を利用する為、これを熱交換器γ２で取巻
くことが出来る。

熱交換器にはその底に水入口γ５が設けられる。

水が熱交換器Ｔ２内を上昇すると、次第に加熱され、第
４図の１４に示すように蒸気を形成し、この蒸気が任意
の所望の目的の為、管γ６を介して放出される。

図示のように、熱交換器γ２の底に吹出し管γ１及び弁
γ８がはめられる。

水１３が効率よく蒸気に変換される任意の形式の熱交換
器装置を用いることが出来、このような装置は周知であ
る。

第４図は単に例示の為に示したに過ぎない。

発生される蒸気の量が幾らになるかは、管γ１を通過す
る材料の量、熱交換器内に保たれる圧力、熱交換器の効
率及び炉内の運転条件に関係する。

炉が主に無定形シリカを作る為に使われる場合、農業屑
材料の真の燃料価値が利用されない。

然し、主な目的が焼却される材料の燃料価値全体を利用
することであるような条件の下で炉を運転することが出
来る。

稲の籾殻の場合、８７１’Ｃより高い温度を用いること
が出来、炉１１の容量は約５０，０００ ＢＴＵ／立方
吸まで増加することが出来る。

然し、無定形シリカを作るには、炉を３０，０００ Ｂ
ＴＵ／立方吸以下の容量で運転することが好ましいこと
が判った。

次に例によってこの発明の方法並びにここに説明した装
置の使い方を例示する。

例■ 第１図に示した炉及び関連した装置について上に説明し
た種類の耐火炉を用い、ファン３３をガスの実際の流量
が排気温度２０４℃で毎分９０．６１−になるように定
めて炉を始動させ、空気の流量を５０％抑制し、ガス・
バーナーＴを点火し、吐出管２３内のガスの温度が約４
２６℃になるまで、炉を加熱し、この温度になった時、
供給ホッパ１０及び取入管１２を介して稲の籾殻を毎時
約４５．３５９Ｋｇの割合で導入した。

ファン３３の動作により、取入管１２の端から空気が吸
込まれるのは言うまでもない。

燃焼過程が開始すると、温度が６４８℃に上昇し、この
時、管２３内の温度を６４８℃以上に保ちながら、空気
の流量及び稲の籾殻の供給量を２０％増やした。

定格の合計空気流量が炉内に導入され且つ温度が８７１
℃に達するまで、空気及び稲の籾殻の添加の割合を増や
し、この温度になった時、稲の籾殻を毎時２２６．７９
６に９の割合で添加した。

稲の籾殻が毎時３８５．５５にりの割合で導入され且つ
炉内の温度が約１１４８℃に上昇するまで、空気の容量
をいっばいにして、稲の籾殻の添加の割合を増やした。

吐出管３γからの流出物である燃焼済み材料は、かなり
の量の結晶状シリカを含み、黒色であり、炭素含有量が
１２乃至１４係であることを示しねこの過程では、新鮮
な供給物１部に対し循環材料を６部と言う高い割合で、
材料を循環ホッパ４０を介して炉に循環させた。

この例■は、稲の籾殻を出発材料として使った時、蒸気
に変換し得る熱を発生すると共に、部分的に結晶状のシ
リカを生産する為、炉１１を使う場合を例示している。

例■ アーカンサス種のパーボイルド・ライスの成る量の籾殻
を、第１図に説明した装置で毎時１５８．７５６Ｋｇの
割合で使い、炉内の最高バルク・ガス温度が６７６℃に
達するように空気の流量を調節して、例■の方法を繰返
した。

得られたシリカは約１２係の炭素を含み、無定形であっ
た。

例■ アーカンサス種の代りにカリフォルニア州すクラメント
地区の稲の籾殻を使って、例■の手１−を繰返した。

この籾殻は焼却過程の前にパーボイルせず、アーカンサ
ス種のパーボイルド・ライスの籾殻より一層高い炭素含
有量を持つ無定形灰分を生じた。

例■ 前に説明した耐火炉で、カリフォルニア州すクラメント
地区の稲の籾殻から、多量の無定形シリカを調製した。

ガス塊の最高温度は８４３℃であり、稲の籾殻の供給は
毎時２２６．７９６に９にした。

この例で作られた燃焼済み材料は無定形シリカであり、
点火した時有機残留物が１２乃至１４％目減りしく本質
的に燃焼しない炭素）、表面積は２５．５乎方米／グラ
ム、シリカ活性度指数が５３であると測定され、黒色で
あった。

点火時の目減りは、重さを計った一部分の材料を白金の
るつぼで１０００℃で酸化性雰囲気内で約１時間加熱し
、冷却し、重さを計り、その後１５分間再熱すると言う
ようにして、冷却した時に一定の重さが得られるまでこ
れを続けることによって測定した。

表面積は標準のＢ、Ｅ、Ｔ、窒素吸着法（粒子表面積の
測定法の１種で、窒素のガス単分子層が粒子表面に吸着
された時のそのガス量より粒子表面積を算出する方法）
によって測定した。

シリカ活性度指数は材料内に存在するシリカの反応性を
表わすものであり、これはシリカの無定形の程度に直接
的な関係がある。

この指数は、この発明の方法によって作られるシリカの
高度の反応性を示す為に考え出された。

この指数は、３２５メツシユの試料を、ステンレススチ
ール製ビーカ内で、過剰量の沸騰する１／２Ｎ（規定）
ＮＡＯＨ水溶液中、３分間抽出し、このときＮＡＯＨ水
溶液に溶解する有用なシリカの百分率として実験的に決
定することにより得られる。

例Ｖ カリフォルニア州すクラメント地区の稲の籾殻の代りに
、多量のアーカンサス種の稲の籾殻を使って、例■の方
法を繰返した。

生成した燃焼済み材料（以下灰分という）は８．４％の
炭素を持ち、灰色がかった黒色であり、点火時の目減り
がない生成物の化学的組成は、例■のカリフォルニア州
すクラメント地区の籾殻から調製した灰分と同様であり
、これは下に挙げるように、例例的な強度特性を持つ変
性ポルトランド・セメントを調製するのに使った。

例■乃至■ 例■及びＶの無定形シリカの灰分の一部分を、生石灰及
び異なる銘柄のＡＳＴＭ第■種ポルトランドセメントを
用いて、ボール・ミルで２時間の間、個々に摩砕した。

各々の場合、黒色又は灰色の粉末が得られ、これらは、
水と混合すると、すぐれた水硬性を示した。

この性質を例示する為、標準のＡＳＴＭモルタル・キュ
ーブ試験方法ＡＳＴＭ Ｃ１０９−７０Ｔに従って、稲
の籾殻の灰分のセメントを調製して硬化させ、圧縮強さ
を測定した。

全ての試験で、Ｃ１０９−７０Ｔ法に勧められている標
準量のオツタワ砂を用いた。

５ｃｒｎのモルタル・キューブで、表１に示す圧縮強さ
は、すぐれた高い強度特性を持つセメントが得られたこ
とを示している。

例Ｘ 例■の稲の籾殻の灰分の一部分を電気炉で酸化性条件の
下で６６時間の間５９３℃にさらした。

これによって得られた材料は、点火時の重量の目減りが
僅か０．３０％であり、表面積が６．５平方米／グラム
であった。

シリカ活性度指数は依然として５０＋係であった。

この比較的純粋な形の無定形シリカは更に屈折率が１．
４３、密度が約２．０であることが特徴であった。

この稲の籾殻のシリカの灰分の物理的性質を他の形の２
酸化珪素と比較し、その結果を表■に示す。

例■ 例Ｘに述べたようにして調製した少量の灰色がかった、
点火時の目減りが少ない無定形シリカの灰分を、２５係
の生石灰を用いて、実験室用の乳ばち及び乳棒で摩砕し
た。

得られたセメントは白色で、水と混合した時硬化特性を
示した。

硬化特性を示す水硬性セメントは、５乃至５０重重量の
石灰と、約４９乃至約９８％のシリカを含む珪素質灰分
として９０乃至５０重重量のシリカとを使って、この発
明の方法によって調製された珪素質灰分を用いることに
よっても、調製することが出来る。

使う石灰及び珪素質灰分の正確な量は、所望のセメント
の性質並びに珪素質灰分にあるシリカの量に関係する。

従って、残留炭素含有量が比較的大きい灰分ては、比較
的小さい百分率の石灰を用いてセメントを調製すること
が出来、珪素質灰分内のシリカの百分率が増加する時、
石灰の量を増加することが出来る。

同様に、この発明の珪素質灰分をポルトランド・セメン
トに用いる時、表■に示す割合とは若干選なるが、それ
でもすぐれた圧縮強さを持つセメントを調製することが
出来る。

この発明の方法によって調製される珪素質灰分は、調製
した時、無水である。

これは、熱重力分析状態の下で、上に述べた成る点火時
の目減り測定を行なうことによって、実証された。

即ち、試料の重さを連続的に計りながら、点火時の目減
りを調べた。

あらゆる目減りは、灰分の初期の調製後に残っている水
和材料の除去ではなく、残留炭素の除去を示す温度で起
ることが認められた。

例Ｘ■ 無定形珪素質灰分から調製したセメント及びモルタルの
強い耐酸性を実証する為、例■、■及び■のモルタル・
キューブを、７日間の硬化の後、弗化水素酸の１％醇液
に浸漬した。

更に、比較用として、典型的なＡＳＴＭ第１種ポルトラ
ンド・セメントのモルタル・キューブも同じ試験にかけ
た。

３０日の終りに、例■、■及び■のキューブは表面の軟
化又は腐蝕を全く示さなかったが、第１種のモルタル・
キューブは、軟化並びに腐蝕によって、酸による劣化の
徴候を示した。

水硬性セメントを調製する他に、無定形珪素質灰分は、
比較的大きな表面積を持つ珪素質材料が有用である触媒
並びにその他の活性薬剤のベースとして用いることが出
来る。

更に、このような珪素質灰分は、プラスチック材料並び
に天然及び合成ゴムのような材料に対する充填材として
、並びに反応性が強く且つ比較的大きな表面積を持つシ
リカをたよりとする他の用途に用いることが出来る。

例■ ガス塊の最高温度を約８７１℃に定める他は、例■の方
法を繰返した。

珪素質灰分生成物は約７乃至約９％の炭素を持ち、若干
結晶性を示した。

例■ 稲わらを寸断し且つ６．３５ｒＩａｒ＋に摩砕したもの
を稲の籾殻の代りに使う他は、例■の方法を繰返した。

得られた無定形シリカの灰分を２５重重量のＣａＯと共
に摩砕して、水硬性セメントを調製した。

上の例で述べた温度は、炉自体の中のガス塊の測定温度
であり、おそらくは炉１１内で焼却される材料の実際の
粒子温度を反映していないものと思われることに注意さ
れたい。

焼却された粒子が約６７６℃より高い温度に達するよう
な条件の下で、シリカを含有する有機材料を焼却すると
、構造内に幾分結晶性の材料を含むシリカが得られるの
が普通である。

ここで説明した方法では、ガスの流れが急速になる条件
の下で発熱燃焼反応を行なわせることにより、ずっと速
い燃焼が起り、事実上、有機材料を加熱することによっ
て生成する可燃ガスが粒子から放散され且つ高温空気に
よって十分急速に酸化される為、粒子状材料がガス塊の
温度に到達しないものと思われる。

これに対して、結晶状材料（シリカ）が約８４３℃まで
の温度で生成されない事実は、炉内に於ける材料の停留
時間が非常に短いことに帰因するものであろう。

反応が発熱反応であるから、一旦炉１１内のガスが所定
温度になり、燃焼過程が設定されれば、ガス人口１γが
不作動にされることは当然である。

以上説明したように、この発明による方法は、円筒形側
壁１９及び截頭円錐形頂部２０を持ち頂部で密閉し更に
底の中心部に炉内に突出する中空円筒形の吐出孔２３を
形成した炉１１の底部内に。

周縁接線方向から可燃材料を酸化ガスと共に導入し、こ
のガスを炉内間周部を螺旋形に上昇させ、炉内頂部でガ
スを反転させて炉の中心部を螺旋形に下降させ、この過
程で可燃材料を酸化ガスの雰囲気内で加熱して可燃材料
を炉内のガス塊温度より低い温度で燃焼させ、その後、
燃焼済み材料を排ガスと共に上記吐出孔から炉間に取出
すようにしたので、比較的強い乱流の下に可燃材料を所
望の温度条件で炉内を再循環させつつ燃焼させることが
でき、又炉を詰まらせることなく、可燃材料の炉内での
再循環を制御でき、とくに稲の籾殻のような農業屑から
セメント成分として有用な無定形の２酸化シリコンを得
るのに好適するという効果がある。

また、この発明による可燃材料を焼却する炉は、円形基
部と該円形基部から上方に直立する円筒形側壁１９及び
截頭円錐形頂部２０をもって炉１１が構成され、更に炉
体１１の底部に周縁接線方向に可燃材料の入口１１と、
又排ガスと燃焼済み材料を一緒に放出するために円形基
部の中央に炉内へ突出させた中空円筒形をした吐出孔２
３とを形成し、更に上記円形基部の床１６に螺旋形の傾
斜面１６ａを設けたもので、上述したこの発明の焼却方
法を行なうのに好適する炉を簡単な構成で提供できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の全体的な略図で、用いた１形
式の焼却炉の垂直断面を示す。 第２図は第１図の線２−２で切った炉の水平断面図、第
３図はこの発明の変形の実施例を示す第２図と同様な図
、第４図は第１図に示した炉で発生された熱から蒸気を
作るのに適したこの発明の１実施例の略図である。 主な符号の説明、１２・・・・・・取入管、１５・・・
・・・中心円筒形部分、１６・・・・・・床、１９・・
・・・・円筒形部分、２０・・・・・・截頭円錐形部分
、２１・・・・・・頂部、２３・・・・・・吐出子−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可燃材料を焼却する方法に於て、円筒形側壁及び截
   頭円錐形頂部を持ち頂部で密閉し更に底の中心部に炉内
   に突出する中空円筒形の吐出孔を形成した炉の底部内に
   、周縁接線方向からの可燃材料を酸化ガスと共に導入し
   、このガスを炉内側周部を螺旋状に上昇させ、炉頂部で
   ガスを反転させて炉の中心部を螺旋形に下降させ、この
   過程で可燃材料を酸化ガスの雰囲気内で加熱して可燃材
   料を炉内のガス塊温度より低い温度で燃焼させ、その後
   燃焼済み材料を排ガスと共に上記吐出孔から炉間に取出
   すことを特徴とする可燃材料を焼却する方法。 ２ 円形基部と該円形基部の列側から上方に直立する円
   筒形側壁１９及び截頭円錐形の頂部２０によって密閉し
   た炉１１を構成すると共に、上記炉１１の底部に、周縁
   接線方向に可燃材料を酸化ガスと共に導入するための入
   口１２と、排ガスと燃焼済み材料を一緒に放出するため
   に上記円形基部の中心部に炉内へ向って突出させた中空
   円筒形の吐出孔２３とを形成し、更に上記円形基部の床
   １６には上記中空円筒形の吐出孔２３を取囲む螺旋形の
   傾斜面１６ａを具備させたことを特徴とする可燃材料を
   焼却する炉。