JPS6284218A - 熱分解および燃焼方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可燃性の固体物質の熱分解に関する。

本発明は、特に１、例えば産業廃棄物といった廃棄物の
ような可燃性の固体物質を効率よく熱分解し、次いで燃
焼し、該固体物質を例えばタービンあるいは他の熱負荷
を駆動するための熱に変換するための方法と装置に関す
るものである。

本発明において用いられる廃棄物という用語は、産業用
及び家庭用とみ、農業用の廃棄物、フィードロット及び
動物の廃棄物、従来にない新たな燃料、バイオマス、そ
の他これらに類するものを包含するが、必ずしもこれら
に限定されるものではない。

〔従来の技術〕

産業用固体廃棄物は、種々の組成からなる可燃性の固体
物質の形態をとシうる。このような産業廃棄物の実質的
な割合が、主として、スクラップ紙、ボール紙等セルロ
ース性のものである。可燃性産業廃棄物のその他の形態
として、例えばゴムトラックあるいは自動車タイヤ等は
イオウや塩素のような酸成分を含有する。

例えば産業用廃棄物のような形態の可燃性の固体をエネ
ルギーを製造するための熱く変換するため従来より種々
の工程が開発されている。

このような工程は、可燃性固体物質を熱分解して一酸化
炭素を含有する燃料ガスに変換し、該燃料ガスを燃焼し
てタービンのような熱負荷に応用できる高温燃焼ガスを
製造する工程を含む。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述の先行技術の工程および装置は、主
として非能率的でかつ非経済的であるとの問題がある。

さらに、例えば自動車タイヤの形態の産業用廃棄物のよ
うな可燃性固体物質は塩素やイオウ等の酸成分を含んで
いるため、熱分解によって生ずる生の燃料ガスには核酸
成分が含有されており、該燃料ガスの次の工程に関連し
て問題が生じる。

もし不飽和炭化水素成分を含む生の燃料ガスが冷却され
ると、凝縮が生じ、凝縮物が重合化して反応系を栓ぐば
かりでなく燃料ガス中のエネルギーが損失する。また、
酸成分は液相と気相に分離するため、酸成分を除去する
ため二つの別個の処理工程が必要である。

一方、現在の実際の技術でよく行われているように、も
し燃料ガスが、燃焼後の酸成分を除去するために処理さ
れるとすると、燃焼の後に、処理すべきガスはずっと大
量なものとなり、このため工程の費用が実質的に増加す
る。

〔問題を解決する手段〕

本発明は、可燃性の固体物質、特に廃貴物質からエネル
ギーを製造するための効率的でかつ経済的な方法および
装置を提供することを目的とするものである。

また本発明は、燃料ガスを製造するための熱分解可能な
仕込物質の制御された熱分解方法を提供し、特に産業廃
棄物に由来するような復々の仕込物質成分の取扱いに柔
軟性を与えることを目的とするものである。

さらに１本発明は、特にイオウ及び塩素のような酸成分
を含有する廃棄物のような可燃性の固体物質を熱分解し
、そして、前述の先行技術の問題を回避するために、燃
料ガスを燃焼する前に核酸成分を含む高温燃料ガスを浄
化するための有効な方法を提供することも目的とする。

上述した本発明の目的および利点は次の二つの主要な特
徴によって達成される。

本発明の重要な特徴の一つは、向流かつ多段熱分解方法
および装置の提供にあり、第二の重要な特徴は、熱分解
反応器からの生成した高温燃料ガスオーバーヘッドから
汚染物質および酸成分あるいはガスを、化学吸着剤上で
気相中、生成温度で、除去する方法及び装置１１′ｔ−
提供することにめる。

実質的に炭素質であって酸成分を含んでいたり、あるい
は含んでいない例えば産業廃粱物のような可燃性固体吻
質が熱分解室の上部に導入される。

固体物質は、熱分解室中を移動可能な一連の火格子によ
って多段帯域を制御された速匿で下方に移動する。

熱分解室の底部で生じたカーボンチャーの部分酸化生成
物である高温ガスは、熱分解室内の固体物質の下方移動
と向流で熱分解室中を上向に通過する。用いられる移動
可能な火格子あるいは他のアクチュエーター、は、熱分
解室内で固体物質が高温ガスの上昇流と向流で下方へ均
一に移動するように保つ。固体仕込物が各段階を下方に
移動する速度は、固体可燃性仕込物と上方へ流動する高
温燃焼ガスの間で、熱分解反応中各段階で実質的に平衡
が達成されるような速度である。

これらの高温ガスは、固体仕込物質中の全ての揮発性物
質を追い出し、該揮発物質は、チャーの部分酸化ガス状
生成物と混合して、熱分解室からオーバーヘラＰとして
出て行く。

揮発性物質が追い出された固体物質はカーボンチャーと
して熱分解室の下部あるいは底部に堆積する。

空気あるいは酸素が熱分解室の下部に導入され、その中
のカーボンチャーと接触して、チャーを部分酸化して炭
化水素、−酸化炭素および水素を含む高温ガス状生成物
を生成する。

この高温ガス状生成物は、次いで、熱分解室を上方に流
動して、前述したように下方に移動する固体仕込物質と
接触する。灰分および他の不燃性物質は、熱分解室の底
部から除去される。除去する前に灰分および不燃性物質
は冷却出来る。

オーバーヘラ１として除去され、炭化水素、−酸化炭素
、水素およびチッ素を含有する生の燃料ガスは、例えば
約８００？から約１０００°Ｆ　（４２６，６〜５３７
．８°Ｃ）の制御された高い温度範囲内にある。

オーバーへラドガスの温度はカーボンチャーを部分酸化
するため導入する空気の流速を制御することによって制
御される。

もしも過剰のカーボンチャーが熱分Ｍ室の底部に堆積し
、オー／ｌ−ヘッドの温度が満足な温度範囲内にあれば
、カーボンチャーに蒸気を導入して、水成ガス反応を生
じさせ、−酸化炭素と水素を生成することが出来る。

もしも固体仕込物質中にイオウや［８のような酸成分が
存在すれば、熱分解室からのオーバーヘッドガスを、高
温気相中で、適当な化学吸着剤と接触することによって
浄化し、核酸成分および汚染物質を除去できる。

このような化学吸着剤は、例えば炭酸カルシウムの未収
のものである。熱分解室から出た高温燃料ガス、あるい
は熱分解ガスが酸成分を含む場合の化学吸着剤を含む処
理帯域から出た高温燃料ガスは、空気中で燃焼され、そ
の高温燃焼がスが例えばタービンのような形で熱負荷に
応用される。

本発明は、熱分解可能な仕込物質の熱分解を制御するた
めの有効な多段平衡熱分解方法および装置を提供する。

さらに本発明は、高温燃料がスオーバーヘッドを化学試
薬で適当な化学的処理を行なうことによって望ましくな
い汚染物質あるいは酸成分を含み得る種々の仕込物質成
分を取扱うことについての柔軟性を与えるという追加的
な特徴をも提供する。

〔実施例〕

本発明は添付の図面を参照する以下の記載によ会て一層
よく理解出来る。

第１図によれば、発明の工程において仕込物質として用
いる丸めに産業廃棄物のような可燃性の同体物質を、ま
ず裁断などにより調製する。このような産業廃棄物は成
分が異なるものでおり、好ましくは最初はくず紙、厚紙
および木片等のようなセルロース物質である。

原料物質すなわち準備された廃物１０は、１４で原料を
熱分解塔あるいは熱分解室１６の頂部に適切に供給する
ため、まずフィード・ロック装置１２に導入される。フ
ィーｋ・ロック装置１２は、一般に公知のものであって
、熱分解塔の頂部からガスが逆流することを防止する。

熱分解塔に導入された固体原料物質１８は、後述するよ
うＫ、熱分解室の底部に存在するカーボンチャーの部分
酸化生成物の熱分解塔中を上方に向かって通過する高温
燃焼ガスと向流で、熱分解室の上部から四つの別々の段
階２０．′？２、めおよび漢を通過して下方へ移動する
。

熱分解塔１６中の仕込物質の下方への移動において、該
物質は、複数の間隔をおいて位置する火格子列上を通過
する。この火格子は垂直方向に配置されておシ、四で概
略を示すアクチュエータによ会て、熱分解室１６内を水
平方向に移動できるものであり、この火格子は、前述し
たように熱分解塔内で垂直方向に配〜設した４つの段階
を形成している。移動可能な火格子囚は固体可燃性物質
１８が熱分解塔内を制御された速度で下方に均一に移動
できるように保ち、そして熱分解塔の詰シを防止して、
仕込物質中にチャンネリング（素通り部分）あるいはペ
ーパーポケットを形成することなく、下方に移動する固
体物質を進中て高温ガスが上方へ均一に流動でき得るよ
うにし、そして各段階において熱分解反応に於ける実質
上の反応の平衡を達成する。

熱分解室中の固体物質の下方への移動を制御するために
、移＃可能な火格子の代妙に、他の移動可能な手段、例
えば、固体物質がせきを越えてさらに下方へ移動するよ
うにするせきへ固体物質を移動させるトレーとラインｑ
を有する円筒状カラムなどを用いることも可能である。

同様な機能を有する他の装置も用いることができる。

温度が底部の２８００？　（１５３８°Ｃ）から頂部の
８００？　（４２６，６°Ｃ）の範囲におる熱分解室内
において、熱分解室の底部から上方向に通過し、そして
下方向に向流で通過する固体可燃性物質と接触する高温
燃焼ガスは、固体物質中の揮発性物質を追い出し、固体
物質を熱分解してカーボンチャーとして熱分解室の底部
に堆積させる。

このようにして、高温ガスが上方に移動するにつれて、
メタンおよびそれ以上に重質の炭化水素等の炭化水素類
を含有する原料仕込物質中の全ての揮発性物質が、入っ
てくる物質中から揮発する。

熱分解反応の固体生成物は熱分解室の下部又は底Ｉに堆
積する。空気又は酸素がライン３２で熱分解室の底部の
チャー中に導入され、カーボンチャーを部分酸化し、そ
の結果、高温ガスは一酸化炭素（ＣＯ）、水素及びチッ
素の混合物を含む。熱分解室の頂部を２イ／４２から出
るオーバーヘッドは高温部分酸化燃焼ガスおよび固体仕
込物質からの揮発性ガスの混合物からなり、そして、メ
タンからデカンの範囲内の分子量の炭化水素、−酸化炭
素、水素およびチッ素の混合物を含有する。熱分解塔の
頂部から出る生の燃料ガスは、例えば約８００７から約
１０００下（４２６，６〜５３７．８°Ｃ）の範囲内の
温度を有する。

熱分解室の底部にライン３２から導入された部分酸化用
空気は、オーツ々−ヘッド燃料ガスの温度を基に制御さ
れる。

もし、過剰のカーボンチャーが熱分解塔の底部に存在し
、オーノセーヘッド燃料ガスの温度が、適当な温度範囲
内にあると、前述したように、蒸気あをカーボンチャー
に加えて、水性ガス反応を生じてＣＯと水素を発生出来
る。

熱分解室の底部のカーボンチャーの部分酸化により生じ
た灰分及び他の不燃性物質は水を導入してあで冷却され
、該冷却された物質は次に熱分解室の底部から２イン４
０で除去される。

熱分解室の頂部から出てライン４２を通る生の高温燃料
ガスは、次いで適当な型の燃焼室４６にライン４４から
導入され、そして燃焼室中の高温燃料ガスは次いで過剰
の空気又は＃ｌ素を燃焼室にライン４８から導入するこ
とによって燃焼される。

ライン印で燃焼室を出た生じる高温燃焼ガスは温度が約
１６００下から１７００下（８７１，１’Ｃ〜９２６．
７”Ｃ）の範囲にあり、５２で示した熱負荷に導入され
る。この熱負荷は、下向火炎のガスタービン、ボイラー
その他のものである。

装置中適当な個所、例えば熱分解室１６と燃焼室４６の
間等に、送風構図が配設される。これは、熱分解反応器
中の微少負圧を保持するためであり、また、有害な蒸気
の漏れを防止するためである。

圧縮空気が利用出来る場合は、エゼクタがこの目的のた
めに使用できる。

もし必要ならば、熱分解室からの燃料ガスオー、？−ヘ
ッド４２は、分流器ノルブ閃を通過することができる。

この、１ルプはライン４２に於けるオーバーヘッド燃料
ガス圧力が装置の不調あるいは故障によって過剰となる
と、燃料ガスがライン郭に分流し、蓄積されるか燃焼さ
れるように水圧で作動することができる。

第２図を参照すると、第２身荘、本発明に従つて用いら
れる装置が示され、ここでは原料仕込物質は実質的にセ
ルロース物質から成り、例えば、゛イオウや塩素のより
な−ないし二以上の酸成分の形態の汚染物質あ、る仏は
、イオウや塩素等の酸成分を含むスクラップトラックあ
るいは自動車タイヤの形態の産業廃棄物を含有する。

前述したように、汚染物質および酸成分を除去するため
の処理に先立って、熱分解室からの燃料ガスを冷却する
ことは、燃料ガスの不利な凝縮を伴う。また従来より行
なわれてきたように、もし燃焼後の高温ガスが汚染物質
および酸成分を除去するために処理されると、処理すべ
きガス質量が燃焼前の高温燃料ガスの質量の１５倍も大
きいという点で不利である。

°第２図に示すように本発明に従えば、熱分解室１６か
ら出た生のオーバーヘッド燃料ガス４２は、化学吸着剤
がライン６２で導入され九吸着剤室（イ）中で化学吸着
剤床５９に燃料ガス４２を導入す゛ることによって浄化
される。化学吸着剤は、炭酸カルシウム、あるいは例え
ばベントナイトや炭酸ナトリウムのような他の酸吸着剤
である。

化学吸着剤床は連続仕込装置の形態をと９得、使用済の
試薬は、処理室（イ）の底部から、使用済み試薬ロック
（５５を経て、あるいは二重の固定床系（図には示され
ていない）を経てライン６４から除去される。

生じる浄化された燃料ガスは、温度が約８００下から約
１０００°Ｆ　（４２６，６〜５３７．８°Ｃ）であっ
てライン６６を通り送風機５４を経て、燃焼室４６に入
る。生じる高温燃焼ガスは次いで前述したように熱負荷
５２に応用される。

次に本発明の実際の運転の実施例を示す。

第１図に示すように、そして前述したように、本発明の
方法及び装置に従えば、可燃性の裁断された廃棄物は１
日約関トンを用いて平均４５００　Ｂｔｕ／、ｔ？ンド
のエネルギーを製造する。

熱分解室の底部は約２８００　’Ｆ　（１５３８°Ｃ）
の温度で運転され熱分解塔の底部に８００　”ｌ？　（
４２６，６°Ｃ）の空気が約１８０モル／時間ｆ４人６
れる。

約１０００？　（５３７，８°Ｃ）の温度のオーバーヘ
ッド可燃性ガスが約２７５モル／時間の童で熱分解塔の
頂部から出る。可燃性ガスはエゼクタに導入され、その
中にまた、４気圧で温度１４００下（７６０，０°Ｃ）
の空気も加モル／時間量導入される。エジェクタは熱分
解室中を僅かに負圧に保持する。

エゼクタを出た僅かに正圧の生の高温燃料ガスは燃焼室
に導入される。温度８００下（４２６，６’Ｃ）で、約
３４００モル／時間量の燃焼空気が燃焼室に仕込まれる
。

温度１６００　？　（８７１，１’Ｃ）の高温燃焼ガス
が燃焼室から出て、熱交換器を通過し、約１８　Ｘ　１
０’　Ｂｔｕ　７時間のエネルギーが得られる。

以上のように、本発明は、可燃性固体物質を高温燃料ガ
スに変換するための有効な向流、多段熱分解の方法と装
置を提供し、さらに、高温燃料ガスからの汚染物質と酸
性ガスを固体試薬上に化学吸着させることによって除去
するだめの方法と装置を提供する。可燃性の固体物質、
特に産業廃棄物を、最も効率のよい方法で、首尾よく熱
分解しそして燃焼させる本発明の方法と装置は、制御が
極めて簡単であって、環境に受は入れられるように出来
るものである。

本発明概念と異なることなく当業者によって、本発明に
種々の変化及び修正をすることができ、本発明は、特許
請求の範囲のみにより限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エネルギー生産のため可燃性固体物質を熱分
解しそして燃焼するための本発明の熱分解工程の７０−
シートの模式図である。 第２図は、エネルギーを提供するため、可燃性固体物質
を熱分解し燃焼するための本発明に従う方法と装置を図
示し、燃料ガスを燃焼させる前に、化学吸着剤で熱分解
帯域からのオーバーヘッド燃料ガスを更に処理する方法
を示した７０−シートである。 【０：原料物質　　　　　　　　１２：フイードロック
システム１６：熱分解塔または熱分解室　　　１８　：
　ｔｂｉ体原料物質２０、　！、　２４．２６二分離層
　　２８：火格子２９：７クチユエータ　　　３０＝熱
分解室の底部３２：空気または酸素　　　３６：蒸　気
あ：冷却水　　　　　　　４０：灰　分４６：燃焼室　
　　　　　　牝；空気または酸素５２：熱負荷　　　　
　　　５４：送風機５６二分流器バルブ　　　　６０＝
吸着剤処理室６５二使用済み試薬ロック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可燃性固体物質を熱分解室の上部に導入し、該物質
   を、該熱分解室の多段帯域中を制御 された速度で下方に移動させ、 該熱分解室内で、カーボンチャーの部分酸 化による高温ガス状生成物を該固体物質の移動と向流で
   上方に流動させ、多段平衡工程において該固体物質中の
   揮発性物質を追い出し、カーボンチャーを熱分解室の下
   部に堆積さ せ、 該熱分解室の下部に空気を導入して、該チ ャーを部分酸化して高温ガス状生成物を製造し、 該熱分解室の底部から灰分および他の不燃 性物質を除去し、 該固体物質からの該揮発物質とカーボンチ ャーの部分酸化により生成した高温ガス状生成物とを含
   む高温オーバーヘッド燃料ガスを除去し、 該オーバーヘッド燃料ガスを空気で燃焼さ せるために燃焼室へ導入し、そして 燃焼室から出た高温燃焼ガスを熱負荷に応 用すること からなる可燃性固体物質の熱分解および燃焼方法。 ２、熱分解室、 該熱分解室の上部に、可燃性固体仕込物質 を導入する手段、 該熱分解室内に複数帯域を形成しており、 カーボンチャーの部分酸化による高温ガス状生成物の上
   方への流れと向流で、該帯域中で、該固体物質を制御さ
   れた速度で下方に移動させて、多段平衡操作によつて該
   固体物質中の揮発性物質を追い出す手段、 空気を該熱分解室下部に導入して該固体物 質からの燃焼室内に堆積したカーボンチャーと接触させ
   て該カーボンチャーを部分酸化し、高温ガス状生成物を
   製造する手段、 灰分およびその他の不燃性物質を該熱分解 室の底部から除去する手段、 該熱分解室から高温オーバーヘッド燃料ガ スを除去する手段、 該オーバーヘッド燃料ガスを燃焼室に導入 する手段、 該燃料ガスを燃焼室内で燃焼させるために、該燃焼室に
   空気を導入する手段、 熱負荷、および 燃焼ガスを該熱負荷に適用するための手段 を含む可燃性固体物質を熱分解及び燃焼する装置。