WO2004018591A1 - 炭素素材の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

産業廃棄物を含む有機物を原料として、固定炭素量の高い良質な炭素素材を製造することができ、しかも製造中の熱効率が非常に良く、悪臭や黒煙の大気中への排出も少なくすることができ、更に少数の人員で装置を稼働することができ、炭素素材を産業上利用することにより多方面への経済効果を期待することができる。有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製造する。図1乃至図4は、本発明の装置の実施の形態例を示し、大別すると、有機物が収納されたコンテナWを搬送可能な搬送部Aと、このコンテナWの搬送経路Rの手前側位置に配置された作動準備部Bと、コンテナWの搬送経路R中の作動準備部Bの後続位置に配置された加熱分解部Cと、コンテナWの搬送経路中の加熱分解部Cの後続位置に配置された冷却待機部Dと、加熱分解部Cに接続された分解ガス液化部Eに接続された排ガス処理部Fとから構成されている。

Description

明細書 炭素素材の製造方法及びその装置 技術分野

本発明は例えば産業廃棄物や自然界に植生する草木などにより各種の産 業用原料となる炭素素材の製造方法及びその装置に関するものである。 背景技術

現在、 産業廃棄物を含む不用有機物の再利用について種々検討されてい るが、 その大部分は相変わらず、 焼却処理又は埋立処理によって処分され ている。

し力 しながら、 これら焼却処理又は埋立処理において、 近年は紙おむつ やパチンコ台などのような合成樹脂と他の有機物又は無機物とが混合して いるものが大量に排出されるようになり、 これに伴いそれらの分別作業も 必要になり、 分別作業後において、 焼却処理又は埋立処理をしなければな らず、 それだけ処理作業が困難となってきており、 しかも焼却処分場の増 設ゃ埋立処理地の確保が困難となっており、 社会的に大きな問題となって いる。

本発明はこのような不都合を解決することを目的とするもので、 有機物 を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解させて炭素 素材を製造することを特徴とするものである。 発明の開示

この装置の発明は、 有機物が収納されたコンテナを搬送可能な搬送部と、 該コンテナの搬送経路の手前側位置に配置された作動準備部と、 該コンテ ナの搬送経路中の作動準備部の後続位置に配置された加熱分解部と、 該コ ンテナの搬送経路中の加熱分解部の後続位置に配置された冷却待機部と、 少なくとも該加熱分解部に接続された分解ガス液化部と、 少なくとも該分 解ガス液化部に接続された排ガス処理部とを備えており、 上記加熱分解部 はコンテナで搬送されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低 温間接加熱により熱分解可能な構造に構成されていることを特徴とするも のである。

本発明は、 上記作動準備部、 加熱分解部及び冷却待機部は各々開閉可能 綠ぇ用紙（規則 26) な遮断扉により閉鎖密閉構造に構成されていることを特徴とするものであ り、 更に、 上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数個の加熱分解 室により構成されていることを特徴とするものである。

搬送部 Aは、 有機物が収納されたコンテナ Wを作動準備部 Bから加熱分 解部 Cを経て冷却待機部 Dに至るまでの搬送経路 Rにおいて搬送させる構 造となっており、 減速機付きモータ A 1により

駆動されるローラーコンペャ A 2やチェーンコンペャ等により構成され、 特に、 搬送部 Aは、 作動準備部 B、 加熱分解部 C及び冷却待機部 D毎に分 離可能な内部搬送独立構造となっている。

作動準備部 Bは、 コンテナ Wの搬送経路 Rの手前側位置に配置されたコ ンテナ受入部 B 1及び空気と窒素ガスの入れ替え、 即ち、 窒素置換が行わ れる耐熱、 断熱、 閉鎖密閉構造のプリペレーシヨン室 B 2と、 予備加熱に 使用する遠赤外線ヒータや電磁波を利用した加熱体 B 3とにより構成され、 この窒素置換は窒素貯蔵ボンべ Tより複数個の窒素ガス注入管 T 1を介し て窒素ガスをプリペレーション室 B 2に注入し、 空気は ^気管 M lを介し て強制的に室外へ排出することによりなされ、 このプリペレーシヨン室 B 2の入口部分及び加熱分解部 Cに接続される出口部分に遮断扉 Nが上下開 閉機構 N 1のコンプレッサ N 2及ぴシリンダ N 3により開閉自在に配設さ れ、 しかして、 プリペレーシヨン室 B 1の遮断扉以外の上面、 两側面及び 底面に加熱体 B 3を配置し、 かつ、 この場合、 コンテナ受入部 B 1とプリ ペレーシヨン室 B 2とは、 分離可能な独立構造となっている。

加熱分解部 Cは、 コンテナ Wに収納されて搬送されてくる有機物を無酸 素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解可能な構造に構成 され、 複数個、 この場合二個の加熱分解室 C 1 ' C 1により構成され、 こ のそれぞれの加熱分解室 C 1 · C 1にあっても、 耐熱、 断熱、 閉鎖密閉構 造に構成されると共に窒素貯蔵ボンべ Tより複数個の窒素ガス注入管 T 1 を介して窒素ガスが注入され、 室内の空気は排気管 M lを介して強制的に 室外へ排出され、 又、 加熱分解室 C 1 · C 1の間及び冷却待機部 Dに接続 される出口部分に遮断扉 Nが上下開閉機構 N 1により開閉自在に配設され、 加熱分解室 C 1 · C 1の遮断扉 N以外の上面、 両側面及び底面に加熱分解 に使用する遠赤外線ヒータや電磁波を利用した加熱体 C 2を配置し、 この 場合加熱分解室 C 1 · C 1は相互に分離可能な独立構造になっている。

冷却待機部 Dは、 コンテナ W内の有機物が加熱分解部 Cにより無酸素閉 鎖密閉条件下において低温間接加熱により熱分解されて製造された炭素素 材を冷却する冷却室 D 1と、 搬出待機室 D 2とにより構成され、 このそれ ぞれの冷却室 D 1及び搬出待機室 D 2にあっても、 耐熱、 断熱、 閉鎖密閉 構造に構成されると共に冷却室 D 1には窒素貯蔵ボンべ Tより複数個の窒 素ガス注入管 T 1を介して炭素素材を冷却する窒素ガスが注入され、 室内 の空気は排気管 M lを介して強制的に室外へ排出され、 この場合、 搬出待 機室 Dにも必要に応じて窒素ガスにより炭素素材を追加冷却可能に窒素ガ ス注入管 T 1が設けられ、 室内の空気は排気管 M lを介して強制的に室外 へ排出され、 又、 冷却室 D 1と搬出待機室 D 2との間及ぴ外につらなる出 口部分に遮断扉 Nが上下開閉機構 N 1により開閉自在に配設され、 この場 合、 加熱分解室 C 1 · C 1と異なり、 加熱体 C 2は配置さ.れて折らず、 つ、 この場合冷却室 D 1と搬出待機室 D 2は相互に分離可能な独立構造と なっている。

分解ガス液ィ匕部 Eは、 冷却水タンク E 1及び冷却塔 E 2力 らなり、 この 冷却塔 E 2内には分解ガスが通過する螺旋通気管が内蔵されると共にその 周囲に冷却水が満たされ、 冷却塔 E 2にドレン口が設けられている。

排ガス処理部 Fは、 燃料ガスタンク F 1及び二個の排ガス燃料室 F 2を 備えており、 燃料ガスタンク F 1内のプロパンガス等により排ガス燃料室 F 2内において排ガスを燃焼させて排ガス排出管 F 3より無臭、 無害な排 ガスを外に排出するように構成されている。

この場合の管路系銃にあっては、 上記作動準備室 Bのうちのプリペレ一 シヨン室 B 2の排気管 M 1及ぴ加熱分解部 Cの二個の加熱分解室 C 1 · C 1の排気管 M 1は分解ガス液ィヒ部 Eの冷却塔 E 2に管路 L 1により接続さ れ、 又、 冷却待機部 Dの冷却室 D 1及び搬出待機室 D 2は排ガス処理部 F の一方の排ガス燃焼室 F 2に管路 L 2により接続され、 又、 分解ガス液化 部 Eの冷却塔 E 2内の螺旋通気管の出口と排ガス処理部 Fの他方の排ガス 燃焼室 F 2に管路 L 3により接続されている。

この場合、 冷却待機部 Dの搬出待機室 D 2の後続位置にコンテナ荷出部 Gが配置されている。

この実施の形態例は上記構成であるから、 前処理作業として、 有機物の 種類や大きさにより圧潰や破砕を行うこともあり、 この有機物が収納され たコンテナ Wは搬送部 Aにより作動準備部 Bから加熱分解部 Cを経て冷却 待機部 Dに至る搬送経路 Rに沿って搬送され、 先ず、 作動準備部 Bにあつ て、 このコンテナ W内の有機物は、 耐熱、 断熱、 閉鎖密閉構造にして窒素 置換により無酸素閉鎖密閉雰囲気としたプリペレーシヨン室 B 2内におい て、 加熱体 B 3により例えば 3 6 0 °C〜4 5 0 °C程度の低温度条件で予備 間接加熱され、次に、加熱分解部 Cにあって、 コンテナ Wの有機物は耐熱、 断熱、 閉鎖密閉構造にして窒素置換により無酸素閉鎖密閉雰囲気とした加 熱分解室 C 1 · C 1内において、 力 11熱体 C 2により、 同じく、 例えば 3 6 0 °C〜4 5 0 °C程度の低温度条件で間接加熱され、 これによりコンテナ W 内の有機物は熱分解されて炭素素材が製造され、 次いで、 冷却待機部 に あって、 コンテナ Wの炭素素材は耐熱、 断熱、 閉鎖密閉構造の冷却室 D 1 内において、 窒素ガスにより冷却され、 搬出待機室 D 2において、 取出待 機することになり、 そしてコンテナ荷出部 Gより随時搬出される。 必要に 応じて後処理作業として、 磁選機により有機物と金属との分別作業を行な うこともある。

加熱分解部 Cの加熱分解室 C 1 · C 1及ぴプリペレーシヨン室 B 2内に 発生したガスは、 ^旱ガス液化部 Eにより液化され、 排ガス処理部 Eを介 して外に排気され、 又、 冷却待機部 Dの冷却室 D 1及ぴ搬出待機部 D 2内 のガスも排ガス処理部 Eを介して外に排気されることになる。

このようにして不用有機物を含む有機物の燃焼を伴わずに無酸素閉鎖密 閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製造する ことができ、 生成炭素率が高く、 炭素素材中の固定炭素量が 7 5 %以上の ものも可能となつて良質な炭素素材を製造することができ、 しかも製造中 の熱劾率が非常に良く、 悪臭や黒煙の大気中への排出も少なくすることが でき、 更に少数の人員で装置を稼働することができ、 装置の耐用年数が長 くなつてメンテナンスも容易であり、 又、 連続的に炭素素材を製造するこ とが可能であり作業能力も大きく、 しかも有機物の粉砕や燃えるものと燃 えないものとの分別作業などの前工程は必要なく、 混在したまま用いるこ とができる。

ここに、 無酸素閉鎖密閉雰囲気下での炭素化は製造された炭素素材を 檨々な用途に利用するためであり、 不用有機物に混合しているであろう金 属ゃ無機物を取り除くことを容易にするためであり、 またその金属等を再 利用することも可能とする目的もある。 金属は無酸素の状態であるので酸 化はされず、 間接加熱時の温度が 3 6 0 〜4 5 0 で低温のために金属 の組成変化も起きず、 更に、 無酸素状態での炭素化の折、 生ガスが発生す るが、 この発生ガスも酸化されていないため、 使用する原料の種類が、 植 物の場合は木酢、 竹酢、 草酢など良質なものを分解ガス液化部 Eのドレン 口より採取することができ、 又、 プラスチックやタイヤを原料とした場合 に生成される炭素素材の他に熱分解させる時に発生する生ガスは分解温度 設定の変更により、 ナフサと同等の液体や A重油相当の液体を採取回収す ることができ、 揉取回収される液体の用途別に分解温度を変化させればよ いのである。

製造された炭素素材は炭素を含めて殆どが産業上の原料となるものであ り、 この炭素素材を産業上の原科として利用することにより、 焼却場ゃ埋 立処分場の增設は必要最小限で良く、 更には処分場に埋立てされている有 機物を炭素化することにより、 埋立処分場の延命もはかることができ、 資 源の浪費を防ぐこともできる。 この焼却や埋立て処分されてきたものには、 生ゴミゃ紙ゴミ、 剪定枝、 河川敷の雑草、 道路脇の雑草、 建築廃材、 焼酎 粕、 ビール、 ジュース、 コーヒー粕などがあり、 またプラスチックは焼却 の際に高発熱量のため焼却炉を痛めやすいことや有毒ガスが発生しやすい ことなどからもつばら埋立て処分されてきているが、 これにより炭素素材 を製造することにより、 一つの資源を再度、 再再度利用することになり、 従って、 炭素素材の製造という分野のみならず、 産業廃棄物処理方法とし ても用いることができる。 又、 産業廃棄物の種類によっては、 製造された 炭素素材を殆ど利用できるものもあり、 例えば、 実施例として、 現在廃棄 されている紙おむつの場合では、 焼却か埋立てであり、 焼却を伴うことに なる焼却の際には、 高温と有害ガスが発生し、 焼却の過程で一次溶解し、 塊となつて燃焼の支えとする酸素源の供給口をふさぎ、 装置の故障の原因 を作り燃えにくくなる等が起きるが、 上記の如く、 熱分解することにすれ ば、 紙おむつの中に混じり込んでいるであろうものはそのまま炭素化し、 水分は蒸発し、 紙おむつ本体も合成樹脂の部分は分解しガス化し、 コット ンなどは炭素化する。 又、 合成樹脂は分解ガス化する過程で一時的に溶解 するが、 燃焼工程における溶解と違い、 熱が伝導するままに: 9*して いく。 焼却処理の場合は燃焼するために酸素が必要であり、 また酸素と結 合して燃焼が進むものであり、 酸素と接触した部分のみが燃焼する。 表面 から順に燃焼が進む。 すなわち、 攪拌などの方法を用いらなければ燃焼時 間の短縮は計れず、 さらに酸素の供給の仕方によっては非常な高温になる 場合もあるが、 この方法にあっては、 熱が伝わったところ、 つまり分解す るに必要な温度になった場合は、 その温度になった場所から分解が進んで いき、 空気などの対流が無くても分解は進み、 溶解して塊になったとして も内部から^翠が進む場合もあり、 分解速度を焼却と比較して非常に早く できる。 加熱分解部 Cにおいて、 有機物を熱分解させるための時間を消化するた めと分解ガスの再利用の際の取り出し時期の決定、 分解ガスの処理の時間、 安全性、 炭素化の程度の把握、 管理の簡素さ、 メンテナンスの安易さなど を考慮し、 更に作業能力に応じて複数個の加熱分解室 C 1を設けて構成さ れ、 又、 搬送構造も各加熱: 9^單室 C 1ごとに独立構造となっており、 勿論 この加熱分解室 C 1は、 それぞれ密閉性、 断熱、 耐熱の構造であり、 更に 各加熱分解室ごとに分解できる構造とすることにより、 修理などの際はそ の加熱分解室 C 1ごとに交換をするだけで良く、 修理による時間の浪費を 無くして素早く対応することができ、 また設置稼働後において、 需要に応 じて作業能力を増減させる場合は、 この加熱分解室 C 1の増減を行うだけ で対応することができる。

冷却待機部 Dの冷却室 D 1は空気接触によっての燃焼を未然に防ぐため に必要であり、 窒素ガスによる急激な冷却は炭素の塊の中のミク口気孔を 発達させるために行うものであり、 冷却の際に窒素ガスを使用することは 炭素素材が乾燥した状態で取り出せるようにしたものであり、 又、 搬出待 機室 D 2は炭素素材を再加工するために行うコンテナ荷出部 G上の準備の 完了を待っためと空気接触が起きても燃焼が起きない状態を確認するため に設けてあり、 冷却室 D 1同様に追加冷却可能に構成され、 しかして、 プ リペレーシヨン室 B 2、 加熱分解室 C I ， C 1、 搬出待機室 D 2に至るま で外気に触れることなく無酸素の状態に保持するように構成している。 搬送経路 Rを通過する時間の設定は有機物の種類や再利用の方法によつ て決定することとし、 又、 装置一式を小型化し、 車載化することにより原 料発生場所、 炭素素材の使用場所での炭素化も可能となり、 機動力のある 装置とすることが望ましく、 これにより収集運搬費の軽減を図ることがで さる。

尚、 本発明は上記実施の形態例に限られるものではなく、 搬送部 A、 作 動準備部 B、 加熱分解部 C、 冷却待機部 D、 分解ガス液化部 E及ぴ排ガス 処理部 Fの構造や材質等は適宜変更して設計される。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明の実施の形態例の全体説明平面図である。

図 2は、 本発明の実施の形態例の部分説明側断面図である。

図 3は、 本発明の実施の形態例の部分説明平断面図である。

図 4は、 本発明の実施の形態例の部分説明横断面図である。 符号の説明 W…コンテナ R…搬送経路 A…搬送部 B…作動準備部 C…加熱分解部 C 1…加熱分解室 D…冷却待機部 E…分解ガス液化 部 F…排ガス処理部 産業上の利用可能性

本発明は、 有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱によ り熱分解させて炭素素材を製造することにより、 産業廃棄物を含む有機物 を原料として、 固定炭素量の高い良質な炭素素材を製造することができ、 しかも製造中の熱効率が非常に良く、 悪臭や黒煙の大気中への排出も少な くすることができ、 更に少数の人員で装置を稼働することができ、 装置の 耐用年数が長くなつてメンテナンスも容易であり、 又、 連続的に炭素素材 を製造することが可能であり作業能力も大きく、 しかも有機物の粉碎ゃ燃 えるものと燃えないものとの分別作業などの前工程は必要なく、 混在した まま用いることができ、 焼却処理や埋立て処分していた廃棄物や、 草木を も無駄なく利用することができるため資源の浪費を大幅に減少することが でき、 更に産業廃棄物の処理施設等の増設も必要なく、 生成された炭素素 材を産業上利用することにより多方面への経済効果が期待でき、 資源保護 にも大いに寄与することができる。

この発明にあっては、 窒素置換を用いることにより、 無酸素閉鎖密閉雰 囲気を容易に得ることができ、 更に作動準備部、 加熱分解部及び冷却待機 部は各々開閉可能な遮断扉により閉鎖密閉構造に構成することにより容易 に無酸素閉鎖密閉雰囲気を得ることができる。

この発明にあっては、 上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数 個の加熱分解室を構成することにより、 修理などの際は、 その加熱分解室 ごとに交換をするだけで良く、 修理による時間の浪費を無くして素早く対 応することができ、 設置稼働後においても、 需要に応じて作業能力を増減 させる場合は、 この加熱分解室部の増減を行うだけで対応することができ る。

Claims

請求の範囲 有機物の無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により熱分解さ せて炭素素材を製造することを特徴とする炭素素材の製造方法。

有機物を窒素置換によって無酸素閉鎖密閉雰囲気下における低温間接カロ 熱により熱分解させて炭素素材を製造することを特徵とする炭素素材の製 造方法。

有機物が収納されたコンテナを搬送可能な搬送部と、 該コンテナの搬送 経路の手前側位置に配置された作動準備部と、 該コンテナの搬送経路中の 作動準備部の後続位置に配置された加熱分解部と、 該コンテナの搬送経路 中の加熱分解部の後続位置に配置された冷却待機部と、 少なくとも該加熱 分解部に接続された分解ガス液化部と、 少なくとも該分解ガス液ィ匕部に接 続された排ガス処理部とを備えており、 上記加熱 ^^部はコンテナで搬送 されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱により 熱分解可能な構造に構成されていることを特徴とする炭素素材の製造装置。 上記作動準備部、 加熱: »部及び冷却待機部は各々開閉可能な遮断扉に より閉鎖密閉構造に構成されていることを特徴とする炭素素材の製造装置。 上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数個の加熱分解室により 構成されていることを特徴とする炭素素材の製造装置。