(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に加熱管が配置され、その加熱管に外部からの加熱空気を通すことにより廃棄物を加熱して熱分解し、熱分解ガスと主として不揮発性成分から成る熱分解残渣とを生成する熱分解反応装置において、
前記加熱管を廃棄物の移動方向に沿って複数に分割し、その分割した加熱管ごとに独立して加熱空気を供給する加熱空気供給手段を設けたことを特徴とする熱分解反応装置。
【請求項２】
前記加熱管を中央で２つに分割した場合、前記加熱空気供給手段は、廃棄物の移動方向に沿って上流側の加熱管に対しては、前記熱分解反応装置の上流端部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の中央部から排出させ、下流側の加熱管に対しては、前記熱分解反応装置の下流端部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の中央部から排出させることを特徴とする請求項１記載の熱分解反応装置。
【請求項３】
前記加熱管を中央で２つに分割した場合、前記加熱空気供給手段は、廃棄物の移動方向に沿って上流側の加熱管に対しては、前記熱分解反応装置の中央部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の上流端部から排出させ、下流側の加熱管に対しては、前記熱分解反応装置の下流端部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の中央部から排出させることを特徴とする請求項１記載の熱分解反応装置。
【請求項４】
前記熱分解反応装置の、廃棄物の移動方向に沿って上流端部での前記加熱管の外表面温度は、２５０℃以上好ましくは３００℃以上であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の熱分解反応装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、比較的低融点で溶融するプラスチックを含む一般廃棄物および／または産業廃棄物を加熱して熱分解ガスと熱分解残渣とを生成するための熱分解反応装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
都市ごみなどの一般廃棄物や廃プラスチックなど可燃物を含む産業廃棄物の処理装置に関する従来例としては、例えばドイツ特許公開 No.３７５７０４.８、ドイツ特許公開 No.３８１１８２０.３及び特開平１−４９８１６号公報を挙げることができる。これらの従来例では、廃棄物を熱分解反応装置に入れて低酸素状態において加熱して熱分解し、熱分解ガスと主として不揮発性成分からなる熱分解残渣とを生成し、さらに熱分解残渣を分離装置に導き、この分離装置において燃焼成分と不燃焼成分（例えば、金属、陶器など）とに分離している。そして、燃焼成分と熱分解ガスを燃焼器に導入して当該燃焼器内で燃焼処理するようにしている。
【０００３】
このような廃棄物処理装置においては、熱分解反応装置内での廃棄物加熱を、熱分解反応装置内に配設された加熱管に外部から加熱空気を通すことにより行っている。そして、加熱空気を得るために燃焼器の後流側には空気加熱器が設けられ、この空気加熱器で得られた加熱空気を熱分解反応装置の加熱管に供給するのが一般的である。
【０００４】
ところで、従来の熱分解反応装置は、図５のように、熱分解ドラム１と、熱分解ドラム１の両端に設けられたチャンバ２，３とから構成されている。チャンバ２と３は固定されており、熱分解ドラム１は図示しない支持ローラにより回転自在に支持されており、駆動装置（例えばモータ）により動力伝達手段（例えばギア）を介して回転力を与えられ、普通１分間に０．２〜５回転の速度で回転する。熱分解ドラム１内にはその軸方向に沿って複数本の加熱管４が設けられ、該加熱管４の両端部はチャンバ２，３に連通している。また、熱分解ドラム１の廃棄物の移動方向に沿って上流側にはモータ５で駆動されるスクリュフィーダ６が、他側には熱分解反応装置で生成された熱分解ガスと熱分解残渣とを分離して排出する排出装置７がそれぞれ設けられている。
【０００５】
熱分解ドラム１は、廃棄物の移動方向に沿って上流側、すなわち図５では左側が高く右側に低く僅かに傾斜して配置されており、スクリュフィーダ６から送られてきた廃棄物は、熱分解ドラム１の回転に伴って熱分解ドラム１内を図の左側から右側へとゆっくり移動し、その移動の間に、加熱管４を通る加熱空気によって加熱されて熱分解されるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術では、ポリエチレン、ポリプロピレン等、比較的低温（例えば１００℃以下）で溶融するプラスチックを含むような廃棄物を処理する場合、図５に示すように、スクリュフィーダに近い側の加熱管外表面に被覆層が形成されるという欠点がある。この被覆層は廃棄物中のプラスチック等が溶けてその他の廃棄物と共に付着したもので、スクリュフィーダから送られてきた常温の廃棄物に影響されて、スクリュフィーダ側の加熱管の外表面温度が低くなったとき（２５０℃未満のとき）に形成され易い。一般に熱分解反応装置１２の内部は３００〜６００℃に、通常は４５０℃程度に加熱されるが、このような被覆層により加熱管外表面が覆われると加熱管外表面の熱伝達面積が減少して、廃棄物を十分に加熱することができなくなり、結果として熱分解が不充分となる。また、従来の熱分解反応装置では、廃棄物を十分に加熱させるために熱分解ドラムの全長を大きくしており、その結果、熱分解反応装置全体が大型化してしまうという欠点もある。
【０００７】
本発明の目的は、加熱管外表面に被覆層が形成されるのを防ぐとともに、小型化も図れる熱分解反応装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内部に加熱管が配置され、その加熱管に外部からの加熱空気を通すことにより廃棄物を加熱して熱分解し、熱分解ガスと主として不揮発性成分から成る熱分解残渣とを生成する熱分解反応装置において、前記加熱管を廃棄物の移動方向に沿って複数に分割し、その分割した加熱管ごとに独立して加熱空気を供給する加熱空気供給手段を設けたことを特徴としている。
【０００９】
例えば、加熱管を中央で２つに分割した場合、廃棄物の移動方向に沿って上流側の加熱管に対しては、熱分解反応装置の上流端部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の中央部から排出させ、下流側の加熱管に対しては、熱分解反応装置の下流端部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の中央部から排出させるようにする。
【００１０】
このように上流側の加熱管に対して熱分解反応装置の上流端部から加熱空気を供給すると、通常の熱分解反応装置の加熱空気の供給温度として例えば５５０℃の加熱空気を供給した場合には、スクリュフィーダから常温の廃棄物が送られてきても、上流側の加熱管（特に加熱管のスクリュフィーダ側）の外表面温度を２５０℃以上に維持することができ、被覆層の形成を防ぐことができる。また、上流側と下流側の加熱管にそれぞれ加熱空気が供給されるので、熱分解反応装置全体に供給される熱量の増加を図ることができ、その分、熱分解反応装置の長さを短縮させることができる。これによって、熱分解反応装置を小型化することが可能になる。
【００１１】
また、加熱管を中央で２つに分割した場合、廃棄物の移動方向に沿って上流側の加熱管に対しては、熱分解反応装置の中央部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の上流端部から排出させ、下流側の加熱管に対しては、熱分解反応装置の下流端部から加熱空気を供給して熱分解反応装置の中央部から排出させるようにしても上記と同じ作用効果が得られる。ただし、この場合、加熱管の避けるべき被覆層が付着しない２５０℃以上に上流側の加熱管外表面の温度が保たれるよう、上流側の加熱管に流す加熱空気の供給温度及び／または供給量を調節する。
上記の手段で述べたように、熱分解反応装置の上流端部での加熱管の外表面温度は２５０℃以上に保持するのが良い。好ましくは３００℃以上に保持するのが良い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の熱分解反応装置を組み込んだ廃棄物処理装置の概略構成例を示している。図において、１１は都市ごみ等の可燃物を含有する廃棄物ａを熱分解反応装置１２内に供給する廃棄物供給装置である。通常、熱分解反応装置１２は横型回転式ドラムが用いられ、図示しないシール機構によりその内部は低酸素雰囲気に保持されている。また熱分解反応装置１２には、燃焼器１３の後流側に配置される熱交換器（図示せず）により加熱された加熱空気がラインＬ１から供給され、この加熱空気により、熱分解反応装置１２の内部は３００℃〜６００℃に、通常は４５０℃程度に加熱されている。そして、廃棄物供給装置１１から供給された廃棄物ａは熱分解反応装置１２内で熱分解され、熱分解ガスＧ１と主として不揮発性の熱分解残渣ｂとを生成する。熱分解反応装置１２内で生成された熱分解ガスＧ１と熱分解残渣ｂは排出装置１４により分離され、熱分解ガスＧ１はラインＬ２を経て燃焼器１３のバーナ１５に供給される。
【００１３】
一方、熱分解残渣ｂは冷却装置１６に導入され、ここで冷却された後、分離装置１７に供給される。冷却装置１６には排ガスＧ２がラインＬ３から供給され、冷却装置１６の内部は低酸素雰囲気に保持されている。
【００１４】
ここで、熱分解反応装置１２の詳細構造を説明する。熱分解反応装置１２は、図２に示すように、熱分解ドラム２０とその両端に設けられたドラム形状のチャンバ２１，２２とから構成されている。チャンバ２１と２２は固定されている。一方、熱分解ドラム２０は図示しない支持ローラより回転自在に支持されており、駆動装置（例えばモータ）により動力伝達手段（例えばギア）を介して回転力を与えられ、普通１分間に０．２〜５回転の速度で回転する。熱分解ドラム２０の廃棄物の移動方向に沿って上流側には、モータ２３によって駆動されかつ上記廃棄物供給装置１１に接続されたスクリュフィーダ２４が、他側には上記排出装置１４がそれぞれ設けられている。
【００１５】
熱分解ドラム２０は、図２においては、左側が高く右側に低く僅かに傾斜して配置されており、スクリュフィーダ２４から送られてきた廃棄物は、熱分解ドラム２０の回転に伴って熱分解ドラム２０内を図の左側から右側へとゆっくり移動し、その移動の間に加熱され熱分解される。
【００１６】
熱分解ドラム２０内にはその軸方向に沿って複数本の加熱管が設けられているが、それらの加熱管は廃棄物の移動方向に沿って上流側と下流側の２つに分割されている。すなわち、上流側には加熱管２５が、下流側には加熱管２６がそれぞれ設けられている。そして、上流側の加熱管２５は一端がチャンバ２１に、他端が熱分解ドラム２０中央部に設けられたヘッダ２７にそれぞれ連通し、下流側の加熱管２６は一端がチャンバ２２に、他端が熱分解ドラム２０中央部に設けられたヘッダー２８にそれぞれ連通している。ヘッダー２７，２８はリング形状をしており、熱分解ドラム２０の内周面に固定されている。またヘッダー２７，２８は、熱分解ドラム２０の外周面に設けられリング形状をした中央チャンバ２９に連通している。
【００１７】
次に、上記構成の熱分解反応装置の作用について説明する。図１に示したラインＬ１を介してチャンバ２１，２２に加熱空気が供給される。そうすると、図２中に矢印で示したように、チャンバ２１に供給された加熱空気は加熱管２５内を流れ、更にヘッダー２７を介して中央チャンバ２９へと流れる。またチャンバ２２に供給された加熱空気は加熱管２６内を流れ、更にヘッダー２８を介して中央チャンバ２９へと流れる。加熱管２６内を流れる加熱空気としてチャンバ２２側では従来と同様に一般的に熱分解反応装置に供給される温度、ここでは約５５０℃で供給されるが、本実施例では加熱管２５内を流れる加熱空気としてもチャンバ２１側では約５５０℃の同じ空気を供給でき、この場合スクリュフィーダ２４から熱分解ドラム２０内に常温の廃棄物が例えば大量に送られてきても、加熱管２５外表面の急激な温度低下を回避することができ、チャンバ２１側での加熱管２５の外表面温度を２５０℃以上に維持することができる。熱分解ドラム２０や加熱管２５のサイズ、または一定以上の空気量を供給するか、更にまた廃棄物の量や種類によっては、供給された加熱空気の温度が５５０℃である場合でも、加熱管２５の外表面温度を３００℃以上に維持することが可能である。
【００１８】
上記のように本実施例では、チャンバ２１側での加熱管２５の外表面温度を２５０℃以上、より好ましくは３００℃以上に維持することができるので、加熱管２５の外表面に被覆層が形成されるのを回避でき、加熱管２５表面には十分な熱伝達面積を確保することができる。さらに、従来例と比べ、加熱管２５を流れる加熱空気の温度が高くなるため、廃棄物との温度差が大きくなる分、熱伝達効率が高くなる。この結果、加熱管２５の伝熱面積を少なくすることもできる。
【００１９】
また熱分解反応装置１２において、廃棄物は熱分解され熱分解ガスと熱分解残渣とが生成される。そして、それらは排出装置１４において熱分解ガスと熱分解残渣とに分離されて排出される。
【００２０】
図１に示すように、排出装置１４からの熱分解残渣ｂは冷却装置１６に導入される。排出装置１４から排出される熱分解残渣ｂは、冷却装置１６において、例えば８０℃以下に冷却される。冷却された熱分解残留物ｂは分離装置１７に供給され、ここで、金属・陶器等の不燃焼成分ｃとカーボン等の燃焼成分ｄとに分離され、燃焼成分ｄは粉砕装置１８に供給される。さらに粉砕装置１８において、燃焼成分ｄは粉砕された後に、ラインＬ４を経て燃焼器１３のバーナ１５に送られる。
【００２１】
バーナ１５に送られた燃焼成分ｄは、ここで送風機３０より送られる空気ｅにより熱分解ガスＧ１とともに燃焼器１３内で燃焼処理される。燃焼器１３は一般に溶解炉と言われるものであって、前記燃焼成分ｄは１３００℃程度の高温で燃焼され、燃焼灰は溶融スラグとなって水槽３１内に落下し固化する。一方、燃焼器１３内の燃焼ガスＧ３は排ガスラインＬ５を流れ、燃焼器１３の後流側に配置される熱交換器（図示せず）及び廃熱ボイラ３２で熱回収され、さらに集じん器３３，３４で除塵された後、送風機３５により煙突３６から大気中へ排出される。なお、図中３７は、蒸気タービンにより作動される発電機である。
【００２２】
図３は本発明の他の実施例を示している。本実施例では、中央チャンバ２９内に仕切板４０が設けられている。このように仕切板４０を設けると、チャンバ２１，２２に供給する加熱空気の風量・温度をそれぞれ独立して制御することができる。このことによって、例えば通常より水分量の多い廃棄物を処理する場合、チャンバ２１に導入する加熱空気量を通常より多くすることによって余分の水分を蒸発させるのに必要な熱量を与えることができるため、熱分解反応装置１２の内部の温度を熱分解反応に必要な温度に十分維持できる。
【００２３】
このような仕切板４０を設けた場合、図４に示すような向きで加熱空気を供給することもできる。すなわち、図４中に矢印で示したように、廃棄物の移動方向に沿って上流側の加熱管２５に対しては、加熱空気をヘッダー２７側に供給しチャンバ２１から排出させ、下流側の加熱管２６に対しては、加熱空気をチャンバ２２から供給しヘッダー２８側から排出させる構成とする。この場合、加熱管２５の長さは、その外表面温度を２５０℃以上、好ましくは３００℃以上に維持できる長さにする必要がある。
【００２４】
このような構成とすると、従来の場合に比べて、加熱管２５内を流れる加熱空気の温度を高くすること及び／または風量を多くすることができるので、スクリュフィーダ２４から熱分解ドラム２０内に常温の廃棄物が大量に送られてきたときでも、加熱管２５の外表温度を２５０℃以上、好ましくは３００℃以上に維持することができる。その結果、加熱管２５の外表面に被覆層が形成されるのを回避することが可能となるのである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱分解反応装置によれば、熱分解反応装置に設けられた加熱管の、廃棄物入口側での外表面温度を高温に維持できるので、加熱管の外表面に被覆層が形成されなくなり、加熱管の熱伝達面積を十分に確保できる。その結果、熱分解反応装置内で廃棄物を十分に加熱することができ、所定の熱分解反応を行わせることができる。
【００２６】
また、加熱管の全長を短くすることができるため、熱分解反応装置を小型化できるとともに、加熱管内での圧力損失を低減でき、加熱管へ加熱空気を送るためのブロワの動力も少なくて済み、ランニングコストの面で非常に経済的な熱分解反応装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱分解反応装置を組み込んだ概略構成図の例である。
【図２】本発明の一実施例による熱分解反応装置とその周辺機器を示した図である。
【図３】本発明の他の実施例による熱分解反応装置とその周辺機器を示した図である。
【図４】本発明の更に他の実施例による熱分解反応装置とその周辺機器を示した図である。
【図５】従来技術による熱分解反応装置とその周辺機器を示した図である。
【符号の説明】
１１  廃棄物供給装置
１２  熱分解反応装置
１３  燃焼器
１４  排出装置
１５  バーナ
１６  冷却装置
１７  分離装置
１８  粉砕装置
２０  熱分解ドラム
２１，２２  チャンバ
２３  モータ
２４  スクリュフィーダ
２５  上流側の加熱管
２６  下流側の加熱管
２７，２８  ヘッダー
２９  中央チャンバ
３０，３５  送風機
３１  水槽
３２  廃熱ボイラ
３３，３４  集じん器
３６  煙突
３７  発電機
４０  仕切板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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