(57)【要約】【課題】  安全かつ安価な高分子材料物の熱分解装置及び方法を提供することを目的とする。【解決手段】  主として高分子材料を含む被処理物Ｐを炉本体１でガス化するための装置において、炉本体１内へ燃料と酸化剤をそれぞれ噴射供給するための燃料ノズル３と酸化剤ノズル４とを有し、該燃料ノズル３と酸化剤ノズル４は、上記被処理物Ｐを包囲する包囲円５に対し接線方向をなしかつ周方向で同一方向に向け燃料と酸化剤をそれぞれ噴射して、被処理物の周囲で旋回せる管状火炎を形成するように設けられている。【選択図】  図１
2006028303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主として高分子材料を含む被処理物を炉本体でガス化するための装置において、炉本体内へ燃料と酸化剤をそれぞれ噴射供給するための燃料ノズルと酸化剤ノズルとを有し、該燃料ノズルと酸化剤ノズルは、上記炉本体内の被処理物を包囲する包囲円に対し接線方向をなしかつ周方向で同一旋回方向に向け燃料と酸化剤をそれぞれ噴射して、被処理物の周囲で旋回せる管状火炎を形成するように設けられていることを特徴とする高分子材料物ガス化装置。
【請求項２】
炉本体には、燃料ノズルと酸化剤ノズルよりも上方位置に、ガス噴射ノズルが設けられ、該ガス噴射ノズルは、上方から見たときに、包囲円よりも大径の略同心円に対し接線方向であって周方向で上記燃料ノズルと酸化剤ノズルと同一旋回方向に向けガスを噴射するように配置されていることとする請求項１に記載の高分子材料物ガス化装置。
【請求項３】
ガス噴射ノズルは、外部からの空気を取り入れて予熱する予熱装置及び炉外への排ガスラインの少なくとも一方に接続されていて、予熱空気及び排ガスの一部の少なくとも一方を噴射するようになっていることとする請求項２に記載の高分子材料物ガス化装置。
【請求項４】
燃料ノズルと酸化剤ノズルとは別体に形成され、それぞれの噴射口が別位置に配されていることとする請求項１又は請求項２に記載の高分子材料物ガス化装置。
【請求項５】
燃料ノズルと酸化剤ノズルとは別体に形成され、それぞれの噴射流が噴射口近傍で合流するように配されていることとする請求項１又は請求項２に記載の高分子材料物ガス化装置。
【請求項６】
燃料ノズルと酸化剤ノズルは、それぞれ噴射口が上下に細長いスリット口をなしていることとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の高分子材料物ガス化装置。
【請求項７】
主として高分子材料を含む被処理物をガス化する方法において、被処理物を炉本体内に配し、燃料ノズルと酸化剤ノズルから燃料と酸化剤とをそれぞれ炉本体内へ噴射して上記被処理物の周囲を旋回する管状火炎を形成し、上記被処理物を熱分解又は部分酸化してガス化し、生成ガスを炉本体外に取り出すことを特徴とする高分子材料物ガス化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高分子材料物を熱分解又は部分酸化してガス化するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック等の高分子材料を含む廃棄物をガス化して、このガスを燃料等として再利用することは広く知られている。
【０００３】
特許文献１では、廃プラスチックを前処理装置にて粉砕した後、ガス化装置にてこの粉砕プラスチックをガス化し、このガスをガスエンジンの燃料として再利用して発電する発電ユニットが開示されている。
【０００４】
この特許文献１は、廃プラスチックの粉砕に伴って、粗粉砕装置、風力選別・磁力選別・渦電流選別・振動スクリーン選別等の選別装置、そして微粉砕装置を備えている。
【特許文献１】特開平１０−４７６２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の装置にあっては、廃プラスチックをガス化に先立ち粉砕するので、粉砕・破砕時の摩擦熱によってプラスチックが加熱されガス発生することや、静電気の発生により爆発する危険性がある。この危険性を未然に防止するには、実機においては、冷却機構を設けたり、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気を形成する等の対策を施さねばならない。
【０００６】
また、装置全体としても、上記の粉砕を行うためにそしてそれに付随して、粗そして微粉砕装置、諸選別装置を必要とする。
【０００７】
したがって、特許文献１の装置では、設備が複雑で大型化するために、設備費、維持・管理費が嵩む。
【０００８】
さらには、ガス化したガスを利用する際に、ガス中の燃料濃度を高くかつこの濃度の変動を小さく抑えることも必要となる。
【０００９】
本発明は、上述の爆発防止対策を要する粉砕・破砕装置等の前処理装置を不要とし、安価にプラスチック等の高分子材料を含む被処理物をガス化できる装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、主として高分子材料を含む被処理物を炉本体でガス化するための装置において、炉本体内へ燃料と酸化剤をそれぞれ噴射供給するための燃料ノズルと酸化剤ノズルとを有し、該燃料ノズルと酸化剤ノズルは、上記炉本体内の被処理物を包囲する包囲円に対し接線方向をなしかつ周方向で同一旋回方向に向け燃料と酸化剤をそれぞれ噴射して、被処理物の周囲で旋回せる管状火炎を形成するように設けられていることを特徴としている。
【００１１】
かかる構成の本発明では、燃料ノズルと酸化剤ノズルからそれぞれ噴射された燃料と酸化剤は燃焼してその噴射方向を接線とする円上で管状の火炎をなして被処理物のまわりを包囲し、この火炎からの輻射と高温排ガスからの熱伝達により上記高分子材料の被処理物
を熱分解又は部分酸化してガス化する。このガスは、例えば、炉本体の上部に設けられた排ガス管から外部へ取り出される。
【００１２】
この発明によると、被処理物を管状火炎で包囲して旋回流の遠心力により管状火炎の外周部には未燃の燃料ガスが、中央部には既燃焼ガスが存在するように火炎が形成されるので、酸化剤は燃料と十分に反応する。そのため排ガス中の酸素濃度を低く抑制することができ、排ガス中の酸素濃度が低下すると炉から下流側での異常燃焼が防止され、炉の安全性が確保され、ひいては補修費が低減する。
【００１３】
本発明において、炉本体には、燃料ノズルと酸化剤ノズルよりも上方位置に、ガス噴射ノズルが設けられ、該ガス噴射ノズルは、上方から見たときに、包囲円よりも大径の略同心円に対し接線方向であって周方向で上記燃料ノズルと酸化剤ノズルと同一旋回方向にガスを噴射するように配置されていることが好ましい。上記ガス噴射ノズルから上記大径円の接線方向に噴射されたガスにより大旋回流が生ずると、遠心力により密度の高い未燃の燃料ガスと残留酸化剤が炉本体の内周壁側に向け半径外方へ流動すると共に該内周壁に沿って下降する結果、上記大旋回流の円と下側の管状火炎の外側を下降し内側を上昇する二次流れが生ずる。この二次流れによって未燃の燃料ガスと残留酸化剤の循環と熱を下方へ供給する循環が行われ、管状火炎が安定して形成される。これにより、ガス化の進行に伴って被処理物の形状が変化しても火炎形態が維持されて炉本体内での火炎の流れそしてその燃焼が安定化する。
【００１４】
さらに、本発明では、ガス噴射ノズルは、外部からの空気を取り入れて予熱する予熱装置及び炉外への排ガスラインの少なくとも一方に接続されていて、予熱空気及び排ガスの一部の少なくとも一方を噴射するようになっていることが好ましい。
【００１５】
こうすることにより、上方で形成される大旋回流を予熱空気又は排ガスの熱で高温化できる。大旋回流の温度が高いと、その流れにおける粘性が大きくなり、またみかけの流量が大きくなり強旋回流が形成できる。
【００１６】
本発明において、管状火炎を形成するための燃料ノズルと酸化剤ノズルとは別体に形成され、それぞれの噴射口が別位置に配されているようにすることも、それぞれの噴射流が噴射口近傍で合流するように配されているようにすることもできる。しかしながら、噴射口よりも上流側で合流すること、すなわち、燃料と酸化剤を予混合することは、逆火等の原因ともなるので、回避した方が良い。
【００１７】
さらに、本発明においては、燃料ノズルと酸化剤ノズルは、それぞれ噴射口が上下に細長いスリット口をなしていることが好ましい。こうすることにより、火炎は上下方向に延び、安定した管状火炎となり、同方向で被処理物を十分に包囲できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、以上のように、燃料ノズルと酸化剤ノズルからそれぞれ噴射された燃料と酸化剤は燃焼してその噴射方向を接線とする円上で管状をなして高分子材料を含む被処理物のまわりを旋回し、この火炎からの輻射と高温排ガスからの熱伝達により上記高分子材料を含む被処理物をガス化することとしたので、排ガス中の酸素濃度を低く抑制すると共に、輻射と伝熱の両方でガス化を行うので熱効率が良く運転費が安価となる。排ガス中の酸素濃度が低下すると炉から下流側での異常燃焼が防止され、安全性が確保され、ひいては補修費が低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１において、符号１は本実施形態におけるガス化装置の炉本体であり、耐熱材料で作られ耐圧構造となっている。該炉本体１は全体としての縦長な筒状体をなし、上下壁はその強度を確保するためテーパ周壁を有している。
【００２１】
炉本体１の底部には、耐熱性そして強度の高い配置台２が設けられ、該配置台２上に被処理物Ｐが配置できるようになっている。炉本体１には、図示しないが、この被処理物Ｐの搬入のための開閉自在な二重の開閉弁が設けられている。ここで、被処理物Ｐは、合成高分子材料、例えばプラスチックあるいは天然高分子材料、例えば、紙、布、木材、藁等を主とした物であり、破砕を受けずにそのまま炉本体１内に搬入される。しかし、過度に大きい物は、上記配置台２上に載る程度の大きさに切断されることがある。
【００２２】
上記炉本体１には、燃料ノズル３と酸化剤ノズル４とが取り付けられている。これらのノズル３，４は、図１及び図２からも判るように上下方向に細長いスリットを形成して上記炉本体１の内部に開口しており、また、図２に見られるように、噴射された燃料そして酸化剤が上記被処理物Ｐを包囲する仮想の包囲円５に対して接線方向に向くように配設されている。これらのノズル３，４は高さ方向で同位置にあり、図１に見られるように、被処理物Ｐの予想される最大高さをカバーする高さ範囲に延びていることが好ましい。上記燃料ノズル３は、例えばガス燃料供給源(図示せず)に、そして酸化剤ノズル４は、酸化剤として空気供給源(図示せず)にそれぞれ接続されている。
【００２３】
本実施形態では、炉本体１には、上記燃料ノズル３と酸化剤ノズル４の上方位置に二つのガス噴射ノズル６が接続されている。これらのガス噴射ノズル６は、図２に見られるように、噴射ガスが上記仮想の包囲円５と略同心でこれよりも大径の仮想円７に対して接線方向に向くように配設されている。また、その周方向における噴射の向きも仮想の包囲円５の場合と同じである。
【００２４】
上記炉本体１は、天井壁に排ガスライン８が接続され、該排ガスライン８には、予熱装置としての熱交換装置９、排ガス処理装置１０、ブロワ装置１１が順次接続されていて、該排ガスライン８はこれら装置を経た後に煙突１２に至っている。排ガス処理装置１０には二次燃焼、有害ガス除去、除塵の機能が備えられている。上記熱交換装置９は、ブロワ１３で取り入れられた外気が送気ライン１４中で、排ガスライン８の排ガスと熱交換して高温に予熱されるように設けられており、送気ライン１４は予熱後の空気が上記二つのガス噴射ノズル６に至るように接続されている。このガス噴射ノズル６に至る送気ライン１４には、処理後の排ガスを帰還させるための帰還ライン１５がブロワ装置１１の後流側から延びて選択的に接続されている。なお、燃料ノズル３、酸化剤ノズル４は一つに限らず複数本設けてもよい。またガス噴射ノズル６は二つに限らず複数本設けてもよい。
【００２５】
以上のような本実施形態において、高分子材料を含む被処理物Ｐは次の要領でガス化される。
【００２６】
（１）先ず、被処理物Ｐが二重の開閉弁から外気の吸い込みを抑制しながら搬入されて配置台２の上に置かれ、開閉弁は閉じられる。
【００２７】
（２）次に、燃料ノズル３から燃料を、酸化剤ノズル４から空気を炉本体１内へそれぞれ噴射する。これと同時に、上方に位置するガス噴射ノズル６からは、送気ライン１４を経て送られる予熱空気そして選択的に帰還ライン１５からの排ガスの一部の少なくとも一方を炉本体１内へ噴射する。燃料ノズル３と酸化剤ノズル４はスリット状噴射口を有しているので、燃料が燃焼して図３のごとく管状火炎１６が被処理物の周囲で旋回流を形成する。また、上記ガス噴射ノズル６から噴射された予熱空気あるいは排ガスは上記管状火炎１
６よりも大径の大旋回流１７を形成し、上記管状火炎１６と大旋回流１７との間には、図３のごとくの二次流れ１８が生ずる。この二次流れ１８により、未燃の燃料ガスと残留酸化剤の循環と、熱を下方へ供給する熱循環が行われ、上記管状火炎１６は安定化する。この管状火炎１６からの輻射そしてその高温排ガスからの伝熱により、被処理物Ｐは熱せられて熱分解又は部分酸化し、ガス化する。
【００２８】
（３）ガス化されたガスは排ガスライン８を経て排出され、熱交換装置９で送気ライン１４の空気との熱交換を行った後、自らは降温して排ガス処理装置１０で無害化される。
【００２９】
（４）無害化された排ガスは煙突１２から大気へ放出され、もしくは、燃料ガスとしての再利用のために、適宜装置で取り出される。また、上記排ガスの一部は選択的に帰還ライン１５を経て上記ガス噴射ノズル６へ送られる。
【００３０】
本実施形態では、燃料ノズルと酸化剤ノズルとは別体に形成され、それらの噴射口が別位置で炉本体に設けられていたが、それらの噴射口を近接して設け噴射流同士が直ぐに合流するようにしてもよい。噴射口よりも上流で合流、すなわち燃料と酸化剤が予混合されることは、逆火等の原因ともなるので、避けた方が良い。
【００３１】
本実施形態では炉本体１の底部の配置台２に被処理物Ｐを配置し、被処理物Ｐを包囲するように管状火炎１６を形成しているが、被処理物Ｐを炉本体１にランダムに投入し、炉本体１の中央に対して偏って被処理物Ｐが配置されていても、管状火炎１６は被処理物Ｐを包囲するように形成されるので、同様の効果が得られ、安定してガス化される。
【００３２】
また、燃料ノズル３、酸化剤ノズル４を被処理物Ｐの高さ位置に相当する高さ位置に設けずに被処理物Ｐより上方位置に設け、ガス噴射ノズル６をさらに上方に設けても、輻射による加熱や、二次流れ１８による熱の循環による加熱によって被処理物Ｐのガス化を安定して行え、炉から下流側での異常燃焼が防止できる。
【００３３】
また、炉本体出口近傍の排ガスダクト内に管状火炎を形成するように燃料ノズル３、酸化剤ノズル４を設けても、管状火炎によって残留酸素を消費して排ガス中の酸素濃度を低く抑制できるので、下流側の異常燃焼が防止できる。管状火炎で加熱するかわりに電気ヒーター等で排ガスダクト内の排ガスを加熱して同様に下流側の異常燃焼を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態装置の概要構成図である。
【図２】図１装置の炉本体について上方から見た横断面図である。
【図３】炉本体内の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  炉本体
２  配置台
３  燃料ノズル
４  酸化剤ノズル
５  包囲円
６  ガス噴射ノズル
７  大旋回流
８  排ガスライン
９  予熱装置（熱交換装置）
【図１】
2006028303.tif 000003
【図２】
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【図３】
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