(57)【要約】【課題】簡易な装置構成でありながら、炭化物や熱分解ガスを効率よく回収できるリサイクル炉を提供する。【解決手段】上側に設けられる反応室１ｂと、下側の設けられる燃焼室１ａとが、燃焼排ガスを通過させる火格子５を介して上下に区画される。この火格子は多数の開口が形成されて構成され、加圧条件下、前記燃焼室からの燃焼排ガスの整流作用を実現している。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、
前記火格子は、多数の開口が形成されて構成され、加圧条件下、前記燃焼室からの燃焼排ガスの整流作用を実現していることを特徴とするリサイクル炉。
【請求項２】
上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、
前記燃焼室では、少なくとも平面ほぼ全域を網羅する流路を形成するチューブ部材の内部で燃焼反応が実現され、燃焼排ガスを前記チューブ部材から噴出させて運転することを特徴とするリサイクル炉。
【請求項３】
高分子化合物を処理対象とし、熱分解ガスと炭化物とを生成している請求項１又は２に記載のリサイクル炉。
【請求項４】
前記高分子化合物には、特定の限定された金属成分のみが含有されている請求項１〜３の何れかに記載のリサイクル炉。
【請求項５】
上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画されたリサイクル炉の加熱方法であって、
前記燃焼室の平面ほぼ全域を網羅する流路を形成するチューブ部材を配置し、前記チューブ部材の内部で燃焼反応が実現され、燃焼排ガスを前記チューブ部材から噴出させるようにしているリサイクル炉の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、効果的な熱分解処理を実現するリサイクル炉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業廃棄物の処理法として、回収したプラスチック製品を熱分解して熱分解ガスと炭化物を生成する各種の方法が知られている（例えば、非特許文献１、及び特許文献１，２参照）。なお、本明細書では、他の文献での記載振りに拘わらず、余剰酸素のない状態で対象物を熱分解させることを炭化処理と称し、炭化処理を実現する炉を炭化炉と称する。この用法に対応して、多少の余剰酸素を供給して対象物を熱分解させることを乾留処理と称し、乾留処理を実現する炉を乾留炉と称する。
【０００３】
そして、炭化炉からは熱分解ガスが発生し、炭化処理が完了すると炭化物が生成され、一方、乾留炉からは乾留ガスが発生し、乾留処理が完了すると灰化物が生成される。また、本明細書でリサイクル炉とは、炭化炉と乾留炉とを少なくとも含み、可燃ガスとは、熱分解ガスと乾留ガスとを少なくとも含んでいる。
【０００４】
【非特許文献１】
特許庁ホームページ・技術分野別特許マップ作成テーマ一覧（９４テーマ）・機械  ６  焼却炉技術・１．３．３  乾留ガス化燃焼技術・ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｐｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｉｎｄｅｘｊ．ｈｔｍ
【特許文献１】
特開２００１−１８２９３５号
【特許文献２】
特開２００１−２４１６３２号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の焼却炉は、産業廃棄物として回収されてくる雑多なプラスチック製品を処理対象とする関係から、装置構成が複雑かつ高価とならざるを得ず、それでいて炭化物や熱分解ガスの回収効率も満足できるものではなかった。
【０００６】
この発明は、この問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な装置構成でありながら、炭化物や熱分解ガスを効率よく回収できるリサイクル炉を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に係るリサイクル炉は、上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、前記火格子は、多数の開口が形成されて構成され、加圧条件下、前記燃焼室からの燃焼排ガスの整流作用を実現している。なお、ここで加圧条件下とは、燃焼室と反応室に差圧が生じる状態を意味する。
【０００８】
請求項１に係る発明では、燃焼室に発生する燃焼火炎によって輻射伝熱が実現されると共に、高温の燃焼排ガスによって処理対象物への対流伝熱が実現される。また、請求項１に係る発明に係る火格子は、多数の開口が形成されて構成され、加圧条件下、燃焼排ガスの整流作用を実現しているので、燃焼火炎に局部高温部が発生しても、反応室の特定の流路にだけ燃焼排ガスが流通するようなことがなく温度むらの発生を防止できる。
【０００９】
請求項２に係るリサイクル炉は、上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画され、前記燃焼室では、少なくとも平面ほぼ全域を網羅する流路を形成するチューブ部材の内部で燃焼反応が実現され、燃焼排ガスを前記チューブ部材から噴出させて運転する。
【００１０】
チューブ部材は、蛇行状又は渦巻き状に流路を形成するのが典型的である。何れにしても、その流路は、少なくとも燃焼室の平面ほぼ全域を網羅するので、チューブ表面からの均等な輻射伝熱が実現され、かつ噴出する燃焼排ガスによって対流伝熱が実現される。また、チューブ部材の内部で燃焼反応が実現されるので、溶融した高分子化合物からの熱分解ガスが燃焼することもない。
【００１１】
請求項５に係る発明は、上側に設けられる反応室と、下側に設けられる燃焼室とが、燃焼排ガスを通過させる火格子を介して上下に区画されたリサイクル炉の燃焼方法であって、前記燃焼室の平面ほぼ全域を網羅する流路を形成するチューブ部材を配置し、前記チューブ部材の内部で燃焼反応が実現され、燃焼排ガスを前記チューブ部材から噴出させるようにしている。この発明も上記した請求項２の発明と同様の効果を奏する。
【００１２】
上記各請求項に係る発明では、高分子化合物を処理対象とし、炭化物と熱分解ガスとを生成するのが好適である。ここで高分子化合物とは、典型的にはプラスチック材であり、好ましくは塩素分を含まないプラスチック材である。この高分子化合物には、何らかの金属成分を有意な量だけ含有しているのが好適である。特定の限定された金属成分のみが含有されている場合が更に好適であり、一種類の金属成分のみが含有される場合が最適である。
【００１３】
上記各請求項に係る発明は、製造工場や加工工場などの同一施設から定常的に排出される特定の高分子化合物の処理に好適に適用されるが、同一施設から排出されるものに限らず、ほぼ正確に分別された高分子化合物の処理に適用するのも好適である。この場合、高分子化合物は同一種類のものに分別されるべきであるが、組成の共通性までは問わない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に係るリサイクル炉１に基づいて説明する。図１は、リサイクル炉１を用いたリサイクル装置ＥＱＵを示す概略図である。このリサイクル装置ＥＱＵは、炭化炉として機能するリサイクル炉１と、リサイクル炉１で生成された熱分解ガスを燃焼させる混焼炉２と、混焼炉２から排出される燃焼排ガスにより蒸気を生成する排ガスボイラ３と、排ガスボイラ３への給水を予備加熱するエコノマイザ４とを中心的に備えている。
【００１５】
リサイクル炉１は、この実施例では略円筒形に形成され、円盤状の火格子５を介して上下に区画されている。そして、火格子５の下部には、耐火材に囲まれた燃焼室１ａが形成され、火格子５の上部には、廃棄物たるプラスチック材を収納する反応室１ｂが形成されている。そして、円盤状の火格子５には、多数の開口がほぼ均一に形成されてリサイクル炉１の上下を連通させている。
【００１６】
燃焼室１ａは、メンテナンス性の観点から、８０ｃｍ程度の高さに形成されており、水平方向の一方側には、ガス燃料と燃焼用空気の導入部６が設けられ、他方側に点検扉７が設けられている。第１実施例（図２参照）の場合には、導入部６には拡散型ガスバーナが配置されており、送風機８によって必要最小限の燃焼用空気が供給されると共に、制御弁Ｖ１を介してガス燃料（例えば、都市ガス１３Ａ）が供給されている。
【００１７】
一方、反応室１ｂには、処理対象物の投入時に開放される上部開閉扉１０と、反応室１ｂから発生する熱分解ガスの導出部１１と、火格子５の上に残る金属成分や炭化物などを回収するための取出部１２とが設けられている。
【００１８】
図２（ａ）は、第１実施例の燃焼室１ａについて、点検扉７から導入部６の方向を見た概略図である。図示の通り、燃焼室１ａのほぼ中央には、ガス燃料の吐出口１３が配置される。また、燃焼室１ａの底部は、中央に向けて下り勾配で傾斜する傾斜面が、ガス燃料の吐出方向に向けて延設されており、断面視で逆台形状に形成されている。そのため、液化して火格子５から垂れ落ちたプラスチック材Ｐなどは、底部の中央位置に集められることになり、火炎部Ｆからの輻射熱が有効に伝わることになる。
【００１９】
前記吐出口１３からのガス燃料は、燃焼用空気と混合されて燃焼し、輻射伝熱と対流伝熱とによって反応室１ｂ内のプラスチック材を有効に加熱する。但し、燃焼室１ａには、必要最小限の空気しか供給されないので、反応室１ｂには酸素を含まない熱風が出力され、その結果、プラスチック材が熱分解されて水素やメタンなどの熱分解ガスが生成されることになる。
【００２０】
第１実施例の燃焼室１ａの場合、火格子５には小径の開口が多数形成され、これに対応して、拡散型ガスバーナの吐出圧は、充分高く設定されている。そのため、多数の開口から勢い良く噴出される熱風は、反応室１ｂの全体に均一に行き渡ることになりプラスチック材の熱分解を有効に促進する。つまり、第１実施例の場合、火格子５の開口が小径である分だけ圧損が生じるが、反応室１ｂに導入される熱風に対して整流作用を発揮することになる。なお、火格子５の開口が大きい場合には圧損が減少するものの、火炎の局部高温部などによって形成された特定の流路に、全ての熱風が偏流する可能性があり不適である。
【００２１】
図３及び図４は、ラジアント・チューブ・バーナ（ｒａｄｉａｎｔ  ｔｕｂｅ  ｂｕｒｎｅｒ）を用いる第２実施例の燃焼室１ａを図示したものである。図３（ａ）に示すように、図示のラジアント・チューブＴＵは、３本の曲管ＲＡ１０〜ＲＡ１２と、４本の直管ＲＡ２０〜ＲＡ２３とを蛇行状に接続して、燃焼室１ａの全域に広がって配置されており、チューブ表面が熱源となって熱分解処理を実現する。そして、ガス燃料と空気の混合気が着火されてなる燃焼ガスは、基端側の直管ＲＡ２０から先端側の直管ＲＡ２３に向けて流通される。
【００２２】
先端側の直管ＲＡ２３の側面には、ほぼ全長にわたって、長さ方向の開口溝Ｈ１，Ｈ２が２つ形成されている。図３（ｂ）に示すように、第１の開口溝Ｈ１は水平方向に向けて開口しており、第２の開口溝Ｈ２は斜め下方に向けて開口している。そのため、直管ＲＡ２０から導入された燃焼ガスはラジアント・チューブＴＵを流通する過程で燃焼反応を終え、その燃焼排ガスが直管ＲＡ２３の開口溝Ｈ１，Ｈ２を通して、ほぼ水平方向と斜め下方に向けて噴出されることになる。そして、燃焼室１ａの底部は中央に向けて下り勾配の傾斜面が、直管ＲＡ２０、ＲＡ２１、ＲＡ２２、ＲＡ２３と直交する方向に向けて延設されている。そのため、液化して火格子５から垂れ落ちたプラスチック材Ｐなどは、底部の中央部に集められることになり、ラジアント・チューブＴＵからの輻射熱が有効に伝わることになる。
【００２３】
燃焼室１ａに噴出された熱風（燃焼排ガス）は、燃焼室１ａから反応室１ｂに導入されるが、第２実施例の場合には、火格子５には大径の開口が形成されており、殆ど圧損を生じることなく反応室１ｂに導入される。この第２実施例では、ラジアント・チューブＴＵが、燃焼室１ａの全域に広がって配置されているので、ほぼ均等な輻射伝熱を実現することができ、しかも、第１実施例のように、燃焼室１ａに火炎が噴出しないので、局部高温の部分が発生せず、偏流のおそれがないので、火格子５の開口を大径に設定できるのである。
【００２４】
また、第２実施例のように、ラジアント・チューブ・バーナを用いる場合には、反応室１ｂから垂れ落ちる液状のプラスチック材Ｐは、ラジアント・チューブＴＵに接触するか床面に落下してから気化するが、この熱分解ガスが燃えることなく混焼炉２へ導入されるので、この点でも好適である。この実施例における燃焼室１ａの温度は、７００℃程度に設定されている。
【００２５】
以下、実施例に係るリサイクル炉１を用いたリサイクル装置ＥＱＵについても説明しておく。図１に示すように、混焼炉２は、燃焼空間の一方側に拡散型ガスバーナ１４を備えて構成されている。拡散型ガスバーナ１４の構成は特に限定されないが、例えば、図５に示すように、二重管１５の内管１５ａにリサイクル炉１の熱分解ガスを導入する一方、二重管の外管１５ｂには二次燃料たるガス燃料を導入している。これらの燃料は、外管１５ｂに延設される拡径部１６に向けて吐出され、拡径部１６の側面から導入される燃焼用空気と混合されて燃焼する。そして、拡径部１６の側面には、送風機１７によって燃焼用空気が供給されている。
【００２６】
リサイクル炉１は、主として炭化炉として機能するので、リサイクル炉１から出力される熱分解ガスと、外管１５ｂに供給されているガス燃料とが混合状態で燃焼されることになる。具体的には、混焼炉２の出力部に配置された温度センサＴＥ及び制御部ＣＴＬ２によって制御弁Ｖ２が制御されて、燃焼排ガスの温度が８００℃以上に管理されている。また、燃焼ガス（燃焼火炎及び燃焼完了ガス）の滞留時間が２秒以上となるように、混焼炉２の容積や燃焼用空気の供給量などが設定されている。
【００２７】
排ガスボイラ３は、混焼炉２の上部に連設して一体的に保持されている。排ガスボイラ３の構成は特に限定されないが、この実施例では、図６に示すような貫流ボイラを使用している。この貫流ボイラは、上部管寄せ１７Ａと下部管寄せ１７Ｂとの間に多数の垂直水管１８・・・１８を接続した構成であり、下部管寄せ１７Ｂに給水を行い、垂直水管１８を上昇する間に気水混合状態とし、これを上部管寄せ１７Ａから気水分離器１９に送り込み分離して蒸気を得るものである。
【００２８】
図６（ｂ）に示す通り、垂直水管１８は、円環状に配置された内側水管群１８Ａと外側水管群１８Ｂの二重構造になっている。そして、混焼炉２の排ガス出口から導入された燃焼排ガスは、内側水管群１８Ａの一方側に形成されたガス入口２０から内外の水管群１８Ａ，１８Ｂの隙間を流通し、外側水管群１８Ｂの他方側に形成されたガス出口２１から導出される。ガス出口２１から導出された燃焼排ガスは、エコノマイザ４で更に熱交換した後、誘引ファン２２によって煙突２３に導出されて大気に放出される。
【００２９】
続いて、実施例に係るリサイクル炉１を活用するリサイクル装置ＥＱＵの動作内容を説明する。ここでは、スナック菓子などで利用される、アルミウム箔の上下にプラスチック膜を積層してなるシート材等の製造工場であって、一日に排出されるシート材の切れ端をバッチ的に処理する場合を説明する。
【００３０】
このような場合には、前日に排出されたシート材の廃棄物を反応室１ｂに投入した後、扉７，１０及び取出部１２を閉鎖した状態で、制御弁Ｖ１を開放して燃焼室１ａにガス燃料を導入し、送風機８によって必要最小限の燃焼用空気を供給しつつガス燃料に着火する。この場合、反応室１ｂの温度は、予め設定されている燃焼量に基づき、高分子化合物（プラスチック）の熱分解温度（３００〜４００℃）以上であって、含有金属（アルミニウム）の融点（７００℃）未満に維持される。
【００３１】
このように、殆ど酸素を含まない所定温度域の熱風が反応室１ｂを流通することにより、プラスチック材が熱分解され水素やメタンなどの熱分解ガスが生成される。リサイクル炉１で生成された熱分解ガスは、混焼炉２に導入されて、別に導入されるガス燃料と混合されて燃焼される。このような動作の結果、反応室１ｂのプラスチック材は熱分解処理されて、過剰の炭素分が炭化物として残存することになる。また、プラスチック製フィルムに含まれるアルニミウムは、溶融することなくパサパサ状態のアルミ箔として残存する。
【００３２】
したがって、リサイクル炉１が冷えた状態で、アルミニウムを回収し、有価物として流通させることができる。また、炭化物についても、そのまま回収した状態、もしくは造粒後に有価物として流通させることが可能となる。ところで、以上の説明では、便宜上、リサイクル炉が理想的な炭化炉として機能するものとして説明したが、リサイクル炉を乾留炉として機能させることを何ら禁止するものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な装置構成でありながら、炭化物や熱分解ガスを効率よく回収できるリサイクル炉を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係るリサイクル炉を使用するリサイクル装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】第１実施例の燃焼室を図示した概略図である。
【図３】第２実施例の燃焼室を示す概略平面図である。
【図４】第２実施例の燃焼室を図示した概略図である。
【図５】拡散型ガスバーナの構成を示す概略図である。
【図６】排ガスボイラの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ａ    燃焼室
１ｂ    反応室
５      火格子
ＴＵ      チューブ部材（ラジアント・チューブ）
【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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【図６】
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