(57)【要約】【課題】建築廃材、分別粗大ゴミ、間伐材などの木質系廃棄物を原料とし、原料の一部分を燃焼させ残りの部分を炭化する部分燃焼式の木質系廃棄物炭化装置において、異物を含まない良質な炭化物を安定して得ることができる木質系廃棄物炭化装置を提供する。【解決手段】流動性と異物混入が問題となる木質系廃棄物に対して、前段に流動性の悪い場合にも適用できるロータリキルン２０を設け、後段に異物除去が容易な流動層炉３０を設け、前段のロータリキルン２０と後段の流動層炉３０の２段で木質系廃棄物を炭化する。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質系廃棄物を原料とし、原料の一部分を燃焼させ残りの部分を炭化する部分燃焼式の木質系廃棄物炭化装置であって、前段にロータリキルンを備え、後段に流動層炉を備え、原料を前記ロータリキルンと前記流動層炉の２段で炭化することを特徴とする木質系廃棄物炭化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の木質系廃棄物炭化装置において、流動層炉から発生する乾留ガスを燃焼させた排ガスと、ロータリキルンから発生する乾留ガスとを混合して燃焼させるようにしていることを特徴とする木質系廃棄物炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設廃木材や間伐材などの木質系廃棄物を炭化し、工業原料、燃料、吸着剤などとしてリサイクルするための木質系廃棄物炭化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原料を炭化する炭化装置としては、原料の一部分を燃焼させ、残りの部分を炭化する部分燃焼式のものが原理は簡単であり広く実用されており、ロータリキルン式や流動層式などの単段の炭化炉によるものがある。
【０００３】
ロータリキルン式は、回転するキルンの一端より原料を投入し、炭化空気を供給して内部で原料を部分燃焼せしめ、他端より炭化物を得るものである（例えば、特許文献１参照。）。ロータリキルン式に関しては、本出願人の未公開出願である特願２００１−３７０９２０号（未公開出願１）もある。
【０００４】
流動層式は、粉砕された原料を流動化し、部分燃焼させながら炭化物を得るものである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
また、炭化物をさらに賦活し、活性炭などの吸着剤を得る場合に、流動層式が多く採用されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
そして、通常、原料には金属、石、砂などの非熱分解性の異物が混在しており、できあがった炭化物にこれらの異物が混入すると、炭化物の利用時に問題が発生するので、炭化の過程でこれらの異物が分離除去できることが求められている。これについては、流動層式が混入異物の分離回収が可能である点で優れている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２００２６６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０１０１６号公報
【非特許文献１】
安藤真一郎、外９名、「流動式ガス化溶融システムの開発」、日立造船技報、平成１０年４月、第５９巻、第１号、ｐ．３４−４０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の炭化装置によって、建築廃材、分別粗大ゴミ、間伐材などの木質系廃棄物を原料として炭化し、工業用原料、燃料、吸着剤などを製造する場合、以下の問題がある。
【０００９】
（１）流動層式の炭化炉は比重差を利用し、容易にこれらの異物を分離できる特徴を持っているが、原料となる建設廃木材には多くの紙、プラスチックが含まれており、この廃木材を炭化の前に粉砕すると紙やプラスチックが綿状となって木片に絡まり、極めて流動性の悪い状況になる。流動層式を採用する場合、原料の流動化が悪いことは致命的となる。したがって、安定した炭化を行うためには、流動層式の炭化炉に入る前に粉砕原料の流動性を高めておく必要がある。
【００１０】
（２）各種の木質系廃棄物の中には含水率の高いものがあり、発生する乾留ガスの発熱量が低く、乾留ガスを再燃焼無害化して排気することが困難となる。このような場合、従来の炭化炉では外部から助燃して乾留ガスを完全燃焼させ大気放出している。したがって、省エネルギーのためには、乾留ガスの燃焼方式を工夫して外部燃料を要しないようにする必要がある。
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、建築廃材、分別粗大ゴミ、間伐材などの木質系廃棄物を原料とし、原料の一部分を燃焼させ残りの部分を炭化する部分燃焼式の木質系廃棄物炭化装置において、異物を含まない良質な炭化物を安定して得ることができる木質系廃棄物炭化装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１３】
［１］木質系廃棄物を原料とし、原料の一部分を燃焼させ残りの部分を炭化する部分燃焼式の木質系廃棄物炭化装置であって、前段にロータリキルンを備え、後段に流動層炉を備え、原料を前記ロータリキルンと前記流動層炉の２段で炭化することを特徴とする木質系廃棄物炭化装置。
【００１４】
［２］前記［１］に記載の木質系廃棄物炭化装置において、流動層炉から発生する乾留ガスを燃焼させた排ガスと、ロータリキルンから発生する乾留ガスとを混合して燃焼させるようにしていることを特徴とする木質系廃棄物炭化装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る木質系廃棄物炭化装置は、前段にロータリキルンを備え、後段に流動層炉を備え、ロータリキルンと流動層炉の２段で原料を炭化するものである。前段のロータリキルンとしては、例えば前記特許文献１あるいは前記非公開出願１に記載のキルン式炭化炉が採用できる。後段の流動層炉としては、例えば前記特許文献２あるいは非特許文献１に記載の流動層式炭化炉が採用できる。
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら述べる。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態を示す断面図である。本発明の第１の実施形態に係る木質系廃棄物炭化装置は、ホッパ１０と、一端がホッパ１０に繋がっているロータリキルン２０と、ロータリキルン２０の他端に連結している流動層炉３０と、流動層炉３０の上部に接続している二次燃焼炉４０とにより構成されている。
【００１８】
上記のような構成の木質系廃棄物炭化装置においては、以下のようにして建築廃材などの木質系廃棄物が炭化される。
【００１９】
まず、建築廃材などの木質系廃棄物５０は粉砕されて後にホッパ１０に投入される。この状態ではビニール類などが木片にからまっていて流動性が悪いが、ロータリキルン２０は、その構造上、原料の流動性はほとんど問題にはならずに支障なく炭化することができるので、木質系廃棄物５０はそのままの状態でロータリキルン２０に投入される。
【００２０】
そして、前段のロータリキルン２０では、木質系廃棄物５０が投入されたキルン本体２１がローラ２２により支持されながら所定の方向に回転するとともに、炭化用空気供給口２３より供給された炭化用空気が空気導入路２４を経由して空気吹き込み孔２５からキルン本体２１内部に吹き込まれる。これによって、キルン本体２１内部では、木質系廃棄物５０を部分燃焼させ、発生する熱で水分を蒸発させると同時に流動性を阻害しているビニールや紙などを優先的にガス化して流動性をよくする。前段のロータリキルン２０の終了時点では、木質系廃棄物５０は完全に炭化されている必要はなく、多くの揮発分を残した状態で後段の流動層炉３０に供給する。前段のロータリキルン２０の炭化温度は４００〜５５０℃程度の比較的低温度で運転するのが好ましい。
【００２１】
そして、後段の流動層炉３０では、炉床が分散板３２になっており、炭化用空気供給口３１から供給された炭化用空気が、分散板３２の孔から炉内に吹き込まれる。流動層では比重の大きい異物は底部に滞留する特徴があり、炉内底部に設けた引き抜き孔３３よって容易に異物５２を取り出すことが可能である。この技術は、例えば前記特許文献２に記載の技術によることができる。流動層炉３０の炭化温度は炭化物の所要の品質に応じ炭化用空気の吹き込み量で調節するが、工業原料あるいは燃料を製造する場合においては、５００〜６００℃の温度で行うのが好ましい。活性炭等、吸着剤を得る場合にあっては６５０℃以上の高温度で炭化することが望ましい。このことによって、炭化物中の揮発分の多くがガス化し、比表面積が増大されて吸着性の高い炭化物（活性炭）が得られる。得られた炭化物５１は、公知の技術であるオーバーフローの原理により、炭化物取り出し口３４から取り出される。
【００２２】
そして、前段のロータリキルン２０と後段の流動層炉３０からそれぞれ発生した乾留ガスは合流して二次燃焼炉４０に導入され、二次燃焼空気供給口４１から供給された二次燃焼空気を用いて完全燃焼無害化されて、排ガス５３が排気口４２より外気放出される。
【００２３】
このように、この実施形態においては、前段に流動性の悪い場合にも適用できるロータリキルンを設け、後段に異物除去が容易な流動層炉を設けているので、前段のロータリキルンで比較的低温度で炭化し、プラスチックや紙類をガス化して流動性を高めるとともに水分を蒸発乾燥させ、後段の流動層炉で比較的高い温度で炭化し原料の炭化を完了させるとともに異物を除去することにより、木質系廃棄物から良質な炭化物を安定して得ることができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態を示す断面図である。この実施形態は、炭化物として吸着能力の高い活性炭を得たい場合に対応したものである。活性炭を得たい場合には、新鮮空気による燃焼でなく、外部燃料で熱風を製造し流動層に吹き込むことが有利である。
【００２５】
したがって、この実施形態に係る木質系廃棄物炭化装置は、前記第１の実施形態と同様に、ホッパ１０と、一端がホッパ１０に繋がっているロータリキルン２０と、ロータリキルン２０の他端に連結している流動層炉３０と、流動層炉３０の上部に接続している二次燃焼炉４０とにより構成されているとともに、流動層炉３０の炭化用空気供給口３１に熱風炉３５が接続され、炭化用空気の代わりに熱風炉３５で製造した燃焼ガスが流動層に吹き込まれるようになっている。
【００２６】
これにより、流動層炉３０の中では、熱風炉３５からの燃焼ガスが炭化物と反応してＣＯ、Ｈ２などの可燃性ガスが発生する。その結果、前段のロータリキルン２０から供給された炭化物は、その揮発分の多くがガス化して固定炭素分が多い活性炭になる。
【００２７】
なお、この場合の運転では、前段のロータリキルン２０の運転は比較的高温度で行って炭化を完了させておくことが望ましい。
【００２８】
また、前段のロータリキルン２０と後段の流動層炉３０からそれぞれ発生した乾留ガスは合流して二次燃焼炉４０に導入され、完全燃焼無害化されて外気放出される。
【００２９】
このように、この実施形態においては、流動層に熱風を吹き込むようにしているので、木質系廃棄物からの炭化物が賦活され、良質で高性能な活性炭を安定して得ることができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態を示す断面図である。この実施形態に係る木質系廃棄物炭化装置も、前記第１の実施形態と同様に、ホッパ１０と、一端がホッパ１０に繋がっているロータリキルン２０と、ロータリキルン２０の他端に連結している流動層炉３０と、流動層炉３０の上部に接続している二次燃焼炉４０とにより構成されている。
【００３１】
その際、前段のロータリキルン２０から発生する乾留ガスには多量の水分が含有されており自燃が難しい程度の発熱量のものである。これに対して、後段の流動層炉３０から発生する乾留ガスは水分が少なく、着火性の高いものである。したがって、これらの乾留ガスを混合して完全燃焼させるためには、混合前に着火性の良い流動層炉３０からの乾留ガスに着火させ、火種を作っておいてから低カロリーのロータリキルン２０からの乾留ガスを混合するほうが良い。
【００３２】
そのために、この実施形態においては、流動層炉３０の炉内上部に二次燃焼空気供給口３６を設け、炉内に二次燃焼空気を供給するようにしている。これにより、流動層から発生する乾留ガスを予め着火させてから、前段のロータリキルン２０からの乾留ガスと混合するようにしている。
【００３３】
そして、混合された乾留ガスは、二次燃焼炉４０に導入され、二次燃焼炉４０において、二次燃焼空気供給口４１より二次燃焼空気を供給して完全燃焼を完了させる。その排ガス５３は排気口４２より外気放出される。
【００３４】
このように、この実施形態においては、後段の流動層炉より発生するカロリーの高い乾留ガスを先行して着火燃焼せしめ、その高温度燃焼ガス中に前段のロータリキルンから発生する低カロリーの乾留ガスを混合した後、二次燃焼炉で二次燃焼させるようにしているので、発生する乾留ガスの着火性を改善し、自燃焼範囲を広げることができる。これにより、二次燃焼炉での助燃を不要にできるとともに、高い含水率の木質系廃棄物原料に対しても対応することができる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態を示す断面図である。この実施形態は、炭化物として吸着能力の高い活性炭を得たい場合に対応したものである。
【００３６】
この実施形態に係る木質系廃棄物炭化装置は、前述の第３の実施形態と同様に、流動層炉３０の炉内上部に二次燃焼空気供給口３６を設け、炉内に二次燃焼空気を供給して流動層炉から発生する乾留ガスを予め着火させてから、前段のロータリキルン２０からの乾留ガスと混合させ、混合された乾留ガスを二次燃焼炉４０に導入し、二次燃焼空気供給口４１より二次燃焼空気を供給して完全燃焼を完了させるようにしている。
【００３７】
そして、流動層炉３０の炭化用空気供給口３１に熱風炉３５が接続され、炭化用空気の代わりに熱風炉３５で製造した燃焼ガスが流動層に吹き込まれるようになっている。これにより、流動層炉３０の中では、熱風炉３５からの燃焼ガスが炭化物と反応してＣＯ、Ｈ２などの可燃性ガスが発生する。その結果、前段のロータリキルン２０から供給された炭化物は、その揮発分の多くがガス化して固定炭素分が多い活性炭になる。
【００３８】
このように、この実施形態においては、流動層に熱風を吹き込むようにしているので、木質系廃棄物からの炭化物が賦活され、良質で高性能な活性炭を安定して得ることができるとともに、流動層炉から発生する乾留ガスを予め着火させてから、ロータリキルンからの乾留ガスと混合させ、二次燃焼炉で完全燃焼させるようにしているので、二次燃焼炉での助燃を不要にできるとともに、高い含水率の木質系廃棄物原料に対しても対応することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明においては、流動性と異物混入が問題となる木質系廃棄物に対して、前段に流動性の悪い場合にも適用できるロータリキルンを設け、後段に異物除去が容易な流動層炉を設け、２段で木質系廃棄物を炭化するようにしているので、木質系廃棄物から良質な炭化物を安定して得ることができる。
【００４０】
さらに、流動層に熱風を吹き込むことにより、木質系廃棄物からの炭化物が賦活され、良質で高性能な活性炭を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  ホッパ
２０  ロータリキルン
２１  キルン本体
２２  ローラ
２３  炭化用空気供給口（ロータリキルン部）
２４  空気導入路
２５  空気吹き込み孔
３０  流動層炉
３１  炭化用空気供給口（流動層炉部）
３２  分散板
３３  引き抜き孔
３４  炭化物取り出し口
３５  熱風炉
３６  二次燃焼空気供給口（流動層炉部）
４０  二次燃焼炉
４１  二次燃焼空気供給口（二次燃焼炉部）
４２  排気口
５０  木質系廃棄物
５１  炭化物
５２  異物
５３  排ガス
【図１】
2004256634.tif 000003
【図２】
2004256634.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004256634.tif 000006