(57)【要約】【課題】  熱分解加工施設におけるキルン内部での乾燥、炭化等をコストの増大を伴わずに効率よく行う。【解決手段】  原料または乾燥物を乾燥炉または炭化炉で間接加熱により乾燥または炭化する際に、乾燥炉または炭化炉内に加熱した固形物を導入して原料または乾燥物を固形物により直接加熱する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転キルン方式を採用した回転自在の回転炉と、この回転炉の外周に設置された当該回転炉を外部から加熱する外部加熱手段とを有する乾燥炉または炭化炉において、
原料または乾燥物を前記乾燥炉または炭化炉で間接加熱により乾燥または炭化する際に、前記回転炉内に加熱した固形物を導入して前記原料または乾燥物を当該固形物により直接加熱することを特徴とする熱分解加工方法。
【請求項２】
前記固形物は、セラミックス、金属その他の無機化合物からなることを特徴とする請求項１に記載の熱分解加工方法。
【請求項３】
前記固形物の加熱は、前記外部加熱手段で使用された熱ガス若しくは排ガスによる加熱、または誘導加熱その他の電気的手段により行うことを特徴とする請求項１または２に記載の熱分解加工方法。
【請求項４】
前記乾燥または炭化が終了した後に、乾燥物または炭化物と前記固形物とを分離手段により分離し、分離後の固形物を再度加熱して原料の直接加熱に用いることを特徴とする請求項１〜３いすれか１項に記載の熱分解加工方法。
【請求項５】
前記固形物を、直接加熱の対象となる原料または乾燥物の乾燥炉または炭化炉内での温度以上に加熱することを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の熱分解加工方法。
【請求項６】
回転キルン方式を採用した回転自在の回転炉と、この回転炉の外周に設置された当該回転炉を外部から加熱する外部加熱手段とを有する乾燥炉および炭化炉を備える熱分解加工施設において、
固形物を蓄積し加熱する手段と当該固形物を前記乾燥炉に導入する手段とを設け、
原料または乾燥物を前記乾燥炉または炭化炉で間接加熱により乾燥または炭化する際に、前記回転炉内に加熱した固形物を導入して前記原料または乾燥物を当該固形物により直接加熱することを特徴とする熱分解加工施設。
【請求項７】
前記固形物は、セラミックス、金属その他の無機化合物からなることを特徴とする請求項６に記載の熱分解加工施設。
【請求項８】
前記固形物の加熱は、前記外部加熱手段で使用された熱ガス若しくは排ガスを用いた加熱、または誘導加熱その他の電気的手段により行うことを特徴とする請求項６または７に記載の熱分解加工施設。
【請求項９】
前記乾燥または炭化が終了した後に、乾燥物または炭化物と前記固形物とを分離手段により分離し、分離後の固形物を再度加熱して原料の直接加熱に用いることを特徴とする請求項６〜８いすれか１項に記載の熱分解加工施設。
【請求項１０】
前記固形物を、直接加熱の対象となる原料または乾燥物の乾燥炉または炭化炉内での温度以上に加熱することを特徴とする請求項６〜９いずれか１項に記載の熱分解加工施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
各種の有機性物質を含む原料(各種の有機物を含む固形物、各種汚泥、土壌など)を熱分解反応により減容、減量化する施設に係り、特に、間接加熱によるロータリーキルン内の原料と直接接触して原料を内部からも加熱して熱分解加工する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に配慮する観点から、各種原料(被処理物)である、各種汚泥、土壌、土砂その他の各種有機性物質を間接加熱による還元性の雰囲気において熱分解反応させ、乾燥、炭化、灰化、浄化などの加工を行う技術がさかんに開発されている。
【０００３】
下水汚泥などの含水量の高い原料を乾燥させる場合には、キルン外部から間接加熱による加熱のみでは乾燥に必要な熱エネルギーの伝達が不足する事態が生じる可能性がある。
【０００４】
この問題を解決するためには、キルンの大径化、高温化、滞留時間の延長などの方法が考えられるがコストの増加などの新たな問題を生じさせていまう。
【０００５】
そこで、円筒形状の回転キルンにおける加熱効率を向上する技術がいくつか開示されている。例えば、キルン内に輻射加熱筒を設けて、伝熱による直接加熱と熱輻射とにより原料を炭化する技術がある(例えば、特許文献１、２参照。)が、これらの技術では、原料は輻射加熱筒により間接加熱されるのみであるから伝熱効率の向上には限界がある。
【０００６】
そこで、原料と直接接触する固形状の塊を原料に混入して、原料の攪拌と加熱を試み、キルン内部に固形物(鋼球)を導入して原料を攪拌し伝熱効率の向上を図った技術が開示されている(例えば、特許文献３、４参照。)。
【特許文献１】特開２００２−１２８７５号公報
【特許文献２】特開２００２−１１４５１号公報
【特許文献３】特開平６−１５２４９号公報
【特許文献４】特開２００３−１９４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これらの技術ではキルン内部の固形物はキルンの壁面のみの伝熱により加熱されることから、この固形物の加熱には限界があり原料への伝熱効率の向上と熱分解反応の促進においてはそれほどの効果は期待できない。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、上記の課題を解決した、キルン内部に加熱した固形物を導入し、原料に加熱固形物を直接接触させて熱エネルギーを直接原料に伝達することのできる熱分解加工技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで上記課題を解決するために、請求項１に記載の熱分解加工方法は、回転キルン方式を採用した回転自在の回転炉と、この回転炉の外周に設置された当該回転炉を外部から加熱する外部加熱手段とを有する乾燥炉または炭化炉において、原料または乾燥物を前記乾燥炉または炭化炉で間接加熱により乾燥または炭化する際に、前記回転炉内に加熱した固形物を導入して前記原料または乾燥物を当該固形物により直接加熱することを特徴とする。
【００１０】
また請求項２に記載の熱分解加工方法は、請求項１において、前記固形物は、セラミックス、金属その他の無機化合物からなることを特徴とする。
【００１１】
また請求項３に記載の熱分解加工方法は、項１または２において、前記固形物の加熱は、前記外部加熱手段で使用された熱ガス若しくは排ガスによる加熱、または誘導加熱その他の電気的手段により行うことを特徴とする。
【００１２】
また請求項４に記載の熱分解加工方法は、請求項１〜３において、前記乾燥または炭化が終了した後に、乾燥物または炭化物と前記固形物とを分離手段により分離し、分離後の固形物を再度加熱して原料の直接加熱に用いることを特徴とする。
【００１３】
また請求項５に記載の熱分解加工方法は、請求項１〜４において、前記固形物を、直接加熱の対象となる原料または乾燥物の乾燥炉または炭化炉内での温度以上に加熱することを特徴とする。
【００１４】
また請求項６に記載の熱分解加工施設は、回転キルン方式を採用した回転自在の回転炉と、この回転炉の外周に設置された当該回転炉を外部から加熱する外部加熱手段とを有する乾燥炉および炭化炉を備える熱分解加工施設において、固形物を蓄積し加熱する手段と当該固形物を前記乾燥炉に導入する手段とを設け、原料または乾燥物を前記乾燥炉または炭化炉で間接加熱により乾燥または炭化する際に、前記回転炉内に加熱した固形物を導入して前記原料または乾燥物を当該固形物により直接加熱することを特徴とする。
【００１５】
また請求項７に記載の熱分解加工施設は、請求項６において、前記固形物は、セラミックス、金属その他の無機化合物からなることを特徴とする。
【００１６】
また請求項８に記載の熱分解加工施設は、請求項６または７において、前記固形物の加熱は、前記外部加熱手段で使用された熱ガス若しくは排ガスを用いた加熱、または誘導加熱その他の電気的手段により行うことを特徴とする。
【００１７】
また請求項９に記載の熱分解加工施設は、請求項６〜８において、前記乾燥または炭化が終了した後に、乾燥物または炭化物と前記固形物とを分離手段により分離し、分離後の固形物を再度加熱して原料の直接加熱に用いることを特徴とする。
【００１８】
また請求項１０に記載の熱分解加工施設は、請求項６〜９において、前記固形物を、直接加熱の対象となる原料または乾燥物の乾燥炉または炭化炉内での温度以上に加熱することを特徴とする。
【００１９】
請求項1または６においては、従来の間接加熱に加え、加熱された固形物による直接加熱によっても原料または乾燥物を加熱することができるため、原料の乾燥または乾燥物の炭化をコストの増大を伴わずに効率よく行うことができる。
【００２０】
請求項２または７において、用いる無機化合物については熱容量、比重、比熱の大きいものが好ましい。また、重金属などの有害な物質が回収した炭化物中に残存しないものを用いるものとする。
【００２１】
請求項３または８において、固形物に金属を用いた場合には誘導加熱などの電気的加熱手段により固形物を加熱することができる。
【００２２】
請求項４または９において、分離手段にはメッシュ状の部材を用いて、乾燥物または炭化物はこのメッシュを通過し、固形物についてはメッシュを通過せずに残存させることにより分離を行うことができる。従って、固形物はメッシュを通過しない大きさのものを用いる必要がある。
【００２３】
また、固形物に鉄、コバルト、ニッケル等を用いているとき、または固形物に鉄、コバルト、ニッケル等を混入させているときには、磁気吸着により固形物を吸着分離することが可能である。
【００２４】
請求項５または１０において、原料または乾燥物の乾燥または炭化を直接加熱するためには固形物を少なくとも原料または乾燥物よりも高温にする必要がある。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、回転炉内に加熱した固形物を導入して原料または乾燥物を直接加熱することができ、効率よく原料の乾燥または乾燥物の炭化を促進することができる。
【００２６】
このため原料の含水率の変動があっても、この変化に容易に対応することができ、安定した熱分解加工を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２８】
図１は本発明の熱分解処理施設の概略構成図である。図１において、乾燥炉１は回転キルン方式を採用し、回転自在の回転炉１１と、回転炉１１の外周にガスダクトを形成し、熱風ガスを導入して回転炉１１を外部から加熱する外部加熱手段としての加熱ジャケット１２と、回転炉１１を両端側で回転自在に支承する複数の支持ローラ１１０と、回転炉１１を回転駆動する回転駆動源１１１と、を具備する。尚、熱風ガスは、熱風炉２４から導入している。
【００２９】
回転炉１１は、その一端側に原料を搬入する供給口を、また他端側に排出口を設け、回転体１１内部には搬送物を攪拌搬送するための送り羽根が複数枚具備する。そして、ダクト１０から供給された原料を、供給口側から回転炉１１に導入し、回転炉１１の回転によって、原料を撹拌しながらの排出口側への移送を可能とさせている。また、ダクト１０には、原料を投入するホッパー設備１０１が設けられる。
【００３０】
このダクト１０に開閉バルブ８１を備えた水分蒸発促進材蓄積部８２を設置する。この水分蒸発促進材蓄積部８２には回転炉１１内に導入された原料を効率よく加熱するために当該原料と一緒に回転炉１１に導入する水分蒸発促進材が蓄積されいる。回転炉１１内での原料に対する伝熱効率を向上させるために水分蒸発促進材を水分蒸発促進材蓄積部８２内で加熱してから回転炉１１に導入するが、この加熱のために、加熱ジャケット１２から排出される熱風ガスの一部を水分蒸発促進材蓄積部８２に導入している。この加熱に使用された熱風ガスは水分蒸発促進材蓄積部８２からガス燃焼炉６または熱風炉２４に導入される。
【００３１】
水分蒸発促進材蓄積部８２内で加熱された水分蒸発促進材は開閉バルブ８１を操作することにより原料と一緒に回転炉１１に導入される。この水分蒸発促進材を導入することにより、回転炉１１における間接加熱に加え、水分蒸発促進材による直接加熱により原料を加熱することができ、原料の乾燥を促進することができる。
【００３２】
なお、キルン加熱が５００℃であった場合には、一般的に原料のキルン壁に接触していない表面の温度は約１００℃である。したがってこのような場合には、原料を直接加熱するために、水分蒸発促進材を水分蒸発促進材蓄積部８２内において１００℃以上の温度に加熱してから回転炉１１に供給する必要がある。
【００３３】
炭化炉２は、乾燥炉１にて原料を乾燥処理して得た乾燥物を熱分解処理する手段で、回転キルン方式を採用し、乾燥炉１と同様の構成をなし、回転炉２１と加熱ジャケット２２とダクト２３とを備える。
【００３４】
水分蒸発促進材を導入することにより、炭化炉２の回転炉２１においても乾燥物を直接加熱することができ、乾燥物の熱分解による炭化を促進することができる。
【００３５】
乾燥炉１と炭化炉２は、図示されたように、炭化炉２の供給口が乾燥炉１の排出口と連絡するように配置される。このとき、乾燥炉１の排出口と炭化炉２の供給口には、これら排出口と供給口を覆って連通する連絡ダクト２０が設けられる。連絡ダクト２０には、乾燥炉１及び炭化炉２内で発生したガスをガス燃焼炉６に移送するための経路が接続されている。また、連絡ダクト２０内には、原料を乾燥した乾燥物を炭化炉２に誘導するためのガイド２０１が設けられている。
【００３６】
熱風炉２４は、熱風ガスを供給するための手段で、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナーを備えている。熱風ガスは、循環ブロア１３によって炭化炉２の加熱ジャケット２２に供され、回転炉２１を加熱した後に、乾燥炉１の加熱ジャケット１２内に供給され、回転炉１１を加熱する。加熱ジャケット１２から排出された熱風ガスは排気されるが、一部のガスはエゼクタブロア１４によってガス燃焼炉６におけるエゼクタ駆動ガスとして利用に供される。
【００３７】
また、熱風ガスは、温度調整用の空気が注入され、ガス温度が適宜調整される。例えば、原料が脱水汚泥である場合、原料は乾燥炉１において例えば例えば３５０℃で間接加熱され、次いで炭化炉２において例えば６５０℃で間接加熱される。このようにして、乾燥炉１内に導入された原料は乾燥処理され乾燥物となる。また、炭化炉２内に導入された乾燥物は熱分解処理されて炭化物となる。
【００３８】
ガス燃焼炉６は、乾燥炉１で発生した水蒸気及び熱分解炉２で発生した熱分解ガスを、一定の雰囲気及び滞留時間のもとで（例えば、８００℃以上の雰囲気、より具体的には、例えば約８５０℃の雰囲気で２秒以上の滞留時間）燃焼し、無害化処理する。このとき、いずれの被処理ガスにも、系外から燃焼補助のために空気が適宜導入される。
【００３９】
ガス燃焼炉６は、導入したガスを燃焼するガス燃焼室を備える。ガス燃焼室においては、水蒸気及び熱分解ガスを、エゼクタ６０を介して導入し、燃焼バーナーによって混合燃焼する。このとき、熱分解ガスが充分発生している場合には、燃焼バーナーによる燃焼は、燃料の供給を絞ることにより適宜制限される。
【００４０】
ガス燃焼炉６にて燃焼処理したガスは、空気を冷却媒体とする気体−気体熱交換方式の熱交換器７によって２００〜１５０℃程度までに冷却処理される。このとき、被冷却ガスには新鮮な空気が適宜供給され、ガス温度が適切に調整される。そして、冷却されたガスは、バグフィルタ７１に供した後、ブロア７２によって煙突７３から大気に開放している。尚、本実施形態においては、熱交換器７にて加熱された空気は、熱風炉２４での熱風ガスの生成や乾燥炉１の加熱ジャケット１２に供される熱風ガスとしての利用に供している。
【００４１】
炭化炉２で得た炭化物および水分蒸発促進材はダクト２３で空気や水等の冷媒を用いて冷却された後、ダクト２３内に設置された分離手段８３により炭化物と水分蒸発促進材とを分離する。
【００４２】
この分離手段８３はスクリューコンベアの案内溝の下部をメッシュ状にすることにより実現できる。すなわち、炭化物はこのメッシュの隙間から落下して袋詰め等により回収されるが、水分蒸発促進材はこのメッシュの隙間よりも径が大きいため落下せず、スクリューコンベアにより水分蒸発促進材蓄積部８２に移送され、再び上記の使用に供される。
【００４３】
また、乾燥炉１と炭化炉２との間(連結ダクト２０内であってもよい)に上記分離手段８３を設置して、乾燥炉１で得られた乾燥物と水分蒸発促進材とを分離してから、乾燥物のみを炭化炉２に移送して炭化処理を行うこともできる。この場合にも分離された水分蒸発促進材はスクリューコンベアにより水分蒸発促進材蓄積部８２に移送され再び上記の使用に供される。
【００４４】
なお、上記のスクリューコンベアの案内溝の下部をメッシュ状にする分離手段８３により乾燥物または炭化物と水分蒸発促進材とを分離できないときであって、水分蒸発促進材に鉄、コバルト、ニッケル等を用いているとき、または水分蒸発促進材に鉄、コバルト、ニッケル等を混入させているときには、磁気吸着により水分蒸発促進材を吸着分離することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】熱分解処理施設の概略構成図。
【符号の説明】
【００４６】
１…乾燥炉、１１…回転炉、１２…加熱ジャケット、１３…循環ブロア、１４…エゼクタブロア
２…炭化炉、２１…回転炉、２２…加熱ジャケット、２３…ダクト、２４…熱風炉
１０…ダクト、１０１…ホッパー設備、１１０…支持ローラ、１１１…回転駆動源
２０…連絡ダクト、２０１ガイド
６…ガス燃焼炉
７…熱交換器、７１…バグフィルタ、７２…ブロア、７３…煙突
８１…開閉バルブ、８２…水分蒸発促進材蓄積部、８３…分離手段
【図１】
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