(57)【要約】【課題】  外部電気加熱式ロータリーキルンを用いた加熱処理において、迅速に炉内温度を所定温度まで下げて、低温熱処理物を安定して提供する製造装置を提供する。【解決手段】  ロータリーキルンの加熱炉本体と断熱層の空間に、空気口、エアポンプ、空気バルブ、配管から構成される冷却手段を取り付け、適宜冷却用空気を送風することによって、炉内温度が１５０〜４００℃の範囲内の所定温度を超えないように迅速に加熱炉を冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電気加熱式ロータリーキルンにおいて、炉本体と断熱層との間の空間の前部、中央部、後部の少なくとも一以上のか所に配管を挿入し、該配管に空気バルブ、エアーポンプ及び冷却用空気口を連結した冷却手段を取り付けたことを特徴とする低温熱処理物の製造装置。
【請求項２】
前記装置の炉内温度が１５０〜４００℃の範囲内の目標とする所定温度を超えないように、炉内温度を注視しながら前記配管を組み合わせて空気口から冷却用空気を炉体と断熱層の間の空間に送風することによって、空間内の加熱された空気を冷却用空気と共に空間末端の隙間から外部へ直接放出し、炉内温度を迅速に所定温度まで冷却することを特徴とする請求項１に記載の低温熱処理物の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、木材や農産廃棄物など植物性バイオマスを低温度で加熱処理する低温熱処理物の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  木材などのバイオマスは、空気の制限された雰囲気下４００℃以上の高温度で加熱されると、昔から知られている木炭に変わるのに対し、空気が存在する雰囲気下４００℃以下の低温度で加熱されると、木材や木炭などと異なる新たな低温熱処理物に変化する。その熱処理物の性質は加熱温度によって異なり、用途もそれらの性質に応じて変わる。例えば、１５０〜３５０℃の低温度で加熱されると、腐りにくい土壌改良材や耐久性の高い土木・建築資材、雑草防止材、色調の美しいマルチング材など（例えば特許文献１参照）に、また２５０〜４００℃の低温度で加熱されと、悪臭ガスの優れた脱臭材や金属吸着材、イオン交換材、触媒（例えば特許文献２参照）などに変わる。このように、空気存在下１５０〜４００℃の低温度で加熱された製品が、既存特許等に記載される低温熱処理物である。【０００３】  木材などを、空気存在下４００℃以下の低温度領域の任意の所定温度で加熱することは、実験室的には容易である。しかし、工業生産の場合、製造工程の加熱手段を高温度の燃焼熱とするならば、４００℃以下の低い温度で加熱することは困難であるが、外部電気加熱式ロータリーキルンを用いれば、電気加熱のため加熱温度を１５０〜４００℃の間の任意の温度で加熱することが可能で、バイオマスの低温熱処理物を製造することができる（例えば特許文献１、特許文献２、非特許文献１参照）。【０００４】  従来の外部電気加熱式ロータリーキルンの加熱手段は、炉体外部の電気ヒータからのヒータ熱と原料の熱分解に伴う自己発熱である。ヒータ熱と自己発熱は一体となって、一部は原料に蓄熱され、一部は断熱層及び排煙口から外部へ放熱され、その蓄熱と放熱のバランスが炉内温度となって観測されている。
炉内には炉内温度計を前部、中央部、後部など数か所に取り付け連続的に炉内温度を測定すると同時に、電気ヒータと連動して炉内温度が前部から後部に向かって徐々に上昇し、後部領域に達すると所定温度が維持されるように設定されている。【０００５】  しかし、ヒータ熱と原料の自己発熱は等しく機能しているのではなく、中央部から後部にかけては自己発熱の比率が大きくなって行くため、ヒータ熱のＯＮ、ＯＦＦだけで炉内温度を制御することは困難になり、所定温度を超える場合がある。このような場合は、放熱速度を速めて迅速に温度低下を図ることが必要である。【０００６】  外部への放熱は排煙口を通る放熱と、炉本体から外周の断熱空間及び断熱層を通る放熱である。前者の放熱は排煙ファンの吸引力に基づくもので、この吸引力を高めれば放熱速度が増加し高過ぎる温度を下げることができる。しかし、吸引力の大きな変動は炉内の気流状態を乱し、炉内温度の設定条件を変更しなければならぬため好ましい方法ではない。
後者の断熱層を通す放熱は、熱伝導率の低い断熱層を通すため、炉内温度の低下に時間を要する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３０５７５６１号公報
【特許文献２】特許第３１３８７４９号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】竹内他、木質炭化学会誌、Ｖｏｌ５，Ｎｏ．２，ｐ．６４，２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  特許文献１は、木材を１５０〜３５０℃の低温度で加熱すると、熱処理物の用途は腐りにくい土壌改良材や雑草防止材などになるという用途に関する記載があるが、炉内温度が所定温度を超える場合、これを迅速に下げる方法の配慮がなく、安定して所定温度を維持するという課題が解決されていない。【００１０】  特許文献２は、木材など植物資材を連続式炭化炉や流動層式炭化炉などの装置を用い、気相雰囲気における酸素濃度を６〜２５％の範囲で２５０〜４００℃の低温度で加熱すると、酸性官能基が多数形成された悪臭吸着材やイオン交換材などが得られるという用途に関する記載があるが、炉内温度が所定温度を超える場合、これを迅速に下げる方法の配慮がなく、安定して所定温度を維持するという課題が解決されていない。【００１１】  非特許文献１は、外部電気加熱式ロータリーキルンを用い、２５０〜４００の低温度を自己発熱を利用しながら低温加熱するという記載があるが、特許文献１や２と同様に炉内温度が所定温度を超える場合、これを迅速に下げる方法の配慮がなく、安定して所定温度を維持するという課題が解決されていない。【００１２】  上記のように、従来の外部電気加熱式ロータリーキルンを用いた低温熱処理物の製造法には、安価な設備で均質な熱処理物を製造し得るすぐれた性能があるが、炉内温度が所定温度より高くなる場合、排煙口を通す放熱には炉内気流に乱れを生ずる欠点や、断熱層を通す放熱には所定温度まで下げるために長時間を要する欠点があった。【００１３】  本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みて、これらの課題を解決したバイオマスの低温熱処理物を製造する装置を提供することを目的とするものである。
【問題を解決するための手段】
【００１４】本発明は上記目的を達成するため、外部電気加熱式ロータリーキルンに、炉本体と断熱層との間の空間の前部、中央部、後部の少なくとも一以上のか所に配管４を挿入し、該配管に空気バルブ、エアーポンプ及び冷却用空気口を連結した冷却手段を取り付けたことを特徴とする低温熱処理物の製造装置とする。
【００１５】また、前記装置の炉内温度が１５０〜４００℃の範囲内の目標とする所定温度を超えないように、炉内温度を注視しながら前記配管を組み合わせて空気口から冷却用空気を炉本体と断熱層の間の空間に送風することによって、空間内の加熱された空気を冷却用空気と共に空間末端の隙間から外部へ直接放出し、加熱炉本体内の気流状態や所定温度の設定条件を修正することなく、炉内温度を迅速に所定温度まで冷却することを特徴とする製造装置として用いるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】  炉本体と断熱層の空間に存在する加熱状態の空気を空間末端の隙間から直接排出するため、炉内の気流状態や所定温度の設定条件を変更することなく炉内温度を所定温度まで迅速に下げることができる。このため、従来のロータリーキルンに比し低温熱処理物を安定して迅速に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のロータリーキルンに係る加熱工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】  以下、本発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
まず、本発明の基本となる外部電気加熱式ロータリーキルン（以下ロータリーキルンと称する）の概要について図１を用いて説明する。
ロータリーキルンは、前側の固定部３１と後側の固定部３２、及びその間にジャッキ１６で支えられ駆動モーター１５で回転される回転部３３で構成される。回転部の主要部は筒状の加熱炉本体５であってその外周に配された複数の電気ヒーター８により加熱される。さらに電気ヒーター８の外周を断熱層６が覆っている。加熱炉本体５の内部には、前部から後部に向けて複数の、本例では３か所に炉内温度計７（前部温度計７ａ、中央部温度計７ｂ、後部温度計７ｃ）が設けてある。
【００１９】  前側の固定部にあるホッパー２０から投入された原料Ａは、ロータリーバルブ１０ａを介して投入フィーダ１１によって加熱炉本体５の前部に供給される。加熱炉本体５に供給された原料Ａは、回転する加熱炉本体５で加熱処理されながら後部に送られつつ低温処理物として生成され、後側固定部３２に達した低温処理物は排出フィーダ１２によってロータリーバルブ１０ｂを介して外部に排出され、低温熱処理物Ｂとして採取される。
【００２０】  加熱炉内部の排煙は排煙口９から前側の固定部３１に排出され、排煙Ｄとなって外部に排出される。空気の炉内への流入は、固定部と回転部との隙間からの前側の漏入空気１８ａ、後側の漏入空気１８ｂ、及びロータリーバルブ１０ａを通して送入される原料に混在する空気である。排出フィーダ１２は、冷却水によって冷やされ、前側から冷却水１３が供給され後側から排水１４となって排出される。
以上が従来のロータリーキルンの概要である。つぎに本発明について説明する。
【００２１】  本発明は前記説明のロータリーキルンに冷却手段を設けたものである。図１の例では、冷却用空気Ｃはエアポンプ２によって空気口１から導入され、分岐した３か所の空気バルブ３ａ、３ｂ、３ｃを介して、電気ヒータ８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ）の途切れた数個所に、断熱層６を貫通して複数の配管４を挿入し、本例では、前部配管４ａ、中央部配管４ｂ、後部配管４ｃの配管によって、加熱炉本体５の外周の前部、中央部、後部の３か所に冷却用空気を放出して冷却する。この例では配管を３か所の例としたが、本発明はこれに限定されるものではない。この配管４の冷却空気の放出口の位置は、図１の例では加熱炉本体５の外周面の真上で示しているが、装置構造に合わせて適宜位置でよい。
この冷却ラインに空気を通すことによって、炉内の温度設定条件や炉内の気流状態を変えることなく炉体と断熱層間の空間を迅速に冷却することができる。
【００２２】  空間に挿入する配管の形は、直管の先端を出口側に向けた配管端そのものでもよいし、ヒータを固定する断熱層に沿った円形のものとし、空気の放出口を出口側に向けて複数の放出孔を設けたものでもよい。すなわち、配管とヒータとが直接接触することがなければその形を問うものではない。
【００２３】  次に、原料の加熱状態について説明する。
投入フィーダ１１を介して投入された原料Ａは、加熱炉本体５内でゆっくりと撹拌・混合を繰り返し炉内温度を高めながら、後方へ移動する。加熱手段は、前半領域は電気ヒータのヒータ熱が中心であるが、徐々に原料の熱分解に基づく自己発熱の比率が増え、後部領域に至るとほぼ自己発熱で加熱されるように調整されている。
【００２４】  しかし、後部側領域の炉内温度が所定温度を超える場合、炉内の温度設定条件や酸素の供給条件、炉内の気流状態などを変えることなく、本発明により炉内温度を低下させる方法を用いる。
生成する低温処理物の適正な処理温度が、１５０〜４００℃の範囲内の一定の所定温度である時、この目標とした所定温度を超えないように炉内温度を制御する。冷却する必要があるときは炉内温度は上昇中のときであって、時間に対する温度上昇は一定ではないことから、この温度上昇率を考慮した本発明の冷却手段を作動させる設定温度が決められる。
【００２５】  冷却手段の作動条件を決定し冷却空気を送風すれば、その空気は断熱空間内の加熱された空気と共に断熱層末端の隙間から外気へ放出され、空間の温度や炉体温度は熱伝導性の低い断熱層を通すよりもはるかに迅速に温度を下げ、炉内温度を所定温度まで下げることができる。
【実施例１】
【００２６】粒径５ｍｍ以下に粉砕した木材を、出口温度２８０℃を目標に加熱運転を行った。前部温度、中央部温度、後部温度の温度経過を観測しながら、後部温度がほぼ２８０℃を超えると予測された時点で、中央部の配管のみから冷却用空気を断続的に送風した結果、後部の温度は所定の２８０℃に達し、長時間その温度が維持された。【００２７】（比較例１）ロータリーキルンに粒径５ｍｍ以下に粉砕した木材を投入し、冷却手段を用いることなく後部温度２８０℃を目標に運転を行った。しかし、後部温度が２８０℃に達した時点からは、排煙ファンの吸引力を高めても、ヒータの設定温度を変更しても、約２０分間温度の変動幅が大きく、炉内温度を所定温度にすることができず運転を中止した。
【符号の説明】
【００２８】１  空気口
２  エアーポンプ
３（３ａ、３ｂ、３ｃ）  空気バルブ
４（４ａ、４ｂ、４ｃ）  配管
５  加熱炉本体
６  断熱層
７（７ａ、７ｂ、７ｃ）  炉内温度計
８（８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ）  電気ヒータ
９  排煙口
１０ａ  ロータリーバルブ（前側）
１０ｂ  ロータリーバルブ（後側）
１１  投入フィーダ
１２  排出フィーダ
１３  冷却水
１４  排水
１５  駆動モータ
１６  ジャッキ
１７  摺動コンセント
１８ａ  漏入空気（前側）
１８ｂ  漏入空気（後側）
２０  ホッパー
２１  原料
２２  排煙
３１  固定部（前側）
３２  固定部（後側）
３３  回転部
Ａ  原料
Ｂ  低温熱処理物
Ｃ  空気
Ｄ  排煙
【図１】
2016050756.tif 000003