JP4908914B2 - アルミニウム切粉等の処理装置 - Google Patents
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Description
この発明は、アルミニウム切粉等の処理装置、特にアルミニウム切粉等の原料を連続的に熱処理して不純物を除去しアルミニウムを再利用可能に回収する処理装置に関する。この発明において、アルミニウム切粉等とは、アルミニウム製品の製造時に発生するアルミニウム屑、切削屑、シュレッダー屑のほか、使用済のアルミ缶等アルミ製品の使用済屑等のアルミニウム含有物を含む。
上記アルミニウム切粉等は、溶解炉で溶融再生されアルミニウム資源として回収され、再利用される。しかしながら、アルミニウム切粉等の熱処理前のアルミニウム原料には、一般に、水分と油分とを含むので、これらの不純物を除去するために、溶解炉で溶融処理に先立って加熱処理する方法が行われている。
従来、アルミニウム切粉等のリサイクルを目的とした処理装置や処理方法としては、種々の特許出願がなされているが、大別して、処理対象がアルミニウム切粉等に限定されたもの（例えば、特許文献１および２参照。）と、アルミニウム切粉等がその他の廃棄物と混在したもの（例えば、特許文献３および４参照。）とに分類される。さらに、関連する処理技術として、処理対象がアルミニウム切粉等を含まない（もしくは少量含む）一般廃棄物を処理する廃棄物処理装置（例えば、特許文献５参照。）もある。
ここでは、本願発明の背景技術として、本願発明の一部の構成に比較的近い技術を開示する特許文献１および特許文献５について、その概要を以下に述べる。
まず、特許文献１について述べる。図４は、特許文献１に開示されたアルミニウム切削屑等の処理方法に係る装置の概略システム系統図を示す。特許文献１は、その請求項の記載を引用すると、「炉枠は固定式とし、炉両端に軸受けを持った回転軸に設けた撹拌部材からなる内部撹拌装置を備え、密閉した乾留炉内に、可燃物の付着したアルミニウムの切削屑等を供給し、撹拌しながら、付着した可燃物を酸素濃度を制御し温度を300〜500℃に維持して部分燃焼させ、且つ低酸素条件下で加熱乾留処理することを特徴とする可燃物の付着したアルミニウム切削屑等を密閉した乾留炉を用いて連続処理する方法。」を開示する。
図４において、１は原料ホッパ、３は乾留炉、５は乾留炉内に設けた攪拌羽根、１２は熱分解ガスを燃焼させる再燃炉、２５は溶解炉、２６はアルミニウムを回収し再利用に資する製品を示す。図４のシステムの場合、乾留炉３において発生したガスの大部分は、ガス排出口１０から再燃炉１２に導入され、一方、供給口１４から燃料及び空気が供給され、800〜1000℃程度の温度で発生ガスを完全燃焼させて油分をCO2とH2O等に酸化させ、併せて脱臭も行うように構成されている（詳細は、特許文献１参照）。
次に、特許文献５について述べる。特許文献５の発明は、塩化ビニール、ポリエチレン等の塩素化合物を含む廃棄物をダイオキシンが発生しないようにして処理する廃棄物処理装置に関するもので、その請求項の記載を引用すると、「長手方向の両端部に配備した円筒形のタイヤの下部を駆動装置のローラで回転可能に支持し、前後段に配備する機器により内部を密閉するようにした中空の円筒体から構成し、前段から搬入された塩素化合物を含む廃棄物原料を内部で所定の温度に加熱保持しながら搬送して熱分解ガスおよび不揮発性残渣を生成するキルン本体と、該キルン本体の前段に配備して、前記廃棄物を前記キルン本体に搬送するスクリューフィーダーを有する廃棄物原料投入装置と、該キルン本体を外周側から誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記キルン本体の後段に配備して不揮発性残渣を回収するとともに、熱分解ガスを収集して後段のガス処理装置へ排出する残渣回収室とを備えたことを特徴とする廃棄物処理装置。」を開示する。
また、特許文献５は、廃棄物が加熱、保温されているゾーンでは酸素濃度を減少させ、熱分解ガスに含まれる塩素ガスなどから有害ガスが生成するのを未然に防止することを目的として、「キルン本体に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段を設けた構成」も開示する。
ところで、本願発明者等は、従来装置に比べて装置の簡素化を図り、火災の危険性をできる限り低減する観点から、油分を出来る限り燃焼性のガスに分解せずに液状で回収し、さらに熱分解炉に不活性ガスを導入して熱処理を行う方式のアルミニウム切粉等の処理装置を開発した。その第一次開発装置の概略システム系統図を図３に示す。以下にこの装置について述べる。
図３に示す装置は、中空円筒体の内部に、水分と油分とを含むアルミニウム切粉等の原料を投入して所定の温度に加熱しながら搬送し、熱分解により生成した水蒸気と油蒸気と炭化水素系ガスとを含む熱分解気体および熱処理されたアルミニウム切粉を排出する熱分解炉と、この熱分解炉の前段に配設され前記アルミニウム切粉等を搬送して投入する原料搬送投入手段と、前記熱分解炉の後段に配設され前記熱分解気体および熱処理されたアルミニウム切粉を排出する処理物排出手段と、前記熱分解炉に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段とを備える。
前記熱分解炉は、キルン３３、ＩＨ電源を有する誘導加熱コイル３４、冷却ブロア３５、キルン駆動手段３６、冷却ケーシング３８、マンホール３９を備える。また、前記原料搬送投入手段は、投入スクリュウ（１）３１および投入スクリュウ（２）３２を備え、３０で示す投入口には、前処理工程としての遠心分離工程により、アルミニウム切粉等に含まれる油分および水分を減少させた遠心分離後の切粉が投入される。なお、キルン３３の円筒内部には、例えば、複数個の掻き揚げ板が設けられ、アルミニウム切粉を掻き揚げて均等に加熱すると共に、切粉がキルンの排出口方向へ移動できるように構成されている。
また、前記処理物排出手段は、キルン３３の出口部に設けた排出スクリュウ３７および冷却ケーシング３８における凝縮部の後段の全ての機器からなり、詳細は熱分解動作等の説明と共に後述する。さらに、前記不活性ガス導入手段は、例えば、高圧の工場エヤー６１を高分子分離膜により酸素と窒素とに分離して窒素ガスを得る窒素ガス発生器６２から、N2ガスをキルン３３に供給する構成を備える。
次に、熱分解動作等について述べる。水分と油分とを含むアルミニウム切粉等の原料とN2ガスをキルン３３に供給して、３００〜５００℃の範囲の所定の温度（例えば、４００℃弱）に加熱しながら搬送する。キルン３３の出口部における符号Ａは処理された乾燥切粉を示し、符号Ｂは熱分解により生成した水蒸気と油蒸気と炭化水素系ガスを含む熱分解気体ならびにN2ガスを示し、それぞれ、キルン３３の下方から分離して排出される。前記炭化水素系ガスとしては、処理温度によっても異なるが、ヘキサン、ブタン、トルエン、キシレン、ベンゼン、プロピレン、プロパン、アセチレン等のガスを含む。さらに、炭化水素系ガス以外に、ＣＯガスも含まれる。
乾燥切粉Ａは、切粉搬送用コンベア４０により、後工程のために搬送される。一方、符号Ｂで示す気体は、冷却されて水蒸気と油蒸気の一部が凝縮し、符号Ｗで示すラインにより、後段の凝縮器５１に導入される。残りの気体は符号Ｇで示すラインにより凝縮器５１の上方に導入されるが、凝縮器に付設され、凝縮した液体を用いて冷却する冷却水シャワー５３により、気体内の凝縮性成分が液化すると共に水溶性の気体が溶解する。さらに残った気体は、ポンプ５７を有する冷却水シャワー５８により再度冷却され一部が液化または溶解する。この冷却水シャワー５８には、さらに、符号Ｃで示す気体（イ）（ロ）が合流して導入される。符号Ｃの気体は主に、切粉搬送用コンベア４０において、乾燥切粉Ａから発生する水蒸気、油蒸気、残留する炭化水素系ガス等を含む気体（ロ）である。なお、キルン３３の出口部に示す符号Ｃの（イ）のラインは、キルンに万一漏れが発生した場合に、漏れ気体を誘導するラインを示す。
凝縮器５１の他に示された２つのタンク５５ａ，５５ｂは、バブリングタンクであり、ブロア５６により、バブリングタンク５５ａ上部の気体を吸引してバブリングを行い気体中の凝縮成分を出来る限り液化すると共に水溶解成分を溶解し、凝縮液はポンプ５２を介して、部番５９の部分から図示しない廃液槽へ排出される。一方、残りの無害化されたクリーンな気体は屋外へ排気される。なお、凝縮器５１と２つのバブリングタンク５５ａ，５５ｂおよび冷却ケーシング３８における凝縮液の液面は、全て、実質的に同一レベルである。
特公平６−１７５２０号公報
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特開平１１−１００６２１号公報
特開平１１−２２６５４２号公報
ところで、上記図３に示すアルミニウム切粉等の処理装置によれば、油分を出来る限り燃焼性のガスに分解せずに液状で回収可能であって、さらに熱分解炉に不活性ガスを導入して熱処理を行うので、装置を比較的簡素化することができ、さらに火災発生の危険性をかなり低減できるが、火災発生の危険性の観点からは、まだ下記のような問題があることが判明した。
図３において、前述のように、切粉搬送用コンベア４０により搬送される乾燥切粉Ａから発生する気体は、符号Ｃの（ロ）で示すラインにより冷却水シャワー５８に向けて通流されるが、乾燥切粉Ａのコンベア上部は開放状態にあるので、しばしば白煙が発生する。この白煙は前述のように、水蒸気、油蒸気、炭化水素系ガスおよびＣＯガスを含むので、条件次第では、発火の危険性がある。前記炭化水素系ガスの内、発火点が最も低いガスはヘキサンの２６０℃であるが、油蒸気の発火点は約１６２℃であり、排出される切粉の温度が約２００℃程度であるので、発火のトラブルが発生し易い。
この発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、油分を出来る限り燃焼性のガスに分解せずに液状で回収し、さらに熱分解炉に不活性ガスを導入して熱処理を行う方式であって、発火の危険性を抑止したアルミニウム切粉等の処理装置を提供することにある。
前述の課題を解決するため、この発明は、中空円筒体の内部に、水分と油分とを含むアルミニウム切粉等の原料を投入して所定の温度に加熱しながら搬送し、熱分解により生成した水蒸気と油蒸気と炭化水素系ガスとを含む熱分解気体および熱処理されたアルミニウム切粉を排出する熱分解炉と、この熱分解炉の前段に配設され前記アルミニウム切粉等を搬送して投入する原料搬送投入手段と、前記熱分解炉の後段に配設され前記熱分解気体および熱処理されたアルミニウム切粉を排出する処理物排出手段と、前記熱分解炉に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段とを備えたアルミニウム切粉等の処理装置において、前記処理物排出手段は、アルミニウム切粉の排出経路に沿って設けられ、アルミニウム切粉を強制冷却する冷却手段と、前記排出経路の少なくとも一部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段とを備え、さらに、前記処理物排出手段は、前記熱分解気体中の水蒸気と油蒸気とを冷却して凝縮させ、この凝縮液を廃液槽へ排出する手段を有する凝縮器と、前記熱分解気体中の未凝縮気体または水溶性気体を、凝縮した液体を用いた冷却用シャワーおよび／または液中へのバブリングにより再凝縮または水溶解させる手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
この発明によれば、アルミニウム切粉が強制冷却されて温度が低下し、かつ、切粉の周りには不活性ガスが導入されて酸素濃度が低減するので、発火の危険性が抑止され安全な処理装置が提供できる。
また、上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし４の発明が好ましい。
即ち、前記請求項１に記載の処理装置において、前記熱分解炉は、回転可能なキルン本体と、このキルン本体を外周側から電磁誘導加熱する誘導加熱コイルとを備えたものとする（請求項２）。さらに、前記請求項１または２に記載の処理装置において、前記不活性ガス導入手段は、空気から分離した窒素を導入する窒素導入手段とする（請求項３）。
また、前記請求項１ないし３のいずれか１項に記載の処理装置において、前記処理物排出手段は、熱分解炉のアルミニウム切粉排出部に接続して順に、切粉排出用スクリュウフィーダーと、不活性ガス導入手段および冷却手段を有するパドルスクリュウフィーダーと、切粉を一旦貯留する貯留ホッパーと、この貯留ホッパーから切粉を後工程に搬送する搬送用スクリュウフィーダーとを設けたものとする（請求項４）。
前記請求項４の発明によれば、切粉排出用スクリュウフィーダー前段部と貯留ホッパー部内に溜まったアルミニウム切粉が、パドルスクリュウフィーダー部前後を塞いでガスの流通を妨げるので、パドルスクリュウフィーダー部に供給された不活性ガスが流出し難くなり、火災抑止効果がより向上する。
この発明によれば、油分を出来る限り燃焼性のガスに分解せずに液状で回収し、さらに熱分解炉に不活性ガスを導入して熱処理を行う比較的簡素なアルミニウム切粉等の処理装置において、発火の危険性が抑止され安全な装置が提供できる。
本発明の実施例について、図１および図２に基づき、以下に述べる。なお、本発明はこの実施例によって限定されるものではない。
図１は、本発明のアルミニウム切粉等の処理装置の実施例に係る概略システム系統図である。図１においては、図３に示した部材と同一もしくは機能が同一の部材には同一符号を付し、それらの詳細説明は省略する。図１と図３との実質的な相違点は、主として、処理物排出手段、特に排出スクリュウ３７の後段の装置構成にある。また、図３におけるバブリングタンク周りの装置構成も一部相違するが、基本的機能は実質的に同一である。詳細は後述する。
図１において、図３と異なる部材番号について示すと以下のとおりである。４１はパドルスクリュウ、４１ａ，４２ａは冷却ジャケット、４２は貯留ホッパー、４３，４４はスクリュウ、４６は装置の起動時の用いるシール蓋、４８は捕集器、５５はバブリングタンクに代わるスクラバー、５６ａ，５６ｂはブロア、６３，６４，６５，６６，６７，６８は窒素ガス供給ライン、６９は大気導入弁、７１，７２は酸素センサ、７４は切粉レベルセンサである。なお、Ｔ１〜Ｔ５は温度センサ（例えば、熱電対）、Ｐは圧力センサ、Ｍ１〜Ｍ７は駆動モータ、ＦＭは流量計、ＬＳはレベルセンサを示す。
図１の装置の処理物排出手段においては、キルン３３のアルミニウム切粉排出部に接続して順に、切粉排出用の排出スクリュウ３７と、パドルスクリュウ４１と、切粉を一旦貯留する貯留ホッパー４２と、この貯留ホッパー４２から切粉を後工程に搬送する搬送用スクリュウ４３および４４とが設けられ、乾燥切粉Ａは、キルン３３から前記各スクリュウを経由して、部番４５で示す位置に到達し、ここから、バケットコンベアにより次工程に搬送される。なお、パドルスクリュウ４１と排出スクリュウ３７との間の、部番を付さない板状部材は、スクリュウ駆動用回転シャフトの軸受部を示す。
上記パドルスクリュウ４１は、断面Ｕ字状の中空チャンバを有し、その軸方向内部に設けたスクリュウの各先端部には切粉の掻き揚げ板が設けられた公知の構成を有するもので、Ｕ字状チャンバー下方の半円筒部の外周部には、チャンバ軸方向に沿って水冷ジャケット４１ａが設けられ、チャンバ内の切粉が強制水冷されるように構成されている。なお、水冷ジャケットは、４２ａで示すように、貯留ホッパー４２の外周部にも設けることが好ましい。上記により、貯留ホッパー４２内のアルミニウム切粉の温度は１００℃以下とすることが好ましい。
また、パドルスクリュウ４１には、窒素ガス供給ライン６５および６７が接続され、窒素ガス供給ライン６４を介して、窒素ガス発生器６２から、窒素ガスが導入される。さらに、部番６６や６８で示すように、貯留ホッパー４２の内部や切粉レベルセンサ７４の貫通部にも、窒素ガスを導入することが好ましい。なお、窒素ガスの代わりにアルゴン等の他の不活性ガスを用いることもできる。また、強制冷却は、水冷に代えて空冷や他の冷却媒体を用いることもできる。
上記処理物排出手段の構成によれば、アルミニウム切粉が強制冷却されて温度が低下し、かつ、切粉の周りには窒素ガスが導入されて酸素濃度が低減するので、発火の危険性が抑止される。また、前述のように、排出スクリュウ３７の前段部と貯留ホッパー４２内に溜まったアルミニウム切粉は、パドルスクリュウ４１および排出スクリュウ後段部を塞いでガスの流通を妨げるので、パドルスクリュウ部に供給された窒素ガスが流出し難くなり、火災抑止効果がより向上する。
上記構成において、乾燥切粉Ａから発生する水蒸気、油蒸気、残留する炭化水素系ガス等を含む気体Ｃは、スクリュウ４４の終端部上方から、捕集器４８を介して、冷却水シャワー５８へと運ばれる。前記捕集器４８は、固形状粉塵を重力沈降させて捕集するもので、必要に応じて設ける。
次に、符号Ｂで示す気体は、図３の場合と同様に、冷却されて水蒸気と油蒸気の一部が凝縮し、符号Ｗで示すラインにより、後段の凝縮器５１に導入される。残りの気体は符号Ｇで示すラインにより凝縮器５１の上方に導入され、冷却水シャワー５３により、気体内の凝縮性成分が液化すると共に水溶性の気体が溶解する。図１の場合、図３で示した２つのバブリングタンクに代えて、１つのスクラバー５５を設け、気体による攪拌やバブリングにより、気体の溶解や清浄化を行うようにしており、その基本的な機能は図３の場合と同様である。
次に、図１の装置の運転制御方法や異常監視等の要点について以下に述べる。まず、アルミニウム切粉等の熱分解処理運転において、キルン３３内のゲージ圧は＋５〜−２０Ｐａ（より好ましくは０〜−２０Ｐａ）程度の圧力で運転することが好ましい。その理由は、キルン内部および処理物排出手段のスクリュウ内部の圧力が大気圧より高い場合には、装置に漏れが生じた場合に、前述のように、水蒸気、油蒸気、炭化水素系ガスおよびＣＯガスを含む白煙が発生し、条件次第では発火の危険性がある。図１の装置が正常に機能している場合には、パドルスクリュウ４１における水冷と窒素ガスの導入により白煙の発生は抑止されるものの、パドルスクリュウ４１内部で、気体の一部が凝縮して乾燥切粉Ａが濡れてしまう問題がある。
装置運転中は、キルン３３の前後がアルミニウム切粉等により塞がれた状態となるので、スクラバー５５の上方に設けたブロア５６ａの回転数制御により吸引量を調節して、前記０〜−２０Ｐａの圧力とすることができる。アルミニウム切粉投入前の装置の起動時には、大気導入弁６９およびシール蓋４６を閉じて、スクラバー５５の上方に設けたブロア５６ａを起動する。これにより、装置内部の空気が排出される。その後、窒素ガスの導入とアルミニウム切粉等の投入により、キルン内の圧力センサーの測定値に基づき、ブロア５６ａの回転数制御を行って、運転モードに移行する。
次に、装置に漏れが生じた場合や、何らかの原因で装置内の酸素濃度が異常となった場合には、装置を緊急停止する。そのために酸素センサ７１および７２を設けて監視を行う。また、切粉レベルセンサ７４を設け、レベルが上限に到達した際にはキルンの駆動を停止する。この場合、誘導加熱コイルは停止せずに加熱状態を維持することが好ましい。さらに、凝縮器５１へ向う気体の流路Ｇ内がタール分等で詰また場合にも装置を緊急停止する。そのために温度センサＴ２を設け、この測定値が、所定温度（例えば、７０℃）以下となった場合に、加熱気体が正常に流れていないと判断して装置を緊急停止する。
次に、本発明の運転結果の一例を図２に基づいて述べる。図２は、図１における各部温度（Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５）の時間推移を示す。図２の運転条件としては、キルン内温度を設定値３８５±５℃とし、アルミニウム切粉等の処理量は５００ｋｇ／Ｈとした。なお、この切粉等は、前工程としての遠心分離工程により、水分１５ｋｇ，油分１ｋｇを含むものとした。また、投入スクリュウ（１）３１および投入スクリュウ（２）３２のモータ周波数は７．４Ｈｚとした。
図２において、Ｔ１はキルン温度であり、定常運転状態において、設定値３８５±５℃に近い値を示している。Ｔ３はシュート温度（図１の排出スクリュウ３７の切粉入口上部温度）であり、３００℃前後の値を示している。Ｔ４はスクリュウ排ガス温度（図１のスクリュウ４４の終端上部の排ガスＣの温度）であり、７０℃前後の値を示している。Ｔ５は貯留ホッパー４２内の切粉温度であり、７０℃弱の値を示しており、目標とする切粉温度より低いことが確認された。
３１：投入スクリュウ（１）、３２：投入スクリュウ（２）、３３：キルン、３４：誘導加熱コイル、３５：冷却ブロア、３６：キルン駆動手段、３７：排出スクリュウ、３８：冷却ケーシング、３９：マンホール、４１：パドルスクリュウ、４１ａ，４２ａ：水冷ジャケット、４２：貯留ホッパー、４３，４４：スクリュウ、４６：シール蓋、４８：捕集器、５１：凝縮器、５２：ポンプ、５３，５８：冷却水シャワー、５５：スクラバー、５６ａ，５６ｂ：ブロア、５７：シャワリングポンプ、６１：工場エヤー、６２：窒素ガス発生器、６３，６４，６５，６６，６７，６８：窒素ガス供給ライン、６９：大気導入弁、７１，７２：酸素センサ、７４：切粉レベルセンサ。
Claims (4)
- 中空円筒体の内部に、水分と油分とを含むアルミニウム切粉等の原料を投入して所定の温度に加熱しながら搬送し、熱分解により生成した水蒸気と油蒸気と炭化水素系ガスとを含む熱分解気体および熱処理されたアルミニウム切粉を排出する熱分解炉と、この熱分解炉の前段に配設され前記アルミニウム切粉等を搬送して投入する原料搬送投入手段と、前記熱分解炉の後段に配設され前記熱分解気体および熱処理されたアルミニウム切粉を排出する処理物排出手段と、前記熱分解炉に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段とを備えたアルミニウム切粉等の処理装置において、
前記処理物排出手段は、アルミニウム切粉の排出経路に沿って設けられ、アルミニウム切粉を強制冷却する冷却手段と、前記排出経路の少なくとも一部に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段とを備え、さらに、前記処理物排出手段は、前記熱分解気体中の水蒸気と油蒸気とを冷却して凝縮させ、この凝縮液を廃液槽へ排出する手段を有する凝縮器と、前記熱分解気体中の未凝縮気体または水溶性気体を、凝縮した液体を用いた冷却用シャワーおよび／または液中へのバブリングにより再凝縮または水溶解させる手段とを備えたことを特徴とするアルミニウム切粉等の処理装置。 - 請求項１に記載の処理装置において、前記熱分解炉は、回転可能なキルン本体と、このキルン本体を外周側から電磁誘導加熱する誘導加熱コイルとを備えたことを特徴とするアルミニウム切粉等の処理装置。
- 請求項１または２に記載の処理装置において、前記不活性ガス導入手段は、空気から分離した窒素を導入する窒素導入手段としたことを特徴とするアルミニウム切粉等の処理装置。
- 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の処理装置において、前記処理物排出手段は、熱分解炉のアルミニウム切粉排出部に接続して順に、切粉排出用スクリュウフィーダーと、不活性ガス導入手段および冷却手段を有するパドルスクリュウフィーダーと、切粉を一旦貯留する貯留ホッパーと、この貯留ホッパーから切粉を後工程に搬送する搬送用スクリュウフィーダーとを設けたものとしたことを特徴とするアルミニウム切粉等の処理装置。
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