JPS5844112B2 - 深層流動層型熱分解装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は深層流動層方式の熱分解装置に関し、特に粗大
固体廃棄物の処理に適した熱分解装置に関する。

従来、一般廃棄物及び産業廃棄物は主として埋立て或い
は焼却によって処理されているが、埋立てによる方法に
は、埋立ての可能な土地に限度がある上、環境汚染の原
因となる等の問題がある。

一方、焼却による方法は、エネルギーの回収を行うので
一見効果的であるようにも思われるが、実際は廃棄物中
に含有される各種の有害成分が大気中にまき散らされ、
大きな大気汚染源となっている。

例えば、一般廃棄物中の水銀、カドミウム、鉛などの重
金属は焼却炉からの燃焼排ガスに伴なわれて大気汚染源
となり、また硫黄、塩素、窒素はそれぞれ亜硫酸ガス、
塩化水素ガス、酸化窒素ガスを生成する。

従って、廃棄物を焼却処理する場合、環境汚染を防止す
るためには、燃焼排ガス中の重金属及び亜硫酸ガス、塩
素ガス、酸化窒素ガス等の除去設備が必要となり、全シ
ステムとしての設備費及び運転費の上昇を招く。

しかも、焼却によるエネルギー回収は、低圧の水蒸気或
いは温水として得られるのが一般であるから、エネルギ
ーの質そのものは低いものであって、例えば発電を行う
場合は劣悪な発電効率しか得られないものである。

従って、以上のような問題を有する焼却法は、将来の環
境、エネルギー事情に対して適当ではなく、このため廃
棄物の処理に際し、焼却炉からの排ガスに比べてはるか
に小量の可燃ガスを発生する熱分解方法の採用が注目さ
れる。

即ち、この熱分解法は、上述のような有害成分を除去す
る設備が小さくて済むばかりではなく、有害成分のある
ものについては除去設備を必要としない利点を有する。

例えば、廃棄物中の窒素弁の相当割合は熱分解反応中に
アンモニアガスとなり、これが塩素分と反応して塩化ア
ンモニウムとして固定され、可燃ガス洗浄の過程で除去
されるから、焼却炉のように塩化水素ガス及び酸化窒素
ガス除去設備が不必要となる。

また、熱分解法において生成する熱分解ガスを精製した
ものは、発熱量の高い、クリーンガス燃料であり、これ
を高圧のボイラー或いはガスタービンに用いることによ
り、高効率のエネルギー変換が可能になる等の利点を有
し、このため上述したように廃棄物の熱分解処理法が非
常に注目されている。

一般廃棄物及び産業廃棄物の熱分解を行うプロセスとし
ては、従来より各種のものが公知であり、例えば整流器
を有する流動層を用いる方法、及び熱媒体粒子の循環系
を用いる方法が知られている。

特に、後者の熱媒体粒子の循環系を用いる方法は、本発
明者の発明に係るものであり、直径に比べて高さの大き
い流動層を有する熱分解反応塔と再熱基の２塔を用い、
反応塔中に固形廃棄物を送入し、熱分解を行って可燃ガ
スを発生させると共に、生成したチャーを熱媒体粒子と
一緒に再熱基に送入して流動層内燃焼を行うことにより
再熱塔内熱媒体粒子を加熱し、加熱された粒子を熱分解
反応塔に循環送入することによって熱分解に必要な熱エ
ネルギーを与えるものである。

（特許第８７１９８２号「固形廃棄物の熱分解方法」、
特開昭５０−１２０１６９号「固形廃棄物用連続熱分解
装置」）そして、この方法によれば、固形廃棄物を熱分
解して発熱量の大きな燃料が得られるだけでなく、熱分
解によって生ずるチャーをも完全に燃焼してプロセス内
のエネルギー源とするので、環境及びエネルギーの両問
題を同時に解決することができる利点を生じるものであ
る。

しかるに、固形廃棄物の熱分解を行うに際し、発熱量の
高いガス燃料を必要とする場合には、この熱媒体粒子の
循環系を用いる方法は有利であるが、ガス燃料の発熱量
がそれほど高くなくとも良い場合には、熱分解反応塔と
再熱基の２つを使用する必要がなく、このため１つの反
応塔内で媒体粒子の循環を行わせ、上記と同様な効果に
よって熱分解反応を連続的に行わせることができる装置
が望まれる。

この発明は上記要望に応えるためになされたもので、最
大直径に比べて高さが２倍以上であり、しかも上方に向
って直径を大きくする単一の深層流動層を形成して、被
処理物（例えば粗大固形廃棄物）を熱分解して連続的に
可燃ガスを発生させると共に、生成する炭素を主成分と
する可燃物を上記流動層の下部で燃焼させ、発生した熱
エネルギーによって流動層下部の熱媒体粒子の温度を上
昇させて流動層の上部と下部の間に熱媒体粒子の激しい
循環を起させ、これにより流動層下部の熱媒体粒子を流
動層上部に移行させて熱分解に必要とする熱エネルギー
を供給し、従って単に１つの反応塔内で熱媒体粒子の循
環が効率よく行われ、これによって熱エネルギーの効果
的な供給も行われて、粗大固形廃棄物等を安定かつ連続
的に、しかも経済的に熱分解処理でき、この際、可燃ガ
スを製造できるだけでなく、生成する固形残渣もほぼ完
全に燃焼して取り出すことができ、環境並びにエネルギ
ーの両問題上有利な熱分解装置を提供することを目的と
する。

以下、本発明の一実施例につき第１図を参照して説明す
る。

図中１は熱分解装置本体（反応器）で、この本体１の上
半部はほぼ円筒状、下半部は下方に向うに従い漸次小径
となるほぼ中空逆円錐状に形成されている。

上記本体１の内部は、その高さ方向はぼ中間部から下部
にかけて深層流動層域２となり、この流動層域２には、
平均粒径０．１〜３關の範囲にある熱媒体粒子３が存し
て、後述するように水蒸気及び空気もしくは酸素の導入
によりこれら粒子３が流動化し、上方に向って径が大き
くなりかつ高さが最大径の２倍以上ある深層流動層２ａ
が形成されるようになっている。

また、上記本体１内に存して流動層域２の上方には、フ
リーボード域４が形成されている。

上記本体１の上側部には、被処理物導入管５の一端が連
結され、熱分解されるべき粗大固形廃棄物等の被処理物
がこの導入管５内を通って深層流動層域２（深層流動層
２ａ）上部に導入されるようになっている。

また、上記本体１側部の上記導入管５連結箇所より下方
位置には、流動層域２の高さ方向のほぼ中間部に連通す
る水蒸気導入管６゜６′、及び流動層域２下部に連通ず
る空気導入管７゜７′の各一端がそれぞれ連結されてい
ると共に、これら導入管６，６′と７，７′との間に水
蒸気−空気導入管８，８′の各一端が連結されており、
これら導管６．６’、７．７’、８．８’より水蒸気、
空気が側方から導入されるようになっている。

更に、上記空気導入管７，７′の下方に存して本体１の
下端部に連結された公知の排出機構９の直上には、固体
残渣中の可燃物を燃焼させるためのガス導入管１０ 、
１０’の各一端がそれぞれ連結されている。

上記本体１の上端部には可燃ガス導出管１１の一端が一
体的に連結されていると共に、この導出管１１の他端部
はサイクロン分離器１２内に連通し、熱分解反応によっ
て発生した可燃ガスが本体１のガス出口１１ａより上記
導出管１１を経てサイクロン分離器１２内に流入し、随
伴する粉粒子を分離したのち、その出口１３から流出し
、分離された粉粒子は一端が上記分離器１２下端に連結
しかつ他端が本体１側部に連結する戻り管１４を介して
本体１内の深層流動層２ａ上部に戻されるようになって
いる。

なお、本体１の底部には公知のような流動層用整流器或
いはディストリビュータ−は配設されず、本装置は導入
管７．７’、８゜８′を通じて側方から空気を送入する
ことにより流動化を行うものである。

次ｔこ、上記構成の熱分解装置を用いて被処理物の熱分
解を行う方法につき説明する。

まず、導入管６，６′より水蒸気、導入管８，８′より
水蒸気と空気、並びに導入管７，７′より空気を熱分解
装置本体１内に側方からそれぞれ導入し、熱媒体粒子３
を流動化して、深層流動層域２に上方に向って直径を太
きくシ、かつ最大直径に比べて高さが２倍以上の深層流
動層２ａを形成すると共に、被処理物導入管５から所定
の被処理物を上記流動層２ａ上部に連続的に送入する。

この場合、深層流動層２ａは平均粒径が０．１〜３朋の
範囲にある熱媒体粒子３によって構成されるが、熱媒体
粒子３としては熱分解の条件に耐えて流動化でき、粉化
の少いものであればどんな固体でもよく、例えば砂、耐
火物、石灰石、ドロマイト、石炭灰の焼結粒、石灰石・
珪石・アルミナなど無機物の焼成粉などを用いることが
できる。

また、上記流動層２ａの上部は通常６００〜９００℃の
範囲にある一定温度に保持される。

被処理物としては、特に粗大固形廃棄物が好適で、例え
ばタイヤ、その破砕物、固形ピッチ、固形アスファルト
、固形スラッジ、木片、木皮片、植物の幹・根・枝・葉
、プラスチック片、書籍破片、或いは家具破片、箱など
の梱包用器材破片、更に現在は経済ベースに乗らず、元
来は投棄すべき草炭、泥炭、亜炭などの可燃物、それに
廃棄自動車・電機製品などの部品やその破片等が処理さ
れる。

送入された被処理物は深層流動層２の上部にまきこまれ
、６００〜９００℃の範囲の一定温度にある高温の熱媒
体粒子に接触して急速に加熱され、熱分解反応を起して
可燃ガスを発生する。

可燃ガススはフリーボード域４及び出口１１ａを経て導
出管１１よりサイクロン分離器１２内に流入し、ここで
随伴する粉粒子を分離したのち、その出口１３から次の
工程に入る。

一方、分離された粉粒子は戻り管１４を通して本体１内
の流動層２ａに戻される。

深層流動層２ａの上部に存在する間に熱分解反応をうけ
た被処理物は炭素を主成分とする可燃物を含むが、これ
らは深層流動層２ａ内を下方に向って移動していき、下
方から送入される空気によって燃焼して熱エネルギーを
発生する。

そして第１図（こ示したように上方に向って直径を大き
くする本体１の形状は、深層流動層２ａにおいて媒体粒
子３が上下方向に混合する速度を大きくすると共に、下
方に移動してくる被処理物をそのまま本体１の底部に沈
下させることなく、再び深層流動層２ａの上部乃至は中
部に押上げ、従ってこの作用ｌこより被処理物は押上げ
られて深層流動層２ａ中での滞留時間が十分大きいもの
となる。

また、第１図に示すような上方に向って直径が大きくな
りかつ高さが最大径の２倍以上ある深層流動層２ａは、
流動層反応器の特徴である整流器（或いは整流板、ディ
ストリビュータ−ともいう）を必要とせず、良好な流動
状態を保ち、しかも粗大固体を上方に押し上げる作用が
強いばかりではなく、深層流動層２ａの上部と下部間に
媒体粒子３の激しい交換、即ち粒子３の循環が良好に行
われる特徴を有する。

整流器（整流板或いはディストリビュータ−）を使用す
る一般の流動層により粗大固形廃棄物を熱分解すると、
粗大固形廃棄物は直ちに媒体流動層底部に沈下し、また
熱分解によって発生した可燃ガスが整流器を通じて送入
される空気流によって燃焼するために可燃ガス発生量が
少くなるだけではなく、可燃ガスがフリーボード域で爆
燃することか知られている。

これは粗大固形廃棄物に対する適当な熱分解温度が低い
ために、従来は止むを得ないことと考えられてきたが、
上記深層流動層２ａを形成する本発明に係る熱分解装置
を用いる熱分解法によれば、流動層２ａの中部に連通ず
る導入管６，６′を通じて水蒸気を送入することにより
、導入管５から流動層２ａ上端に導入される粗大固形廃
棄物等の被処理物より発生する可燃ガスが燃焼されるこ
とがなく、かつフリーボード域４において爆燃が起る如
き不都合もなく、比較的多量の可燃ガスを採取し得ると
共に、可燃ガスの発生を終了した被処理物が導入管７．
７’、８，８’から送入される空気によって燃焼されて
熱エネルギーを発生するので、深層流動層２ａの下部は
上部よりも２０〜１５０℃程度温度が上昇する。

そして、この下部で発生した熱エネルギーは深層流動層
２ａの上部と下部間荷われる激しい媒体粒子３の循環に
よって深層流動層２ａの上部に伝達され、導入管５を通
じて連続的に送入される粗大固形廃棄物等の被処理物を
熱分解するために必要なエネルギーが供給される。

即ち、本発明に係る装置を用いる熱分解法は、上方に向
って直径を大きくする深層流動層２ａを形成することに
より、粗大固形廃棄物等の被処理物の沈下を防ぐよう上
方に押し上げながら、深層流動層２ａの上部と下部間に
激しい媒体粒子３の循環を行わせ、流動層２ａの下部の
温度を熱分解温度よりも２０〜１５０℃程度高い温度に
保つことができ、これによって流動層２ａ下部における
被処理物燃焼の安定化を実現し、かつ熱エネルギーの良
好な伝達をはかることができるものである。

従って、本体１は単にそれ自体で熱分解反応塔と熱媒体
粒子再熱基との作用を同時に果し、−塔の設置で非常に
効率よく粗大固形廃棄物等の熱分解を連続的に行うこと
ができる。

このように、深層流動層２ａの形成により、上記のよう
に粗大固形廃棄物を処理する場合においても、この粗大
固形廃棄物は流動層２ａ内に長く滞留できるだけでなく
、空気流の触れる距離が太きく、更には固形廃棄物の燃
焼を行う下部の温度を、熱分解温度よりも高くすること
ができるので、空気流は流動層２ａ中において燃焼を完
了し、流動層２ａの上部では酸素の存在がないままに、
粗大固形廃棄物の熱分解に対して最も好適な一定温度で
熱分解反応を進めることができる。

そして、上述のような熱分解操作にあって、深層流動層
２ａの底部には熱分解によって生成する固形残渣が沈積
するが、これは排出機構９を通じて本体１外に取り出さ
れる。

この際、導管１０゜１０′から空気、水蒸気或いはその
混合気体が送入され、排出機構９に送入される固体残渣
中に炭素質の可燃分が含有されていてもほぼ完全に燃焼
され、上記固体残渣は殆んど可燃分を含まない状態で取
出される。

なお、第１図において、導入管６．６’、７．７’。

８．８′は本発明の装置を実現する例であり、その形状
と数は任意である。

また、可燃ガスに随伴する粉粒子の分離は第１図の実施
例に限られず、例えば第２図に示すようにフリーボード
域４内に内部サイクロン１２′を設置することもでき、
更にサイクロン分離器の代りに他の適宜な粉粒体分離器
を用いることもできる。

（なお、第２図中１４′は戻り管である。

）なおまた、本体１底部の内径（深層流動層２ａ底部の
直径）は任意であり、粗大固形廃棄物等の被処理物の熱
分解によって生ずる固形残渣の寸法より大きく、その取
出しに差支えない程度の大きさであればよく、またその
排出機構は任意で第１図の実施例に拘束されず、更に本
体（深層流動層）の底部と排出機構の連続部分の形状も
任意であって、例えば第３図に示すように、本体１の空
気導入管７，７′連結箇所より下方に存する底部内径を
大径に形成し、更に排出機構９の直上に空気、水蒸気或
いはその混合物の導入管１５．１５を配設するようにし
た構成としてもよい。

また、上記実施例では空気を送入するようにしたが、空
気の代りに酸素或いは空気と酸素の混合物を送入するよ
うにしてもよく、その他の構成についても本発明の要旨
を逸脱しない範囲で種々変更して差支えない。

次に、本発明装置を使用して実際に熱分解操作を行った
場合の使用例を示す。

〔使用例〕

第１図に示した構成を有し、炉底部内径７５０泪、中央
部内径１０１０００７Ｉｔ上部内径２０００１ｍ、高さ
１３．７ｍの内部を耐火レンガで内張りをした熱分解装
置本体内に被処理物導入管より約１５ｃＩｒＬ〜２０ｃ
ＩｒＬに切断した廃タイヤを１５００ ｋｇ／ Ｈｒの
均一速度で供給し、下記に示す条件で熱分解したところ
、下記の分解生成物を得た。

以上説明したように、本発明は内部に上方に向って直径
を大きくしかつ高さが最大径の２倍以上である熱媒体粒
子の深層流動層が形成されると共に、上部に可燃がス出
口が設けられ、下部に固形残渣の排出機構が設けられた
熱分解装置本体と、上記流動層の上部に被処理物を送入
する導入管と、上記流動層の高さ方向のほぼ中間部に水
蒸気を供給する導入管と、上記流動層の下部に空気もし
くは酸素を供給する導入管を具備し、上記水蒸気導入管
及び空気もしくは酸素の導入管からそれぞれ導入された
水蒸気及び空気もしくは酸素により上記熱媒体粒子の深
層流動層を形威し、この深層流動層の上部に上記被処理
物導入管から送入された被処理物を熱分解して可燃ガス
を生成させると共に、熱分解されて流動層の下部に移動
してくる被処理物を上記空気もしくは酸素の導入管から
流動層下部に導入された空気もしくは酸素によって沈下
を防ぐように上方に押し上げながらこの被処理物中の固
形可燃物を燃焼し、この燃焼により発生した熱エネルギ
ーによって上記流動層下部の熱媒体粒子の温度を上昇さ
せ、上記流動層の上部と下部の間に熱媒体粒子の循環を
起こさせて上記流動層下部の加熱された熱媒体粒子を上
部に移送して熱分解に必要とする熱エネルギーを供給し
、かつ処理の終った被処理物の固形残渣を上記排出機構
によって排出するよう構成したことを特徴とするもので
ある。

従って本発明の装置によれば、細粒に破砕することが困
難或いは不経済な粗大固形廃棄物を安定かつ連続的に熱
分解して可燃ガスを製造し得、しかも装置内で可燃ガス
の燃焼や爆燃が生じるおそれが確実に回避されて多量の
可燃ガスを得ることができると共に、熱分解されて炭素
質物を主成分とする可燃物を含む被処理物を深層流動層
の下位置において送入される空気もしくは酸素ｌこより
沈下を防ぐように絶えず上方に押し上げながらこれを燃
焼し、発生した熱エネルギーによって深層流動層下部に
存在する熱媒体粒子の温度を上昇させ、深層流動層の上
部と下部との間に媒体粒子の激しい循環を起させること
により深層流動層下部の加熱媒体粒子を上部に移送して
熱分解に必要とする熱エネルギーを供給するので、これ
によって単に１つの反応塔（装置本体）内で同時に熱媒
体粒子の循環、熱エネルギーの供給が良好に行われ、被
処理物の流動層内滞留時間も長く、粗大固形廃棄物等の
熱分解を確実に、熱効率よく、かつ経済的に行うことが
できる。

更に、虫取する固形残渣もほぼ完全に可燃分を燃焼させ
て取出すことができるので、金属などを資源として回収
することもでき、環境・エネルギーの両問題に同時に役
立つことができる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部縦断面図、第２図
は本発明の他の実施例を示す一部を省略した要部縦断面
図、第３図は本発明の更に別の実施例を示す一部省略要
部縦断面図である。 １・・・・・・熱分解装置本体、２ａ・・・・・・深層
流動層、３・・・・・・熱媒体粒子、５・・・・・・被
処理物導入管、６゜６・・・・・・水蒸気導入管、７，
７・・・・・・空気導入管、９・・・・・・固形残渣排
出機構、１１ａ・・・・・・可燃ガス出口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に上方に向って直径を大きくしかつ高さが最大
   径の２倍以上である熱媒体粒子３の深層流動層２ａが形
   成されると共に、上部に可燃ガス出口１１ａが設けられ
   、下部に固形残渣の排出機構９が設けられた熱分解装置
   本体１と、上記流動層２ａの上部に被処理物を送入する
   導入管５と、上記流動層２ａの高さ方向のほぼ中間部に
   水蒸気を供給する導入管６，６′と、上記流動層２ａの
   下部に空気もしくは酸素を供給する導入管７，７′とを
   具備し、上記水蒸気導入管６，６′及び空気もしくは酸
   素の導入管７，７′からそれぞれ導入された水蒸気及び
   空気もしくは酸素により上記熱媒体粒子３の深層流動層
   ２ａを形成し、この深層流動層２ａの上部に上記被処理
   物導入管５から送入された被処理物を熱分解して可燃ガ
   スを生成させると共に、熱分解されて流動層２ａの下部
   に移動してくる被処理物を上記空気もしくは酸素の導入
   管７゜７′から流動層２ａ下部に導入された空気もしく
   は酸素によって沈下を防ぐように上方に押し上げながら
   この被処理物中の固形可燃物を燃焼し、この燃焼により
   発生した熱エネルギーによって上記流動層２ａ下部の熱
   媒体粒子３の温度を上昇させ、上記流動層２ａの上部と
   下部の間に熱媒体粒子３の循環を起こさせて上記流動層
   ２ａ下部の加熱された熱媒体粒子３を上部に移送して熱
   分解に必要とする熱エネルギーを供給し、かつ処理の終
   った被処理物の固形残渣を上記排出機構９によって排出
   するよう構成したことを特徴とする深層流動型熱分解装
   置。