JPH10130007A - 炭素素材の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 産業廃棄物を含む有機物を原料として、固定
炭素量の高い良質な炭素素材を製造することができ、し
かも製造中の熱効率が非常に良く、悪臭や黒煙の大気中
への排出も少なくすることができ、更に少数の人員で装
置を稼働することができ、炭素素材を産業上利用するこ
とにより多方面への経済効果を期待することができる。 【解決手段】 有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下におい
て低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば産業廃棄物や
自然界に植生する草木などにより各種の産業用原料とな
る炭素素材の製造方法及びその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】現在、産業廃棄物を含む不用有機物の再
利用について種々検討されているが、その大部分は相変
わらず、焼却処理又は埋立処理によって処分されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
焼却処理又は埋立処理において、近年は紙おむつやパチ
ンコ台などのような合成樹脂と他の有機物又は無機物と
が混合しているものが大量に排出されるようになり、こ
れに伴いそれらの分別作業も必要になり、分別作業後に
おいて、焼却処理又は埋立処理をしなければならず、そ
れだけ処理作業が困難となっており、しかも焼却処理場
の増設や埋立処理地の確保が困難となってきており、社
会的に大きな問題となっている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不都
合を解決することを目的とするもので、本発明のうち、
請求項１記載の方法の発明は、有機物を無酸素閉鎖密閉
雰囲気下において低温間接加熱により熱分解させて炭素
素材を製造することを特徴とするものである。又、請求
項２記載の方法の発明は、有機物を窒素置換によって無
酸素閉鎖密閉雰囲気下おける低温間接加熱により熱分解
させて炭素素材を製造することを特徴とするものであ
る。

【０００５】又、請求項３記載の装置の発明は、有機物
が収納されたコンテナを搬送可能な搬送部と、該コンテ
ナの搬送経路の手前側位置に配置された作動準備部と、
該コンテナの搬送経路中の作動準備部の後続位置に配置
された加熱分解部と、該コンテナの搬送経路中の加熱分
解部の後続位置に配置された冷却待機部と、少なくとも
該加熱分解部に接続された分解ガス液化部と、少なくと
も該分解ガス液化部に接続された排ガス処理部とを備え
てなり、上記加熱分解部はコンテナで搬送されてくる有
機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間接加熱に
より熱分解可能な構造に構成されていることを特徴とす
るものである。

【０００６】又、請求項４記載の装置の発明は、上記作
動準備部、加熱分解部及び冷却待機部は各々開閉可能な
遮断扉により閉鎖密閉構造に構成されていることを特徴
とするものであり、又、請求項５記載の装置の発明は、
上記加熱分解部は相互に分離可能な独立した複数個の加
熱分解室により構成されていることを特徴とするもので
ある。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１乃至図４は本発明の装置の実
施の形態例を示し、大別すると、有機物が収納されたコ
ンテナＷを搬送可能な搬送部Ａと、このコンテナＷの搬
送経路Ｒの手前側位置に配置された作動準備部Ｂと、コ
ンテナＷの搬送経路Ｒ中の作動準備部Ｂの後続位置に配
置された加熱分解部Ｃと、コンテナＷの搬送経路中の加
熱分解部Ｃの後続位置に配置された冷却待機部Ｄと、加
熱分解部Ｃに接続された分解ガス液化部Ｅと、分解ガス
液化部Ｅに接続された排ガス処理部Ｆとから構成されて
いる。

【０００８】ここに、上記搬送部Ａは、有機物が収納さ
れたコンテナＷを作動準備部Ｂから加熱分解部Ｃを経て
冷却待機部Ｄに至るまでの搬送経路Ｒにおいて搬送させ
る構造となっており、減速機付モータＡ₁により駆動さ
れるローラーコンベヤＡ₂やチェーンコンベヤ等により
構成され、特に、搬送部Ａは、作動準備部Ｂ、加熱分解
部Ｃ及び冷却待機部Ｄ毎に分離可能な内部搬送独立構造
となっている。

【０００９】又、作動準備部Ｂは、コンテナＷの搬送経
路Ｒの手前側位置に配置されたコンテナ受入部Ｂ₁及び
空気と窒素ガスの入れ替え、即ち、窒素置換が行われる
耐熱、断熱、閉鎖密閉構造のプリペレーション室Ｂ
₂と、予備加熱に使用する遠赤外線ヒータや電磁波を利
用した加熱体Ｂ₃とにより構成され、この窒素置換は窒
素貯蔵ボンベＴより複数個の窒素ガス注入管Ｔ₁を介し
て窒素ガスをプリペレーション室Ｂ₂に注入し、空気は
排気管Ｍ₁を介して強制的に室外へ排出することにより
なされ、このプリペレーション室Ｂ₂の入口部分及び加
熱分解部Ｃに接続される出口部分に遮断扉Ｎが上下開閉
機構Ｎ₁のコンプレッサＮ₂及びシリンダＮ₃により開閉
自在に配設され、しかして、プリペレーション室Ｂ₁の
遮断扉以外の上面、両側面及び底面に加熱体Ｂ₃を配置
し、かつ、この場合、コンテナ受入部Ｂ₁とプリペレー
ション室Ｂ₂とは、分離可能な独立構造となっている。

【００１０】又、加熱分解部Ｃは、コンテナＷに収納さ
れて搬送されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下に
おいて低温間接加熱により熱分解可能な構造に構成さ
れ、複数個、この場合二個の加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁により
構成され、このそれぞれの加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁にあって
も、耐熱、断熱、閉鎖密閉構造に構成されると共に窒素
貯蔵ボンベＴより複数個の窒素ガス注入管Ｔ₁を介して
窒素ガスが注入され、室内の空気は排気管Ｍ₁を介して
強制的に室外へ排出され、又、加熱分解室Ｃ₁・Ｃ ₁の間
及び冷却待機部Ｄに接続される出口部分に遮断扉Ｎが上
下開閉機構Ｎ₁により開閉自在に配設され、加熱分解室
Ｃ₁・Ｃ₁の遮断扉Ｎ以外の上面、両側面及び底面に加熱
分解に使用する遠赤外線ヒータや電磁波を利用した加熱
体Ｃ₂を配置し、この場合加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁は相互に
分離可能な独立構造となっている。

【００１１】又、冷却待機部Ｄは、コンテナＷ内の有機
物が加熱分解部Ｃにより無酸素閉鎖密閉条件下において
低温間接加熱により熱分解されて製造された炭素素材を
冷却する冷却室Ｄ₁と、搬出待機室Ｄ₂とにより構成さ
れ、このそれぞれの冷却室Ｄ₁及び搬出待機室Ｄ₂にあっ
ても、耐熱、断熱、閉鎖密閉構造に構成されると共に冷
却室Ｄ₁には窒素貯蔵ボンベＴより複数個の窒素ガス注
入管Ｔ₁を介して炭素素材を冷却する窒素ガスが注入さ
れ、室内の空気は排気管Ｍ₁を介して強制的に室外へ排
出され、この場合、搬出待機室Ｄにも必要に応じて窒素
ガスにより炭素素材を追加冷却可能に窒素ガス注入管Ｔ
₁が設けられ、室内の空気は排気管Ｍ₁を介して強制的に
室外へ排出され、又、冷却室Ｄ₁と搬出待機室Ｄ₂との間
及び外につらなる出口部分に遮断扉Ｎが上下開閉機構Ｎ
₁により開閉自在に配設され、この場合、加熱分解室Ｃ₁
・Ｃ₁と異なり、加熱体Ｃ₂は配置されておらず、かつ、
この場合冷却室Ｄ₁と搬出待機室Ｄ₂は相互に分離可能な
独立構造となっている。

【００１２】又、分解ガス液化部Ｅは、冷却水タンクＥ
₁及び冷却塔Ｅ₂からなり、この冷却塔Ｅ₂内には分解ガ
スが通過する螺旋通気管が内蔵されると共にその周囲に
冷却水が満たされ、冷却塔Ｅ₂にドレン口が設けられて
いる。

【００１３】又、排ガス処理部Ｆは、燃料ガスタンクＦ
₁及び二個の排ガス燃焼室Ｆ₂を備えてなり、燃料ガスタ
ンクＦ₁内のプロパンガス等により排ガス燃焼室Ｆ₂内に
おいて排ガスを燃焼させて排ガス排出管Ｆ₃より無臭、
無害な排ガスを外に排出するように構成されている。

【００１４】この場合の管路系統にあっては、上記作動
準備室Ｂのうちのプリペレーション室Ｂ₂の排気管Ｍ₁及
び加熱分解部Ｃの二個の加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁の排気管Ｍ
₁は分解ガス液化部Ｅの冷却塔Ｅ₂に管路Ｌ₁により接続
され、又、冷却待機部Ｄの冷却室Ｄ₁及び搬出待機室Ｄ₂
は排ガス処理部Ｆの一方の排ガス燃焼室Ｆ₂に管路Ｌ₂に
より接続され、又、分解ガス液化部Ｅの冷却塔Ｅ₂内の
螺旋通気管の出口と排ガス処理部Ｆの他方の排ガス燃焼
室Ｆ₂に管路Ｌ₃により接続されている。

【００１５】又、この場合、冷却待機部Ｄの搬出待機室
Ｄ₂の後続位置にコンテナ荷出部Ｇが配置されている。

【００１６】この実施の形態例は上記構成であるから、
前処理作業として、有機物の種類や大きさにより圧潰や
破砕を行うこともあり、この有機物が収納されたコンテ
ナＷは搬送部Ａにより作動準備部Ｂから加熱分解部Ｃを
経て冷却待機部Ｄに至る搬送経路Ｒに沿って搬送され、
先ず、作動準備部Ｂにあって、このコンテナＷ内の有機
物は耐熱、断熱、閉鎖密閉構造にして窒素置換により無
酸素閉鎖密閉雰囲気としたプリペレーション室Ｂ₂内に
おいて、加熱体Ｂ₃により例えば３６０℃〜４５０℃程
度の低温度条件で予備間接加熱され、次に、加熱分解部
Ｃにあって、コンテナＷの有機物は耐熱、断熱、閉鎖密
閉構造にして窒素置換により無酸素閉鎖密閉雰囲気とし
た加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁内において、加熱体Ｃ₂により、
同じく、例えば３６０℃〜４５０℃程度の低温度条件で
間接加熱され、これによりコンテナＷ内の有機物は熱分
解されて炭素素材が製造され、次いで、冷却待機部Ｄに
あって、コンテナＷの炭素素材は耐熱、断熱、閉鎖密閉
構造の冷却室Ｄ₁内において、窒素ガスにより冷却さ
れ、搬出待機室Ｄ₂において、取出待機することにな
り、そしてコンテナ荷出部Ｇより随時搬出される。必要
に応じて、後処理作業として、磁選機により有機物と金
属との分別作業を行うこともある。

【００１７】又、加熱分解部Ｃの加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁及
びプリペレーション室Ｂ₂内に発生したガスは分解ガス
液化部Ｅにより液化され、排ガス処理部Ｅを介して外に
排気され、又、冷却待機部Ｄの冷却室Ｄ₁及び搬出待機
部Ｄ₂内のガスも排ガス処理部Ｅを介して外に排気され
ることになる。

【００１８】このようにして不用有機物を含む有機物を
燃焼を伴わずに無酸素閉鎖密閉雰囲気下において低温間
接加熱により熱分解させて炭素素材を製造することがで
き、生成炭素率が高く、炭素素材中の固定炭素量が７５
％以上のものも可能となって良質な炭素素材を製造する
ことができ、しかも製造中の熱効率が非常に良く、悪臭
や黒煙の大気中への排出も少なくすることができ、更に
少数の人員で装置を稼働することができ、装置の耐用年
数が長くなってメンテナンスも容易であり、又、連続的
に炭素素材を製造することが可能であり作業能力も大き
く、しかも有機物の粉砕や燃えるものと燃えないものと
の分別作業などの前工程は必要なく、混在したまま用い
ることができる。

【００１９】ここに、無酸素閉鎖密閉雰囲気下での炭素
化は製造された炭素素材を様々な用途に利用するためで
あり、不用有機物に混合しているであろう金属や無機物
を取り除くことを容易にするためであり、またその金属
等を再利用することも可能とする目的もある。金属は無
酸素の状態であるので酸化はされず、間接加熱時の温度
が３６０℃―４５０℃で低温のために金属の組成変化も
起きず、更に無酸素状態での炭素化の折、生ガスが発生
するが、この発生ガスも酸化されていないため、使用す
る原料の種類が、植物の場合は木酢、竹酢、草酢など良
質なものを分解ガス液化部Ｅのドレン口より採取するこ
とができ、又、プラスチックやタイヤを原料とした場合
に生成される炭素素材の他に熱分解させる時に発生する
生ガスは分解温度設定の変更により、ナフサと同等の液
体やＡ重油相当の液体を採取回収することができ、採取
回収される液体の用途別に分解温度を変化させればよい
のである。

【００２０】又、製造された炭素素材は炭素を含めて殆
どが産業上の原料となるものであり、この炭素素材を産
業上の原料として利用することにより、焼却場や埋立処
分場の増設は必要最小限で良く、更には処分場に埋立て
されている有機物を炭素化することにより、埋立処分場
の延命もはかることができ、資源の浪費を防ぐこともで
きる。この焼却や埋立て処分されてきたものには、生ゴ
ミや紙ゴミ、剪定枝、河川敷の雑草、道路脇の雑草、建
築廃材、焼酎粕、ビール、ジュース、コーヒー粕、など
があり、またプラスチックは焼却の際に高発熱量のため
焼却炉を痛めやすいことや有毒ガスが発生しやすいこと
などからもっぱら埋立て処分されてきているが、これに
より炭素素材を製造することにより、一つの資源を再
度、再再度利用することになり、従って、炭素素材の製
造という分野のみならず、産業廃棄物処理方法としても
用いることができる。又、産業廃棄物の種類によって
は、製造された炭素素材を殆ど利用できるものもあり、
例えば、実施例として、現在廃棄されている紙おむつの
場合では、焼却か埋立てであり、燃焼を伴うことになる
焼却の際には高温と有害ガスが発生するし、焼却の過程
で一次溶解し、塊となって燃焼の支えとする酸素源の供
給口をふさぎ、装置の故障の原因を作り燃えにくくなる
等が起きるが、上記の如く、熱分解することにすれば、
紙おむつの中に混じり込んでいるであろうものはそのま
ま炭素化し、水分は蒸発し、紙おむつ本体も合成樹脂の
部分は分解しガス化し、コットンなどは炭素化する。
又、合成樹脂は分解ガス化する過程で一時的に溶解する
が、燃焼工程における溶解と違い、熱が伝導するままに
分解していく。焼却処理の場合は燃焼するために酸素が
必要であり、また酸素と結合して燃焼が進むものであ
り、酸素と接触した部分のみが燃焼する。表面から順に
燃焼が進む。すなわち、撹拌などの方法を用いらなけれ
ば燃焼時間の短縮は計れず、さらに酸素の供給のしかた
によっては非常な高温になる場合もあるが、この方法に
あっては、熱が伝わったところ、つまり分解するに必要
な温度になった場合は、その温度になった場所から分解
が進んで行き、空気などの対流が無くても分解は進み、
溶解して塊になったとしても内部から分解が進む場合も
あり、分解速度を焼却と比較して非常に早くできる。

【００２１】又、加熱分解部Ｃにおいて、有機物を熱分
解させるための時間を消化するためと分解ガスの再利用
の際の取り出し時期の決定、分解ガスの処理の時間、安
全性、炭素化の程度の把握、管理の簡潔さ、メンテナン
スの安易さなどを考慮し、更に作業能力に応じて複数個
の加熱分解室Ｃ₁を設けて構成され、又、搬送構造も各
加熱分解室Ｃ₁ごとに独立構造となっており、勿論この
加熱分解室Ｃ₁はそれぞれ密閉性、断熱、耐熱の構造で
あり、更に各加熱分解室ごとに分離できる構造とするこ
とにより、修理などの際はその加熱分解室Ｃ₁ごとに交
換をするだけで良く修理による時間の浪費を無くして素
早く対応することができ、また設置稼働後において、需
要に応じて作業能力を増減させる場合は、この加熱分解
室部Ｃ₁の増減を行うだけで対応することができる。

【００２２】又、冷却待機部Ｄの冷却室Ｄ₁は空気接触
によっての燃焼を未然に防ぐために必要であり、窒素ガ
スによる急激な冷却は炭素の塊の中のミクロ気孔を発達
させるために行うものであり、冷却の際に窒素ガスを使
用することは炭素素材が乾燥した状態で取り出せるよう
にしたものであり、又、搬出待機室Ｄ₂は炭素素材をを
再加工するために行うコンテナ荷出部Ｇ上の準備の完了
を待つためと空気接触が起きても燃焼が起きない状態を
確認するために設けてあり、冷却室Ｄ₁同様に追加冷却
可能に構成され、しかして、プリペレーション室Ｂ₂、
加熱分解室Ｃ₁・Ｃ₁、搬出待機室Ｄ₂に至るまで外気に
触れることなく無酸素の状態に保持するように構成して
いる。

【００２３】又、搬送経路Ｒを通過する時間の設定は有
機物の種類や再利用の方法によって決定することとし、
又、装置一式を小型化し、車載化することにより原料発
生場所、炭素素材の使用場所での炭素化も可能となり、
機動力のある装置とすることが望ましく、これにより収
集運搬費の軽減を図ることができる。

【００２４】尚、本発明は上記実施の形態例に限られる
ものではなく、搬送部Ａ、作動準備部Ｂ、加熱分解部
Ｃ、冷却待機部Ｄ、分解ガス液化部Ｅ及び排ガス処理部
Ｆの構造や材質等は適宜変更して設計される。

【００２５】

【発明の効果】本発明は上述の如く、請求項１又は３記
載の発明にあっては、有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下
において低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製
造することにより、産業廃棄物を含む有機物を原料とし
て、固定炭素量の高い良質な炭素素材を製造することが
でき、しかも製造中の熱効率が非常に良く、悪臭や黒煙
の大気中への排出も少なくすることができ、更に少数の
人員で装置を稼働することができ、装置の耐用年数が長
くなってメンテナンスも容易であり、又、連続的に炭素
素材を製造することが可能であり作業能力も大きく、し
かも有機物の粉砕や燃えるものと燃えないものとの分別
作業などの前工程は必要なく、混在したまま用いること
ができ、焼却処理や埋立て処分していた廃棄物や、草木
をも無駄無く利用することができるため資源の浪費を大
幅に減少することができ、更に産業廃棄物の処理施設等
の増設も必要なく、生成された炭素素材を産業上利用す
ることにより多方面への経済効果が期待でき、資源保護
にも大いに寄与することができる。

【００２６】又、請求項２記載の発明にあっては、窒素
置換を用いることにより、無酸素閉鎖密閉雰囲気を容易
に得ることができ、又、請求項４記載の発明あっては、
作動準備部、加熱分解部及び冷却待機部は各々開閉可能
な遮断扉により閉鎖密閉構造に構成することにより容易
に無酸素閉鎖密閉雰囲気を得ることができ、又、請求項
５記載の発明にあっては、上記加熱分解部は相互に分離
可能な独立した複数個の加熱分解室により構成すること
により、修理などの際はその加熱分解室ごとに交換をす
るだけで良く修理による時間の浪費を無くして素早く対
応することができ、また設置稼働後において、需要に応
じて作業能力を増減させる場合は、この加熱分解室部の
増減を行うだけで対応することができる。

【００２７】以上所期の目的を充分達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態例の全体説明平面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態例の部分説明側断面図であ
る。

【図３】本発明の実施の形態例の部分説明平断面図であ
る。

【図４】本発明の実施の形態例の部分説明横断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｗ コンテナ Ｒ 搬送経路 Ａ 搬送部 Ｂ 作動準備部 Ｃ 加熱分解部 Ｃ₁ 加熱分解室 Ｄ 冷却待機部 Ｅ 分解ガス液化部 Ｆ 排ガス処理部

フロントページの続き (71)出願人 597022056 真田 素六 神奈川県厚木市山際583番地の12 (71)出願人 597022067 鈴木 八四郎 神奈川県厚木市上依知142番地の11 (71)出願人 597022078 鳴海 隆盛 神奈川県横浜市港南区上永谷１丁目１番６ 号 (72)発明者 伊藤 護 宮城県仙台市若林区中倉２丁目24番11− 607号

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下におい
   て低温間接加熱により熱分解させて炭素素材を製造する
   ことを特徴とする炭素素材の製造方法。
2. 【請求項２】 有機物を窒素置換によって無酸素閉鎖密
   閉雰囲気下における低温間接加熱により熱分解させて炭
   素素材を製造することを特徴とする請求項１記載の炭素
   素材の製造方法。
3. 【請求項３】 有機物が収納されたコンテナを搬送可能
   な搬送部と、該コンテナの搬送経路の手前側位置に配置
   された作動準備部と、該コンテナの搬送経路中の作動準
   備部の後続位置に配置された加熱分解部と、該コンテナ
   の搬送経路中の加熱分解部の後続位置に配置された冷却
   待機部と、少なくとも該加熱分解部に接続された分解ガ
   ス液化部と、少なくとも該分解ガス液化部に接続された
   排ガス処理部とを備えてなり、上記加熱分解部はコンテ
   ナで搬送されてくる有機物を無酸素閉鎖密閉雰囲気下に
   おいて低温間接加熱により熱分解可能な構造に構成され
   ていることを特徴とする炭素素材の製造装置。
4. 【請求項４】 上記作動準備部、加熱分解部及び冷却待
   機部は各々開閉可能な遮断扉により閉鎖密閉構造に構成
   されていることを特徴とする請求項３記載の炭素素材の
   製造装置。
5. 【請求項５】 上記加熱分解部は相互に分離可能な独立
   した複数個の加熱分解室により構成されていることを特
   徴とする請求項３又は４記載の炭素素材の製造装置。