JPH11286684A - 連続炭化炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 乾燥炉が炭化炉と別に設けられている装置に
おいては、炭化炉の排ガスを乾燥用の熱源として用いる
場合に、排ガスの移送中における放熱により熱損失が大
きく、また、脱臭炉内で排ガスを加熱するのに多量の燃
料を必要とするためランニングコストが高いという課題
がある。 【解決手段】 炉体をほぼ水平に貫通して回転駆動され
る金属製のレトルト８内を被処理物の流通を許してガス
の流通を遮断する仕切壁１２により入口から出口に向か
って乾燥ゾーン１５、乾留炭化ゾーン１６及び賦活ゾー
ン１７に区切り、そのレトルト８の乾留炭化ゾーン１６
及び賦活ゾーン１７にそのレトルト８内のガスを炉体内
１に放出する排気管１９を設け、炉体１の乾留炭化ゾー
ン１６及び賦活ゾーン１７に対応する位置にバーナー２
６を設け、乾燥ゾーン１５を炉体１の乾留炭化ゾーン１
６及び賦活ゾーン１７に対応する位置から流入する燃焼
ガスによってレトルト８の外から加熱するようになって
いるとともに、乾燥ゾーン１５内で発生するガスを賦活
ゾーン１７に供給するパイプを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、下水道、し尿など
の脱水汚泥、パルプスラッジ、食品汚泥などの高水分有
機質廃棄物を低コストで連続的に炭化処理する炉に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高水分有機質廃棄物を乾留炭化するには
前処理として乾燥が必要であり、まず、内部に羽根を設
けたドラムの中に被処理物を投入して回転することによ
り撹拌しつつ、別に設けた炭化炉の排ガスにより熱交換
し、さらに、バーナーで昇温した空気を打ち込んで乾燥
していたが、乾燥により発生する排ガスには臭気がある
ため、別に設けた脱臭炉で８００℃以上に加熱して大気
中に放出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、乾燥炉が
炭化炉と別に設けられている装置においては、炭化炉の
排ガスを乾燥用の熱源として用いる場合に、排ガスの移
送中における放熱により熱損失が大きく、また、脱臭炉
内で排ガスを加熱するのに多量の燃料を必要とするため
ランニングコストが高いという課題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】このよう
な課題を解決するための手段として、請求項１の発明
は、炉体をほぼ水平に貫通して回転駆動される金属製の
レトルト内を被処理物の流通を許してガスの流通を遮断
する仕切壁により入口から出口に向かって乾燥ゾーン、
乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンに区切り、そのレトルト
の乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンにそのレトルト内のガ
スを炉体内に放出する排気管を設け、炉体の乾留炭化ゾ
ーン及び賦活ゾーンに対応する位置にバーナーを設け、
乾燥ゾーンを炉体の乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンに対
応する位置から流入する燃焼ガスによってレトルトの外
から加熱するようになっているとともに、乾燥ゾーン内
で発生するガスを賦活ゾーンに供給するパイプを設けた
ものである。

【０００５】本明細書において、乾燥とは被処理物の付
着水または被処理物の気孔に入っている水を加熱と風に
よって除去することであり、乾留炭化とは有機質の被処
理物を還元雰囲気で加熱することにより熱分解して揮発
分（乾留ガス）を揮発させ、炭素と灰分を残すことであ
り、賦活とは乾留炭化により炭素と灰分となった多孔質
固体の細孔内に残ったタール分を水蒸気により排出して
気孔をさらに多くすることであり少量の乾留ガスが発生
する。

【０００６】上記請求項１の発明は、金属製のレトルト
内を被処理物の流通を許してガスの流通を遮断する仕切
壁により入口から出口に向かって乾燥ゾーン、乾留炭化
ゾーン及び賦活ゾーンに区切ったから、各ゾーンはそれ
ぞれ独立した雰囲気を維持しながら被処理物が順次に隣
のゾーンへ移動しつつ処理が行われるのであって、乾留
炭化ゾーンから炉内へ放出される乾留ガスはバーナーに
より着火されて燃焼し、バーナーの燃焼炎とともにレト
ルトの乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンを直接加熱した後
乾燥ゾーンを加熱して高水分の被処理物を加熱し、水蒸
気と臭気が発生する。

【０００７】このとき、乾燥ゾーンの内圧は高まるが、
賦活ゾーンにおいては燃焼した乾留ガスが炉体内へ放出
されるため大気圧より少し低い。

【０００８】このため、乾燥ゾーンで発生した水蒸気と
臭気はパイプを通って賦活ゾーンへ流入し、被処理物が
賦活されてレトルトから排出される。

【０００９】上記パイプは乾留炭化ゾーンを加熱する熱
によって加熱されて中を流れる気体中の臭気は熱により
分解し脱臭されため、脱臭用の熱量は特に必要としな
い。

【００１０】したがって、効率よく炭化することができ
る効果がある。

【００１１】請求項２の発明は、乾燥ゾーンと賦活ゾー
ンを結ぶパイプが乾留炭化ゾーンを貫通して設けられて
いるからレトルトが嵩ばらない効果があり、請求項３の
発明はパイプが乾留炭化ゾーンを迂回して設けられてい
るから燃焼ガスにより直接加熱されて脱臭効果が高い。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１、２または３
の発明において、乾燥ゾーンが燃焼ガスをその乾燥ゾー
ン内に打ち込むことによって加熱されるようになってい
るから、乾燥が促進される効果がある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の炭化炉の実施の形
態を添付図に基づいて説明する。図１において、１は耐
火物製の炉体であって、隔壁６によって左右に分けられ
ていて、その右側の部分は吸引孔３の形成された炉床２
によって上側の一次燃焼室４と下側の二次燃焼室５に分
けられ、一次燃焼室４と炉体１の左側の部分には炉体１
の両側壁と隔壁６をわずかな間隙をもって貫通する耐熱
金属製のレトルト８がほぼ水平に架設され、炉体１の両
外側においてレトルト８の外周に固定されたリング９が
スタンド１０に回転自由に支持されたローラー１１によ
り支承されて一方向に回転駆動されるようになってい
る。

【００１４】レトルト８内は、図２に示すように、仕切
板１４の両側をレトルト８の内周面に沿う螺旋管１３に
より連通した仕切壁１２によって、入口側から出口側に
向かって、乾燥ゾーン１５、乾留炭化ゾーン１６及び賦
活ゾーン１７に区画されていて、乾留炭化ゾーン１６の
両側の仕切壁１２の仕切板１４の中心を貫いて乾燥ゾー
ン１５と賦活ゾーン１７とを連通するパイプ１８が設け
られているとともに乾留炭化ゾーン１６と賦活ゾーン１
７にはレトルト８内のガスを一次燃焼室４内に放出する
排気管１９が設けられ、乾燥ゾーン１５には炉体１に固
設された閉塞板２０を貫いてホッパー２２に接続された
スクリューコンベア２１、撹拌羽根２３及び熱風打ち込
みパイプ２４が差し込まれ、乾燥ゾーン１５のレトルト
８の外周には案内羽根２５が螺旋状に取り付けられてい
る。

【００１５】また、炉体１の一次燃焼室４には５個のバ
ーナー２６が、二次燃焼室５には１個のバーナー２７が
設けられ、隔壁６の下部には二次燃焼室５のガスをファ
ン２８の吸引によりレトルト８の乾燥ゾーン１５の外周
を通って大気に放出する通気孔７が形成されている。

【００１６】なお、吸引ファン２８の排出ガスの一部は
熱風打ち込みパイプ２４を通ってレトルト８の乾燥ゾー
ン１５内に打ち込まれるようになっている。

【００１７】次に、本実施の形態の炭化炉を用いて高水
分有機質廃棄物を炭化する場合の作用について説明す
る。

【００１８】一次燃焼室４のバーナー２６と二次燃焼室
５のバーナー２７を燃焼させて炉体内を適温に保った状
態でホッパー２２に被処理物を投入するとスクリューコ
ンベア２１によりレトルト８の乾燥ゾーン１５に供給さ
れ、撹拌羽根２３により撹拌されつつレトルト８の外周
を通る高温ガス及び熱風打ち込みパイプ２４から打ち込
まれる熱風により乾燥粉砕されながら移送され、レトル
ト８の回転により乾留炭化ゾーン１６との間に設けられ
た仕切壁１２の螺旋管１３を通って乾留炭化ゾーン１６
へ入るが、螺旋管１３内は粒状になった被処理物によっ
て埋められているため、水蒸気や臭気は乾留炭化ゾーン
１６へ入ることができず、後述するように、大気圧より
少し気圧の低い賦活ゾーン１７へパイプ１８を通って流
れ、高温度の乾留炭化ゾーン１６内を通過する際に加熱
されて水蒸気は更に高温度となり、臭気は熱分解して消
滅する。

【００１９】乾留炭化ゾーン１６は両側の仕切壁１２に
よって仕切られているため、乾燥した被処理物はバーナ
ー２６の燃焼炎により高温度に加熱されて有機物の一部
が燃焼することにより還元雰囲気となって大部分の有機
物は分解して乾留ガスとなり、排気管１９から一次燃焼
室４内に流入して燃焼し、一次燃焼室４内の温度が上昇
するため一次燃焼室４のバーナー２６を順次に消して最
後には全部消すこともできる。

【００２０】ファン２８の吸引により負圧となった二次
燃焼室５に炉床２の吸引孔３を通って流入した排気ガス
はバーナー２７により再加熱されて未燃炭素及び臭気は
焼却されるが、ダイオキシン等の有害物質が分解されな
い場合には、一次燃焼室４のバーナー２６を幾つか燃焼
させて温度を上昇させてもよい。

【００２１】このようにして、無害化された排気ガスは
レトルト８の乾燥ゾーン１５の外周の案内羽根２５によ
り旋回しつつファン２８から大気中に放出されるのであ
るが、その間に熱交換により乾燥ゾーン１５を十分に加
熱する。

【００２２】乾留炭化ゾーン１６で炭化された粒状の被
処理物は仕切壁１２の螺旋管１３を通って賦活ゾーン１
７に移され、パイプ１８を通って乾燥ゾーン１５から供
給される高温度の水蒸気と混合されつつ一次燃焼室４に
より加熱され、気孔中に残ったタールが除去されて多孔
質となり、出口側の仕切壁１２の螺旋管１３から排出さ
れ、賦活ゾーン１７で発生したガスは排気管１９を通っ
て一次燃焼室４内で燃焼される。

【００２３】多孔質となった炭化物は土壌改良剤などと
して有効に利用される。

【００２４】本発明の他の実施の形態として、図３に示
すように、パイプ１８をレトルト８の外側に配置して乾
留炭化ゾーン１６を迂回させるようにしてもよい。

【００２５】実施例 含水率が８０％の下水汚泥を乾燥ゾーン１５の長さが３
ｍ、乾留炭化ゾーン１６、賦活ゾーン１７の長さがそれ
ぞれ１．５ｍ、内径が０．３ｍのレトルト８を架設した
図１の炭化炉を用いて毎時１０５kgをホッパー２２より
スクリューコンベア２１で定量供給し、投入より排出ま
で６０分にて炭化物を得た。先ず全バーナーに点火して
炉の一次燃焼室４を７５０℃に昇温してから投入を開始
した。乾燥ゾーン１５の内部温度は５２０℃であったが
汚泥の投入により順次温度は低下し４８０℃〜４７０℃
まで降下したが汚泥が乾燥ゾーン１５を過ぎて乾留炭化
ゾーン１６へ入るとレトルト８に設けられている排気管
１９より乾留ガスが噴出して着火し温度も上昇してき
た。従って、第１のバーナー２６（レトルト８の入口側
から１番目）を残して入口側から第２、第３のバーナー
２６と順次消し、最後には二次燃焼室５のバーナー２７
と一次燃焼室４の第５のバーナー２６（レトルト８の最
も出口寄り）を残して他は消火した。この時二次燃焼室
５の温度も６８０℃まで昇温し乾燥ゾーン１５の温度も
５２０℃〜５３０℃と上昇した。この時点で操炉は手動
より自動制御に切り替え、乾留炭化ゾーン１６を７５０
℃、賦活ゾーン１７を８５０℃、二次燃焼室５を８５０
℃に温度設定したところ安定した炭化を持続することが
できた。二次燃焼室５はバーナー２６によって８５０℃
に保たれ未燃焼炭素は焼却され高温度なガスは二次燃焼
室５から通気孔７を通って乾燥ゾーン１５の周りへ入り
乾燥エネルギーとして働き一部は乾燥ゾーン１５内に打
込まれ乾燥熱風として直接汚泥に接触して水分の蒸発促
進をはかった。残りの温風は煙突より大気中に放出し
た。排ガスは臭い煤塵もなく無害な排ガスであった。

【００２６】この実験で使用した水分８０％の生汚泥は
８９３kgで、できた炭化物は５５．８kg、処理に要した
時間は５１０分であった。ＬＰガス使用量は７３．５kg
で生汚泥１kgあたりのガス使用量は０．０８２３kgであ
った。

【００２７】できた炭化物は５．００mm以下の硬い粒状
炭で嵩比重は０．５３であった。炭の比表面積は１４５
m²／ｇで活性炭の約１／１０であった。

【００２８】比較例 炉体内を貫通するレトルトが内径０．３ｍ、長さ３ｍの
加熱帯の連続炭化炉であって乾燥ゾーンはなく乾留炭化
ゾーンと賦活ゾーンとはレトルト内に設けられている螺
旋壁で仕切られた二室よりなるレトルトを炉枠内に架設
し、バーナーと自燃する乾留ガスで加熱しながら回転さ
せ、乾留炭化、賦活するものである。当然入口・出口は
空気の侵入は遮断する構造であり、実施例１と同様発生
する乾留ガスはレトルト内より外に通ずる排気管より噴
出し自燃させるものである賦活ゾーンは炉の出口側より
賦活ゾーンに通ずる細いパイプで水を注入しパイプ内で
水蒸気化して賦活を行った。

【００２９】乾燥は炭化炉の二次燃焼室より排出される
６５０℃の高温ガスをダクトで乾燥用熱風発生機へ導き
更にバーナーで加熱し風量を増して７００℃の熱風を乾
燥炉へ打込んで乾燥を行った。乾燥炉は内径０．５ｍ、
長さ２ｍ、管内に解砕用回転羽根とリフターが取り付け
てあり、熱風を打込みながら含水率８０％の汚泥を羽根
で解砕しリフターで上部へ持ち上げ、落下させながら熱
風と接触して乾燥する仕組みである。乾燥排ガスは水蒸
気主体の臭気のある気体であり乾燥炉よりファンで吸引
しバーナーで８５０℃に加熱された脱臭炉を通して焼却
脱臭し大気中に放出した。乾燥炉へは８０％水分汚泥を
毎時９０kg入れ、乾燥後の水分は４２．４％となった。
水分４２．４％の乾燥汚泥を毎時６０kgを前記乾留炭化
炉へ連続自動投入し乾留ゾーン７５０℃、賦活ゾーン８
００℃を３０分で通過させて炭化物を得た。このとき賦
活ゾーンへの水の注入は毎時６ｌであった。今回の実験
では一次燃焼室は５つのバーナーのうち第１バーナーと
第５バーナーを燃焼させ、二次燃焼室は８００℃の温度
を維持した。含水率８０％の生汚泥５４４．２kgを毎時
９０．７kg、乾燥炉へ供給し含水率４２．４％の乾燥汚
泥１８８．８kgを得た。この乾燥汚泥を毎時３６．５kg
炭化炉へ連続供給して３４kgの炭化物を作ることができ
た。できた炭化物の嵩比重は０．５８、直径５mm以下で
真黒い硬い粒状炭化物であった。炭の比表面積は１３５
m²／ｇであり活性炭には及ばないが植物の育成には十分
使用できる。この炭化に用いたＬＰガスは７１．８kgで
あり、この内乾燥機に４３％、脱臭炉に３９．１％、炭
化炉に１７．９％であった。生汚泥１kgに要した燃料は
０．１３２kgとなった。

【００３０】含水率８０％の生汚泥の炭化処理に要した
燃料（ＬＰガス）は実施例では生汚泥１kgにＬＰガス
０．０８２３kg、１ｔ処理に８２．３kgであったが、比
較例では生汚泥１kgに０．１３２kg、１ｔ当り１３２kg
消費した。これは明らかに乾燥・脱臭に使用した燃料に
よるものといえる。実施例の場合、二次燃焼室５の温度
も８５０℃を維持すると共に賦活ゾーン１７の温度も８
５０℃と比較例よりも高く設定したがこのように燃料使
用に差ができ、本発明がいかに高水分汚泥の炭化が低燃
費に大きく貢献しているか実証することができた。この
ように乾燥炉を炭化炉と一体化して脱臭炉を省くことに
より設備もコンパクトになり設備費の低減にもつながり
本発明のもたらす効果は多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の断面図である。

【図２】仕切壁の拡大断面図である。

【図３】本発明のレトルトの他の実施の形態の断面図で
ある。

【符号の説明】

１：炉体 ４：一次燃焼室 ５：二次燃焼室 ８：レトルト １２：仕切壁 １３：螺旋管 １４：仕切板 １５：乾燥ゾーン １６：乾留炭化ゾーン １７：賦活ゾーン １８：パイプ １９：排気管 ２６、２７：バーナー

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉体をほぼ水平に貫通して回転駆動され
   る金属製のレトルト内を被処理物の流通を許してガスの
   流通を遮断する仕切壁により入口から出口に向かって乾
   燥ゾーン、乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンに区切り、該
   レトルトの前記乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンに該レト
   ルト内のガスを前記炉体内に放出する排気管を設け、前
   記炉体の前記乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンに対応する
   位置にバーナーを設け、前記乾燥ゾーンを前記炉体の前
   記乾留炭化ゾーン及び賦活ゾーンに対応する位置から流
   入する燃焼ガスによって前記レトルトの外から加熱する
   ようになっているとともに、前記乾燥ゾーン内で発生す
   るガスを前記賦活ゾーンに供給するパイプを設けたこと
   を特徴とする連続炭化炉。
2. 【請求項２】 前記パイプが前記乾留炭化ゾーンを貫通
   して設けられていることを特徴とする請求項１記載の連
   続炭化炉。
3. 【請求項３】 前記パイプが前記乾留炭化ゾーンを迂回
   して設けられていることを特徴とする請求項１記載の連
   続炭化炉。
4. 【請求項４】 前記乾燥ゾーンが前記燃焼ガスを該乾燥
   ゾーン内に打ち込むことによって加熱されるようになっ
   ていることを特徴とする請求項１、２または３記載の連
   続炭化炉。