JP2004043587A

JP2004043587A - 炭化装置及び炭化物の製造方法

Info

Publication number: JP2004043587A
Application number: JP2002201239A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Nakatani; 中谷　郁夫; Keiichi Hori; 堀　惠一; Ritsuo Hashimoto; 橋本　律男; Keiichi Sato; 佐藤　恵一; Yoshiyuki Takeuchi; 竹内　善幸
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】原料から排出される揮発ガスを有効利用して効率よく炭化物を生成することができる炭化装置を提供する。
【解決手段】内熱式ロータリキルン１０に投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化装置において、内熱式ロータリキルン１０内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内熱式ロータリーキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化装置及び炭化物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、廃棄物を減容化、あるいは有価物に転換する目的で炭化処理する場合、ロータリキルン式の炭化装置を使用することが知られている。このようなロータリキルン式の炭化装置には、ロータリーキルン（回転炉）の胴外壁に熱を加える外熱式と、ロータリーキルンの胴内部に直接加熱ガスを供給する内熱式とがあり、後者の内熱式の方が熱効率はよいとされている。
【０００３】
ここで、上述した内熱式ロータリキルン（炭化装置）について、従来の構成例を図８に示して簡単に説明する。なお、図中の符号１は原料供給装置、２は揮発分燃焼用空気供給装置、３は助燃バーナ、４は排ガス再加熱用燃焼器、５は空気供給装置、６は追いだき用バーナ、１０は内熱式ロータリキルンである。
内熱式ロータリキルン１０は、原料入口室１１と、ロータリーキルン１２と、製品出口室１３と、回転支持部１４と、回転駆動装置１５とを具備して構成されており、原料供給装置１からロータリキルン１２内に投入された原料を加熱して製品の炭化物を得る。
【０００４】
ロータリキルン１２内で加熱された廃棄物等の原料は、水分及び揮発ガス（メタン等の可燃ガス）よりなるガスを排出して炭化物となる。原料の加熱には、ロータリキルン１２内で排出された揮発ガスを揮発分燃焼用空気供給装置２から供給される空気で燃焼させて得られる熱量と、助燃バーナ３から必要に応じて供給される燃焼ガスの熱量とが使用される。すなわち、揮発分燃焼用空気供給装置２は、通常炭化処理するために空気量が過剰とならない割合（空気比１．０未満）で燃焼用空気を供給し、原料から発生した揮発ガスを燃焼させて発生した排ガスを主たる加熱用ガスとしてロータリーキルン１２の胴内部に供給する。
なお、排ガス再加熱用燃焼器４は、内熱式ロータリキルン１０から排出された排ガスを８５０℃以上の高温に再加熱して、ダイオキシンの発生を抑制する目的で設置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の内熱式ロータリキルン１０は、以下に示すような問題点を有している。
（１）揮発ガスを燃料としている点は効率的であるが、ガス流れがワンパスであるため、発生した揮発ガスを燃料として有効に使いきっていない。
（２）熱処理において、ダイオキシンの発生を抑制するためには８５０℃以上の高温で燃焼させる必要があるが、熱を有効に使っていないため、排ガス再加熱用燃焼器４が必要となり、追いだき用バーナ６の設置及び燃料が必要となる。
（３）揮発ガスの燃焼には、前述の通り空気比を１．０未満にして燃焼用空気を供給する必要がある。しかし、揮発ガスの発生量は一定ではないため、空気過少または過剰の状態が生じて炭化処理は不安定になる。すなわち、空気過少の場合には、燃焼不足（発熱量不足）により所定の温度が得られないため炭化処理不足となり、反対に空気過剰の場合には、炭化処理とはならず通常の焼却処理となって焼却灰が発生する。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、原料から排出される揮発ガスを有効利用して効率よく炭化物を生成することができる炭化装置及び炭化物の製造方法の提供を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の炭化装置は、内熱式ロータリキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化装置において、前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
このような炭化装置によれば、内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは、一部を分岐させてワンパスとなることなく何度も繰り返して循環するようになる。
この場合、内燃式ロータリーキルン内におけるガスの流れは原料と逆向きの流れ（向流）とする。また、内熱式ロータリーキルン内を循環するガスの総量は、原料から発生するガスよりも大きな値に設定し、廃棄物から実際に発生するより多いガスが通過するようにする。
【０００９】
請求項１記載の炭化装置においては、前記ガスが燃焼分と循環分とに分流され、前記燃焼分中の可燃ガスを燃焼加熱手段の燃料として燃焼させ、かつ、前記循環分を前記燃焼加熱手段により間接昇温させた後に前記内熱式ロータリーキルンへ戻して循環させることが好ましく、これにより、循環率を変化させることによって燃焼加熱手段の加熱量が可変となり、循環するガスの温度を調節することが可能になる。
また、燃焼分については、燃焼加熱手段においてダイオキシンの発生を抑制する８５０℃以上の高温で燃焼させることができる。
【００１０】
請求項１または２記載の炭化装置においては、前記ガスの循環率調整手段を設けることが好ましく、これにより、循環するガスの温度を調節することが可能になる。この場合の循環率調整手段としては、ダンパ等がある。
【００１１】
請求項１から３のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の補助燃料として生成した炭化物の一部を投入することが好ましく、これにより、燃焼分に含まれる可燃成分が希薄で熱量不足の場合には、炭化物を助燃剤として使用できる。
【００１２】
請求項１から４のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の廃熱で燃焼用空気を昇温させる予熱手段を設けることが好ましく、これにより、燃焼加熱手段の廃熱を有効利用することができる。
【００１３】
請求項１から５のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の廃熱で前記原料を予備乾燥させる原料乾燥手段を設けることが好ましく、これにより、燃焼加熱手段の廃熱を有効利用することができる。
【００１４】
請求項１から６のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段の上流側に前記ガスから水蒸気を分離する膜分離手段を設けることが好ましく、これにより、循環するガスを水蒸気と残りの揮発ガスとに分離することができる。
【００１５】
請求項７記載の炭化装置においては、前記膜分離手段が前記循環経路に設けられていることが好ましく、これにより、内燃式ロータリーキルン内を循環する水蒸気量の割合が増し、また、燃焼加熱手段においては、可燃分濃度の高いガスが供給される。
【００１６】
請求項７記載の炭化装置においては、前記膜分離手段が前記循環経路から分岐する燃焼分経路に設けられていることが好ましく、これにより、膜分離手段の小型化が可能になる。
【００１７】
請求項１から９のいずれかに記載の炭化装置においては、前記燃焼加熱手段が蓄熱式燃焼器であることが好ましく、これにより、着火しにくい低発熱量のガスであっても充分に着火して燃焼させることができる。
【００１８】
請求項１１に記載の炭化物の製造方法は、内熱式ロータリキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化物の製造方法であって、前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させることを特徴とするものである。
【００１９】
このような炭化物の製造方法によれば、前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させるようにしたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは一部を分岐させてワンパスとなることなく何度も繰り返して循環するようになり、ガス中の可燃分を無駄にすることなく有効に燃焼させて炭化処理に利用することができる。
この場合、内燃式ロータリーキルン内におけるガスの流れは原料と逆向きの流れ（向流）とし、また、内熱式ロータリーキルン内を循環するガスの総量は、原料から発生するガスよりも大きな値に設定し、廃棄物から実際に発生するより多いガスが通過するようにする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る炭化装置及び炭化物の製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
＜第１の実施形態＞
図１に示す第１の実施形態において、内熱式ロータリキルン１０には、図示省略の原料供給装置から廃棄物等の原料が供給される。なお、この内熱式ロータリキルン１０の構成は、上述した従来例と同様である。
内熱式ロータリーキルン１０に供給される原料は、ロータリーキルン１２内を原料入口室１１側から製品出口室１３側へ向かって流れる過程において、後述する循環ガスｒによって加熱され、図中に矢印Ｇで示すようにして水蒸気及び揮発ガス（以下、「発生ガス」と呼ぶ）よりなるガスを排出して炭化される。
【００２１】
このようにして炭化処理された炭化物は、原料が減容化された炭化装置の製品として、製品出口室１３から出て次工程へと送られていく。
ここで、上述した内熱式ロータリーキルン１０に供給される原料としては、たとえばごみや廃プラスチック等の各種廃棄物、おからや茶殻のような食品製造副産物、木くず、糞尿、生ゴミ、有機性汚泥及び下水汚泥等の各種有機性廃棄物がある。
【００２２】
ロータリキルン１２内で原料から排出された発生ガスＧは、サイクロン２０を経由して循環ガスファン２１に吸引される。なお、以下の説明では、ロータリーキルン１２内で発生した発生ガスＧに、後述する循環分（ｒ１）のガスを加えたものを総称して「循環ガス（ｒ）」と呼ぶことにする。
【００２３】
サイクロン２０は、循環ガスｒ中に含まれてくる炭化物の粉体を分離除去するため、必要に応じて設けられる機器である。これは、ロータリーキルン１２内で炭化した炭化物に微粒子が含まれるためであり、この微粒子が循環ガスｒの流れにのって流出してもサイクロン２０内でガス流から分離して回収される。
循環ガスファン２１は、ロータリーキルン１２内の循環ガスｒを吸引して後述する循環経路を循環させると共に、吸引した循環ガスｒの一部を後述する燃焼器２２へ供給する機能を有している。
【００２４】
循環ガスファン２１から送出された循環ガスｒは、熱交換器２３へ導かれる循環分（ｒ１）と、燃焼器２２へ供給されて燃料となる燃焼分（ｒ２）とに分流される。
このうち、燃焼分ｒ２は、循環分ｒ１の燃焼加熱手段として設けられている燃焼器２２で揮発ガスが燃料として使用される。すなわち、循環ガスｒに含まれている揮発ガス（メタン等の可燃ガス）の一部を燃焼器２２の燃料として燃焼させ、この燃焼で発生した排ガスを、燃焼器２２と共に燃焼加熱手段を構成する熱交換器２３の加熱源として供給するようになっている。
【００２５】
また、この燃焼器２２では、必要に応じて内熱式ロータリーキルン１０で生成された炭化物の一部を補助燃料として投入する。これは、燃焼分ｒ２の燃焼によって発生する排ガスから加熱源として充分な熱量を確保できない場合、あるいは着火性をよくするための手段であり、燃焼器２２内に投入した炭化物を燃焼分ｒ２と共に燃焼させて得られる熱量を加算することで不足分を補うものである。なお、燃焼器２２内における燃焼温度は、ダイオキシンの発生を抑制できる８５０℃以上の高温とするのが好ましい。
【００２６】
また、燃焼器２２においては、運転スタート時にロータリーキルン１２内の温度が低く充分な炭化処理が行われないため、燃焼分ｒ２に含まれる揮発ガス量がほとんどないか大幅に不足するので、運転スタート時の補助燃料として液化石油ガス（ＬＰＧ）等を使用する。
なお、この燃焼器２２の燃焼空気としては、空気ファン２４で吸引した大気を予熱器２５で昇温させたものが供給される。
【００２７】
一方、循環ガスｒから分流した循環分ｒ１は、熱交換器２３で燃焼器２２の排ガスと熱交換して間接昇温された後、内熱式ロータリーキルン１０のロータリーキルン１２内へ戻される。すなわち、循環分ｒ１は、燃焼分ｒ２を燃焼させる燃焼器２２により間接昇温された後、ロータリキルン１２内で発生ガスＧと合流して新たな循環ガスｒとなり、以後同様にして循環を繰り返す。
このように、循環ガスファン２１の作用によってロータリーキルン１２から吸引された循環ガスｒが、循環分ｒ１及び燃焼分ｒ２に分流した後、一方の循環分ｒ１が熱交換器２３を通過して間接昇温されてからロータリーキルン１２内へ戻され、同キルン１２内に発生した新たな発生ガスＧと合流した循環ガスｒとなって循環を繰り返す循環経路が形成されている。
【００２８】
ロータリーキルン１２内を循環する循環ガスｒは、原料の流れ方向と逆向きに製品出口室１３側から原料入口室１１側へ流れるので、原料の流れとは向流となる。ここでロータリーキルン１２内を流れる循環ガスｒの流量は、原料から発生するガスである発生ガスＧの量より多く設定され、廃棄物から実際に発生する量より多い循環ガスｒが通過するようにして充分な熱量を確保する。すなわち、燃焼分ｒ２として分流させるガス量は、燃焼器２２に必要な燃料確保にとどめ、残った分を加熱した高温の循環分ｒ１として大量に戻し、ロータリーキルン１２内の入口温度を所望の高温に維持する。
なお、内熱式ロータリーキルン１０において、炭化に適切なガス温度は原料の性状によって異なるが、通常はガス入口側で３００℃〜８００℃、ガス出口側で２００℃〜７００℃となるが、循環分ｒ１の循環率（循環ガスｒに対する循環分ｒ１の割合）を循環率調整手段のダンパ等で調整したり、あるいは、熱交換器２３における交換熱量を変えることにより、ほとんどの条件下で出入口を所定の温度に設定することが可能である。
【００２９】
熱交換器２３で循環分ｒ１と熱交換した排ガスは、燃焼用空気を昇温させる予熱手段として設けられている予熱器２５に導かれ、空気ファン２４から供給されてくる空気と熱交換して昇温させる。すなわち、燃焼器２２の廃熱を有効利用して燃焼用空気を昇温させているので、燃焼器２２内の温度を高温に維持するなど、装置全体としての熱効率を向上させている。
【００３０】
以下、上述した炭化装置について、これを用いた炭化物の製造方法と共に作用を説明する。
ロータリーキルン１２内に投入された原料は、循環ガスｒが保有する熱により加熱されながら原料入口室１１から製品出口室１３へ流れていく。この過程で原料に含まれている水分が水蒸気となって排出され、同時にメタン等の揮発ガスも排出されて、発生ガスＧが生成される。この結果、残った原料は炭化処理された炭化物（製品）となり、外部の次工程へ供給される。
【００３１】
ロータリキルン１２内で原料から生じた発生ガスＧは、原料と逆向きに流れてキルン内を加熱した循環ガスｒと合流し、循環ガスファン２１に吸引されて流出する。このように循環ガスｒを原料の流れに対して向流とすれば、ガス入口側の製品出口室１３近傍をガス出口側の原料入口室１１近傍よりも高温として良好な炭化処理を行うことができる。
なお、循環ガスｒの流量は、発生ガスＧの発生量と比較してかなり多く、大量のガス量が通過することで所望の高温を維持している。
【００３２】
循環ガスｒは、この後循環分ｒ１と燃焼分ｒ２とに分流されるが、燃焼分ｒ２として燃焼器２２へ供給されるガス量は加熱量の確保に必要な量とし、その他大半のガスは熱交換器２３へ導入して加熱した後、再度ロータリーキルン１２へ供給して循環させる。このようにすれば、揮発ガスを含む循環ガスｒは、燃焼分ｒ２側へ分流されるまで何度もロータリーキルン１２内を通過し、発生ガスＧと合流しながら循環経路内の循環を繰り返す。従って、循環ガスｒ中の揮発ガスが大気に放出されるなどして無駄になることはなく、燃焼器２２の燃料として確実に使用されることとなる。
【００３３】
一方、燃焼器２２に供給される燃焼分ｒ２は、予熱された空気により揮発ガスを燃焼させて排ガスを生成するが、この排ガスは、熱交換器２３で循環分ｒ１を加熱して間接昇温させた後、予熱器２５で空気を昇温させてから必要に応じて適当な処置を施して大気に放出される。
このため、排ガスがロータリーキルン１２内を循環する循環ガスｒと混合されることはないので、温度条件の異なるローターリーキルン１２の加熱温度を考慮する必要はなく、従って、燃焼器２２では空気を充分に供給してダイオキシンの発生を抑制する８５０℃以上の高温で燃焼させることが可能になるので、従来必要であった排ガス再加熱用燃焼器及びその燃料等が不要となる。
また、ロータリーキルン１２側においても、燃焼ガスや未使用空気の混入がないので、原料の性状、原料供給量、発生ガスＧの発生量に変動があっても空気量が問題になることはなく、常に安定した炭化処理が行われる。
【００３４】
［第１の実施形態による実施例］
図１に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。

【００３５】
＜第２の実施形態＞
続いて、本発明の第２の実施形態を図２に示して説明する。なお、本発明の基本構成は上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、燃焼器２２から排出された排ガスの廃熱を有効に利用して原料を予備乾燥させるため、予熱器２５の下流側に原料乾燥手段として乾燥装置３０を設けてある。この乾燥装置３０は、大気に放出する前の排ガスを全量または一部導入して熱源とし、この熱源により原料を予備乾燥させるものである。
【００３６】
このような予備乾燥は、特に水分を多く含んでいる原料を炭化する場合に有効であり、炭化処理におけるロータリーキルン１２内の加熱量を節約できるなど、廃熱の有効利用により装置全体としての熱効率が向上する。
【００３７】
［第２の実施形態による実施例］
図２に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、助燃剤（生成炭化物）の必要量が少なくなり炭化物の収量は増加した。なお、運転条件については、上述した第１の実施形態による実施例と同じである。

【００３８】
＜第３の実施形態＞
続いて、本発明の第３の実施形態を図３及び図４に示して説明する。なお、本発明の基本構成は上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、循環ガスｒが流れる循環経路に膜分離装置４０が設けられている。この膜分離装置４０は、循環ガスｒの流れ方向において燃焼加熱手段となる燃焼器２２及び熱交換器２３の上流側に位置している
【００３９】
この場合の膜分離装置４０は、循環ガス（入口ガス）中に含まれている水蒸気（膜透過ガス）を除去して、残りの揮発ガス（出口ガス）から分離する機能を有している。
この膜分離装置４０は、たとえば図４に示すように、ケーシング４１の内部に円筒状のエレメント（水蒸気透過膜）４２が設置された構成となっている。
【００４０】
ケーシング４１は、入口ガスを投入する入口ノズル４３と、膜透過ガスが流出する透過ガスノズル４５と、水蒸気を除去された出口ガスが流出する出口ノズル４６とを備えた容器である。
ケーシング４１の内部は、上下一対の仕切板４７，４８によって仕切られ、入口・出口ガス室５０及び透過ガス室５１となる空間が形成されている。入口・出口ガス室５０には入口ノズル４３及び出口ノズル４６が開口し、さらに、透過ガス室５１には透過ガスノズル４５が開口している。
【００４１】
エレメント４２は、一端（図示の例では下端部）が遮蔽板４２ｂによって閉じられ、他端が透過ガス室５１に開口して、上下一対の仕切板４７，４８を貫通して多数設けられている。このエレメント４２として、たとえば特許第１７００３８８号、特許第２８０８４７９号、特公平８−３２２９８に開示されているシリカゲル膜等の無機分離膜が使用可能である。
ここに開示されているシリカゲル膜は、耐熱性や耐酸性があり、有機酸または有機溶剤／水混合物からの水分離や、水蒸気を含むガス中から水蒸気を高性能で分離することができる。
【００４２】
以下、膜分離装置４０における水蒸気分離の作用を説明する。
ロータリーキルン１２から流出した循環ガスｒは、入口ガスとして入口ノズル４３から入口・出口ガス室５０へ流れ込む。この循環ガスｒ中に含まれている水蒸気は、出口ノズルへ向けて流れて行く過程で矢印５２（図４（ｂ）参照）のようにエレメント４２を透過し、エレメント４２の中空部４２ａに入り込む。この結果、循環ガスｒは、中空部４２ａ内の水蒸気（膜透過ガス）と、エレメント４２を透過しない水蒸気以外の他の成分である揮発ガス（出口ガス）とに分離される。このうち、揮発ガスを主成分とする水蒸気以外の出口ガスは、出口ノズル４６から流出して下流側の燃焼器２２へ導かれる。
なお、膜分離装置４０においては、水蒸気が完全に除去されないこともあるので、出口ガスにはある程度の残存水蒸気が含まれている場合がある。
【００４３】
一方、エレメント４２を透過した水蒸気は、中空部４２ａを通って透過ガスノズル４５から流出する。こうして分離した水蒸気は、熱交換器２３へ送られて昇温されるが、熱交換器２３へ供給する水蒸気には、補充等の目的からボイラ２６で生成した水蒸気も加えられる。このボイラ２６は、熱交換器２３で熱交換した後の排ガスを導入し、その廃熱を利用して水を加熱することで水蒸気を生成するものである。
【００４４】
このようにして、膜分離装置４０により水蒸気と揮発ガスとを分離すると、燃焼器２２には水蒸気が除去されて濃度の高い揮発ガスが燃料として供給されるようになり、単位体積当たりの発熱量が増す。このため、炭化物を補助燃料として使用する必要がなくなったり、あるいは、補助燃料の使用量を低減することができる。
また、ロータリーキルン１２内を循環する循環ガスｒは、ほとんど水蒸気となるため、タールの発生を抑制できる。さらに、可燃ガスや空気が含まれていないため、安定した炭化処理が可能になる。
【００４５】
［第３の実施形態による実施例］
図３に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、この例では助燃剤は必要なかった。

【００４６】
＜第４の実施形態＞
続いて、本発明の第４の実施形態を図５及び図６に示して説明する。なお、本発明の基本構成は上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、循環ガスｒが流れる循環経路から分岐させて燃焼器２２に至る燃焼分ｒ２の経路、すなわち燃焼分経路に膜分離装置４０Ａが設けられている。この膜分離装置４０Ａは、循環ガスｒの流れにおいて、燃焼加熱手段である燃焼器２２の上流側に位置している。
【００４７】
この場合の膜分離装置４０Ａは、循環ガス（入口ガス）中に含まれている水蒸気（膜透過ガス）を除去して、残りの揮発ガス（出口ガス）から分離する機能を有している。
この膜分離装置４０Ａは、たとえば図６に示すように、ケーシング４１の内部に円筒状のエレメント（水蒸気透過膜）４２が設置された構成となっている。
【００４８】
ケーシング４１は、入口ガスを投入する入口ノズル４３と、スイープガス（水蒸気濃度が低いガス）を投入するスイープガスノズル４４と、膜透過ガス及びスイープガスが流出する透過ガスノズル４５と、水蒸気を除去された出口ガスが流出する出口ノズル４６とを備えた容器である。
ケーシング４１の内部は、上下一対の仕切板４７，４８によって、スイープガス室４９、入口・出口ガス室５０及び透過ガス室５１の３つの空間に仕切られている。スイープガス室４９にはスイープガスノズル４４が開口し、入口・出口ガス室５０には入口ノズル４３及び出口ノズル４６が開口し、さらに、透過ガス室５１には透過ガスノズル４５が開口している。
【００４９】
エレメント４２は、一端がスイープガス室４９に開口し、かつ、他端が透過ガス室５１に開口するようにして、上下一対の仕切板４７，４８を貫通して多数設けられている。このエレメント４２は。上述した第３の実施形態と同様に、シリカゲル膜等の無機分離膜が使用可能である。
【００５０】
以下、膜分離装置４０Ａにおける水蒸気分離の作用を説明する。
ロータリーキルン１２から流出した循環ガスｒは、入口ガスとして入口ノズル４３から入口・出口ガス室５０へ流れ込む。この循環ガスｒ中に含まれている水蒸気は、出口ノズルへ向けて流れて行く過程で矢印５２（図６（ｂ）参照）のようにエレメント４２を透過し、エレメント４２の中空部４２ａに入り込む。この結果、循環ガスｒは、中空部４２ａ内の水蒸気（膜透過ガス）と、エレメント５２を透過しない水蒸気以外の他の成分である揮発ガス（出口ガス）とに分離される。このうち、揮発ガスを主成分とする水蒸気以外の出口ガスは、出口ノズル４６から流出して下流側の燃焼器２２へ導かれる。なお、膜分離装置４０Ａにおいては、水蒸気が完全に除去されないこともあるので、出口ガスにはある程度の残存水蒸気が含まれている場合が多い。
【００５１】
一方、エレメント４２を透過した水蒸気は、スイープガスノズル４４から流入し、中空部４２ａを通って透過ガスノズル４５から流出するスイープガスの流れを推進力とし、このスイープガスと共に流出する。ここでは、スイープガスとして空気を使用しているが、これに限定されることはない。
こうして分離した水蒸気及びスイープガスは、ブロアー２７に吸引されて大気等に排出される。
また、スイープガスを使用することにより、エレメント４２の前後、すなわちエレメント４２の外側となる入口・出口ガス室５０と、エレメント４２の内側となる中空部４２ａとの間で水蒸気の分圧差が大きくなるので、水蒸気の透過効率が向上する。
【００５２】
このようにして、膜分離装置４０Ａにより燃焼器２２へ供給する燃焼分ｒ２から水蒸気を分離除去して濃度の高い揮発ガスを供給するようにすれば、単位体積当たりの発熱量が増すため、炭化物等の補助燃料が不要になったり、あるいは使用量を低減することが可能になる。しかも、燃焼分ｒ２のみを流す膜分離装置４０Ａとなるので、上述した第３の実施形態で用いた膜分離装置４０と比較して、循環分ｒ１が通過しない分だけ小型のものを使用できる。
【００５３】
［第４の実施形態による実施例］
図５に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、この例では助燃剤は必要なかった。

【００５４】
＜第５の実施形態＞
最後に、本発明の第５の実施形態を図７に示して説明する。なお、本発明の基本構成は、上述した第１の実施形態と同様であり、従って、以下では異なる部分についてのみ説明する。
この実施形態では、燃焼加熱手段として、これまでの燃焼器２２に代えて蓄熱式燃焼器６０を採用している。この蓄熱式燃焼器６０は、上下一対のバーナを備え、それぞれにバーナ付蓄熱体６１、６２が設けられている。このバーナ付蓄熱体６１，６２には、ハニカム状のセラミックや多孔質のセラミック等が用いられる。
【００５５】
上述した構成の蓄熱式燃焼器６０では、一方のバーナより生成される燃焼排ガスの熱を他方のバーナ付蓄熱体に蓄熱するため、燃焼器内では常時高温状態が確保できる。図示の例では、上部に設けられているバーナ付蓄熱体６１側から排出される燃焼排ガスの熱が、下部のバーナ付蓄熱体６２に蓄熱されるので、通常の燃焼器２２では揮発ガスが希薄で着火しにくい場合であっても、充分着火することが可能である。
なお、上下のバーナ付蓄熱体６１，６２におけるバーナ燃焼は、開閉弁６３〜６８の開閉切換操作により、交互に切り換える往復燃焼が可能である。
【００５６】
［第５の実施形態による実施例］
図７に示す構想の装置を使用して運転を実施し、以下の結果を得た。運転スタート時以外は補助燃料の必要がなく、焼却灰の発生が殆ど認められない状態で炭化物を得ることができた。また、この例では助燃剤は必要なかった。

【００５７】
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の炭化装置及び炭化物の燃焼方法によれば、以下の効果を奏する。
請求項１記載の発明によれば、内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは、ワンパスとなることなく燃焼に供されるまで何度も繰り返し循環するようになる。このため、外部へ捨てられる廃熱量が減少することでガスの温度を高く設定することができるようになり、加熱量を必要最小限に抑えて炭化処理に最適な温度条件を設定することができるので、熱効率のよい炭化装置となる。さらに、ガスに含まれている可燃分を燃料として無駄なく使用することができるので、この点でも熱効率のよい炭化装置となる。
【００５９】
また、ガスを燃焼分と循環分とに分流させ、燃焼分中の可燃ガスを燃焼加熱手段の燃料として燃焼させ、かつ、循環分を前記燃焼加熱手段により間接昇温させた後に内熱式ロータリーキルンへ戻して循環させるようにすれば、循環率を変化させることによって燃焼加熱手段の加熱量が可変となり、循環するガスの温度を調節することが可能になる。このため、ロータリーキルン内を循環するガスの入口温度及び出口温度を炭化処理に適した値に設定することができ、特に、循環するガスの流れ方向を原料に対して向流とすれば、入口側を出口側より高温として最適な温度設定が可能になる。
そして、燃焼分を燃焼させた排ガスと、ロータリーキルン内を加熱する循環分とは別系統を流れて混合されないため、発生ガス量に変動があっても空気過剰や空気過少が問題になることはなく、安定した炭化処理が可能になる。
【００６０】
また、燃焼加熱手段の補助燃料として生成した炭化物の一部を投入すれば、燃焼分に含まれる可燃分が希薄で熱量が不足する場合であっても、炭化物を助燃剤として燃焼させることで必要な熱量を確保できる。
また、燃焼加熱手段の廃熱で燃焼用空気を昇温させる予熱手段を設ければ、廃熱の有効利用によって、装置全体の熱効率を向上させることができる。
さらに、燃焼加熱手段の廃熱を利用して原料を予備乾燥させる原料乾燥手段を設けても、廃熱の有効利用によって、装置全体の熱効率を向上させることができる。
【００６１】
また、燃焼加熱手段の上流側にガスから水蒸気を分離する膜分離手段を設ければ、燃焼加熱手段には水蒸気が除去された可燃分濃度の高いガスを供給し、かつ、内燃式ロータリーキルン内を循環する水蒸気量の割合を増すことができる。この場合、膜分離手段を循環経路に設けることにより、内燃式ロータリーキルン内を循環する水蒸気量の割合が増すので、タール発生量を低減して安定した炭化処理が可能になり、燃焼加熱手段においては、可燃分濃度の高いガスが供給されて発熱量が増加する。従って、助燃剤の使用や蓄熱式燃焼器の使用が不要になる。これに対して、膜分離手段を循環経路から分岐する燃焼分経路に設ければ、通過する流体量が少なくてすむので、膜分離手段を小型化することができる。
【００６２】
また、燃焼加熱手段を蓄熱式燃焼器とすれば、燃料が着火しにくいガスであっても充分に着火して燃焼させることができる。
【００６３】
請求項１１の発明によれば、内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させるようにしたので、内熱式ロータリーキルン内を流れるガスは、燃焼に供されるまでワンパスとなることなく何度も循環を繰り返すようになる。このため、外部へ捨てる廃熱量が低減され、加熱量を必要最小限としても循環するガスを炭化処理に最適な温度に設定することができ、かつ、ガスに含まれている可燃分を燃料として無駄なく使用できるので、熱効率のよい炭化物の製造方法となる。
【００６４】
また、上述した炭化装置及び製造方法により得られた炭化物は、製銑プロセスにおいて、
（１）高炉への微粉炭吹込に供する炭材
（２）焼結鉱製造プロセスにおけるコークス粉代替としての炭材
（３）直接還元鉄製造プロセスにおける還元剤としての炭材
として使用することができるので、高価なコークス及び石炭の使用量削減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る炭化装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る炭化装置の第２の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る炭化装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【図４】図３における膜分離装置の構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は水蒸気の分離を説明するための斜視図である。
【図５】本発明に係る炭化装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【図６】図５における膜分離装置の構成例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は水蒸気の分離を説明するための斜視図である。
【図７】本発明に係る炭化装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【図８】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０　　内熱式ロータリーキルン
１１　　原料入口室
１２　　ロータリーキルン
１３　　製品出口室
２１　　循環ガスファン
２２　　燃焼器（燃焼加熱手段）
２３　　熱交換器（燃焼加熱手段）
２４　　空気ファン
２５　　予熱器（予熱手段）
２６　　ボイラ
３０　　乾燥装置（原料乾燥手段）
４０，４０Ａ　　膜分離装置
４１　　ケーシング
４２　　エレメント（水蒸気透過膜）
４２ａ　中空部
４３　　入口ノズル
４４　　スイープガスノズル
４５　　透過ガスノズル
４６　　出口ノズル
４７，４８　　仕切板
４９　　スイープガス室
５０　　入口・出口ガス室
５１　　透過ガス室
５２　　水蒸気
６０　　蓄熱式燃焼器
６１，６２　　バーナ付蓄熱体
ｒ　　　循環ガス（水蒸気＋揮発ガス）
ｒ１　　循環分
ｒ２　　燃焼分
Ｇ　　　発生ガス

Claims

内熱式ロータリキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化装置において、
前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させる循環経路を設けたことを特徴とする炭化装置。
前記ガスが燃焼分と循環分とに分流され、前記燃焼分中の可燃ガスを燃焼加熱手段の燃料として燃焼させ、かつ、前記循環分を前記燃焼加熱手段により間接昇温させた後に前記内熱式ロータリーキルンへ戻して循環させることを特徴とする請求項１記載の炭化装置。
前記ガスの循環率調整手段を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の炭化装置。
前記燃焼加熱手段の補助燃料として生成した炭化物の一部を投入することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の炭化装置。
前記燃焼加熱手段の廃熱で燃焼用空気を昇温させる予熱手段を設けたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の炭化装置。
前記燃焼加熱手段の廃熱を利用して前記原料を予備乾燥させる原料乾燥手段を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の炭化装置。
前記燃焼加熱手段の上流側に前記ガスから水蒸気を分離する膜分離手段を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の炭化装置。
前記膜分離手段が前記循環経路に設けられていることを特徴とする請求項７記載の炭化装置。
前記膜分離手段が前記循環経路から分岐する燃焼分経路に設けられていることを特徴とする請求項７記載の炭化装置。
前記燃焼加熱手段が蓄熱式燃焼器であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の炭化装置。
内熱式ロータリキルンに投入した原料を加熱して炭化物を生成する炭化物の製造方法であって、
前記内熱式ロータリキルン内に発生するガスの一部を分岐させて循環させることを特徴とする炭化物の製造方法。