JP2008088310A

JP2008088310A - 高温炭化方法および高温炭化装置

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Publication number: JP2008088310A
Application number: JP2006271368A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamane; 山根健司
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】化石燃料を消費することなく、被処理物を燃焼させることなく、高品質の炭化物を製造する高温炭化方法および高温炭化装置を提供する。
【解決手段】被処理物の加熱を、乾燥・熱分解・炭化の第一段階と、炭素化・精煉を行う高温度の第二段階とでは異なる方法で行い、第一段階では、外気温から600℃までの加熱・昇温はバイオマス燃料の燃焼ガスによる直接加熱と間接加熱を併用し、第二段階の前段の600℃以上800℃程度までの高温度域での加熱・昇温はバイオマス燃料の燃焼ガスによる間接加熱とガス化材料の燃焼ガスによる直接加熱の併用で行い、第二段階の後段の800℃以上1200℃の高温度域では、ガス化材料の発生炉ガス化反応の発熱による直接加熱と発生炉ガスの燃焼ガスによる間接加熱の併用で行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス資源―木材、竹材、草、食品残渣、畜産廃棄物、ごみ固形燃料（RDF）、木材・紙を含む廃棄物および汚泥などの有機性廃棄物など―から、良質の高温炭素化物（以下、炭化物という）を製造するための高温炭化方法および高温炭化装置に関するものである。

炭化装置としては従来から、大きく分けてこれの炭化炉に充填した被処理物を高温の燃焼ガスと直接接触させて加熱する直接加熱方式（直火方式あるいは内燃式ともいう。例えば、特許文献１参照。）と、炭化炉の外壁面を通して炭化炉内の被処理物を間接的に加熱する間接加熱方式があった（例えば、特許文献２参照。）。

特開2001-247871号公報特開2001-316675号公報

上記のような従来法の直接加熱および間接加熱にはそれぞれ得失があり、例えば直火方式では熱効率はよいが被処理物および炭化物の燃焼量が多くなりそのため炭化物の収率が低下する。とくに600℃以上の高温度の炭化物を得ようとする場合には炭化炉内に送り込む高温の燃焼ガスに伴う空気の量が多くなって、炭化物の燃焼量が著しく増加する欠点があった。また得られた炭化物の表面および内部が部分的に燃焼するため消し炭状態になり、品質を大きく損なうなどの問題もあった。

また間接加熱方式では、燃焼による炭化物の損失を抑制できることから炭化物の収率は高くなるが、炭化炉の壁面を通した間接的な加熱であるため熱伝達が悪く600℃以上の高温度を得難い問題があった。とくに被処理物の内部にまでは熱が伝わりにくく、得られた炭化物の品質に著しいバラツキがあるなどの欠点があった。

本発明は、従来からのかかる問題の解決を図るとともに、近年、とくに強く要求されるようになってきたことでもあり、有限の化石燃料を一切消費せずに空気とバイオマスのみで効率的な高温炭化が可能な炭化方法および炭化装置を提供するものである。即ち、従来にない直間併用型の加熱方法とし、そしてこれを実現するための特殊構造の炭化装置とすることによって、化石燃料を使用することなく、しかも被処理物や炭化物を燃焼させることなく700℃〜1200℃の高温度が容易に得られるとともに、400℃程度の低温度から1300℃の高温度に至る範囲の目的とする炭化温度を正確に制御できることを目的とするものである。さらには高品質で高機能性の高温炭化物を高収率で製造することも目的とするものである。

本発明は、長年にわたる炭化炉の開発・設計と豊富な炭化処理の実務経験および課題解決に対する鋭意工夫の結果、見出したもので、前記目的を達成するためには、第一には被処理物を燃焼させることなく、また化石燃料を一切消費することなく、バイオマス燃料の燃焼のみによって乾燥・熱分解・炭化の工程を素直に行わせて600℃程度までの目的温度に昇温させた後均質化を行なう必要のあること、そして第二には、600℃以上1200℃程度までの範囲内に設定された高温度の目的温度に対しては、バイオマスの化学反応で生じる熱を主体的に活用して昇温させて炭素化・精煉の工程を経て均質化を行なう必要のあること、そして第三には、高品質・高機能性の炭化物を得るためには、上記各工程における目的温度を正確に管理する必要のあることに着目してなされたものである。

具体的には、高温炭化方法に係わる第一の発明は、被処理物の自身の温度もしくは炉内雰囲気の温度を正確に管理しながら、被処理物の加熱を、乾燥・熱分解・炭化を行う第一段階と、炭素化・精煉を行う高温度の第二段階とでは異なる方法で行うことを特定事項とするものである。

即ち、前記第一段階においては、外気温から600℃までの加熱・昇温は、木屑などのバイオマス燃料の燃焼ガスと被処理物との接触による直接加熱と、この燃焼ガスによる壁を介しての間接加熱とを併用して行い、前記第二段階の前段の600℃以上800℃程度までの高温度域での加熱・昇温は、壁を介してのバイオマス燃料の燃焼ガスによる間接加熱と、別途に準備したガス化材料を燃焼させて得られた燃焼ガスによる直接加熱との併用で行い、そして前記第二段階の後段の800℃以上1200℃程度の更なる高温度域では、上記ガス化材料の発生炉ガス化反応の発熱による直接加熱と、発生炉ガス化反応で生じた発生炉ガスの燃焼ガスによる壁を介しての間接加熱との併用で行うことを特定事項とするものである。

また、前記第二段階の加熱・昇温に用いる前記別途準備のガス化材料は加熱されて炭化物となるバイオマス、もしくは木炭、竹炭および廃棄物の炭化物などのように既に炭化物となった材料であることを特定事項とするものである。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の一つ目は、当該炭化装置は、被処理物を充填する炭化室と前記ガス化材料を充填するガス化室などを内蔵する炭化炉、バイオマス燃料、被処理物の熱分解ガスおよび上記ガス化材料の発生炉ガスを燃焼させる燃焼炉、燃焼排ガスを屋外に排出する煙突、熱分解ガスの冷却器、燃焼用空気を加温する空気予熱器、空気を上記燃焼炉および上記ガス化室へ送るための空気ブロアとダクト類、およびこれらを制御する制御機器・装置で構成されていることを特定事項とするものである。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の二つ目として、詳しくは、前記炭化炉は、一側面に開閉扉を有する金属製もしくはセラミックス製の竪型容器であって、その内部は耐熱通気性の金網、多孔板もしくは格子状の棚板で上下方向に四分割された四つの部屋からなることを特定事項とし、最上部の部屋はガス整流室であって複数の整流板と炭化炉ダンパーを備えた燃焼ガス導入口が一箇所配設されており、二番目の部屋は上記ガス化材料を充填するガス化室であって側面にはガス化空気導入口が配設され、そして三番目の部屋は被処理物を充填する炭化室であり、最下室は一箇所にガス排出口を有するガス集合室であることを特定事項とするものである。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の三つ目は、前記燃焼炉は、外面断熱構造であって上記炭化炉を内蔵するような形態で当該炭化炉の下方に配設されていて、燃焼空気導入口とバイオマス燃料の投入口を有するバイオマス燃料燃焼室、そして被処理物の熱分解ガスおよび前記ガス化材料の発生炉ガスを燃焼させるガス燃焼室、および当該燃焼ガスが上記炭化炉の外壁周辺を均等に通過できる適度の間隔で配設されたガス通路を有し、そして当該燃焼ガスを屋外に排出する煙突が上記燃焼炉の上部付近に配設されていることを特定事項とする。また上記炭化炉の開閉扉の位置に対応した上記燃焼炉の外側面も開閉式に構成されていることを特定事項とするものである。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の四つ目は、前記燃焼炉の煙突には、前記燃焼排ガスの流量を調節する煙突ダンパーと当該燃焼ガスの排熱を回収する前記空気予熱器が配設されていることを特定事項とする。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の五つ目は、前記熱分解ガスを冷却器に導入する熱分解ガス導入口は、前記ガス集合室のガス排出口とダクトで連結されており、そして当該冷却器の頂部のガス排出部には、分岐したダクトが配設されていて、一方は前記煙突ダンパーと前記空気予熱器との中間位置の煙道部に、他方は前記燃焼炉のガス燃焼室のガス導入管にそれぞれが一個ずつの冷却器ダンパーを介して連結されていることを特定事項とするものである。なお当該冷却器には冷却水の通水口および排出口と熱分解ガスの凝縮液（木酢液）の排出口が配設されていることは言うまでも無いことである。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の六つ目は、前記ガス化空気導入口および前記燃焼空気導入口は、前記空気予熱器で暖められた空気を送るため、電磁弁もしくは燃焼空気ダンパーを介してそれぞれがダクトと空気ブロアで連結されていることを特定事項とする。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の七つ目は、前記ガス燃焼室には、前記熱分解ガスおよび前記発生炉ガスへの円滑な着火をなすための補助燃料タンクと燃焼バーナーおよび補助燃焼空気ブロアなどの燃焼セットが配設されていることを特定事項とする。

また、第一の発明を実施するための高温炭化装置に係わる第二の発明の八つ目は、前記炭化室、前記ガス化室および前記ガス燃焼室には、それぞれの室内温度を検出するための温度センサーが配設されており、これらはそれぞれ前記ガス化空気ブロア、前記燃焼空気ブロアおよび前記補助燃焼空気ブロアと制御機器とに連結されていることを特定事項とする。

また、上記燃焼炉には、バイオマス燃料の投入と燃焼灰の取出しのための蓋が配設されており、そして前記燃焼炉および前記冷却器にはそれぞれメンテナンス用の蓋付開口部が配設されていることも特定事項となる。

以上、説明したように、高温炭化方法に係わる第一の発明および高温炭化装置に係わる第二の発明によれば、化石燃料を消費することなく、また被処理物を燃焼させることなく、高温炭化が可能となって高品質・高機能性の高温炭化物を高収率で製造することができる。

具体的には、木材の炭化は乾燥・熱分解・木炭化・炭素化精煉の工程を辿る物理・化学的変化であって、乾燥工程は水分の蒸発であるため雰囲気は100℃程度の温度でよく、高温度を必要としない。また木材が乾燥を終えて130℃〜150℃程度になると熱分解が徐々に始まり、その後、急速な熱分解が起こる。この熱分解は発熱反応であるため木材の内部温度は400℃〜500℃程度にまで到達する。したがって被処理物を400℃〜500℃程度に昇温させるには高い熱量を必要とせず、熱分解の起爆剤になる程度の少ない熱量でよい、しかも加熱温度は500℃程度の低温度であることから、この熱量は500℃〜600℃程度のバイオマス燃料の燃焼ガスとの接触で容易に得られるものである。さらに600℃に昇温させようとするための加熱・昇温においても、若干火力を強めた600℃〜700℃程度のバイオマスの燃焼ガスで充分である。しかしながらこれ以上の高温度の燃焼ガスを得ようとすれば過剰の空気を導入した高燃焼を行なわねばならない。そうすると被処理物は既に炭化しており、この過剰空気を含む高温燃焼ガスと接触させた加熱を行うと炭化物は部分的に燃焼することになって、品質を著しく損なう結果となる。また壁を介しての間接加熱を行なおうとしても、壁からの熱伝達率は極めて低く高々700℃程度ましか昇温しないことになる。しかも、熱効率が低いため大量のバイオマス燃料を必要とし大変不経済となる。したがって600℃以上の高温度に加熱昇温させるには低温度・低熱量のバイオマス燃料の燃焼ガスでは著しく困難であるため、他の高温度・高熱量の熱源が必要とされる。

炭化炉内のガス化室および炭化室にそれぞれ充填されたガス化材料および被処理物は600℃となった段階では既に炭化物であり、これらの炭化物に空気を送り部分燃焼させるとその熱量で速やか炭化物は600℃以上に昇温することができる。ところがガス化材料の炭化物のみに少量の空気を与えて部分燃焼させ燃焼熱を発生させると、この熱量で容器状の炭化炉内は急激に昇温して行く。即ち炭化炉内の被処理物の炭化物を燃焼させることなく、この炭化物を容易に600℃以上の高温度に昇温させることとなる。

前記ガス化材料の炭化物に少量の空気を断続的に与え続けるとこのガス化材料の炭化物は部分燃焼で次第に昇温して容易に700℃以上の800℃〜850℃程度になり、同時に被処理物の炭化物の温度も800℃〜850℃近くに昇温する。また、このとき不完全燃焼させるだけの少量空気を供給すると、上記ガス化材料の炭化物は発生炉ガス化反応を起こして多量のＣＯガスを含む高熱量の可燃性ガス（発生炉ガス）を発生してくる。

また、前記発生炉ガスを前記ガス燃焼室に導入して燃焼させると、前記炭化炉を外部から間接加熱することになり、炭化室の被処理物はその燃焼熱量によっても間接的に加熱される。上記炭化炉や上記炭化室および上記ガス化室の材質を高温耐熱性とすれば、被処理物の炭化物を燃焼させることなく、1000℃以上最高1200℃程度まで容易に昇温させることができる。

また、前記ガス化材料は化石燃料と同程度の高熱量の可燃性ガスを発生す犠牲材料となっているため、有限資源である高熱量の化石燃料を全く必要とせず高温度が得られる結果となり、地球環境にもやさしい方式といえる。
ここで、石炭、コークス、泥炭などをガス化材料として用いることも本発明において有効であることは言うまでもない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係わる高温炭化装置を示したもので、１は４つに分割された部屋を持つ竪型容器の炭化炉、２は被処理物を充填する炭化室、３はガス化材料を充填するガス化室、４は炭化炉内に流入する燃焼ガスを均等に分配するガス整流室、５は炭化室を出るガスが集まるガス集合室、６はバイオマス燃料や熱分解ガスおよび発生炉ガスを燃焼させる燃焼炉で、61はバイオマス燃料の燃焼室、61aはバイオマス燃料、61bはバイオマス燃料かご、62は熱分解ガスや発生炉ガスを燃焼させるガス燃焼室、63は燃焼ガスの通路となるガス通路、64はバイオマス燃料の蓋付投入口、65は蓋付燃焼灰取出口、66はメンテナンス用の蓋付開口部、６aは燃焼空気導入口、６bはガス燃焼室62へのガス導入管である。７は燃焼排ガスを屋外に排出する煙突、８は熱分解ガスの冷却器、８aは熱分解ガス導入口で、ガス集合室のガス排出口51とダクト511で連結されている。81は冷却器８の頂部ガス排出部に配設された分岐ダクトで、ダクト811とダクト812に分岐しており、ダクト811は上記煙突７と、ダクト812は上記ガス燃焼室62のガス導入管６bとそれぞれ連結されている。また上記例冷却器８には冷却水の通水口、排出口および熱分解ガスの凝縮液排出口が配設されている。９は空気予熱器、10は補助燃料タンク、101は補助燃料の燃焼バーナー、102は送油管である。B1は燃焼空気ブロア、B2はガス化空気ブロア、B3は補助燃焼空気ブロア、D1は燃焼空気ダンパー、D2は炭化炉ダンパー、D3は煙突ダンパー、D4、 D5は冷却器ダンパー、そしてT1、T2、T3は温度センサーとなる熱電対温度計、Z1、Z2は電磁開閉弁である。また、311、611は前記空気予熱器９で暖められた空気を前記ガス化室３および前記バイオマス燃料の燃焼室61へ送気するためのそれぞれのダクトである。

また、図２は、図１の高温炭化装置における前記竪型容器の炭化炉１を示すもので、１a、１b、１cは炭化炉１を４つに分割して仕切る耐熱通気性の金網、多孔板もしくは格子状の棚板、11は棚板１a 上に充填配設された被処理物、12は同じく棚板１b 上に充填配設されたガス化材料、13は開閉扉で上記炭化室２の被処理物11および上記ガス化室３のガス化材料12の出し入れのときに開閉される。３aは上記ガス化室に空気を導入するためのガス化空気導入口、４aは燃焼ガス導入口、４bは適度に傾斜し、漸次高さの異なった複数のガス整流板、D2は上記炭化炉１へ導入する燃焼ガスの流量調節に用いる炭化炉ダンパーで上記燃焼ガス導入口４aに回転可能に配設されている。51は前記ガス集合室５に集められた燃焼ガス、熱分解ガスおよび発生炉ガスのガス排出口である。

以下、本発明の高温炭化装置における炭化処理工程と、それに応じた制御について説明する。

図３は、本発明の実施形態に係わる全炭化処理工程の設定変化特性の一例を示すもので、乾燥工程、熱分解・炭化・均質化工程の第一段階と、炭素化・精煉・均質化工程の第二段階、および冷却工程の各工程における被処理物もしくは炭化室の温度と経過時間の関係を示した温度スケジュールである。

この図３に示した温度スケジュールに従って、1000℃で高温炭化処理するときの加熱方法と、その制御方法を、被処理物を木材の丸太とした場合について説明する。

先ずは運転準備として、図３の温度スケジュールの温度に対応した各時間：t0〜t7を設定する。炭化炉１内の炭化室２には丸太である被処理物11を、ガス化室３にはガス化材料12として端材などの木屑を、燃焼室61のバイオマス燃料かご61ｂには端材などのバイオマス燃料61aを、それぞれの所定量を充填して後、炭化炉１の開閉扉13と燃焼炉６の開閉扉（図示省略）および燃焼室61の蓋付投入口64を閉じる。そして炭化炉ダンパーD2と冷却器ダンパーD4を全開し、煙突ダンパーD3と一方の冷却器ダンパーD5を全閉にしておく。

次いで、バイオマス燃料61aに着火して、燃焼空気ブロアB1を稼働させて適度の空気を送気しながら上記バイオマス燃料を少しずつ燃焼させて行く。そうするとバイオマス燃料の燃焼ガスは炭化炉周辺のガス通路63を通って炭化炉内に流入し行き、充填されたガス化材料12および被処理物11のそれぞれの間隙を通ってガス化室５に集合する。このとき燃焼ガスの熱によって炭化炉の外壁面や炭化炉内のガス化材料12および被処理物11は加熱されて次第に昇温して行く。このときの炭化室内の温度もしくは被処理物11の温度および昇温速度の制御はバイオマス燃料61aの燃焼量を制御することによって行なうが、この燃焼量の制御は、温度センサーT1で炭化室内の温度もしくは被処理物11の温度を検出しながら、燃焼空気ダンパーD1の開度調節による送気量の増減で行なう。

炭化室内の温度が、t1時間経過後100℃程度に到達したら、この温度をt2時間まで保持して被処理物11の充分な乾燥を行なう。このときガス化材料12も同様に乾燥して行くこととなる。なお効率的な運転とするためには、このt2時間は予備試験などで予め求めておく。

この過程で水分を含む燃焼ガスはガス集合室５に集められ、蒸発水分とともにガス排出口51とダクト511を通って冷却器８に入り冷却される。ここで水分は凝縮して冷却器の下部タンクに貯まり、凝縮しない燃焼ガスの気体成分はダクト81、ダンパーD4およびダクト811を経て煙突７に送られて屋外に排出される。

乾燥工程が終了（t2時間経過）すると熱分解・炭化工程に入り、被処理物11の温度は徐々に上昇し始めて130℃〜150℃に到達し、被処理物11の表面から熱分解が起こってくる。このとき、煙突ダンパーD3を半開、冷却器ダンパーD4を全閉、冷却器ダンパーD5を全開にしておく。上記温度がさらに上昇して200℃〜300℃になると熱分解ガスの発生量が顕著になり、炭化も著しく進行してくる。このときの熱分解反応は発熱反応であるため被処理物11の内部にはこの熱分解熱が蓄熱されて、被処理物全体の温度は急激に上昇して400℃〜500℃程度に到達する。この熱分解反応に並行してバイオマス燃料の燃焼ガスで加熱を続けると炭化炉内と被処理物11およびガス化材料12は600℃程度に到達（t3時間経過）して炭化物の木炭となる。この熱分解・炭化工程では、熱分解ガスを含む燃焼ガスは冷却器８に入り冷却され、熱分解ガスの一部は木酢液となるが、他の熱分解ガスは燃焼ガスとともに冷却器ダンパーD5、ダクト812を通って冷却ガス導入口6bからガス燃焼炉62に入る。そして熱分解ガスに含まれる可燃性ガスはここで燃焼処理され、バイオマス燃料の燃焼ガスとともに燃焼ガス通路63を通って煙突ダンパーD3を経て煙突７より屋外に排出される。このときの燃焼ガスの一部は炭化炉ダンパーD2より再び炭化炉１内に導入されて、炉内の加熱に使用されることになる。

この後、炭化室２内の被処理物11が均質の木炭に炭化されるよう、この600℃の温度をt4時間経過後まで保持する。木炭になれば熱の伝導性もよくなり比較的速やかに同一温度になるため、この保持時間は通常なら1.5時間〜２時間程度でよい（第一段階終了）。

次いで第二段階の前段に入るが、バイオマス燃料61aの燃焼ガスの熱量では炉内を600℃以上に昇温させることは困難であるため、被処理物11の近傍に配設されていて既に炭化物（木炭）となっているガス化材料12を部分的に燃焼させ、その燃焼熱で被処理物11を昇温させるようにする。これを行なうには、先ずは低熱量の燃焼ガスが炭化炉内に多量に導入されないように炭化炉ダンパーD2を全閉にする。その後ガス化空気導入口３aから少量の空気を断続的に導入してガス化材料12に酸素を与える。そうするとガス化材料12は少しずつ燃焼してガス化材料自身が昇温して高温度になり、同時に高温度の燃焼ガスを発生する。そしてほぼ密閉容器状となっている炭化炉１の内部全体が直接加熱されて昇温して被処理物11も600℃以上に昇温することとなり、目的とする炭化温度に到達させることができる。このときのガス化室３の温度管理は温度センサーT2で行ない、ガス化空気ブロアB2および電磁開閉弁Z1と連動させて必要量の空気をガス化室３に供給するようにする。またここで炭化室２の温度もしくは被処理物11の温度を検出する温度センサーT1とガス化空気ブロアB2および電磁開閉弁Z1を連動させて炭化室２の温度もしくは被処理物11の温度を制御することもできる。また、この段階では煙突ダンパーD3は全開にしておくが、ガス燃焼室62の内部圧力を検出して煙突ダンパーD3の開度を調節してもよい。なおこのときの操作によって上記ガス化室３内に起こる主反応は次式（１）のとおりである。
C ＋ O2 ＋ 3.76N2 CO2 ＋ 3.76N2 ＋ 97.0ｋcal （１）
木炭空気排ガス

ガス化室３の内部温度が800℃〜850℃に到達した第二段階の後階では、なおも断続的もしくは連続的に少量空気を導入し続けると、次式（２）および（３）に示す発生炉ガス化反応が起こって大量の可燃性ガス（COガス）が発生する。この可燃性ガスの発生量は供給する空気量と比例関係にあり、ガス化空気ブロアB2および電磁開閉弁Z1の調節によって制御することできる。
２C ＋ O2 ＋ 3.76N2 ２CO ＋ 3.76N2 ＋ 58.0ｋcal （２）
木炭空気可燃ガス
C ＋ CO2 CO − 40.8ｋcal （３）
木炭排ガス可燃ガス

前記式（２）および（３）で発生した可燃性ガス（COガス）は、上記炭化室２内では空気不足から燃焼せずにガス集合室５のガス排出口51を出てダクト511、冷却器８、冷却器ダンパーD5、ダクト812およびガス導入管６bを経てガス燃焼室62に送られる。ここでは補助燃焼空気ブロアB3によって充分な空気が与えられてこの可燃性ガスは燃焼することになり、炭化炉１の外壁面を加熱する。

このように、第二段階においても炭化室２の被処理物11を、燃焼させることなく、また特別の化石燃料を消費することなしに、前記ガス化材料の発生炉ガス化反応で生じる熱および可燃性ガスによって直接加熱および間接加熱して850℃以上の高温度に昇温させ、目的とする炭化温度の1000℃に到達させることができる。なおこの温度は最高1200℃にも到達させることができるものである。

被処理物11がここで設定した1000℃の温度に到達（t5時間経過後）したならば、被処理物11の均質化を行なうため所定時間（1.5時間〜2時間程度）この1000℃の温度を保持する。

この均質化工程後（t6時間経過後）を経ると炭化処理は終了したことになり、ガス化空気ブロアB2を停止させてガス化室３への空気の導入を止める。その後しばらくの間、燃焼空気ブロアB1および補助燃焼空気ブロアB3稼働させて、燃焼炉６内に滞留している可燃性ガスを外部に排出させながら、炭化炉１の自然冷却を行なう。

炭化室の温度が100℃程度に下がる（t7時間経過後）と、燃焼炉6の開閉扉（図示省略）および炭化炉１の開閉扉13を開いて内部にある木炭を外部に取出す。自然冷却のときは通常なら１日〜２日を経過すれば100℃程度になるが、炭化炉ダンパーD2を全閉にした状態で燃焼空気ブロアB1を全稼働させて空気を送り炭化炉の外壁を強制冷却することもできる。この場合には半日〜１日で炉内を取出し温度にまで下げることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。即ち、前記実施形態では炭化炉１と燃焼炉６を一体型としたが、両者をそれぞれ独立した個別炉として両者を別置型としてもよい。また、ガス化室３を炭化室２の近傍に配置せず、炭化炉１とは離れた位置もしくは別置きとして燃焼炉６の外に配設してもよいし、また、炭化室２とガス化室３とは独立した別容器としてダクト類で接続し断熱構造の同一容器内、もしくは同一燃焼炉内に配設してもよい。また、前記炭化炉１もしくは炭化室２を着脱式として燃焼炉６の外部に取出すようにしてもよい。さらにはまた、ダクト511を直接ガス導入管6bに接続するように配設して木酢液を採らないようにしてもよく、この場合にはダクトD3を開放状態に維持しておく。いずれにしても前記実施形態と同様の思想・考え方となる。

本発明の実施形態に係わる高温炭化装置を示す説明図である。本発明の実施形態に係わる高温炭化装置図１の竪型炭化炉を示す説明図である。本発明の実施形態に係わる全炭化処理工程の設定変化特性の一例を示すもので、被処理物もしくは炭化室の温度の関係を経過時間に対して示した温度スケジュールである。

符号の説明

１炭化炉
11 被処理物
12 ガス化材料
２炭化室
３ガス化室
3a ガス化空気導入口
４ガス整流室
５ガス集合室
51 ガス排出口
６燃焼炉
61 バイオマス燃料の燃焼室
61a バイオマス燃料
62 ガス燃焼室
７煙突
８熱分解ガス冷却器
９空気予熱器
B1、B2、B3 空気ブロア
D1、D2、D3、D4、D5 ダンパー
T1、T2、T3 温度センサー
Z1 Z2 電磁開閉弁

Claims

バッチ式炭化装置であって、被処理物の温度もしくは炉内温度を管理しながら、被処理物の加熱を、乾燥・熱分解・炭化を行う第一段階と、炭素化・精煉を行う第二段階とでは異なる方法で行なうことを特徴とする高温炭化方法。
請求項１記載の高温炭化方法であって、前記第一段階において、外気温から600℃までの加熱は被処理物とバイオマス燃料の燃焼ガスとを接触させた直接加熱と、当該燃焼ガスによる間接加熱を併用して行い、前記第二段階の前段の600℃以上800℃程度までの加熱はバイオマス燃料の燃焼ガスによる間接加熱と、別途準備のガス化材料の燃焼ガスによる直接加熱の併用で行い、そして前記第二段階の後段の800℃以上1200℃程度では、上記ガス化材料の発生炉ガス化反応の発熱による直接加熱と、発生炉ガス化反応で生じた発生炉ガスの燃焼ガスによる間接加熱の併用で行うことを特徴とする高温炭化方法。
請求項２記載の高温炭化方法であって、前記第二段階の加熱に用いるガス化材料はバイオマス、もしくは木炭、竹炭、および廃棄物の炭化物であることを特徴とする高温炭化方法。
バッチ式炭化装置であって、当該炭化装置は、炭化炉を内蔵する形態で当該炭化炉の下方に配設された外面断熱構造の燃焼炉と一体型に形成されていて、燃焼空気導入口、バイオマス燃料投入口、バイオマス燃料燃焼室、熱分解ガスおよび発生炉ガスのガス燃焼室、上記炭化炉の外壁周辺に適度の間隔で配設されたガス通路、上記燃焼炉の上部付近にあって空気予熱器と煙突ダンパーを配設された煙突、および上記炭化炉付近の一つの外側面に配設された開閉扉を有する当該燃焼炉と、そして熱分解ガスの冷却器、空気ブロア、ダクト、空気と燃焼ガスの流量調節ダンパー、および温度センサーと制御機器で構成されていることを特徴とする高温炭化装置。
請求項４記載の高温炭化装置であって、前記炭化炉は、一側面に開閉扉を有する耐熱性金属もしくはセラミックス製の竪型容器であり、その内部は通気性で耐熱性の金網、多孔板もしくは格子状の棚板で上下方向に四分割された四室からなり、最上部室は内部に複数の整流板を配設したガス整流室であって炭化炉ダンパーを備えた燃焼ガス導入口が一箇所配設されており、二番目室は上記ガス化材料を充填するガス化室であって側面にはガス化空気導入口が配設され、そして三番目室は被処理物を充填する炭化室であって、最下室は一箇所にガス排出口を有するガス集合室で構成されていることを特徴とする高温炭化装置。
請求項４記載の高温炭化装置であって、前記熱分解ガスの冷却器と前記ガス集合室のガス排出口とはダクトで連結されており、当該冷却器の頂部のガス排出部には、分岐したダクトが配設されていて、一方は前記煙突ダンパーと前記空気予熱器の中間位置の煙道部に、他方は前記燃焼炉のガス燃焼室にそれぞれが一個ずつのダンパーを介して連結されていることを特徴とする高温炭化装置。
請求項４記載の高温炭化装置であって、前記ガス化空気導入口と前記空気予熱器は電磁弁とガス化空気ブロアを介して、そして前記燃焼空気導入口と前記空気予熱器は燃焼空気ブロアと燃焼空気ダンパーを介して、それぞれがダクトで連結されていることを特徴とする高温炭化装置。
請求項４および請求項５記載の高温炭化装置であって、前記炭化室、前記ガス化室および前記ガス燃焼室には、それぞれの室内温度を検出するための温度センサーが配設されており、前記炭化室は前記燃焼空気ブロアの燃焼空気ダンパーと、前記ガス化室は前記ガス化空気ブロアの電磁開閉弁と、そして前記ガス燃焼室は補助燃焼空気ブロアの電磁開閉弁と、それぞれの制御機器に連結されていることを特徴とする高温炭化装置。