JP5418866B2

JP5418866B2 - 熱分解装置および熱分解方法

Info

Publication number: JP5418866B2
Application number: JP2012507911A
Authority: JP
Inventors: 英紀伊部
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-03-31
Also published as: WO2011121667A1; JPWO2011121667A1

Description

本発明は、熱分解装置および熱分解方法に関する。

プラスチックまたは合成樹脂を含む廃棄物を加熱して熱分解ガスを発生させ、発生した熱分解ガスを凝縮させることで廃棄物を油化する油化装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特許文献１特開２００９−２４９５７６
特許文献２特開平１１−２１６３５３
特許文献３特開平４−１８０８７８

油化装置への廃棄物の移送に、スクリューコンベアを用いる場合がある。しかし、スクリューコンベアは、廃棄物とスクリューとの間に生じる摩擦力を推進力として廃棄物を移送するので、様々な形状の廃棄物が混在している場合には、スクリューコンベアを用いて廃棄物を安定的に移送することが難しい。また、スクリューコンベアの内部で廃棄物を加熱して廃棄物を熱分解させると、廃棄物の体積、嵩密度、粘度などの物性が変化するので、スクリューコンベアを用いて、廃棄物を移送しながら熱分解することは難しい。

そこで、本発明の一側面においては、上記の課題を解決することのできる熱分解装置および熱分解方法を提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

本発明の第１の態様によると、熱分解対象物の少なくとも一部がその内面に押圧される熱分解炉を有し、熱分解対象物を加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解部と、熱分解対象物を熱分解部に圧送する圧送部と、熱分解ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮部とを備える熱分解装置が提供される。

上記の熱分解装置において、圧送部は、固体を移送することができるポンプであってよい。上記の熱分解装置において、熱分解部は、熱分解炉の内部に配され、熱分解対象物を熱分解炉の内面に押圧する押圧部を更に有してよい。上記の熱分解装置において、熱分解炉は、熱分解対象物が流入する流入部と、熱分解対象物の残渣を排出する排出部とを有してよい。押圧部は、熱分解対象物を流入部から排出部に向かって移送してよい。

上記の熱分解装置において、熱分解部がスクリューコンベアであり、熱分解炉がスクリューコンベアの筐体であり、押圧部がスクリューコンベアのスクリューであってよい。上記の熱分解装置において、筐体の内部に、スクリューの軸方向に沿って、筐体の内面とスクリューとの隙間の体積が小さくなる領域が形成されてよい。

上記の熱分解装置において、熱分解炉の内部に、熱分解対象物の経路の断面積が減少する経路減少領域が形成されてよい。上記の熱分解装置において、熱分解ガスと、熱分解対象物の残渣とを分離する残渣分離部を更に備えてよい。上記の熱分解装置において、圧送部は、熱分解対象物が熱分解炉の内部でマテリアルシールを形成する圧力で、熱分解対象物を熱分解部に圧送してよい。

本発明の第２の態様によると、熱分解対象物を熱分解させる熱分解部に、熱分解対象物を圧送する圧送段階と、熱分解対象物を加熱して、熱分解ガスを発生させる熱分解段階と、熱分解ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮段階とを備える熱分解方法が提供される。上記の熱分解方法において、熱分解ガスと、熱分解対象物の残渣とを分離する残渣分離段階を更に備えてよい。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

熱分解装置１００の一例を概略的に示す。ポンプ２２０の側面図の一例を概略的に示す。ポンプ２２０のＡ−Ａ'断面図の一例を概略的に示す。熱分解部４４０および残渣分離部４６０の断面図の一例を概略的に示す。スクリュー５４６の一例を概略的に示す。熱分解部６４０の断面図の一例を概略的に示す。熱分解部７４０の断面図の一例を概略的に示す。残渣分離部８６０の立断面図の一例を概略的に示す。残渣分離部８６０の平断面図の一例を概略的に示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明の一側面を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、熱分解装置１００の一例を概略的に示す。熱分解装置１００は、圧送部１２０と、熱分解部１４０とを備える。熱分解装置１００は、残渣分離部１６０および凝縮部１８０の少なくとも一方を更に備えてよい。熱分解装置１００は、残渣受け容器１６２と、生成油タンク１８２とを備えてよい。

熱分解装置１００は、熱分解対象物を加熱して、熱分解ガスを発生させる。熱分解ガスには、炭素を含む分子が含まれる。熱分解装置１００は、熱分解ガスを凝縮させて、生成油として回収してよい。熱分解装置１００は、熱分解しなかった熱分解対象物を残渣として排出してよい。熱分解装置１００は、凝縮しなかった熱分解ガスを未凝縮ガスとして排出してよい。

熱分解装置１００は、生成油を燃料として利用してよい。生成油は、蒸留塔または精留塔を用いて精製されてよい。残渣は、熱分解装置１００またはその他の装置の燃料として利用することができる。未凝縮ガスは、熱分解装置１００またはその他の装置の燃料として利用することができる。熱分解装置１００から排出される熱は、蒸気発生装置またはその他の装置の熱源として利用することができる。

熱分解対象物は、プラスチック、合成樹脂、木材などの有機化合物を含んでよい。熱分解対象物は、医療廃棄物、廃プラスチック、廃木材などの有機性廃棄物を含んでよい。熱分解対象物は、熱分解装置１００に投入される前に破砕されてよい。熱分解対象物は、熱分解装置１００に投入される前に、金属、土砂、硝子、セラミックなどの異物が除去されてよい。

熱分解対象物は塩素を含んでよいが、熱分解対象物の塩素含有量は小さい方が好ましい。熱分解対象物が熱分解装置１００に投入される前に、予め、熱分解対象物から塩素が除去されていることが好ましい。熱分解対象物の塩素含有量は、１質量％以下、より好ましくは０質量％以上０．５質量％未満であることが好ましい。

圧送部１２０は、熱分解対象物を熱分解部１４０に圧送する。これにより、様々な形状の熱分解対象物が混在している場合であっても、熱分解対象物を熱分解部１４０に移送することができる。様々な形状の熱分解対象物が混在している場合、従来は、予め熱分解対象物を整形したり、造粒したりしていた。しかし、本実施形態によれば、このような前処理工程を省略することもでき、熱分解装置および熱分解方法を簡略化することができる。また、熱分解の効率を向上させることができる。

また、熱分解対象物を移送しながら熱分解させる場合、従来は、熱分解装置の内部に粘度の高い溶融物が連続的に存在する領域が形成されるように、熱分解装置の温度を制御していた。例えば、熱分解装置の内部に温度を２００〜３００℃に制御する領域を設けたり、プラスチックを移送しながら２００〜３００℃に加熱して、プラスチックを溶融させる材料投入装置と、溶融したプラスチックを４００〜５００℃に加熱して、発生した熱分解ガスを回収する熱分解装置とを設けたりしていた。

しかし、本実施形態によれば、熱分解対象物が熱分解部１４０に圧送されるので、熱分解部１４０の内部に粘度の高い溶融物が連続的に存在する領域が十分に形成されなくても、熱分解部１４０の内部で熱分解対象物を熱分解させながら移送することができる。これにより、熱分解部１４０におけるガス化率を任意に設定することができる。また、熱分解装置および熱分解方法を簡略化することができる。さらに、熱分解の効率を向上させることができる。

熱分解部１４０におけるガス化率［％］は、以下の式（１）により算出することができる。なお、式（１）において、Ｆ_ＩＮは熱分解部１４０に投入された熱分解対象物の質量［ｋｇ／ｈ］を表す。Ｆ_ＯＵＴは、熱分解部１４０から排出される固体および液体の質量［ｋｇ／ｈ］を表す。熱分解部１４０から排出される固体および液体としては、熱分解対象物の溶融物、熱分解対象物の残渣などを例示することができる。
（Ｆ_ＩＮ−Ｆ_ＯＵＴ）×１００／Ｆ_ＩＮ …（１）

圧送部１２０は、固体を移送することができるポンプであってよい。固体を移送することができるポンプとしては、ロータリーポンプ、モーノポンプ、ギアポンプおよびスラリーポンプを例示することができる。これにより、熱分解対象物を熱分解部１４０の内部に押し込むことができる。圧送部１２０は、熱分解対象物と液体との混合物を移送してもよい。液体は、引火点が熱分解部１４０の設定温度よりも高い有機化合物であってよい。

圧送部１２０は、熱分解部１４０の内部の気体の圧力よりも大きな圧力で、熱分解対象物を圧送してよい。圧送部１２０は、熱分解部１４０において熱分解対象物がマテリアルシールを形成する圧力で、熱分解対象物を圧送してよい。圧送部１２０は、０．１以上０．５ＭＰａ以下の圧力、好ましくは０．２以上０．３ＭＰａ以下の圧力で、熱分解対象物を圧送してよい。

これにより、熱分解部１４０において、熱分解対象物をシール材として利用することができる。その結果、熱分解部１４０で発生した熱分解ガスが、圧送部１２０と熱分解部１４０との接続部分から漏れ出したり、圧送部１２０に向かって逆流したりすることを抑制することができる。

圧送部１２０の他の例としては、気体を用いて熱分解対象物を移送してよい。上記の気体としては、窒素ガス等の不活性ガス、水蒸気等の酸素を含まない気体が好ましい。熱分解対象物が塩素を多く含む場合には、窒素ガス等の不活性ガスを用いることが好ましい。

なお、圧送部１２０として、固体を移送することができるポンプを用いた場合には、気体を用いて熱分解対象物を移送する場合と比較して、移送量を精度よく制御することができる。また、凝縮部１８０の規模を小さくすることができる。

熱分解部１４０は、熱分解対象物を加熱して、熱分解ガスを発生させる。熱分解部１４０は、低酸素または無酸素の雰囲気下で熱分解対象物を加熱してよい。熱分解部１４０は、熱分解対象物を収容する熱分解炉を有してよい。熱分解対象物は、熱分解炉の内部で加熱される。熱分解対象物の少なくとも一部は、熱分解炉の内面に押圧されてよい。これにより、熱分解対象物と熱分解炉とが密着する。また、熱分解対象物が押しつぶされて、熱分解対象物の表面積が増加する。その結果、伝熱効率が向上する。

熱分解炉は、３５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４００℃以上５００℃以下に加熱されてよい。熱分解炉の温度は、熱分解炉を外部から加熱する場合には、熱分解炉の外面に設置した温度計により測定してよい。これにより、熱分解対象物の熱分解反応またはガス化を十分に進行させることができる。そのため、熱分解部１４０におけるガス化率は、プラスチックを２００〜３００℃に加熱して脱塩する場合のガス化率と比較して大きい。熱分解部１４０におけるガス化率は、１０％以上、好ましくは１５％以上、より好ましくは５０％以上であってよい。

残渣分離部１６０は、熱分解ガスと、熱分解対象物の残渣とを分離する。残渣分離部１６０は、重力、遠心力、静電気力、磁力を利用して、熱分解ガスと、残渣とを分離してよい。残渣分離部１６０は、内部で熱分解ガスと熱分解対象物の残渣とを分離して、分離した残渣を一時的に貯留する容器を有してよい。上記の容器の形状は、管型または槽型であってよい。

残渣分離部１６０の設定温度は、２０℃以上４００℃以下である。残渣分離部１６０の設定温度は、２５０℃以上４００℃以下であってよい。残渣分離部１６０の設定温度は、分離した残渣を一時的に貯留する容器の内部温度の設定値であってよい。

これにより、熱分解部１４０から排出された熱分解ガスが急速に冷却されることを防止することができる。また、熱分解部１４０から排出される残渣には、熱分解対象物の溶融物が含まれている場合があるが、残渣が残渣分離部１６０に貯留されている間に、残渣に含まれる熱分解対象物の溶融物を熱分解させることができる。その結果、生成油の回収率を向上させることができる。

残渣分離部１６０の設定温度は、熱分解部１４０の設定温度と同一か熱分解部１４０の設定温度より低くてよい。熱分解部１４０の設定温度は、熱分解炉の温度の設定値であってよい。残渣分離部１６０の設定温度と、熱分解部１４０の設定温度との温度差は、０℃以上３００℃以下、好ましくは０℃以上１００℃以下、さらに好ましくは０℃以上５０℃以下であってよい。これにより、熱分解装置１００は、熱分解対象物を効率よく熱分解させることができる。特に、熱分解装置１００の熱効率を向上させることができる。

凝縮部１８０は、熱分解ガスの少なくとも一部を凝縮させる。凝縮部１８０は、生成油と熱分解ガスとを接触させることで、熱分解ガスを凝縮させてよい。凝縮部１８０は、熱交換器により熱分解ガスを冷却することで、熱分解ガスを凝縮させてよい。

残渣受け容器１６２は、残渣分離部１６０から排出される残渣を貯留する。残渣受け容器１６２は、内部に水を貯留してよい。これにより、残渣を冷却することができる。また、残渣に水分を含ませることにより、粉塵の発生を抑制することができる。生成油タンク１８２は、熱分解ガスが凝縮して得られた生成油を貯留する。

以上の記載によれば、熱分解対象物を熱分解させる熱分解部に、熱分解対象を圧送する圧送段階と、熱分解対象物の少なくとも一部を熱分解して、熱分解ガスを発生させる熱分解段階と、を備える熱分解方法が開示されている。また、熱分解ガスの少なくとも一部を凝縮させる凝縮段階および熱分解ガスと熱分解対象物の残渣とを分離する残渣分離段階の少なくとも一方をさらに備える熱分解方法が開示される。

図２は、ポンプ２２０の側面図の一例を概略的に示す。図３は、ポンプ２２０のＡ−Ａ'断面図の一例を概略的に示す。図２および図３を用いて、ポンプ２２０について説明する。図３において、点線の矢印は熱分解対象物の経路を示す。

ポンプ２２０は、圧送部１２０の一例であってよい。ポンプ２２０は、固体を移送することができるロータリーポンプであってよい。上記のロータリーポンプとして、リサイクリング・アンド・コンパウンディング・テクノロジー社製のロータリー・チャネル・ポンプを例示することができる。

ポンプ２２０は、ホッパー２３０と、ケーシング２４０と、ロータ２４４と、ロータ２４４を回転させる駆動部２４６と、スクレーパー３４６とを備えてよい。ホッパー２３０は、ホッパー２３０の上部に設けられる開口２３２と、ホッパー２３０の下部に設けられる羽根２３４と、羽根２３４を回転させる駆動部２３６とを有してよい。ケーシング２４０は、流入部３４２と吐出部２４８とを有してよい。

本実施形態において、ホッパー２３０とケーシング２４０とは、流入部３４２において連通している。ロータ２４４およびスクレーパー３４６は、ケーシング２４０の内部に配され、熱分解対象物の経路となるポンプ室３４４を形成する。なお、図３において、実線の矢印は、それぞれ、羽根２３４およびロータ２４４の回転方向を示す。

ホッパー２３０は、熱分解対象物を一時的に貯留する容器であってよい。熱分解対象物は、開口２３２を介してホッパー２３０の内部に投入される。駆動部２３６が羽根２３４を回転させることにより、羽根２３４が熱分解対象物をケーシング２４０に供給する。

ホッパー２３０から供給された熱分解対象物は、流入部３４２を介して、ケーシング２４０の内部に形成されたポンプ室３４４に流入する。熱分解対象物は、回転するロータ２４４により、ケーシング２４０の内面に押し付けられるようにして、ポンプ室３４４の中を移動する。ポンプ室３４４の内部で圧力を加えられた熱分解対象物は、吐出部２４８から吐出される。スクレーパー３４６は、ロータ２４４と一緒に回転する熱分解対象物を、ロータ２４４から剥離する。

以上の構成により、様々な形状の熱分解対象物が混在している場合であっても、ポンプ２２０は、熱分解対象物を熱分解部１４０に圧送することができる。例えば、熱分解対象物にフィルム状のプラスチック、硬質プラスチックの破片、ゴムの塊などが含まれている場合であっても、ポンプ２２０は熱分解対象物を安定的に圧送することができる。

図４は、熱分解部４４０および残渣分離部４６０の断面図の一例を概略的に示す。熱分解部４４０および残渣分離部４６０は、それぞれ、熱分解部１４０および残渣分離部１６０と同様の構成を有してよい。以下、熱分解部１４０および残渣分離部１６０との相違点を中心に説明して、共通する説明については省略する場合がある。また、本実施形態において、熱分解部４４０と残渣分離部４６０とが連結されている場合を例として、熱分解部４４０および残渣分離部４６０について説明するが、熱分解部４４０および残渣分離部４６０はこれに限定されない。

熱分解部４４０は、熱分解対象物を加熱して、熱分解ガスを発生させる。熱分解部４４０は、熱分解対象物を移送しながら、熱分解対象物を加熱してよい。熱分解部４４０はスクリューコンベアであってよい。熱分解部４４０は、筐体４４２と、スクリュー４４６と、スクリュー４４６を回転させる駆動部４５０と、加熱部４５２と、冷却部４５４とを備えてよい。

筐体４４２は、内部に、熱分解対象物の経路となる空洞を有する。筐体４４２は、内部に、熱分解対象物を収容してよい。筐体４４２は、管状の形状を有してよい。熱分解対象物は、筐体４４２の内部を移動している間に加熱され、その間に熱分解反応またはガス化が進行する。筐体４４２は、熱分解炉の一例であってよい。

筐体４４２は、熱分解対象物が流入する流入部４４３と、熱分解対象物の残渣を排出する排出部４４４とを有してよい。排出部４４４は、熱分解対処物が熱分解して発生した熱分解ガスも排出してよい。筐体４４２は、一方の端部またはその近傍に流入部４４３を有し、他方の端部またはその近傍に排出部４４４を有してよい。

筐体４４２の内部には、熱分解対象物の経路の断面積が減少する経路減少領域が形成されてよい。経路減少領域における経路の断面積の最小値と、経路減少領域よりも上流側の領域であって、流入部４４３と経路減少領域との間の領域における経路の断面積とを比較した場合、経路減少領域における経路の断面積の最小値の方が小さくてよい。これにより、筐体４４２の内部で熱分解対象物の体積が減少した場合であっても、熱分解対象物を移送することができる。

ここで、スクリューコンベアの筐体４４２における経路の断面積とは、スクリュー４４６の軸方向に垂直な面で筐体４４２を切断したときの経路の断面積をいう。なお、筐体４４２の内部に設けられた邪魔板、仕切板などの付属品およびスクリュー４４６の断面積は、経路の断面積に含まれない。また、経路減少領域における経路の断面積の最小値は、流入部４４３の断面積より大きくてもよい。

本実施形態において、筐体４４２が単純な管状の形状を有する場合について説明した。しかし、筐体４４２はこれに限定されない。例えば、筐体４４２は、内筒と外筒とを有する二重管であってもよい。筐体４４２の内部に、筐体４４２の内部を仕切る仕切板が配されてもよい。また、流入部４４３および排出部４４４の配置および形状は特に限定されない。流入部４４３の中心と排出部４４４の中心とが、筐体４４２の中心線上に配されてもよい。

筐体４４２の内部には、スクリュー４４６の軸方向に沿って、筐体４４２の内面とスクリュー４４６との隙間の体積が小さくなる領域が形成されてよい。筐体４４２の内面とスクリュー４４６との隙間の体積は、熱分解対象物の経路に沿って小さくなってよい。例えば、スクリュー４４６の軸方向に沿って回転軸の直径を大きくする、または、上流側の羽根のピッチと比較して、下流側の羽根のピッチを狭くすることで、筐体４４２の内面とスクリュー４４６との隙間の体積を、スクリュー４４６の軸方向に沿って小さくすることができる。

スクリュー４４６は、筐体４４２の内部に配される。スクリュー４４６は、熱分解対象物を流入部４４３から排出部４４４に向かって移送してよい。スクリュー４４６は、回転軸４４７と、羽根４４８とを有してよい。スクリュー４４６は、熱分解対象物と羽根４４８との間の摩擦力により、熱分解対象物を移送してよい。

スクリュー４４６は、熱分解対象物を筐体４４２の内面に押圧してよい。これにより、筐体４４２の内面と、熱分解対象物との接触面積が増加する。その結果、伝熱効率が向上する。また、スクリュー４４６と熱分解対象物との間の摩擦熱により、熱分解対象物が加熱される。スクリュー４４６は、押圧部の一例であってよい。

本実施形態において、スクリュー４４６が１本の場合について説明した。しかし、スクリュー４４６はこれに限定されない。複数のスクリュー４４６が配されてよい。また、スクリュー４４６は特に限定されるものではなく、熱分解対象物の仕様、筐体４４２の形状などに応じて、回転軸４４７および羽根４４８の形状、材質、配置を決定してよい。

例えば、流入部４４３側の羽根４４８と、排出部４４４側の羽根４４８とで、羽根４４８の形状、巻き方向もしくはピッチまたは羽根４４８と筐体４４２との距離を変えてよい。これにより、筐体４４２の内部で熱分解対象物の体積または嵩密度が減少する場合であっても、熱分解対象物をより安定的に移送することができる。

加熱部４５２は、筐体４４２の内部の熱分解対象物を加熱する。加熱部４５２は特に限定されない。バーナで筐体４４２を加熱してもよく、筐体４４２の外側をジャケットで覆って、当該ジャケットに熱風を供給することで筐体４４２を加熱してもよい。本実施形態において、加熱部４５２は筐体４４２の外部に配される。しかし、加熱部４５２はこれに限定されない。例えば、加熱部４５２はスクリュー４４６の内部に配され、スクリュー４４６を介して熱分解対象物を加熱してよい。

冷却部４５４は、流入部４４３の近傍に配される。冷却部４５４は、熱分解対象物が筐体４４２に流入した直後に熱分解することを抑制する。熱分解対象物が筐体４４２の内部でマテリアルシールを形成することで、流入部４４３から熱分解ガスが漏れ出すことを防止することができる。しかし、熱分解対象物が筐体４４２に流入した直後に熱分解すると、熱分解対象物をシール材として有効に利用することができない。流入部４４３の近傍に冷却部４５４を設けることで、熱分解対象物をシール材として有効に利用することができる。

残渣分離部４６０は、熱分解ガスと、熱分解対象物の残渣とを分離する。残渣分離部４６０は、熱分解部４４０の排出部４４４から排出される熱分解ガスと残渣とを分離してよい。残渣分離部４６０はロータリーキルンであってよい。残渣分離部４６０は、キルン本体４６２と、接続部４６３と、排出部４６４と、加熱部４７２とを備えてよい。

キルン本体４６２は、例えば円筒形状を有してよい。キルン本体４６２は、熱分解部４４０および排出部４６４と回転可能に接続されており、図示されていない駆動部に駆動されて回転または転動してよい。接続部４６３は、キルン本体４６２と熱分解部４４０とを回転可能に接続してよい。キルン本体４６２は、内部で熱分解ガスと熱分解対象物の残渣とを分離して、分離した残渣を一時的に貯留する容器の一例であってよい。

排出部４６４は、残渣分離部４６０から残渣を排出する残渣排出部４６６と、残渣分離部４６０から熱分解ガスを排出するガス排出部４６８とを有してよい。残渣排出部４６６は、一定時間毎に残渣を排出してよい。

熱分解部４４０の排出部４４４から熱分解ガスとともに排出された残渣は、例えば、キルン本体４６２の内部に堆積して、熱分解ガスと分離される。キルン本体４６２の内部に堆積した残渣は、例えば、キルン本体４６２の回転または転動により排出部４６４に向かって移送される。

残渣排出部４６６から排出された残渣は、残渣受け容器１６２に移送されてよい。ガス排出部４６８から排出された熱分解ガスは、凝縮部１８０に移送されてよい。加熱部４７２は、キルン本体４６２の内部の熱分解ガスおよび残渣を加熱する。加熱部４７２は、キルン本体４６２の外部に配されてよい。

本実施形態では、熱分解部１４０としてスクリューコンベアを用いる。この場合、スクリュー４４６が熱分解対象物を筐体４４２の内面に押圧することにより、処理効率が向上する。また、スクリュー４４６と熱分解対象物との間の摩擦熱により熱分解対象物を加熱することができるので、処理効率が向上する。

本実施形態では、圧送部１２０により熱分解対象物が圧送されるので、熱分解部１４０としてスクリューコンベアを用いことができる。熱分解対象物が移送中に溶融または熱分解すると、熱分解対象物の体積、嵩密度、または粘度が低下して、スクリュー４４６の移送効率が低下する。しかし、本実施形態によれば、流入部４４３の近傍に、高圧で押し込まれた熱分解対象物が存在するので、熱分解ガスとともに、熱分解対象物の溶融物または残渣を排出部４４４に向かって、安定して移送することができる。

本実施形態では、圧送部１２０により熱分解対象物が圧送されるので、筐体４４２の流入部４４３をシールするシール材として、熱分解対象物を利用することができる。これにより、流入部４４３のシールに用いる不活性ガスの使用量を抑制することができる。その結果、凝縮部１８０の規模を小さくすることができる。

図５は、スクリュー５４６の一例を概略的に示す。スクリュー５４６は、押圧部の一例であってよい。スクリュー５４６は、回転軸５４７と、羽根５４８とを有する。スクリュー５４６、回転軸５４７および羽根５４８は、それぞれ、スクリュー４４６、回転軸４４７および羽根４４８と同様の構成を有してよい。以下、スクリュー４４６との相違点を中心に説明して、共通する説明については省略する場合がある。

回転軸５４７は、スクリュー４４６の軸方向に沿って直径が大きくなる断面積調整部５７６を有してよい。これにより、スクリューコンベアの筐体の内部に、スクリュー５４６の軸方向に沿って、筐体の内面とスクリュー５４６との隙間の体積が小さくなる領域を形成することができる。また、スクリューコンベアの筐体の内部に、熱分解対象物の経路の断面積が減少する経路減少領域を形成することができる。

本実施形態において、断面積調整部５７６の一方の端部の直径Ｄ_５３は、他方の端部の直径Ｄ_５４より小さい。スクリュー５４６は、直径Ｄ_５３の側が熱分解対象物の経路の上流側になるように配されてよい。これにより、スクリューコンベアの筐体の内面とスクリュー５４６との隙間の体積を、熱分解対象物の経路に沿って小さくすることができる。

羽根５４８は、回転軸５４７上に、異なるピッチで配置されてよい。本実施形態において、領域５８２では、複数の羽根５４８がピッチＰ_５２の間隔で配置される。領域５８４では、複数の羽根５４８がピッチＰ_５４の間隔で配置される。領域５８６では、複数の羽根５４８がピッチＰ_５６の間隔で配置される。

本実施形態において、各ピッチの大小関係は、Ｐ_５２＞Ｐ_５４＞Ｐ_５６であってよい。スクリューコンベアの筐体の内面とスクリュー５４６との隙間の体積について、領域５８２における上記体積と領域５８６における上記体積とを比較すると、領域５８２の軸方向の長さと領域５８６の軸方向の長さが同じ場合であっても、領域５８６における上記体積は領域５８２における上記体積よりも小さい。

これにより、スクリューコンベアの筐体の内部に、スクリュー５４６の軸方向に沿って、筐体の内面とスクリュー５４６との隙間の体積が小さくなる領域を形成することができる。領域５８４および領域５８６は、スクリュー５４６の軸方向に沿って、筐体の内面とスクリュー５４６との隙間の体積が小さくなる領域の一例であってよい。

スクリュー５４６は、領域５８２の側が熱分解対象物の経路の上流側になるように配されてよい。これにより、スクリューコンベアの筐体の内面とスクリュー５４６との隙間の体積を、熱分解対象物の経路に沿って小さくすることができる。

なお、本実施形態において、例えば領域５８２に配された複数の羽根５４８のピッチが同一である場合について説明した。しかし、羽根５４８の配置はこれに限定されない。羽根５４８のピッチが、連続的に変化してもよい。

図６は、熱分解部６４０の断面図の一例を概略的に示す。熱分解部は、スクリューコンベアの使用を前提とするものではない。熱分解部６４０を用いて熱分解部の他の例について説明する。熱分解部６４０は、熱分解部１４０と同様の構成を有してよい。また、熱分解部６４０は、スクリュー４４６を備えない以外は熱分解部４４０と同様の構成を有してよい。以下、熱分解部１４０または熱分解部４４０との相違点を中心に説明して、共通する説明については省略する場合がある。

熱分解部６４０は、熱分解対象物を加熱して、熱分解ガスを発生させる。熱分解部６４０は、筐体６４２と、加熱部６５２と、冷却部６５４とを備えてよい。加熱部６５２および冷却部６５４は、加熱部４５２および冷却部４５４と同様の構成を有してよい。

筐体６４２は、内部に、熱分解対象物の経路となる空洞を有する。筐体６４２は、管状の形状を有してよい。熱分解対象物は、筐体６４２の内部を移動している間に加熱され、その間に熱分解反応またはガス化が進行する。熱分解対象物は圧送部１２０により圧送されているので、熱分解対象物の少なくとも一部が、筐体６４２の内面に押圧される。これにより、熱分解炉の内面と、熱分解対象物との接触面積が増加する。その結果、伝熱効率が向上する。筐体６４２は、熱分解炉の一例であってよい。

筐体６４２は、流入部６４３と、排出部６４４と、断面積調整部６７６とを有してよい。流入部６４３および排出部６４４は、流入部４４３および排出部４４４と同様の構成を有してよい。筐体６４２は、一方の端部またはその近傍に流入部６４３を有し、他方の端部またはその近傍に排出部６４４を有してよい。断面積調整部６７６は、流入部６４３と排出部６４４との間に配されて、熱分解対象物の経路の一部を構成してよい。

断面積調整部６７６は、内部が中空の円錐台形状を有してよい。これにより、断面積調整部６７６よりも上流側の領域と比較して、熱分解対象物の経路の断面積が減少する。本実施形態において、流入部６４３側の端部における断面積調整部６７６の内径はＤ_６３であり、排出部６４４側の端部における断面積調整部６７６の内径はＤ_６４であり、Ｄ_６３＞Ｄ_６４であってよい。これにより、断面積調整部６７６において、熱分解対象物の経路に沿って、熱分解対象物の経路の断面積が減少する。

断面積調整部６７６における経路の断面積の最小値と、断面積調整部６７６よりも上流側の領域であって、流入部６４３と断面積調整部６７６との間の領域６８０における経路の断面積とを比較した場合、断面積調整部６７６における経路の断面積の最小値は、領域６８０における経路の断面積より小さくてよい。これにより、筐体６４２の内部で熱分解対象物の体積が減少した場合であっても、熱分解対象物を移送することができる。断面積調整部６７６は、経路減少領域の一例であってよい。

ここで、筐体６４２における経路の断面積とは、筐体６４２の延伸方向に垂直な面で筐体６４２を切断したときの経路の断面積をいう。筐体６４２が曲がっている場合のように、筐体６４２の延伸方向を定義できない場合には、経路の中心線に垂直な面で筐体６４２を切断したときの経路の断面積であってもよい。なお、筐体６４２の内部に設けられた邪魔板、仕切板などの付属品の断面積は、経路の断面積に含まれない。また、断面積調整部６７６における経路の断面積の最小値は、流入部６４３の断面積より大きくてもよい。

本実施形態では、圧送部１２０により熱分解対象物が圧送される。これにより、熱分解対象物を移送しながら熱分解させることができる。また、熱分解対象物を筐体６４２の内面に押圧することができる。その結果、処理効率が向上する。

本実施形態では、筐体６４２が断面積調整部６７６を有する。これにより、熱分解対象物が移送中に溶融または熱分解して、熱分解対象物の体積、嵩密度、または粘度が低下した場合であっても、熱分解対象物を筐体６４２の内面に押圧することができる。

本実施形態では、圧送部１２０により熱分解対象物が圧送されるので、筐体６４２の流入部６４３をシールするシール材として、熱分解対象物を利用することができる。これにより、流入部６４３のシールに用いる不活性ガスの使用量を抑制することができる。その結果、筐体６４２の流入部６４３をシールするシール材として、熱分解対象物を利用しない場合と比較して、凝縮部１８０の規模を小さくすることができる。

本実施形態において、筐体６４２が管状の形状を有する場合について説明した。しかし、筐体６４２はこれに限定されない。例えば、筐体６４２は、内筒と外筒とを有する二重管であってよい。また、流入部６４３および排出部６４４の配置および形状は、特に限定されない。流入部６４３の中心と排出部６４４の中心とが、筐体６４２の中心線上に配されてもよい。本実施形態において、筐体６４２がスクリューを備えない場合について説明した。しかし、上記の記載は、筐体６４２がスクリューを備えることを妨げない。

図７は、熱分解部７４０の断面図の一例を概略的に示す。熱分解部７４０は、筐体７４２と、加熱部７５２と、冷却部７５４とを備えてよい。筐体７４２は、流入部７４３と、排出部７４４と、断面積調整部７７６とを有してよい。断面積調整部７７６は、流入部７４３と排出部７４４との間に配されて、熱分解対象物の経路の一部を構成してよい。

熱分解部７４０は、断面積調整部６７６を断面積調整部７７６に変更した以外は、熱分解部６４０と同様の構成を有してよい。以下、熱分解部６４０との相違点を中心に説明して、共通する説明については省略する場合がある。

断面積調整部７７６は、筐体７４２の内部に挿入部材７７８を有する。挿入部材７７８は、筐体７４２の内部の経路の断面積を減少させる。これにより、断面積調整部７７６よりも上流側の領域と比較して、熱分解対象物の経路の断面積が減少する。本実施形態において、挿入部材７７８は円錐台形状を有してよい。流入部７４３側の端部における挿入部材７７８の外径はＤ_７３であり、排出部７４４側の端部における挿入部材７７８の外径はＤ_７４であり、Ｄ_７３＜Ｄ_７４であってよい。これにより、断面積調整部７７６において、熱分解対象物の経路に沿って、熱分解対象物の経路の断面積が減少する。

断面積調整部７７６における経路の断面積の最小値と、断面積調整部７７６よりも上流側の領域であって、流入部７４３と断面積調整部７７６との間の領域７８０における経路の断面積とを比較した場合、断面積調整部７７６における経路の断面積の最小値は、領域７８０における経路の断面積より小さくてよい。これにより、筐体７４２の内部で熱分解対象物の体積が減少した場合であっても、熱分解対象物を移送することができる。断面積調整部７７６は、経路減少領域の一例であってよい。

本実施形態において、筐体７４２がスクリューを備えない場合について説明した。しかし、上記の記載は、筐体７４２がスクリューを備えることを妨げない。熱分解部７４０は、例えば流入部７４３と断面積調整部７７６との間の領域７８０に、スクリューを有してよい。

図８は、残渣分離部８６０の立断面図の一例を概略的に示す。図９は、残渣分離部８６０の平断面図の一例を概略的に示す。図８および図９を用いて、残渣分離部の他の例について説明する。図８および図９では、残渣分離部８６０が熱分解部４４０と連結されている場合について説明する。残渣分離部８６０は、残渣分離部１６０と同様の構成を有してよい。以下、残渣分離部１６０との相違点を中心に説明して、共通する説明については省略する場合がある。

残渣分離部８６０は、熱分解ガスと、熱分解対象物の残渣とを分離する。残渣分離部８６０は、熱分解部４４０の排出部４４４から排出される熱分解ガスと残渣とを分離してよい。残渣分離部８６０は、分離タンク８６２と、接続部８６３と、邪魔板８６４と、残渣排出部８６６と、ガス排出部８６８とを備えてよい。

分離タンク８６２は、分離した残渣を一時的に貯留する容器であってよい。熱分解ガスおよび残渣は、分離タンク８６２の内部で分離される。接続部８６３は、分離タンク８６２と熱分解部４４０とを接続する。邪魔板８６４は、排出部４４４から排出された残渣が、ガス排出部８６８から排出されることを抑制する。邪魔板８６４は、ガス排出部８６８の周囲を囲むように配されてよい。

分離タンク８６２は、図示されていない加熱部により加熱されてよい。例えば、分離タンク８６２の下部が加熱されてよい。これにより、分離タンク８６２の内部の熱分解ガスおよび残渣を加熱することができる。

本実施形態では、熱分解部４４０の排出部４４４が分離タンク８６２の内部に配される。排出部４４４の開口の向き、排出部４４４の形状、分離タンク８６２における排出部４４４の位置または残渣の排出速度を調整することで、残渣が一箇所に偏在して堆積することを抑制することができる。例えば、排出部４４４は、残渣が分離タンク８６２内を旋回しながら堆積するように配されてよい。このとき、排出部４４４の中心と分離タンク８６２の中心Ｃとの距離をＬ_９１とし、排出部４４４の中心と分離タンク８６２の内面との距離Ｌ_９２とすると、排出部４４４は、Ｌ_９１≧Ｌ_９２となるように配されてよい。

残渣の偏在を抑制する他の方法としては、筐体４４２の内部に窒素ガスなどの不活性ガスを供給して、不活性ガスの流量を変化させることで、残渣の排出速度を変化させてよい。また、駆動部４５０を制御して、スクリュー４４６の回転速度を変化させることで、残渣の排出速度を変化させてもよい。

熱分解部４４０の排出部４４４から熱分解ガスとともに排出された残渣は、分離タンク８６２の内部に堆積する。分離タンク８６２の内部に堆積した残渣は、残渣排出部８６６から排出される。一方、熱分解ガスは、ガス排出部８６８から排出される。これにより、残渣と熱分解ガスとが分離される。残渣排出部８６６から排出された残渣は、残渣受け容器１６２に移送されてよい。ガス排出部８６８から排出された熱分解ガスは、凝縮部１８０に移送されてよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１００熱分解装置、１２０圧送部、１４０熱分解部、１６０残渣分離部、１６２残渣受け容器、１８０凝縮部、１８２生成油タンク、２２０ポンプ、２３０ホッパー、２３２開口、２３４羽根、２３６駆動部、２４０ケーシング、２４４ロータ、２４６駆動部、２４８吐出部、３４２流入部、３４４ポンプ室、３４６スクレーパー、４４０熱分解部、４４２筐体、４４３流入部、４４４排出部、４４６スクリュー、４４７回転軸、４４８羽根、４５０駆動部、４５２加熱部、４５４冷却部、４６０残渣分離部、４６２キルン本体、４６３接続部、４６４排出部、４６６残渣排出部、４６８ガス排出部、４７２加熱部、５４６スクリュー、５４７回転軸、５４８羽根、５７６断面積調整部、５８２領域、５８４領域、５８６領域、６４０熱分解部、６４２筐体、６４３流入部、６４４排出部、６５２加熱部、６５４冷却部、６７６断面積調整部、６８０領域、７４０熱分解部、７４２筐体、７４３流入部、７４４排出部、７５２加熱部、７５４冷却部、７７６断面積調整部、７７８挿入部材、７８０領域、８６０残渣分離部、８６２分離タンク、８６３接続部、８６４邪魔板、８６６残渣排出部、８６８ガス排出部

Claims

熱分解対象物の少なくとも一部がその内面に押圧される熱分解炉を有し、前記熱分解対象物を加熱して熱分解ガスを発生させる熱分解部と、
前記熱分解対象物を前記熱分解部に圧送する圧送部と、
前記熱分解ガスの少なくとも一部を凝集させて生成油とする凝縮部と、
前記熱分解ガスと、前記熱分解対象物の残渣とを２０℃以上４００℃以下で分離する残渣分離部とを備え、
前記圧送部が、固体を移送することができるポンプであって、
前記熱分解部が、前記熱分解炉の内部に配され前記熱分解対象物を前記熱分解炉の内面に押圧する押圧部を更に有し、
前記熱分解炉が、前記熱分解対象物が流入する流入部と、前記熱分解対象物の残渣を排出する排出部とを有し、且つ３５０℃以上６５０℃以下に加熱されるように構成され、
前記押圧部が、前記熱分解対象物を前記流入部から前記排出部に向かって移送し、
前記熱分解部がスクリューコンベアであり、前記熱分解炉が前記スクリューコンベアの筐体であり、前記押圧部が前記スクリューコンベアのスクリューであり、
前記筐体の内部に、前記スクリューの軸方向に沿って、前記筐体の内面と前記スクリューとの隙間の体積が小さくなる領域が形成される熱分解装置。
前記熱分解炉の内部に、前記熱分解対象物の経路の断面積が減少する経路減少領域が形成される、請求項１に記載の熱分解装置。
前記圧送部は、前記熱分解対象物が前記熱分解炉の内部でマテリアルシールを形成する圧力で、前記熱分解対象物を前記熱分解部に圧送する、
請求項１又は２に記載の熱分解装置。
熱分解対象物を熱分解させる熱分解部に、前記熱分解対象物を圧送する圧送段階と、
前記熱分解対象物を加熱して、熱分解ガスを発生させる熱分解段階と、
前記熱分解ガスの少なくとも一部を凝縮させて生成油とする凝縮段階と
前記熱分解ガスと、前記熱分解対象物の残渣とを２０℃以上４００℃以下で分離する残渣分離段階とを備え、
前記熱分解部は熱分解炉と、該熱分解炉の内部に配され前記熱分解対象物を前記熱分解炉の内面に押圧する押圧部とを有し、前記熱分解部がスクリューコンベアであり、前記熱分解炉が前記スクリューコンベアの筐体であり、前記押圧部が前記スクリューコンベアのスクリューであって、前記筐体の内部に、前記スクリューの軸方向に沿って、前記筐体の内面と前記スクリューとの隙間の体積が小さくなる領域が形成されており、
前記圧送段階では、固体を移送することができるポンプによって前記熱分解対象物を圧送し、
前記熱分解段階では、前記スクリューコンベアの筐体を３５０℃以上６５０℃以下に加熱しつつ、前記スクリューコンベアの流入部から前記熱分解対象物を前記スクリューコンベアの内部に流入させ、前記スクリューが前記熱分解対象物を前記流入部から前記スクリューコンベアの排出部に向かって移送し、前記熱分解対象物の残渣を前記排出部から前記スクリューコンベアの外部へ排出させ、前記領域内で前記熱分解対象物を前記筐体の内面に前記スクリューによって押圧しながら加熱する熱分解方法。