有機系原料の乾燥・炭化装置
【課題】設備費も嵩まず、低温処理で省エネのもとに良質の乾燥・炭化物を得ることができる有機系原料の乾燥・炭化装置を提供すること。
【解決手段】過熱蒸気を用いて有機系原料を乾燥・炭化をする装置。下側コーン部２ａとされた処理槽２と、処理槽２内に配される中空シャフト４と、処理槽２の上部側に配される過熱蒸気生成器１２とを備えている。処理槽２は、底部側に有機廃棄物を投入する原料供給口２ｂが形成されるとともに、上部側に炭化物乃至乾燥物となった製品を排出する製品排出口２ｃが形成されている。中空シャフト４に攪拌翼５が多段に連結され、該各攪拌翼５の先端には前記コーン部２ａの内面に沿って周回する原料持ち上げ翼９が形成されている。そして、中空シャフト１４の上部に過熱蒸気生成器からの過熱蒸気５０を導入し、該過熱蒸気５０を中空シャフト４の下部から噴出させる。
【解決手段】過熱蒸気を用いて有機系原料を乾燥・炭化をする装置。下側コーン部２ａとされた処理槽２と、処理槽２内に配される中空シャフト４と、処理槽２の上部側に配される過熱蒸気生成器１２とを備えている。処理槽２は、底部側に有機廃棄物を投入する原料供給口２ｂが形成されるとともに、上部側に炭化物乃至乾燥物となった製品を排出する製品排出口２ｃが形成されている。中空シャフト４に攪拌翼５が多段に連結され、該各攪拌翼５の先端には前記コーン部２ａの内面に沿って周回する原料持ち上げ翼９が形成されている。そして、中空シャフト１４の上部に過熱蒸気生成器からの過熱蒸気５０を導入し、該過熱蒸気５０を中空シャフト４の下部から噴出させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機系原料の新規な乾燥・炭化装置に関する。特に、各種汚泥、各種濃厚廃液、人糞尿、牛、豚、鳥の糞尿、食品残渣、農産系廃棄物、木質系廃棄物、ゴム系廃棄物、紙質系廃棄物、医療廃棄物、廃プラスチック、一般都市ゴミ等の可燃性有機廃棄物を有用物化して、廃棄物ゼロ（ゼロエミッション）とするのに好適な有機系原料の乾燥・炭化装置に係る発明である。
【０００２】
ここで、「乾燥・炭化」とは、「乾燥」又は「炭化」のみの処理を行う場合、「乾燥」と「炭化」の処理を連続的に行う場合を含むものである。
【背景技術】
【０００３】
従来の乾燥・炭化装置は、乾燥炉と炭化炉が分離されていたり、ガス冷却塔及び、バグフィルター等を必要としたりして、装置が複雑でトラブルも多く、処理品もよいものが得難かった。
【０００４】
一部原料を燃やして蒸し焼きにする炭化装置もあったが、これは灰が多く出ることになり、良質な炭化物を得難かった。
【０００５】
これらの問題点を解決するために、特許文献１〜５等において、有機系原料の乾燥・炭化装置が種々提案されている。
【０００６】
しかし、これらの炭化方法は、いずれも、熱源として燃焼バーナを使用するものであり、焼却炉扱いとなって、法規制上ダイオキシン対策（通常、1100℃前後の高温焼却）が必要である。このため、相対的に設備費が嵩むとともに、エネルギーコストも嵩んだ。
【特許文献１】特開２００８−１１４１７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６８６７号公報
【特許文献３】特開２００７ー１５２１７３号公報
【特許文献４】特開２００６−３２６３８２号公報
【特許文献４】特開２００５−２３８１２０号公報
【特許文献５】特開２００４−２４３２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、燃焼バーナを必要とせず、ダイオキシン対策が不要なため、設備費も嵩まず、低温処理で省エネのもとに良質の炭化物が得られ、更には、ゼロエミッション化ないしクローズドシステム化が容易である有機系原料の乾燥・炭化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成の有機系原料の乾燥・炭化装置に想到した。
【０００９】
過熱蒸気を用いて有機系原料を乾燥・炭化するための装置であって、
少なくとも下側コーン部とされた密閉構造の処理槽と、
該処理槽の中央部に配される垂直回転軸と、
該垂直回転軸で駆動回転される混合攪拌翼と、
前記垂直回転軸で駆動回転されて前記処理槽の内壁に沿って底部から所定高さ位置まで原料を持ち上げる持ち上げ手段と、
さらに、処理槽の上部側に配される過熱蒸気生成器と、を備え、
前記処理槽は、底部側に有機系原料を投入する原料供給口が形成されるとともに、上部側に炭化物乃至乾燥物となった製品を排出する製品排出口が形成され、
前記過熱蒸気生成器で生成した過熱蒸気の主体を前記処理槽の底部側へ案内する過熱蒸気案内手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の乾燥・炭化装置は、乾燥・炭化を効率よくでき、さらに、油水分離装置を接続すれば、油化物の有価回収も可能となる。このため、プラスチック等を含む有機系都市ゴミの分別処理（プラスチックと紙や生ゴミ）を必要とせず、燃焼も伴わない。
【００１１】
したがって、焼却炉扱いとならず、ダイオキシン対策も不要となって、設備費、運転費とも焼却炉に比し抑制できる。よって、都市ゴミの処理装置として、中小市町村では、焼却炉に代わるものとして期待ができる。
【００１２】
有機廃棄物等の有機系原料を、乾燥・炭化装置の処理槽内で乾燥後、有機物の乾留（熱分解）により炭化が開始する。本発明では、熱源として過熱蒸気を使用するため、処理槽内での酸素含有率が格段に低い雰囲気での有機系原料の乾留による炭化が可能となる。
【００１３】
したがって、灰分（燃焼により生成する酸化物が主体）の発生が少なく、灰分比率の少ない且つ多孔質の良質な炭化物を得ることができる。
【００１４】
また、過熱蒸気のため、賦活処理をしているのと同じ状態になり、多孔質である炭化物になる。更には、過熱蒸気によりタール成分の系外への排出も可能となり、タール成分の低い良質な炭化物を得やすくなる。
【００１５】
過熱蒸気で熱され発生した液分の多い蒸気は、繰り返し凝縮塔で凝縮させ、さらに、油水分離することにより、廃水処理が殆ど不要となり、さらには、有価な油として回収可能である。
【００１６】
凝縮塔で凝縮されなかった非凝縮性ガスは、脱臭装置へ導入すれば、大気中に排気可能となる。
【００１７】
従来のようにボイラーを使用せず、電気ヒータで過熱蒸気を生成させれば、少なくとも、乾燥・炭化に際して、炭酸ガスの発生を考慮する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の望ましい実施形態について、詳細に説明をする。
【００１９】
（１）図１〜３は、本発明の乾燥・炭化装置１の一例を組み込んだ、乾燥・炭化油化プラントを示す。
【００２０】
下部がテ―パ部（コーン部）２ａとされ、外周は断熱材３で保温断熱された処理槽２と、該処理槽２の中央部にモータ（変速機付）５１で駆動回転される中空シャフト（垂直回転軸）４には多段に水平回転する長短のパイプ状の混合攪拌翼５が複数本（図例では１２本）連結されている。該混合攪拌翼５は、中空シャフト４と連通とされており、交互に逆方向に突出して形成されている。なお、混合攪拌翼５の中空シャフト４への連結態様は、これに限定されない。混合攪拌翼５を同一高さ位置で両側へ一対突出させた構成や、混合攪拌翼５を所定角度ずつずらして螺旋状に配した構成とすることもできる。混合攪拌翼５の中空シャフト４への連結態様を、後者の構成とした場合は、混合攪拌翼５の先端に取り付ける原料持ち上げ翼９の原料持ち上げ作用を増大させることができる。さらに、混合攪拌翼５は、攪拌混合作用及び先端の持ち上げ翼の原料持ち上げ作用を阻害しないなら、中空シャフト４から水平方向でなく上下斜めに突出させてもよい。
【００２１】
そして、混合攪拌翼（攪拌羽根）５の先端には板（ブレード）状の原料持上げ翼（掻き揚げ翼）９が形成されている。該持ち上げ翼９、混合攪拌翼５の回転により前記コーン部２ａの内壁に沿って原料を持ち上げ可能に斜め上方へ掬うような傾斜面（傾斜角度20〜45°）を有するものである。
【００２２】
なお、図例では、処理槽２のコーン部２ａを、図例のごとく、断面テーパ状とする場合のテーパ角度（垂直軸に対する傾斜角度）は、20〜40°とする。なお、コーン部２ａは、断面テーパ状としなくても、断面パラボラ（放物線）状としてもよい。
【００２３】
処理槽２の上方内側には、複数個（図例では4個）の過熱蒸気生成器１２が放射状に配されている。具体的には、中空シャフト４を同心的に囲繞して形成されたドーナツ状のヘッダ６に、水平筒状の各過熱蒸気生成器１２がその出口側で連結されて配されている。
【００２４】
そして、中空シャフト４の、ヘッダ６内に位置する上部は、過熱蒸気流入口７が１個又は複数個明けられている。
【００２５】
ここで、乾燥・炭化装置の寸法仕様は、処理槽２の容量を1.5ｍ３としたとき、例えば、天井側内径：1.4ｍ、円筒部高さ：0.5ｍ、コーン部高さ：1.4ｍ、コーン部下端内径：0.3ｍ、テ―パ角度：20°とする。
【００２６】
また、該過熱蒸気流入口７の形状は、丸形、矩形、三角等任意である。また、同じく、大きさは、種々の要因（蒸気流入口７の数、処理槽２の大きさ、有機系原料の種類・単位時間処理量等）により異なるが、例えば、丸形の場合、20〜50ｍｍΦとする。
【００２７】
中空シャフト４の下部及び下側の混合攪拌翼５には、それぞれ１個又は複数個の過熱蒸気噴出口８が形成されている。噴出口８の形状は、過熱蒸気流入口と同様、丸形、矩形、三角等任意である。また、同じく大きさは、例えば、丸形の場合、10〜30ｍｍΦとする。
【００２８】
混合攪拌翼５の翼形状は、図例では中空パイプ状であるが、棒状、帯板状、など特に限定されない。
【００２９】
なお、必然的ではないが、最上段の原料持ち上げ翼９の位置（最高持ち上げ位置）で処理槽２の内側には、１個又は複数個のキッカー（原料戻し案内部材）１１を配しておくことが望ましい。キッカー１１により、持ち上げられてきた原料が中央部寄りに移動して、戻し原料の平面的拡散が促進される。即ち、戻し原料の平面的拡散が促進されることにより、落下後の原料相互の熱交換が促進され、処理槽内における原料の乾燥・炭化が促進される。
【００３０】
さらに、処理槽の上側内部には、過熱蒸気生成器１２が配され、その内部には加熱手段１３が配されている。加熱手段としては、電気ヒータが制御し易くて望ましい。電気ヒータの種類としては、シーズドヒータ、カートリッジヒータ、鋳込みヒータ等の抵抗加熱ヒータで、500〜900℃程度まで昇温可能なものとする。
【００３１】
過熱蒸気生成器１２の蒸気取入口１４から取入れられた蒸気がさらに加熱されて、過熱蒸気（例えば、300〜600℃）５０となる。該過熱蒸気５０は過熱蒸気ヘッダ６から過熱蒸気流入口７を介して中空シャフト４に流入して、過熱蒸気噴出口８から処理槽２の下側位置に噴出するようになっている。
【００３２】
処理槽２のテーパ部２ａの底部側下部には、原料供給手段が、上部側には製品排出手段が接続されている。
【００３３】
原料供給手段は、元部側に原料ホッパ１７を、先端側に原料供給弁１９をそれぞれ備えた原料供給コンベヤ１８で構成されている。供給手段の搬送機構は、本実施形態では、連続乃至間欠連続運転を予定しているため、原料を気密的に供給可能であれば、特に限定されない。回分式とする場合は、気密的な供給は必然的ではない。プランジャ式、ベルト式、ポンプ式、等任意である。スクリューコンベヤで原料を圧縮供給する場合は、ロータリ弁などの気密供給手段は不要である。
【００３４】
製品排出手段は、元部側に製品排出弁２１を、先端側にロータリ弁２２をそれぞれ備えた排出コンベヤ２０で構成されている。ここで、ロータリ弁２２を使用するのは気密排出可能とするためである。排出手段の搬送機構は、原料を気密的に排出可能であれば、特に限定されず、原料供給手段の場合と同様任意である。
【００３５】
そして、本実施形態では、処理槽２の天井部に形成された排気口２６は、下記構成の油水分離装置に接続されている。通常の、脱臭装置を含む排気処理装置に接続してもよい。
【００３６】
本実施形態の凝縮装置１６は、凝縮塔３０と液封槽（油水分離槽）３９と冷却塔４５とを備えたものである。
【００３７】
凝縮塔３０内は、底部側から上方に向かって、凝縮液貯液部３３、充填材３２、熱交換器３１、散水器(シャワー)３５が、その順に配されている。
【００３８】
ここで、充填材３２としては、化学装置の充填塔に使用されているラシヒリング等であってもよいが、特許1931319号（特公平6−58199号）の水冷却塔に使用されている「充填物要素：裁断した多数本の合成樹脂製の扁平網管を、独立揺動可能に並列させて少なくとも上端で連結したもの」とすることが、凝縮効率（熱交換効率）が増大して望ましい。
【００３９】
凝縮液貯液部３３と散水器（シャワー）３５との間は、ポンプを備えた凝縮液戻し配管３４ａで接続されている。また、熱交換器３１の入口・出口が、冷却塔４５の出口・入口と往路（ポンプ付き）・復路４８、４８Ａを介して冷却水循環路が形成されている。
【００４０】
凝縮塔３０の凝縮液貯液部３３の上側で充填材３２の下側位置に排気ガス導入口３０ａが形成され、該排気ガス導入口３０ａには、エジェクタ２９を介して排気吸引ファン２８が接続されている。そして、エジェクタ２９の第二流体流入口２９ａには散水器３５とほぼ同一高さに形成されたガス戻し口３０ｂとガス戻し配管３７を介して接続され、被処理ガスを繰り返し凝縮処理可能とされている。
【００４１】
そして、凝縮液貯液部３３の上端位置には凝縮液溢流口３８が設けられ、該溢流口３８から、液封槽３９へ液封導入可能に凝縮液導入配管４０が配されている。
【００４２】
液封槽３９は、中央部にバッフル（邪魔板）４２を備え、液導入側に油取出し弁４１ｂを備えた油溢流配管４１ｃが設けられ、該油溢流配管４１ｃの流出口には、油受けタンク（図示せず）を配置可能とされている。バッフル４２の反対側は、残液（水）溢流配管４１が設けられ、該残液溢流配管４１から水を回収可能とされている。なお、原料が油成分を殆ど含まない場合は、油溢流配管４１ｃは不要である。
【００４３】
さらに、必然的ではないが、凝縮塔３０の排気口４３、及び、冷却塔４５の排気口４５ａは、それぞれ、脱臭装置４６へ排気配管４４を接続して、最終排気を完全脱臭可能としておくことが望ましい。
【００４４】
脱臭装置４６は、特に限定されない。土壌脱臭装置や生物脱臭装置を使用することが、省エネや環境的見地から好ましい。
【００４５】
次に、上記実施形態の使用態様について説明をする。
【００４６】
先ず、原料ホッパ１７に有機廃棄物等の原料を投入し、原料供給弁１９を開として、原料供給コンベヤ１８を稼動させて、所定量の原料を、処理槽２の底部（テーパ部２ａ下側）に供給後、原料供給弁１９を一旦閉とする。なお、原料投入量は、例えば、前述の処理槽容量：1.5ｍ３の場合、最大、充填率1／10以下（約150ｋｇ以下）とする。そのときの原料供給は、複数段に分けて（例えば、30〜50ｋｇずつ）、間欠的（例えば、30〜１ｈ）に充填することが、乾燥・炭化効率が良好となり望ましい。当然、連続供給も可能であり、その場合は、充填速度は、40〜80ｋｇ／ｈとする。
【００４７】
その状態で、モータ５１を起動して、中空シャフト４を介して混合攪拌翼５、・・・を水平回転させるとともに、過熱蒸気生成器１２を稼動させて、処理槽２内を設定温度の過熱蒸気で充満させる。このときの回転速度は、20〜80min−１（rpm）、周速（処理槽最大径位置）120〜200ｍ・min−１とする。なお、起動当初は、低速回転とする。また、同時に凝縮塔３０も凝縮液貯液部３３に補填水を貯液するとともに、排気吸引ファン２８、循環ポンプ３４を起動し、さらには、冷却塔４５の冷却液ポンプ４７も起動して、凝縮装置１６を運転状態とする。
【００４８】
すると、混合攪拌翼５の先端の原料持ち上げ翼９の作用により、処理槽２のテーパ部２ａの内壁に沿って原料は順次持ち上げられ（掻き揚げられ）、最上段の持ち上げ翼９の位置まで到達する。ここで、原料（含水物）は、処理槽２内に噴射される過熱蒸気５０の作用で、水の大気圧下沸点(100℃)より遥かに高い高温雰囲気にある。このため、原料内の液分（水を含む。）の蒸発が促進されて乾燥される。
【００４９】
そして、キッカー（原料戻し部材）１１の位置まで軽量故に持ち上げられた乾燥が進んだ原料は、キッカー１１と干渉することによって、処理槽２の中央部寄りに寄せられて中空シャフト４の周囲近傍を落下しながら、混合攪拌翼５で混合攪拌されながら、処理槽２の底部へ落下する。
【００５０】
ここで、乾燥により低含液（水）率の原料が、その軽量故に、持ち上げ翼９により上段側が持ち上げられるが、乾燥せず又は不十分な高含液（水）率の原料は、その重量故に、持ち上げられず底部側に残り易い。しかし、低含液率の原料は、上段側からキッカーにより中央部寄りから落下するため、底部側の高含液率の原料と攪拌混合翼で混合される。こうして、高含液率の原料から低含液率の原料に液移動が発生し、効率よく含液率が均一化される。
【００５１】
この状態を、投入後、1〜2ｈ継続することにより、原料の大半（6〜7割）が乾燥物となる。このとき、炭化を必要としない場合は、製品排出弁２１を開とする。すると、乾燥度の高いものから、その軽さ故に、順次、原料持ち上げ翼９により製品排出弁２１の高さ位置に至る。このため、乾燥物製品を排出コンベヤ２０からロータリ弁２２を介して製品コンテナ２４に排出させて取り出すことができる。
【００５２】
さらに、乾留による炭化物を得たい場合は、製品排出弁２１を閉として、さらに、運転を1〜2ｈ継続することにより、乾燥物の大半（6〜7割）が、乾燥物よりさらに低比重のポーラス（多孔質）な炭化物（嵩比重で乾燥物の1／3〜1／6）となる。このとき、製品排出弁２１を開とすると、上記と同様の理由で、炭化度の高いものから、その軽さ故に、順次、原料持ち上げ翼９により製品排出弁２１の高さ位置に至る。このため、炭化物製品を排出コンベヤ２０からロータリ弁２２を介して製品コンテナ２４に排出させて取り出すことができる。
【００５３】
取り出しは、排出コンベヤ２０からロータリ弁２２を介して取り出すので、乾燥・炭化装置１の運転中であっても、処理槽２から気密的に製品を取り出し可能である。
【００５４】
そして、上記で発生したガス（蒸気乃至乾留ガス）は、吸引ファン２８により処理槽２の排気口２６からエジェクタ２９を介して凝縮塔３０へ導入される。該凝縮塔３０内では、ガス戻し配管３７との間で循環流が発生し、繰り返し凝縮処理される。こうして、凝縮塔３０で凝縮された凝縮液は、液封式の液封槽３９へ導入され、油水分離槽３９の油溢流配管４１から有価な油成分として回収される。
【００５５】
他方、凝縮塔３０で凝縮されなかった非凝縮性ガスは、脱臭装置４６に導入されて脱臭処理を経て大気中に排気される。
【００５６】
図４に乾燥・炭化装置の別の実施形態を示す。前記実施形態と同一部分については同一図符号を付して、それらの説明を省略する。
【００５７】
図１〜３に示す実施形態において、過熱蒸気生成器１２をヘッダなしとして、処理槽２内に直接噴出させるとともに、中空シャフト４の過熱蒸気流入口７に過熱蒸気を軸方向に導入可能な過熱蒸気導入ファン５４（図５）を中空シャフト４に取り付けたものである。さらに、本実施形態では、原料の持ち上げ手段を、リボンスクリュー９Ａとしたものである。なお過熱蒸気導入ファン５４は、外周方向から軸心へ向かう複数枚の湾曲翼５４ａが二枚の整流板５４ｂで挟持された構成である。
【００５８】
中空シャフト４の回転によって回転する過熱蒸気導入ファン５４によって、過熱蒸気生成器１２から処理槽２の上部に噴出された過熱蒸気が、吸引されて過熱蒸気流入口７から中空シャフト４内に導入され、中空シャフト４の下部の過熱蒸気噴出口８から噴出される。このため、過熱蒸気が処理槽２内を循環することにより、前記実施形態に比して、槽内温度分布をより均一化でき、熱効率の向上が期待できる。
【００５９】
図６に乾燥・炭化装置のさらに別の実施形態を示す。前記実施形態と同一部分については同一図符号を付して、それらの説明を省略する。
【００６０】
図１・３に示す実施形態において、過熱蒸気生成器１２をヘッダなしタイプとして、処理槽２内に過熱蒸気を直接噴出させるとともに、中空シャフト４を中実シャフト４Ａとし、下方へ過熱蒸気を送り出す過熱蒸気案内ファン５６を最上段に付設したものである。図例では、矩形状の補助攪拌翼９Ｂを段違いに螺旋に沿って配したものである。
【００６１】
中実シャフト４Ａの回転によって回転する過熱蒸気案内ファン５６によって、過熱蒸気生成器１２から処理槽２の上部に噴出された過熱蒸気が、下方へ送気されて底部側に投入され原料に集中する。このため、過熱蒸気の大部分が投入直後の高含水原料に集中するため、乾燥効率の向上が期待できる。
【００６２】
上記各実施形態の乾燥・炭化装置は、前記発明の開示の構成において、下記のような各特徴的構成を適宜組み合わせたものである。該各特徴的構成は、単独又は複数個を任意に組み合わせて、本発明の実施形態とすることができる。
【００６３】
１）前記混合攪拌翼が、前記垂直回転軸に多段に取り付けられた棒状乃至パイプ状の攪拌翼で形成されていることを特徴とする。
【００６４】
２）前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の各先端に取り付けられた複数の持ち上げ櫂の群で形成されていることを特徴とする。
【００６５】
３）前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の先端間を順次接続して取り付けられたリボンスクリューで形成されていることを特徴とする。
【００６６】
４)上記２）、３）の各構成において、前記持ち上げ手段の最高持ち上げ位置で処理槽の内側に、前記持ち上げられた原料を内側へ案内落下する原料戻し案内部材（蹴落とし板）が配されていることを特徴とする。
【００６７】
５）前記過熱蒸気案内手段が、前記垂直回転軸が中空状とされて、前記垂直回転軸の上部に１個又は複数個の過熱蒸気流入口が形成されるとともに、前記垂直回転軸の下部に１個又は複数個の過熱蒸気噴出口が形成されて構成されていることを特徴とする。
【００６８】
６）上記５）の構成において、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部が前記過熱蒸気流入口位置で前記垂直回転軸にメカニカルシール的に取り付けられた過熱蒸気ヘッダに接続されて、前記過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする。
【００６９】
７）上記５）の構成において、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、該過熱蒸気流出口の内側位置と前記過熱蒸気入口位置との間に前記中空回転軸と一体回転し回転軸芯方向の気流を発生させる吸引ファンを取り付けて、過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする。
【００７０】
８）前記過熱蒸気案内手段が、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、前記回転軸と一体改訂し過熱蒸気流出口の直下に下方へ気流を発生させる過熱蒸気案内ファンを配して、構成されていることを特徴とする。
【００７１】
９）本発明の乾燥・炭化装置を組み込んだ乾燥・炭化油化プラントであって、
前記処理槽の排気口と凝縮塔とが接続され、該凝縮塔で凝縮された凝縮液が液封槽で油水分離されて、有価な油成分を回収可能とされていることを特徴とする。
【実施例】
【００７２】
図１に示す内容量1.5ｍ３の前記仕様の実機において、野菜屑（含水率80％）を運転当初40ｋｇ投入し、さらに１ｈ後、40ｋｇ再投入し、運転開始から2ｈ後に、炭化物４ｋｇを得ることができた（減容率1／20）。
【００７３】
なお、過熱蒸気生成器は、シーズドヒータは三室型で、２基のみ運転した。運転条件は、第1室：240℃、第2室：340℃、第３室：440℃に設定して、流入蒸気温度：100℃、過熱蒸気温度：450±5℃とした。また、攪拌機の回転数：20ｒｐｍ、蒸気圧力：1ｋｇ／ｃｍ２とした。
【００７４】
処理槽内温度（温度測定位置：製品排出口付近）が、300℃になった時点で、加温（過熱蒸気の流入）を止めて、しばらく冷却運転をした。
【００７５】
こうして製造した炭化物は、従来の本願発明者が提案した特開2004−66216号公報に記載のバーナ間接加熱方式の炭化装置を用いて得られた炭化物に比して、気泡率が高く（30％）かつタール分が少ない高品質の炭化物が得られることを確認した。
【００７６】
その理由は、過熱蒸気による直接加熱の場合は、原料内部まで熱が加えられるとともに、蒸気中にタール成分が移行することが期待できるが、バーナによる間接加熱方式の場合は、そのようなことが期待できないためであると推定される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明における有機系原料の乾燥・炭化装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の乾燥・炭化装置を組み込んで乾燥・炭化油化プラント装置を形成する場合に使用する凝縮器・油化分離槽及びや脱臭装置の配置流れ図である。
【図３】図１のIII−III線概略断面図である。
【図４】本発明における有機系原料の乾燥・炭化装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】図４で使用する過熱蒸気導入用の多翼ファンの斜視図である。
【図６】本発明における有機系原料の乾燥・炭化装置のさらに他の実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・乾燥・炭化装置
２・・処理槽（乾燥・炭化室）
２ａ・・・テーパ部（コーン部）
４・・・中空シャフト（垂直回転軸）
４ａ・・・過熱蒸気流入口
４ｂ・・・過熱蒸気噴出口
４Ａ・・・中実シャフト（垂直回転軸）
５・・・パイプ状攪拌翼
５ａ・・・過熱蒸気噴出口
６・・・過熱蒸気ヘッダ
７・・・過熱蒸気生成部
７ａ・・・過熱蒸気流出口
９・・・原料持ち上げ翼（原料持ち上げ手段）
１１・・・キッカー（原料戻し案内板）
１２・・・過熱蒸気生成器
５０・・・過熱蒸気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機系原料の新規な乾燥・炭化装置に関する。特に、各種汚泥、各種濃厚廃液、人糞尿、牛、豚、鳥の糞尿、食品残渣、農産系廃棄物、木質系廃棄物、ゴム系廃棄物、紙質系廃棄物、医療廃棄物、廃プラスチック、一般都市ゴミ等の可燃性有機廃棄物を有用物化して、廃棄物ゼロ（ゼロエミッション）とするのに好適な有機系原料の乾燥・炭化装置に係る発明である。
【０００２】
ここで、「乾燥・炭化」とは、「乾燥」又は「炭化」のみの処理を行う場合、「乾燥」と「炭化」の処理を連続的に行う場合を含むものである。
【背景技術】
【０００３】
従来の乾燥・炭化装置は、乾燥炉と炭化炉が分離されていたり、ガス冷却塔及び、バグフィルター等を必要としたりして、装置が複雑でトラブルも多く、処理品もよいものが得難かった。
【０００４】
一部原料を燃やして蒸し焼きにする炭化装置もあったが、これは灰が多く出ることになり、良質な炭化物を得難かった。
【０００５】
これらの問題点を解決するために、特許文献１〜５等において、有機系原料の乾燥・炭化装置が種々提案されている。
【０００６】
しかし、これらの炭化方法は、いずれも、熱源として燃焼バーナを使用するものであり、焼却炉扱いとなって、法規制上ダイオキシン対策（通常、1100℃前後の高温焼却）が必要である。このため、相対的に設備費が嵩むとともに、エネルギーコストも嵩んだ。
【特許文献１】特開２００８−１１４１７３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４６８６７号公報
【特許文献３】特開２００７ー１５２１７３号公報
【特許文献４】特開２００６−３２６３８２号公報
【特許文献４】特開２００５−２３８１２０号公報
【特許文献５】特開２００４−２４３２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、燃焼バーナを必要とせず、ダイオキシン対策が不要なため、設備費も嵩まず、低温処理で省エネのもとに良質の炭化物が得られ、更には、ゼロエミッション化ないしクローズドシステム化が容易である有機系原料の乾燥・炭化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために、鋭意開発に努力をした結果、下記構成の有機系原料の乾燥・炭化装置に想到した。
【０００９】
過熱蒸気を用いて有機系原料を乾燥・炭化するための装置であって、
少なくとも下側コーン部とされた密閉構造の処理槽と、
該処理槽の中央部に配される垂直回転軸と、
該垂直回転軸で駆動回転される混合攪拌翼と、
前記垂直回転軸で駆動回転されて前記処理槽の内壁に沿って底部から所定高さ位置まで原料を持ち上げる持ち上げ手段と、
さらに、処理槽の上部側に配される過熱蒸気生成器と、を備え、
前記処理槽は、底部側に有機系原料を投入する原料供給口が形成されるとともに、上部側に炭化物乃至乾燥物となった製品を排出する製品排出口が形成され、
前記過熱蒸気生成器で生成した過熱蒸気の主体を前記処理槽の底部側へ案内する過熱蒸気案内手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の乾燥・炭化装置は、乾燥・炭化を効率よくでき、さらに、油水分離装置を接続すれば、油化物の有価回収も可能となる。このため、プラスチック等を含む有機系都市ゴミの分別処理（プラスチックと紙や生ゴミ）を必要とせず、燃焼も伴わない。
【００１１】
したがって、焼却炉扱いとならず、ダイオキシン対策も不要となって、設備費、運転費とも焼却炉に比し抑制できる。よって、都市ゴミの処理装置として、中小市町村では、焼却炉に代わるものとして期待ができる。
【００１２】
有機廃棄物等の有機系原料を、乾燥・炭化装置の処理槽内で乾燥後、有機物の乾留（熱分解）により炭化が開始する。本発明では、熱源として過熱蒸気を使用するため、処理槽内での酸素含有率が格段に低い雰囲気での有機系原料の乾留による炭化が可能となる。
【００１３】
したがって、灰分（燃焼により生成する酸化物が主体）の発生が少なく、灰分比率の少ない且つ多孔質の良質な炭化物を得ることができる。
【００１４】
また、過熱蒸気のため、賦活処理をしているのと同じ状態になり、多孔質である炭化物になる。更には、過熱蒸気によりタール成分の系外への排出も可能となり、タール成分の低い良質な炭化物を得やすくなる。
【００１５】
過熱蒸気で熱され発生した液分の多い蒸気は、繰り返し凝縮塔で凝縮させ、さらに、油水分離することにより、廃水処理が殆ど不要となり、さらには、有価な油として回収可能である。
【００１６】
凝縮塔で凝縮されなかった非凝縮性ガスは、脱臭装置へ導入すれば、大気中に排気可能となる。
【００１７】
従来のようにボイラーを使用せず、電気ヒータで過熱蒸気を生成させれば、少なくとも、乾燥・炭化に際して、炭酸ガスの発生を考慮する必要はない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の望ましい実施形態について、詳細に説明をする。
【００１９】
（１）図１〜３は、本発明の乾燥・炭化装置１の一例を組み込んだ、乾燥・炭化油化プラントを示す。
【００２０】
下部がテ―パ部（コーン部）２ａとされ、外周は断熱材３で保温断熱された処理槽２と、該処理槽２の中央部にモータ（変速機付）５１で駆動回転される中空シャフト（垂直回転軸）４には多段に水平回転する長短のパイプ状の混合攪拌翼５が複数本（図例では１２本）連結されている。該混合攪拌翼５は、中空シャフト４と連通とされており、交互に逆方向に突出して形成されている。なお、混合攪拌翼５の中空シャフト４への連結態様は、これに限定されない。混合攪拌翼５を同一高さ位置で両側へ一対突出させた構成や、混合攪拌翼５を所定角度ずつずらして螺旋状に配した構成とすることもできる。混合攪拌翼５の中空シャフト４への連結態様を、後者の構成とした場合は、混合攪拌翼５の先端に取り付ける原料持ち上げ翼９の原料持ち上げ作用を増大させることができる。さらに、混合攪拌翼５は、攪拌混合作用及び先端の持ち上げ翼の原料持ち上げ作用を阻害しないなら、中空シャフト４から水平方向でなく上下斜めに突出させてもよい。
【００２１】
そして、混合攪拌翼（攪拌羽根）５の先端には板（ブレード）状の原料持上げ翼（掻き揚げ翼）９が形成されている。該持ち上げ翼９、混合攪拌翼５の回転により前記コーン部２ａの内壁に沿って原料を持ち上げ可能に斜め上方へ掬うような傾斜面（傾斜角度20〜45°）を有するものである。
【００２２】
なお、図例では、処理槽２のコーン部２ａを、図例のごとく、断面テーパ状とする場合のテーパ角度（垂直軸に対する傾斜角度）は、20〜40°とする。なお、コーン部２ａは、断面テーパ状としなくても、断面パラボラ（放物線）状としてもよい。
【００２３】
処理槽２の上方内側には、複数個（図例では4個）の過熱蒸気生成器１２が放射状に配されている。具体的には、中空シャフト４を同心的に囲繞して形成されたドーナツ状のヘッダ６に、水平筒状の各過熱蒸気生成器１２がその出口側で連結されて配されている。
【００２４】
そして、中空シャフト４の、ヘッダ６内に位置する上部は、過熱蒸気流入口７が１個又は複数個明けられている。
【００２５】
ここで、乾燥・炭化装置の寸法仕様は、処理槽２の容量を1.5ｍ３としたとき、例えば、天井側内径：1.4ｍ、円筒部高さ：0.5ｍ、コーン部高さ：1.4ｍ、コーン部下端内径：0.3ｍ、テ―パ角度：20°とする。
【００２６】
また、該過熱蒸気流入口７の形状は、丸形、矩形、三角等任意である。また、同じく、大きさは、種々の要因（蒸気流入口７の数、処理槽２の大きさ、有機系原料の種類・単位時間処理量等）により異なるが、例えば、丸形の場合、20〜50ｍｍΦとする。
【００２７】
中空シャフト４の下部及び下側の混合攪拌翼５には、それぞれ１個又は複数個の過熱蒸気噴出口８が形成されている。噴出口８の形状は、過熱蒸気流入口と同様、丸形、矩形、三角等任意である。また、同じく大きさは、例えば、丸形の場合、10〜30ｍｍΦとする。
【００２８】
混合攪拌翼５の翼形状は、図例では中空パイプ状であるが、棒状、帯板状、など特に限定されない。
【００２９】
なお、必然的ではないが、最上段の原料持ち上げ翼９の位置（最高持ち上げ位置）で処理槽２の内側には、１個又は複数個のキッカー（原料戻し案内部材）１１を配しておくことが望ましい。キッカー１１により、持ち上げられてきた原料が中央部寄りに移動して、戻し原料の平面的拡散が促進される。即ち、戻し原料の平面的拡散が促進されることにより、落下後の原料相互の熱交換が促進され、処理槽内における原料の乾燥・炭化が促進される。
【００３０】
さらに、処理槽の上側内部には、過熱蒸気生成器１２が配され、その内部には加熱手段１３が配されている。加熱手段としては、電気ヒータが制御し易くて望ましい。電気ヒータの種類としては、シーズドヒータ、カートリッジヒータ、鋳込みヒータ等の抵抗加熱ヒータで、500〜900℃程度まで昇温可能なものとする。
【００３１】
過熱蒸気生成器１２の蒸気取入口１４から取入れられた蒸気がさらに加熱されて、過熱蒸気（例えば、300〜600℃）５０となる。該過熱蒸気５０は過熱蒸気ヘッダ６から過熱蒸気流入口７を介して中空シャフト４に流入して、過熱蒸気噴出口８から処理槽２の下側位置に噴出するようになっている。
【００３２】
処理槽２のテーパ部２ａの底部側下部には、原料供給手段が、上部側には製品排出手段が接続されている。
【００３３】
原料供給手段は、元部側に原料ホッパ１７を、先端側に原料供給弁１９をそれぞれ備えた原料供給コンベヤ１８で構成されている。供給手段の搬送機構は、本実施形態では、連続乃至間欠連続運転を予定しているため、原料を気密的に供給可能であれば、特に限定されない。回分式とする場合は、気密的な供給は必然的ではない。プランジャ式、ベルト式、ポンプ式、等任意である。スクリューコンベヤで原料を圧縮供給する場合は、ロータリ弁などの気密供給手段は不要である。
【００３４】
製品排出手段は、元部側に製品排出弁２１を、先端側にロータリ弁２２をそれぞれ備えた排出コンベヤ２０で構成されている。ここで、ロータリ弁２２を使用するのは気密排出可能とするためである。排出手段の搬送機構は、原料を気密的に排出可能であれば、特に限定されず、原料供給手段の場合と同様任意である。
【００３５】
そして、本実施形態では、処理槽２の天井部に形成された排気口２６は、下記構成の油水分離装置に接続されている。通常の、脱臭装置を含む排気処理装置に接続してもよい。
【００３６】
本実施形態の凝縮装置１６は、凝縮塔３０と液封槽（油水分離槽）３９と冷却塔４５とを備えたものである。
【００３７】
凝縮塔３０内は、底部側から上方に向かって、凝縮液貯液部３３、充填材３２、熱交換器３１、散水器(シャワー)３５が、その順に配されている。
【００３８】
ここで、充填材３２としては、化学装置の充填塔に使用されているラシヒリング等であってもよいが、特許1931319号（特公平6−58199号）の水冷却塔に使用されている「充填物要素：裁断した多数本の合成樹脂製の扁平網管を、独立揺動可能に並列させて少なくとも上端で連結したもの」とすることが、凝縮効率（熱交換効率）が増大して望ましい。
【００３９】
凝縮液貯液部３３と散水器（シャワー）３５との間は、ポンプを備えた凝縮液戻し配管３４ａで接続されている。また、熱交換器３１の入口・出口が、冷却塔４５の出口・入口と往路（ポンプ付き）・復路４８、４８Ａを介して冷却水循環路が形成されている。
【００４０】
凝縮塔３０の凝縮液貯液部３３の上側で充填材３２の下側位置に排気ガス導入口３０ａが形成され、該排気ガス導入口３０ａには、エジェクタ２９を介して排気吸引ファン２８が接続されている。そして、エジェクタ２９の第二流体流入口２９ａには散水器３５とほぼ同一高さに形成されたガス戻し口３０ｂとガス戻し配管３７を介して接続され、被処理ガスを繰り返し凝縮処理可能とされている。
【００４１】
そして、凝縮液貯液部３３の上端位置には凝縮液溢流口３８が設けられ、該溢流口３８から、液封槽３９へ液封導入可能に凝縮液導入配管４０が配されている。
【００４２】
液封槽３９は、中央部にバッフル（邪魔板）４２を備え、液導入側に油取出し弁４１ｂを備えた油溢流配管４１ｃが設けられ、該油溢流配管４１ｃの流出口には、油受けタンク（図示せず）を配置可能とされている。バッフル４２の反対側は、残液（水）溢流配管４１が設けられ、該残液溢流配管４１から水を回収可能とされている。なお、原料が油成分を殆ど含まない場合は、油溢流配管４１ｃは不要である。
【００４３】
さらに、必然的ではないが、凝縮塔３０の排気口４３、及び、冷却塔４５の排気口４５ａは、それぞれ、脱臭装置４６へ排気配管４４を接続して、最終排気を完全脱臭可能としておくことが望ましい。
【００４４】
脱臭装置４６は、特に限定されない。土壌脱臭装置や生物脱臭装置を使用することが、省エネや環境的見地から好ましい。
【００４５】
次に、上記実施形態の使用態様について説明をする。
【００４６】
先ず、原料ホッパ１７に有機廃棄物等の原料を投入し、原料供給弁１９を開として、原料供給コンベヤ１８を稼動させて、所定量の原料を、処理槽２の底部（テーパ部２ａ下側）に供給後、原料供給弁１９を一旦閉とする。なお、原料投入量は、例えば、前述の処理槽容量：1.5ｍ３の場合、最大、充填率1／10以下（約150ｋｇ以下）とする。そのときの原料供給は、複数段に分けて（例えば、30〜50ｋｇずつ）、間欠的（例えば、30〜１ｈ）に充填することが、乾燥・炭化効率が良好となり望ましい。当然、連続供給も可能であり、その場合は、充填速度は、40〜80ｋｇ／ｈとする。
【００４７】
その状態で、モータ５１を起動して、中空シャフト４を介して混合攪拌翼５、・・・を水平回転させるとともに、過熱蒸気生成器１２を稼動させて、処理槽２内を設定温度の過熱蒸気で充満させる。このときの回転速度は、20〜80min−１（rpm）、周速（処理槽最大径位置）120〜200ｍ・min−１とする。なお、起動当初は、低速回転とする。また、同時に凝縮塔３０も凝縮液貯液部３３に補填水を貯液するとともに、排気吸引ファン２８、循環ポンプ３４を起動し、さらには、冷却塔４５の冷却液ポンプ４７も起動して、凝縮装置１６を運転状態とする。
【００４８】
すると、混合攪拌翼５の先端の原料持ち上げ翼９の作用により、処理槽２のテーパ部２ａの内壁に沿って原料は順次持ち上げられ（掻き揚げられ）、最上段の持ち上げ翼９の位置まで到達する。ここで、原料（含水物）は、処理槽２内に噴射される過熱蒸気５０の作用で、水の大気圧下沸点(100℃)より遥かに高い高温雰囲気にある。このため、原料内の液分（水を含む。）の蒸発が促進されて乾燥される。
【００４９】
そして、キッカー（原料戻し部材）１１の位置まで軽量故に持ち上げられた乾燥が進んだ原料は、キッカー１１と干渉することによって、処理槽２の中央部寄りに寄せられて中空シャフト４の周囲近傍を落下しながら、混合攪拌翼５で混合攪拌されながら、処理槽２の底部へ落下する。
【００５０】
ここで、乾燥により低含液（水）率の原料が、その軽量故に、持ち上げ翼９により上段側が持ち上げられるが、乾燥せず又は不十分な高含液（水）率の原料は、その重量故に、持ち上げられず底部側に残り易い。しかし、低含液率の原料は、上段側からキッカーにより中央部寄りから落下するため、底部側の高含液率の原料と攪拌混合翼で混合される。こうして、高含液率の原料から低含液率の原料に液移動が発生し、効率よく含液率が均一化される。
【００５１】
この状態を、投入後、1〜2ｈ継続することにより、原料の大半（6〜7割）が乾燥物となる。このとき、炭化を必要としない場合は、製品排出弁２１を開とする。すると、乾燥度の高いものから、その軽さ故に、順次、原料持ち上げ翼９により製品排出弁２１の高さ位置に至る。このため、乾燥物製品を排出コンベヤ２０からロータリ弁２２を介して製品コンテナ２４に排出させて取り出すことができる。
【００５２】
さらに、乾留による炭化物を得たい場合は、製品排出弁２１を閉として、さらに、運転を1〜2ｈ継続することにより、乾燥物の大半（6〜7割）が、乾燥物よりさらに低比重のポーラス（多孔質）な炭化物（嵩比重で乾燥物の1／3〜1／6）となる。このとき、製品排出弁２１を開とすると、上記と同様の理由で、炭化度の高いものから、その軽さ故に、順次、原料持ち上げ翼９により製品排出弁２１の高さ位置に至る。このため、炭化物製品を排出コンベヤ２０からロータリ弁２２を介して製品コンテナ２４に排出させて取り出すことができる。
【００５３】
取り出しは、排出コンベヤ２０からロータリ弁２２を介して取り出すので、乾燥・炭化装置１の運転中であっても、処理槽２から気密的に製品を取り出し可能である。
【００５４】
そして、上記で発生したガス（蒸気乃至乾留ガス）は、吸引ファン２８により処理槽２の排気口２６からエジェクタ２９を介して凝縮塔３０へ導入される。該凝縮塔３０内では、ガス戻し配管３７との間で循環流が発生し、繰り返し凝縮処理される。こうして、凝縮塔３０で凝縮された凝縮液は、液封式の液封槽３９へ導入され、油水分離槽３９の油溢流配管４１から有価な油成分として回収される。
【００５５】
他方、凝縮塔３０で凝縮されなかった非凝縮性ガスは、脱臭装置４６に導入されて脱臭処理を経て大気中に排気される。
【００５６】
図４に乾燥・炭化装置の別の実施形態を示す。前記実施形態と同一部分については同一図符号を付して、それらの説明を省略する。
【００５７】
図１〜３に示す実施形態において、過熱蒸気生成器１２をヘッダなしとして、処理槽２内に直接噴出させるとともに、中空シャフト４の過熱蒸気流入口７に過熱蒸気を軸方向に導入可能な過熱蒸気導入ファン５４（図５）を中空シャフト４に取り付けたものである。さらに、本実施形態では、原料の持ち上げ手段を、リボンスクリュー９Ａとしたものである。なお過熱蒸気導入ファン５４は、外周方向から軸心へ向かう複数枚の湾曲翼５４ａが二枚の整流板５４ｂで挟持された構成である。
【００５８】
中空シャフト４の回転によって回転する過熱蒸気導入ファン５４によって、過熱蒸気生成器１２から処理槽２の上部に噴出された過熱蒸気が、吸引されて過熱蒸気流入口７から中空シャフト４内に導入され、中空シャフト４の下部の過熱蒸気噴出口８から噴出される。このため、過熱蒸気が処理槽２内を循環することにより、前記実施形態に比して、槽内温度分布をより均一化でき、熱効率の向上が期待できる。
【００５９】
図６に乾燥・炭化装置のさらに別の実施形態を示す。前記実施形態と同一部分については同一図符号を付して、それらの説明を省略する。
【００６０】
図１・３に示す実施形態において、過熱蒸気生成器１２をヘッダなしタイプとして、処理槽２内に過熱蒸気を直接噴出させるとともに、中空シャフト４を中実シャフト４Ａとし、下方へ過熱蒸気を送り出す過熱蒸気案内ファン５６を最上段に付設したものである。図例では、矩形状の補助攪拌翼９Ｂを段違いに螺旋に沿って配したものである。
【００６１】
中実シャフト４Ａの回転によって回転する過熱蒸気案内ファン５６によって、過熱蒸気生成器１２から処理槽２の上部に噴出された過熱蒸気が、下方へ送気されて底部側に投入され原料に集中する。このため、過熱蒸気の大部分が投入直後の高含水原料に集中するため、乾燥効率の向上が期待できる。
【００６２】
上記各実施形態の乾燥・炭化装置は、前記発明の開示の構成において、下記のような各特徴的構成を適宜組み合わせたものである。該各特徴的構成は、単独又は複数個を任意に組み合わせて、本発明の実施形態とすることができる。
【００６３】
１）前記混合攪拌翼が、前記垂直回転軸に多段に取り付けられた棒状乃至パイプ状の攪拌翼で形成されていることを特徴とする。
【００６４】
２）前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の各先端に取り付けられた複数の持ち上げ櫂の群で形成されていることを特徴とする。
【００６５】
３）前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の先端間を順次接続して取り付けられたリボンスクリューで形成されていることを特徴とする。
【００６６】
４)上記２）、３）の各構成において、前記持ち上げ手段の最高持ち上げ位置で処理槽の内側に、前記持ち上げられた原料を内側へ案内落下する原料戻し案内部材（蹴落とし板）が配されていることを特徴とする。
【００６７】
５）前記過熱蒸気案内手段が、前記垂直回転軸が中空状とされて、前記垂直回転軸の上部に１個又は複数個の過熱蒸気流入口が形成されるとともに、前記垂直回転軸の下部に１個又は複数個の過熱蒸気噴出口が形成されて構成されていることを特徴とする。
【００６８】
６）上記５）の構成において、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部が前記過熱蒸気流入口位置で前記垂直回転軸にメカニカルシール的に取り付けられた過熱蒸気ヘッダに接続されて、前記過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする。
【００６９】
７）上記５）の構成において、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、該過熱蒸気流出口の内側位置と前記過熱蒸気入口位置との間に前記中空回転軸と一体回転し回転軸芯方向の気流を発生させる吸引ファンを取り付けて、過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする。
【００７０】
８）前記過熱蒸気案内手段が、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、前記回転軸と一体改訂し過熱蒸気流出口の直下に下方へ気流を発生させる過熱蒸気案内ファンを配して、構成されていることを特徴とする。
【００７１】
９）本発明の乾燥・炭化装置を組み込んだ乾燥・炭化油化プラントであって、
前記処理槽の排気口と凝縮塔とが接続され、該凝縮塔で凝縮された凝縮液が液封槽で油水分離されて、有価な油成分を回収可能とされていることを特徴とする。
【実施例】
【００７２】
図１に示す内容量1.5ｍ３の前記仕様の実機において、野菜屑（含水率80％）を運転当初40ｋｇ投入し、さらに１ｈ後、40ｋｇ再投入し、運転開始から2ｈ後に、炭化物４ｋｇを得ることができた（減容率1／20）。
【００７３】
なお、過熱蒸気生成器は、シーズドヒータは三室型で、２基のみ運転した。運転条件は、第1室：240℃、第2室：340℃、第３室：440℃に設定して、流入蒸気温度：100℃、過熱蒸気温度：450±5℃とした。また、攪拌機の回転数：20ｒｐｍ、蒸気圧力：1ｋｇ／ｃｍ２とした。
【００７４】
処理槽内温度（温度測定位置：製品排出口付近）が、300℃になった時点で、加温（過熱蒸気の流入）を止めて、しばらく冷却運転をした。
【００７５】
こうして製造した炭化物は、従来の本願発明者が提案した特開2004−66216号公報に記載のバーナ間接加熱方式の炭化装置を用いて得られた炭化物に比して、気泡率が高く（30％）かつタール分が少ない高品質の炭化物が得られることを確認した。
【００７６】
その理由は、過熱蒸気による直接加熱の場合は、原料内部まで熱が加えられるとともに、蒸気中にタール成分が移行することが期待できるが、バーナによる間接加熱方式の場合は、そのようなことが期待できないためであると推定される。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明における有機系原料の乾燥・炭化装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の乾燥・炭化装置を組み込んで乾燥・炭化油化プラント装置を形成する場合に使用する凝縮器・油化分離槽及びや脱臭装置の配置流れ図である。
【図３】図１のIII−III線概略断面図である。
【図４】本発明における有機系原料の乾燥・炭化装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図５】図４で使用する過熱蒸気導入用の多翼ファンの斜視図である。
【図６】本発明における有機系原料の乾燥・炭化装置のさらに他の実施形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・乾燥・炭化装置
２・・処理槽（乾燥・炭化室）
２ａ・・・テーパ部（コーン部）
４・・・中空シャフト（垂直回転軸）
４ａ・・・過熱蒸気流入口
４ｂ・・・過熱蒸気噴出口
４Ａ・・・中実シャフト（垂直回転軸）
５・・・パイプ状攪拌翼
５ａ・・・過熱蒸気噴出口
６・・・過熱蒸気ヘッダ
７・・・過熱蒸気生成部
７ａ・・・過熱蒸気流出口
９・・・原料持ち上げ翼（原料持ち上げ手段）
１１・・・キッカー（原料戻し案内板）
１２・・・過熱蒸気生成器
５０・・・過熱蒸気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過熱蒸気を用いて有機系原料を乾燥・炭化するための装置であって、
少なくとも下側コーン部とされた密閉構造の処理槽と、
該処理槽の中央部に配される垂直回転軸と、
該垂直回転軸で駆動回転される混合攪拌翼と、
前記垂直回転軸で駆動回転されて前記処理槽の内壁に沿って底部から所定高さ位置まで原料を持ち上げる持ち上げ手段と、
処理槽の上部側に配される過熱蒸気生成器と、を備え、
前記処理槽は、底部側に有機系原料を投入する原料供給口が形成されるとともに、上部側に炭化物乃至乾燥物となった製品を排出する製品排出口が形成され、さらに、
前記過熱蒸気生成器で生成した過熱蒸気の主体を前記処理槽の底部側へ案内する過熱蒸気案内手段を備えていることを特徴とする有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項２】
前記混合攪拌翼が、前記垂直回転軸に多段に取り付けられた棒状乃至パイプ状の攪拌翼で形成されていることを特徴とする請求項１記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項３】
前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の各先端に取り付けられた複数の持ち上げ櫂の群で形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項４】
前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の先端間を順次接続して取り付けられたリボンスクリューで形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項５】
前記持ち上げ手段の最高持ち上げ位置で処理槽の内側に、前記持ち上げられた原料を内側へ案内落下する原料戻し案内部材（キッカー）が配されていることを特徴とする請求項３又は４記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項６】
前記過熱蒸気案内手段が、前記垂直回転軸が中空状とされて、前記垂直回転軸の上部に１個又は複数個の過熱蒸気流入口が形成されるとともに、前記垂直回転軸の下部に１個又は複数個の過熱蒸気噴出口が形成されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項７】
前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部が前記過熱蒸気流入口位置で前記垂直回転軸にメカニカルシール的に取り付けられた過熱蒸気ヘッダに接続されて、前記過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする請求項６記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項８】
前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、該過熱蒸気流出口の内側位置と前記過熱蒸気入口位置との間に前記中空回転軸と一体回転し周囲から軸心方向に気流を発生させる過熱蒸気吸引ファンを取り付けて、過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする請求項６記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項９】
前記過熱蒸気案内手段が、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、前記回転軸と一体回転し過熱蒸気流出口の直下に下方へ気流を発生させる過熱蒸気案内ファンを配して、構成されていることを特徴とする請求項１記載の乾燥・炭化装置。
【請求項１０】
請求項１記載の乾燥・炭化装置を組み込んだ乾燥・炭化油化プラントであって、
前記処理槽の排気口と凝縮塔とが排気吸引ファンを介して接続され、該凝縮塔で凝縮された凝縮液が液封槽で油水分離されて、有価な油成分を回収可能とされていることを特徴とする乾燥・炭化油化プラント。
【請求項１】
過熱蒸気を用いて有機系原料を乾燥・炭化するための装置であって、
少なくとも下側コーン部とされた密閉構造の処理槽と、
該処理槽の中央部に配される垂直回転軸と、
該垂直回転軸で駆動回転される混合攪拌翼と、
前記垂直回転軸で駆動回転されて前記処理槽の内壁に沿って底部から所定高さ位置まで原料を持ち上げる持ち上げ手段と、
処理槽の上部側に配される過熱蒸気生成器と、を備え、
前記処理槽は、底部側に有機系原料を投入する原料供給口が形成されるとともに、上部側に炭化物乃至乾燥物となった製品を排出する製品排出口が形成され、さらに、
前記過熱蒸気生成器で生成した過熱蒸気の主体を前記処理槽の底部側へ案内する過熱蒸気案内手段を備えていることを特徴とする有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項２】
前記混合攪拌翼が、前記垂直回転軸に多段に取り付けられた棒状乃至パイプ状の攪拌翼で形成されていることを特徴とする請求項１記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項３】
前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の各先端に取り付けられた複数の持ち上げ櫂の群で形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項４】
前記持ち上げ手段が、前記攪拌翼の先端間を順次接続して取り付けられたリボンスクリューで形成されていることを特徴とする請求項２記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項５】
前記持ち上げ手段の最高持ち上げ位置で処理槽の内側に、前記持ち上げられた原料を内側へ案内落下する原料戻し案内部材（キッカー）が配されていることを特徴とする請求項３又は４記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項６】
前記過熱蒸気案内手段が、前記垂直回転軸が中空状とされて、前記垂直回転軸の上部に１個又は複数個の過熱蒸気流入口が形成されるとともに、前記垂直回転軸の下部に１個又は複数個の過熱蒸気噴出口が形成されて構成されていることを特徴とする請求項１記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項７】
前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部が前記過熱蒸気流入口位置で前記垂直回転軸にメカニカルシール的に取り付けられた過熱蒸気ヘッダに接続されて、前記過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする請求項６記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項８】
前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、該過熱蒸気流出口の内側位置と前記過熱蒸気入口位置との間に前記中空回転軸と一体回転し周囲から軸心方向に気流を発生させる過熱蒸気吸引ファンを取り付けて、過熱蒸気が前記中空回転軸に流入可能とされていることを特徴とする請求項６記載の有機系原料の乾燥・炭化装置。
【請求項９】
前記過熱蒸気案内手段が、前記過熱蒸気生成器の過熱蒸気生成部の下面に過熱蒸気流出口を形成するとともに、前記回転軸と一体回転し過熱蒸気流出口の直下に下方へ気流を発生させる過熱蒸気案内ファンを配して、構成されていることを特徴とする請求項１記載の乾燥・炭化装置。
【請求項１０】
請求項１記載の乾燥・炭化装置を組み込んだ乾燥・炭化油化プラントであって、
前記処理槽の排気口と凝縮塔とが排気吸引ファンを介して接続され、該凝縮塔で凝縮された凝縮液が液封槽で油水分離されて、有価な油成分を回収可能とされていることを特徴とする乾燥・炭化油化プラント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−６５１０４（Ｐ２０１０−６５１０４Ａ）
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３１２２１（Ｐ２００８−２３１２２１）
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００２３５３１４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月９日（２００８．９．９）
【出願人】（０００２３５３１４）
【Ｆターム（参考）】
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