特許 7550397 加熱処理装置および高炭化物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】加熱処理装置および高炭化物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10B 47/44 20060101AFI20240906BHJP

   C10B 53/02 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

C10B47/44

C10B53/02

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024074841

(22)【出願日】2024-05-02

【審査請求日】2024-05-07

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】599149175

【氏名又は名称】柴田 勝美

(73)【特許権者】

【識別番号】518001357

【氏名又は名称】株式会社ＪＲＴＥＣ

(73)【特許権者】

【識別番号】518001368

【氏名又は名称】ベスト・アライアンス有限会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123984

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 晃伸

(74)【代理人】

【識別番号】100102314

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤 阿佐子

(74)【代理人】

【識別番号】100159178

【弁理士】

【氏名又は名称】榛葉 貴宏

(74)【代理人】

【識別番号】100206689

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 恵理子

(72)【発明者】

【氏名】柴田 勝美

(72)【発明者】

【氏名】並松 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】伊海 政子

【審査官】森 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１２０２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０２２１４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００１－３３４２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２２４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２１０３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２７９０２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１０Ｂ ４７／４４

Ｃ１０Ｂ ５３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

過熱蒸気または高温燃焼ガスからなる高温ガスを処理原料に対して噴出する１または複数のキルンと、
前記キルンで発生した可燃ガスを排出する排気口と、
前記排気口から排出した前記可燃ガスが流通するガス流通路と、
前記ガス流通路を流通した前記可燃ガスが回収される回収部と、を有する、加熱処理装置であって、
前記ガス流通路に前記可燃ガスを４００℃以上の温度まで加熱するタール化防止炉を設けており、
４００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出することで処理原料を一度に高炭化物に変える１回処理モードと、３００～４５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出し処理原料を加熱処理した後に、当該処理原料を１回目の加熱処理よりも高い４００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスで再度、加熱処理することで高炭化物を得る２回処理モードと、を切替可能となっており、
前記１回処理モードが選択されている場合は、前記タール化防止炉を稼働させ、前記２回処理モードが選択されている場合は、前記タール化防止炉を停止させる、制御部を有する、加熱処理装置。

【請求項2】

前記２回処理モードの１回目の加熱処理の加熱温度よりも高い３５０～５５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出し処理原料を加熱処理した後に、当該処理原料を前記２回処理モードの２回目の加熱処理の加熱温度よりも高い８００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスで加熱することで活性炭を得る賦活モードをさらに選択可能となっており、
前記制御部は、前記賦活モードが選択されている場合も、前記タール化防止炉を停止させる、請求項１に記載の加熱処理装置。

【請求項3】

２００～４５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出することで処理原料を一度に半炭化物に変えるトレファクションモードを選択可能となっており、
前記トレファクションモードにおける加熱処理の加熱温度は、前記１回処理モードおよび前記２回処理モードの加熱処理の加熱温度よりも低く、
前記制御部は、前記トレファクションモードが選択されている場合は、前記タール化防止炉を停止させる、請求項１に記載の加熱処理装置。

【請求項4】

前記高温ガスは過熱蒸気である、請求項１または２に記載の加熱処理装置。

【請求項5】

加熱処理炉内に過熱蒸気を充填し、加熱処理炉内を無酸素状態とする、請求項３に記載の加熱処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過熱蒸気または高温燃焼ガスにより処理原料の加熱処理し、高炭化物を得ることができる加熱処理装置および高炭化物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、発明者らは、高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスで処理原料を加熱処理することで、半炭化物または炭化物を得ることができる加熱処理装置を提案している（たとえば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６７２９９０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

炭化物は、バイオマスなどの処理原料を低酸素または無酸素状態で加熱して熱分解(炭化)させることで得られる、炭素を主体とした物質である。炭化の度合いが高いほど高いエネルギーが得られるため、処理原料がより高度に（より多い割合で）炭素に分解された高炭化物のニーズが高くなっている。
しかしながら、上述した特許文献１では、加熱温度が低く高炭化物を効率良く得ることができず、仮に、加熱温度を高めた場合には、加熱処理により発生する可燃ガスに、タールの原因となる炭化水素などの成分が多く含まれてしまい、可燃ガスの温度が排気の途中で低下した場合に炭化水素などの成分が液化しタールが発生することで、タールがガス流通路の内壁に付着してしまい燃焼効率を低下させる場合や、タールが装置から漏れ出してしまうなどの問題があり、高炭化物を効率的に得られないという問題があった。

【0005】

本発明は、高炭化物を効率良く得ることができる加熱処理装置および高炭化物の製造方法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】

【0006】

本発明に係る加熱処理装置は、過熱蒸気または高温燃焼ガスを処理原料に対して噴出する１または複数のキルンと、前記キルンで発生した可燃ガスを排出する排出口と、前記排出口から排出した前記可燃ガスが流通するガス流通路と、前記ガス流通路を流通した前記可燃ガスが回収される回収部と、を有する、加熱処理装置であって、前記流通路に前記可燃ガスを４００℃以上の温度まで加熱するタール化防止炉を設けており、４００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出することで処理原料を一度に高炭化物に変える１回処理モードと、３００～４５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出し処理原料を加熱処理した後に、当該処理原料を１回目の加熱処理よりも高い４００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスで再度、加熱処理することで高炭化物を得る２回処理モードと、を切替可能となっており、前記１回処理モードが選択されている場合は、前記タール化防止炉を稼働させ、前記２回処理モードが選択されている場合は、前記タール化防止炉を停止させる、制御部を有する。
上記加熱処理装置において、前記２回処理モードの１回目の加熱処理の加熱温度よりも高い３５０～５５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出し処理原料を加熱処理した後に、当該処理原料を前記２回処理モードの２回目の加熱処理の加熱温度よりも高い８００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスで加熱することで活性炭を得る賦活モードをさらに選択可能となっており、前記制御部は、前記賦活モードが選択されている場合も、前記タール化防止炉を停止させる構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、２００～４５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスを前記キルン内に噴出することで処理原料を一度に半炭化物に変えるトレファクションモードを選択可能となっており、前記トレファクションモードにおける加熱処理の加熱温度は、前記１回処理モードおよび前記２回処理モードの加熱処理の加熱温度よりも低く、前記制御部は、前記トレファクションモードが選択されている場合は、前記タール化防止炉を停止させる構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、前記高温ガスは過熱蒸気である構成とすることができる。
上記加熱処理装置において、加熱処理炉内に過熱蒸気を充填し、加熱処理炉内を無酸素状態とするように構成することができる。

【発明の効果】

【0007】

本発明により、高炭化物を効率良く得ることができる加熱処理装置および高炭化物の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る加熱処理装置の平面断面図である。

【図2】本実施形態に係る加熱処理装置の側面断面図である。

【図3】本実施形態に係る加熱処理装置の正面図である。

【図4】本実施形態に係る加熱処理装置の全体を示す構成図である。

【図5】本実施形態に係る加熱処理モードを説明するための図である。

【図6】本実施形態に係るトレファクションモードでの加熱処理動作を説明するための図である。

【図7】本実施形態に係る１回処理モードでの加熱処理動作を説明するための図である。

【図8】本実施形態に係る２回処理モードの１回目の加熱処理動作を説明するための図である。

【図9】本実施形態に係る２回処理モードの２回目の加熱処理動作を説明するための図である。

【図10】本実施形態に係る賦活モードの１回目の加熱処理動作を説明するための図である。

【図11】本実施形態に係る賦活モードの２回目の加熱処理動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、図面に基づいて、本発明に係る加熱処理装置を説明する。なお、本発明に係る加熱処理装置に適用できる被加熱処理物（以下、処理原料という。）は、木材加工工場や廃棄物中間処理場などから発生する木質材や生物由来の有機性資源などに加えて、草木、藻類、生ごみ、鶏糞、畜糞、都市汚泥、し尿汚泥、建設廃材、食品廃棄物、炭素を含む廃プラスチックなどを処理原料として用いることもできる。また、本発明に係る加熱処理装置は、生産工場などで用いる各種の有機物または無機物からなる原料や製品の乾燥、半炭化または炭化を含む加熱処理にも適用できる。さらに、本発明に係る加熱処理装置は、処理原料の加熱処理を連続で行うこともでき、またバッチ処理で行うこともできる。

【0010】

なお、本実施形態に係る加熱処理装置では、複数の加熱処理モードが選択可能となっており、加熱処理モードに応じて処理原料を加熱し炭化させることで、半炭化物、炭化物、高炭化物および活性炭を得ることができる。本実施形態では、半炭化物を固定炭素が３０％未満のものとし、炭化物を固定炭素が３０％以上かつ６０％未満のものとし、高炭化物を固定炭素が６０％以上かつ８０％未満、活性炭を固定炭素が８０％以上のものとして説明する。一般に、半炭化物は、処理原料を２００～３５０℃の比較的低い温度で加熱処理することで得ることができ、炭化物は、処理原料を３５０～５５０℃で加熱処理することで得ることができ、高炭化物は処理原料を４００～９００℃の比較的高い温度で加熱処理することで得ることがで、活性炭は、処理原料を８００～９００℃の比較的高い温度で賦活させることで得ることができる。加熱温度が高いほどセルロースやリグニンなどの成分も熱分解され炭素に変化するため、炭化物では、半炭化物と比べて、固定炭素の割合が高くなり、高炭化物では、炭化物および半炭化物に比べて、固定炭素の割合がより高くなり、活性炭では、半炭化物、炭化物および高炭化物に比べて、固定炭素の割合がより高くなる。

【0011】

図１は、本実施形態に係る加熱処理装置１の平面断面図であって、図２のＩ－Ｉに沿う断面図である。また、図２は本実施形態に係る加熱処理装置１の側面断面図であって、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。さらに、図３は本実施形態に係る加熱処理装置１の正面図である。

【0012】

加熱処理装置１は、図２および図３に示すように、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０と、架台４０とを有する。架台４０は、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０を載置するための台であり、３段構造となっている。本実施形態では、図２および図３に示すように、架台４０の上段に第１キルン１０が載置され、架台４０の中段に第２キルン２０が載置され、架台４０の下段に第３キルン３０が載置される。これにより、加熱処理装置１では、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０が垂直方向に配置される構造となる。一方で、第１キルン１０、第２キルン２０、第３キルン３０は、排出シュート１１０，２１０を介して直列に連通しており、第１キルン１０に投入された処理原料は、第１キルン１０、第２キルン２０、第３キルン３０内を搬送されながら加熱処理が行われた後に、第３キルン３０から高炭化物、炭化物または半炭化物として排出される。なお、第１キルン１０では主に処理原料の乾燥処理が行われ、第２キルン２０および第３キルン３０では主に処理原料の高炭化、炭化または半炭化処理が行われる。以下に、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０の各構成について説明する。

【0013】

第１キルン１０は、処理原料を加熱処理する加熱処理炉１１を有する。加熱処理炉１１の長さは、特に限定されないが、本実施形態においては８ｍ～１２ｍとされる。また、加熱処理炉１１の内幅も、特に限定されないが、本実施形態においては０．５ｍ～２．０ｍとされる。加熱処理炉１１の一端側には処理原料を投入するための原料投入口（ホッパー）１６が設けられ、他端側には処理原料を第２キルン２０へと排出するための原料排出口１７が設けられている。また、加熱処理炉１１内には、図１に示すように、一対のスクリューコンベア１２，１３と、一対のノズル配管１４，１５とがそれぞれ平行に配置されている。

【0014】

一対のスクリューコンベア１２，１３のうち、第１のスクリューコンベア１２は、右回転（時計回りで回転）することで、処理原料を加熱処理炉１１の原料投入口１６から原料排出口１７まで搬送する。また、第２のスクリューコンベア１３は、左回転（反時計回りで回転）することで、処理原料を加熱処理炉１１の原料投入口１６から原料排出口１７へと搬送する。図１～図３に示すように、第１のスクリューコンベア１２および第２のスクリューコンベア１３は並列して配置されるとともに、原料投入口１６側から原料排出口１７側に向けて平面視した場合に、第２のスクリューコンベア１３が、第１のスクリューコンベア１２の右側に配置される。なお、一対のスクリューコンベア１２，１３は、モーター１００の駆動により各回転方向に回転する。

【0015】

加熱処理炉１１内には、一対のノズル配管１４，１５が配置される。第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、図１および図２に示すように、加熱処理炉１１内を延在するとともに、その一端は過熱蒸気発生器５０と接続している。また、第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５には、延在方向に所定の間隔で噴出口が設けられており、過熱蒸気発生器５０で発生させた高温の過熱蒸気（２００～７００℃）を噴出口から噴出することで、加熱処理炉１１内の処理原料を加熱処理する。なお、過熱蒸気発生器５０は、過熱蒸気に代えて、または過熱蒸気に加えて、蒸気を発生することもでき、発生した蒸気を加熱処理炉１１に供給することもできる。

【0016】

また、第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、第１のスクリューコンベア１２および第２のスクリューコンベア１３と平行に配置される。具体的には、第１のノズル配管１４は、第１のスクリューコンベア１２よりも外側、すなわち、原料投入口１６側から原料排出口１７側に向けて平面視した場合に、第１のスクリューコンベア１２の左側に配置される。同様に、第２のノズル配管１５は、第２のスクリューコンベア１３よりも外側、すなわち、原料投入口１６側から原料排出口１７側に向けて平面視した場合に、第２のスクリューコンベア１３の右側に配置される。

【0017】

言い換えると、本実施形態では、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア１２の左側と、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア１３の右側に、それぞれ一対のノズル配管１４，１５が配置される。これは、スクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に処理原料が寄せられる傾向があり、スクリューコンベア１２，１３の回転方向と反対側に一対のノズル配管１４，１５をそれぞれ配置することで、スクリューコンベア１２，１３の回転方向の反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができるためである。

【0018】

また、本実施形態では、図２に示すように、第１のノズル配管１４および第２のノズル配管１５は、第１のスクリューコンベア１２および第２のスクリューコンベア１３よりも上方に配置されており、下側または下側方に向かって、過熱蒸気を噴出する構成となっている。これにより、一対のノズル配管１４，１５は、スクリューコンベア１２，１３の回転を邪魔することなく、処理原料に向けて過熱蒸気を噴出することができる。

【0019】

また、本実施形態に係る加熱処理装置１では、第２キルン２０および第３キルン３０においても、第１キルン１０と同様に、加熱処理炉２１，３１内に一対のスクリューコンベア２２，２３，３２，３３と一対のノズル配管２４，２５，３４，３５とをそれぞれ有する。すなわち、第２キルン２０および第３キルン３０においても、第１のスクリューコンベア２２，３２および第２のスクリューコンベア２３，３３と、第１のノズル配管２４，３４および第２のノズル配管２５，３５とが平行に配置されており、右回転（時計回りで回転）する第１のスクリューコンベア２２，３２の左側に第１のノズル配管２４，３４が配置され、左回転（反時計回りで回転）する第２のスクリューコンベア２３，３３の右側に第２のノズル配管２５，３５が配置される。また、第１のノズル配管２４，３４および第２のノズル配管２５，３５は、第１のスクリューコンベア２２，３２および第２のスクリューコンベア２３，３３よりも上方に配置される。第２キルン２０および第３キルン３０においても、各スクリューコンベア２２，２３，３２，３３の回転方向と反対側に各ノズル配管２４，２５，３４，３５を配置することで、スクリューコンベア２２，２３，３２，３３の回転方向と反対側に寄せられた処理原料を効率的に加熱処理することができる。

【0020】

加熱処理装置１では、第１キルン１０の加熱処理炉１１と第２キルン２０の加熱処理炉２１とが排出シュート１１０を介して連通している。第１キルン１０の加熱処理炉１１の原料排出口１７まで搬送された処理原料は、原料排出口１７、排出シュート１１０、第２キルン２０の原料投入口２６を順に通って、第２キルン２０の加熱処理炉２１内に搬送される。また、第２キルン２０の加熱処理炉２１において、処理原料は、一対のスクリューコンベア２２，２３により原料投入口２６側から原料排出口２７側へと搬送され、加熱処理炉２１の原料排出口２７まで搬送される。また、本実施形態に係る加熱処理装置１では、第２キルン２０の加熱処理炉２１と第３キルン３０の加熱処理炉３１とは排出シュート２１０を介して連通しており、処理原料は第２キルン２０の加熱処理炉２１の原料排出口２７、排出シュート２１０および第３キルン３０の原料投入口３６を順に通って、第３キルン３０の加熱処理炉３１内に搬送される。そして、処理原料は、第３キルン３０の加熱処理炉３１を、一対のスクリューコンベア３２，３３により原料投入口３６側から原料排出口３７側へと搬送され、加熱処理炉３１の原料排出口３７から外部へと排出される。なお、排出シュート１１０，２１０や原料排出口１７，２７，３７には、これらを開閉するための開閉バルブを設けることができる。

【0021】

第３キルン３０の原料排出口３７の下には、原料排出口３７から排出された高炭化物、炭化物や半炭化物を無酸素状態で、その温度を大気中で燃えない温度（即ち、非自燃温度）まで下げて外部に排出する処理物排出機構を設ける構成とすることもできる。この場合、処理物排出機構は全長が約３ｍ（２～５ｍ程度が好ましい）の排出用コンベアを備え、加熱処理装置１により加熱処理されて減容された処理原料を、蒸気および過熱蒸気で酸素を追い出した状態で、徐々に搬送することで、処理原料を１００℃以下（着火点以下）に降温することができる。

【0022】

また、加熱処理装置１の各部材は、高温度で使用されるため、周囲は耐熱材料（例えば、ステンレス、耐熱鋼）などで構成され、内部は超高温の場合、強度を有するレンガや耐熱耐摩耗性セラミックなどを貼着する構成とすることができる。通常はシェルをステンレス構造として、外部に高温仕様のセラミックファイバー等にて保温する。

【0023】

また、本実施形態に係る加熱処理装置１では、図４に示すように、過熱蒸気発生器５０、燃焼炉６０、ガス流通路７０、流路切替部７１、タール化防止炉８０、制御部９０、操作部１２０、および煙突１３０を有する。なお、図４は、本実施形態に係る加熱処理装置１の全体を示す構成図である。

【0024】

具体的には、加熱処理装置１では、第１キルン１０の排気管１９、第２キルン２０の排気管２９、第３キルンの排気管３９がそれぞれガス流通路７０と接続している。また、ガス流通路７０は、燃焼炉６０と接続している。これにより、第１キルン１０で発生した可燃ガス、第２キルン２０で発生した可燃ガス、第３キルン３０で発生した可燃ガスはそれぞれの排気管１９，２９，３９からガス流通路７０へと排出され、燃焼炉６０へと送られる。

【0025】

さらに、本実施形態では、図４に示すように、加熱処理装置１のガス流通路７０に流路切替部７１およびタール化防止炉８０が設けられている。タール化防止炉８０は、ガス流通路７０を流通する可燃ガスを４００℃以上まで加熱するバーナーなどの装置である。キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスは炭化水素などのタールの原因となる成分を含有しており、可燃ガスが低温となった場合に、炭化水素などの成分が液化してタールが発生し、ガス流通路７０の配管内壁などに付着することで全体的な燃焼効率が低下してしまう場合や、加熱処理装置１の停止時にガス流通路７０に付着したタールが外部に漏れ出てしまう場合などがある。タール化防止炉８０によりガス流通路７０を流通する可燃ガスを加熱することで、可燃ガスに含まれる炭化水素などの凝集によるタールの発生を抑制し、エネルギー源となる炭化水素を含んだままのエネルギーの高い可燃ガスを燃焼炉６０までそのまま送ることができ、その結果、燃焼炉６０での燃焼効率をより高めることができる。

【0026】

また、流路切替部７１は、たとえば、三方弁やダイヤフラム弁で構成することができ、キルン１０，２０，３０で発生しガス流通路７０に排出された可燃ガスを、タール化防止炉８０を経由して、または、タール化防止炉８０を経由させないで、燃焼炉６０まで流通させる流路の切り替えを行う。なお、本実施形態では、流路切替部７１は、制御部９０の制御に基づいて動作する。

【0027】

さらに、本実施形態に係る加熱処理装置１は、流路切替部７１、燃焼炉６０およびタール化防止炉８０の動作を制御する制御部９０を有する。特に、本実施形態において、制御部９０は、図３に示すように、半炭化物、高炭化物または活性炭を得るための処理モードとして、トレファクションモードと、１回処理モードと、２回処理モードと、賦活モードの４つのモードで処理原料を加熱処理することができる。なお、図５は、本実施形態において実施可能な加熱処理のモードを説明するための図である。

【0028】

図５に示すように、トレファクションモードは、１回の加熱処理により半炭化物を生成物として得るためのモードであり、キルン１０，２０，３０に２００～４５０℃の過熱蒸気を噴出することで、一度の加熱処理により、処理原料から半炭化物を生成する。また、１回処理モードは、１回の加熱処理により高炭化物を生成物として得るためのモードであり、キルン１０，２０，３０に４００～９００℃の過熱蒸気を噴出することで、一度の加熱処理により、処理原料から高炭化物を生成する。これに対して、２回処理モードとは、１回目の加熱処理を行った後に一度、加熱処理した処理原料（炭化または半炭化された処理原料）を冷却（常温で放置）し、その後、再度、２回目の加熱処理を行うことで高炭化物を得るモードである。具体的に、２回処理モードでは、１回目の加熱処理でキルン１０，２０，３０に３００～４５０℃の過熱蒸気を噴出し、２回目の加熱処理で、キルン１０，２０，３０に、１回目の加熱処理よりも高い４００～９００℃の過熱蒸気を噴出することで、２度の加熱処理により、処理原料から高炭化物を生成する。さらに、賦活モードとは、２回処理モードと同様に２回の加熱処理を行うが、２回処理モードよりも高い加熱温度で加熱処理を行うことで活性炭を得るモードである。具体的に、賦活モードでは、１回目の加熱処理でキルン１０，２０，３０に３５０～５５０℃の過熱蒸気を噴出し、２回目の加熱処理でキルン１０，２０，３０に１回目の加熱処理よりも高い８００～９００℃の過熱蒸気を噴出する。また、賦活モードでは、２回処理モードと比べて、１回目の加熱処理の加熱温度および２回目の加熱処理の加熱温度は高い温度に設定される。なお、図５に示すように、１回処理モードおよび２回処理モードにおいては、主に（半数以上の割合で）、高炭化物が生成物として生成されるが、生成物の一部に半炭化物や活性炭などに分類される物質を含むこともできる。同様に、賦活モードでは、主に、活性炭が生成物として生成されるが、生成物の一部に半炭化物や高炭化物などに分類される物質を含むこともできる。本実施形態において、制御部９０は、トレファクションモードと、１回処理モードを行う場合と、２回処理モードを行う場合と、賦活モードを行う場合とで、流路切替部７１，燃焼炉６０およびタール化防止炉８０の動作や燃焼温度を変更する。以下に、加熱処理装置１の各モードでの動作について説明する。

【0029】

まず、トレファクションモードの詳細について説明する。図６は、トレファクションモードにおける加熱処理装置１の動作例を説明するための図である。制御部９０は、作業者が操作部１２０を操作してトレファクションモードを選択すると、過熱蒸気発生器５０から２００～４５０℃の過熱蒸気が発生するように、燃焼炉６０の動作を制御する。具体的に、燃焼炉６０は、制御部９０の制御に基づいて、重油、軽油、ＬＰＧ、ＬＮＧ、水素、バイオ燃料などの燃料、および、各キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスを燃料として、過熱蒸気発生器５０で過熱蒸気を発生させるための高温の燃焼ガスを生成し、生成した高温の燃焼ガスを過熱蒸気発生器５０に送る。これにより、過熱蒸気発生器５０において、水を２００～４５０℃の過熱蒸気へと変化させ、各キルン１０，２０，３０の第１のノズル配管１４，２４，３４および第２のノズル配管１５，２５，３５から噴出させることができる。また、制御部９０は、モーター１００を稼働させて、第１キルン１０に投入された処理原料を、キルン１０，２０，３０を順に通過して搬送させることで、過熱蒸気による加熱処理により、処理原料が半炭化物へと変化し、第３キルン３０から排出されることとなる。たとえば、図６に示す例では、２０００Ｋｇ／Ｈの処理原料を、トレファクションモードで加熱処理することで、１４００～１６００Ｋｇ／Ｈの半炭化物を得ることができる。

【0030】

また、トレファクションモードにおいて、制御部９０は、タール化防止炉６０を稼働せず、図６に示すように、ガス流通路７０を流通する可燃ガスがタール化防止炉８０を通らないように、流路切替部７１の切り替えを制御する。なお、図６においては、可燃性ガスが流通するガス流通路の流路を黒色で示し、可燃性ガスが流通しないガス流通路の流路をグレーで示す（後述する図７～１１においても同様。）。トレファクションモードでは、処理原料を加熱処理する加熱温度が低いため、処理原料に含まれる炭化水素（タール発生の原因成分）がガス化しにくく、可燃ガスに含まれにくいため、後述するようなタールによる問題が生じにくいためである。

【0031】

次いで、１回処理モードについて説明する。図７は、１回処理モードにおける加熱処理装置１の動作を説明するための図である。作業者が操作部１２０を操作して１回処理モードを選択した場合、制御部９０により、１回処理モードに応じた流路切替部７１、タール化防止炉８０および燃焼炉６０の動作制御が行われる。具体的には、制御部９０は、図７に示すように、１回処理モードにおいて、燃焼炉６０で８５０～１０００℃の燃焼ガスを発生させることで、過熱蒸気発生器５０で２０℃の水を加熱して４００～９００℃の過熱蒸気を生成させ、各キルン１０，２０，３０内に噴出させる。また、本動作例において、キルン１０，２０，３０で処理原料が加熱処理されると、処理原料の炭化により２５０～４００℃程度の可燃ガスが発生する。制御部９０は、図７に示すように、ガス流通路７０上にある流路切替部７１を制御し、可燃ガスがタール化防止炉８０を通るようにガス流通路７０を切り替える。これにより、可燃ガスは、タール化防止炉８０へと進み、タール化防止炉８０で４００℃以上の温度まで加熱され、タールの原因となる炭化水素などの成分を可燃ガスに含んだ状態のまま、高温の状態で燃焼炉６０まで送られることとなり、燃焼炉６０で燃料として用いることができる。

【0032】

ここで、１回処理モードで処理原料を一度に高炭化物に変える場合、生の処理原料を４００～９００℃と比較的高温の過熱蒸気で加熱することとなるが、この場合、処理原料から発生する可燃ガス（乾留ガス）に、処理原料の油分などに由来する炭化水素などの成分が多く含まれる。このような炭化水素などの成分を多く含む可燃ガスが、排気口１８，２８，３８から排出されガス流通路７０へと流通する際に、たとえば３５０℃以下まで降温してしまうと、可燃ガスに含まれる炭化水素などの成分が液化してタールが発生してしまい、このタールがガス流通路７０の内壁面に付着などすることで、処理原料の燃焼効率を低下させてしまう原因となってしまう。そこで、本実施形態において、制御部９０は、１回処理モードにおいては、タール化防止炉８０を稼働するとともに、流路切替部７１によりガス流通路７０を流通する可燃ガスを、タール化防止炉８０を経由させて、タール化防止炉８０で４００℃以上となるまで加熱することで、可燃ガスに含まれる炭化水素などが凝集してしまいタールが発生することを抑止し、可燃ガスを、炭化水素などを多く含む状態（炭化水素などがタールとして液化しない状態）で燃焼炉６０まで送ることができる。炭化水素などは燃焼エネルギーを有しているため、炭化水素を多く含む可燃ガスを燃焼炉６０に送ることで、燃焼炉６０における燃焼効率をより高めることができる。たとえば、図７に示す例では、２０００Ｋｇ／Ｈの処理原料を、１回処理モードで加熱処理することで、５００～８００Ｋｇ／Ｈの高炭化物を得ることができる。

【0033】

次に、２回処理モードについて説明する。図８は、２回処理モードにおける１回目の加熱処理における加熱処理装置１の動作を説明するための図であり、図９は、２回処理モードにおける２回目の加熱処理における加熱処理装置１の動作を説明するための図である。作業者が操作部１２０を操作して２回処理モードを選択した場合、制御部９０は、まず、図８に示すように、過熱蒸気発生器５０から３００～４５０℃の過熱蒸気が発生するように燃焼炉６０を制御する。また、１回目の加熱処理において、制御部９０は、タール化防止炉８０を停止し、図８に示すように、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスがタール化防止炉８０を経由せずに燃焼炉６０へと送られるように、流路切替部７１を制御する。１回目の加熱処理では、処理原料は３００～４５０℃の比較的低い温度で加熱されるため、処理原料に含まれる炭化水素などがガス化しにくく、可燃ガスが炭化水素などの成分を多く含有しないため、可燃ガスの温度が低くなってもタールが発生しにくく、タール化防止炉８０を用いて可燃ガスを加熱する必要性が低いためである。なお、２回処理モードの１回目の加熱処理では、処理原料は大部分が低炭化物（炭化物のうち固定炭素が低いもの）となり、処理原料に含まれる炭化水素は、処理原料が加熱処理により低炭化物となる際に、大部分が処理原料に残留し、低炭化物の一部を構成することとなる。たとえば、図８に示す例では、２０００Ｋｇ／Ｈの処理原料に対して、２回処理モードの１回目の加熱処理を行うことで、８５０～１４００Ｋｇ／Ｈの低炭化物を得ることができる。

【0034】

また、２回処理モードにおいて、１回目の加熱処理で生成された低炭化物は、一度、加熱処理装置１から取り出され、一定時間、常温などの温度下で放置（冷却）される。なお、冷却時間や冷却後の温度は特に限定されないが、たとえば、低炭化物を１００℃以下（または着火点以下）まで降温させることが好ましい。このように、低炭化物を加熱処理装置１から取り出し一定時間放置することで、低炭化物を乾燥させて、タールの原因となる炭化水素などの成分を低炭化物に固定化することができ、後述する２度目の加熱処理において比較的高温で低炭化物を加熱した場合でも、炭化水素などのタールの原因となる成分がガス化することを抑制することができる。

【0035】

２回処理モードの２回目の加熱処理においては、冷却された低炭化物が加熱処理装置１の原料投入口１６から再度投入される。また、２回目の加熱処理において、制御部９０は、過熱蒸気発生器５０から１回処理モードよりも高い加熱温度、具体的には、４００～９００℃の過熱蒸気が噴出されるように燃焼炉６０の動作を制御する。このように、低炭化物を比較的高い温度で加熱することで、低炭化物をより炭化が進んだ高炭化物に変えることができる。たとえば、図９に示す例では、２０００Ｋｇ／Ｈの低炭化物に対して、２回処理モードの２回目の加熱処理を行うことで、１１００～１３００Ｋｇ／Ｈの高炭化物を得ることができる。

【0036】

また、２回処理モードでは、１回目の加熱処理を３００～４５０℃という比較的低い温度で行い、その後、加熱処理した処理原料を冷却することで、１回処理モードで生の処理原料を４００～９００℃という比較的高温の過熱蒸気で一度に加熱する場合と比べて、処理原料から発生する可燃ガスに含まれるタールの量を減らすことができる。具体的には、２回処理モードでは、１回処理モードと比べて、可燃ガスに含まれる、タールの原因となる炭化水素などの成分の量を１／５程度とすることができ、その分、処理後の高炭化物に含まれる炭化水素などの量を増やすことができる。その結果、２回処理モードにおいては、１回処理モードと比べて、よりエネルギーの高い高炭化物を製造することが可能となる。

【0037】

なお、上述したように、２回処理モードにおいては、１回処理モードと比べて、可燃ガスにタールの原因となる炭化水素などの成分が含まれる量が少ないため、可燃ガスがガス流通路７０を流通する際に温度が低下しても、可燃ガスからタールが発生し、ガス流通路７０の内壁にタールが付着してしまうことを抑制することができる。そのため、本実施形態において、制御部９０は、２回処理モードにおいては、２回目の加熱処理においても、タール化防止炉８０を停止し、可燃ガスをガス流通路７０で加熱することなく、燃焼炉６０へと送るように流路切替部７１を制御する構成とすることができる。

【0038】

次に、賦活モードについて説明する。図１０は、賦活モードにおける１回目の加熱処理における加熱処理装置１の動作を説明するための図であり、図１１は、賦活モードにおける２回目の加熱処理における加熱処理装置１の動作を説明するための図である。作業者が操作部１２０を操作して賦活モードを選択した場合、制御部９０は、まず、図１０に示すように、過熱蒸気発生器５０から３５０～５５０℃の過熱蒸気が発生するように燃焼炉６０を制御する。また、１回目の加熱処理において、制御部９０は、タール化防止炉８０を停止し、図１０に示すように、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスがタール化防止炉８０を経由せずに燃焼炉６０へと送られるように、流路切替部７１を制御する。賦活モードの１回目の加熱処理では、処理原料は３５０～５５０℃の比較的低い温度で加熱されるため、処理原料に含まれる炭化水素などがガス化しにくく、可燃ガスが炭化水素などの成分を多く含有しないため、可燃ガスの温度が低くなってもタールが発生しにくく、タール化防止炉８０を用いて可燃ガスを加熱する必要性が低いためである。なお、処理原料に含まれる炭化水素は、処理原料が加熱処理により炭化物となった際に、大部分が処理原料に残留し、炭化物の一部を構成することとなる。たとえば、図１０に示す例では、２０００Ｋｇ／Ｈの処理原料に対して、賦活処理モードの１回目の加熱処理を行うことで、７００～１１００Ｋｇ／Ｈの炭化物を得ることができる。

【0039】

また、賦活モードにおいて、１回目の加熱処理で生成された炭化物は、一度、加熱処理装置１から取り出され、一定時間、常温などの温度下で放置（冷却）される。なお、冷却時間や冷却後の温度は特に限定されないが、２回処理モードと同様に、炭化物を１００℃以下（または着火点以下）まで降温させることが好ましい。

【0040】

そして、賦活モードの２回目の加熱処理においては、冷却された炭化物が加熱処理装置１の原料投入口１６から再度投入される。また、賦活モードの２回目の加熱処理において、制御部９０は、過熱蒸気発生器５０から、２回処理モードの２回目の加熱処理よりも高い温度、具体的には、８００～９００℃の過熱蒸気が噴出されるように燃焼炉６０の動作を制御する。このように、賦活モードでは、１回目の加熱処理で得た炭化物を、２回目の加熱処理において、より高い温度で加熱することで、高炭化物よりもさらに炭化が進んだ活性炭に変えることができる。たとえば、図１１に示す例では、２０００Ｋｇ／Ｈの炭化物に対して、賦活処理モードの２回目の加熱処理を行うことで、７００～１２００Ｋｇ／Ｈの活性炭を得ることができる。

【0041】

また、賦活モードでは、２回処理モードと同様に、１回目の加熱処理は比較的低温で加熱し、２回目の加熱処理で比較的高温で加熱することで、１回処理モードで生の処理原料を４００～９００℃という比較的高温の過熱蒸気で一度に加熱する場合と比べて、処理原料から発生する可燃ガスに含まれるタールの量を減らすことができる。なお、賦活モードでは、２回処理モードと同様に、１回処理モードと比べて、可燃ガスにタールの原因となる炭化水素などの成分が含まれる量が少ないため、可燃ガスがガス流通路７０を流通する際に温度が低下しても、可燃ガスからタールが発生し、ガス流通路７０の内壁にタールが付着してしまうことを抑制することができる。そのため、本実施形態において、制御部９０は、賦活モードでは、２回処理モードと同様に、２回目の加熱処理においても、タール化防止炉８０を停止し、可燃ガスをガス流通路７０で加熱することなく、燃焼炉６０へと送るように流路切替部７１を制御する構成とすることができる。

【0042】

また、活性炭を製造する場合に、処理原料を８５０～９００℃で一度に加熱してしまうと、処理原料が備長炭のように緻密に縮み、ミクロポアなどの微細な空洞が形成されず、高性能な活性炭を得られなくなる。賦活モードでは、１回目の加熱処理において４００～５５０℃の加熱温度で加熱処理を行い、その後冷却することで、処理原料にミクロポアなどの微細な空洞を形成し定着させることができ、その後、８５０～９００℃の過熱蒸気で加熱することで水性ガス化反応（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ_２）により、外表面および孔表面の炭素がガス化され、ミクロポアよりもさらに微細な孔を有する、高性能な活性炭を形成することができる。

【0043】

なお、上述した動作例は、本実施形態に係る加熱処理装置１の動作の一例であって、過熱蒸気の温度が上記動作例に限定されるものではない。

【0044】

たとえば、上述した動作例では、トレファクションモード、２回処理モードおよび賦活モードにおいて、タール化防止炉８０を停止させる構成を例示したが、燃焼炉６０の手前のガス流通路７０に温度センサを設置し、当該温度センサで測定した可燃ガスの温度が、たとえば３００℃以下となる場合には、トレファクションモード、２回処理モードや賦活モードにおいてもタール化防止炉８０を稼働する構成とすることができる。また、上述の動作例では、１回処理モードを行う場合にタール化防止炉８０を稼働させる構成を例示したが、燃焼炉６０の手前のガス流通路７０に温度センサを設置し、当該温度センサで測定したガス流通路７０の可燃ガスの温度が３５０℃未満となった場合に、タール化防止炉８０を稼働させるとともに、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスがタール化防止炉８０を経由するように流路切替部７１を切り替えて、可燃ガスを３５０℃以上まで加熱する構成とすることができる。

【0045】

また、操作部１２０は、作業者が操作することで、加熱処理モードを選択することができ、選択された処理モードの情報が、操作部１２０から制御部９０へと送信される。これにより、制御部９０は、流路切替部７１、燃焼炉６０およびタール化防止炉８０の動作を、選択された処理モードに応じて制御する。

【0046】

以上のように、本実施形態に係る加熱処理装置１は、４００～９００℃の過熱蒸気を処理原料に対して噴出する１または複数のキルン１０，２０，３０と、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスを排出する排気口１８，２８，３８と、排気口１８，２８，３８から排出した可燃ガスが流通するガス流通路７０と、ガス流通路７０を流通した可燃ガスが回収される燃焼炉６０と、を有し、ガス流通路７０に可燃ガスを４００℃以上の温度まで加熱するタール化防止炉８０を設けている。これにより、本実施形態に係る加熱処理装置１では、タール化防止炉８０を稼働し、ガス流通路７０を流通する可燃ガスを４００℃以上まで加熱することで、可燃ガスに含まれる炭化水素などの成分が液化しタールが発生することを抑制し、可燃ガスを、燃焼エネルギー源となる炭化水素などの成分を多く含む状態で燃焼炉６０まで送ることができ、その結果、燃焼炉６０における燃焼効率をより高めることができる。

【0047】

また、本実施形態において、制御部９０は、４００～９００℃の過熱蒸気をキルン１０，２０，３０内に噴出することで処理原料を一度に高炭化物に変える１回処理モードと、４００℃未満、より好ましくは２００～３５０℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスをキルン１０，２０，３０内に噴出した後に、加熱処理した処理原料を４００～９００℃の過熱蒸気または高温燃焼ガスで再加熱することで高炭化物を得る２回処理モードと、を切り替え可能となっており、１回処理モードが選択されている場合は、タール化防止炉８０を稼働させ、２回処理モードが選択されている場合は、タール化防止炉８０を停止させる。これにより、１回処理モードにおいて、４００～９００℃の過熱蒸気をキルン１０，２０，３０内に噴出する高温モードで処理原料を加熱する場合は、処理原料からタールの原因となる炭化水素などの成分がガス化しやすいため（可燃ガスに含まれる炭化水素などの成分が多くなるため）、タール化防止炉８０を稼働させて、可燃ガスの温度を４００℃以上まで加熱することで、ガス流通路７０におけるタールの付着を防ぎ、可燃ガスをタールの原因となる炭化水素などの成分を多く含んだ状態のまま燃焼炉６０まで送ることができる。

【0048】

また、２回処理モードにおいては、１回目の加熱処理では３００～４５０℃と比較的低温の過熱蒸気で処理原料を加熱するため、２回目の加熱処理では、タールの原因となる炭化水素などの成分が固定化された低炭化物を炭化するため、タールの原因となる炭化水素などの成分がガス化しにくく、可燃ガスに含まれる炭化水素などの成分を少なくすることができる。具体的には、２回処理モードでは、１回処理モードと比べて、可燃ガスに含まれる炭化水素などの成分の量を１／５程度とすることができ、その分、加熱処理後の高炭化物において炭化水素などの成分（またはそれに由来する炭素）の量を多くすることができるため、１回処理モードと比べて、より高いエネルギーを有する高炭化物を製造することが可能となる。また、２回処理モードでは、タール化防止炉８０による加熱を行わなくても、可燃ガスに含まれる炭化水素などが液化したタールがガス流通路７０の内壁に付着してしまうことを抑制することもできる。

【0049】

以上、本発明の好ましい実施形態例について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載に限定されるものではない。上記実施形態例には様々な変更・改良を加えることが可能であり、そのような変更または改良を加えた形態のものも本発明の技術的範囲に含まれる。

【0050】

たとえば、上述した実施形態では、燃焼炉６０において、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスを回収し、回収した可燃ガスを燃焼させることで、再度、キルン１０，２０，３０に噴き出す高温の過熱蒸気または高温燃焼ガスを生成する構成を例示したが、燃焼炉６０に代えて、可燃ガスを別に利用するために燃焼させずに回収のみする装置を設ける構成とすることもできる。

【0051】

また、上述した実施形態では、過熱蒸気を噴出することで処理原料の加熱処理を行う構成を例示したが、この構成に限定されず、過熱蒸気に代えて高温燃焼ガスを噴出することで処理原料の加熱処理を行う構成としてもよい。また、上述した実施形態に係る加熱処理装置１において、第１キルン１０で過熱蒸気を用いて加熱処理を行い、第２キルン２０および第３キルンで高温燃焼ガスを用いて加熱処理を行う構成としてもよい。

【0052】

さらに、上述した実施形態では、各キルン１０，２０，３０をそれぞれ略水平に配置する構成を例示したが、この構成に限定されず、各キルン１０，２０，３０を下降傾斜、たとえば０．２～２度の範囲で、原料排出口１７，２７，３７側が低くなるように傾斜する構成としてもよいし、反対に、各キルン１０，２０，３０を上昇傾斜、たとえば０．２～２度の範囲で、原料排出口１７，２７，３７側が高くなるように傾斜する構成としてもよい。

【0053】

また、上述した実施形態では、タール化防止炉８０を有する構成を例示したが、１回処理モードを実行しない構成とする場合には、タール化防止炉８０を有しない加熱処理装置を用いることができる。１回処理モード以外のモードでは、タールの原因となる炭化水素などの成分が可燃ガス中に多く含まれないため、タールの発生を抑制するために可燃ガスを加熱するためのタール化防止炉８０を省略することができるためである。

【0054】

また、上述した実施形態では、第１キルン１０に原料投入口１６を有する構成を例示したが、この構成に加えて、原料投入口１６に処理原料を投入するためのコンベアなどをさらに有する構成とすることもできる。

【0055】

さらに、上述した実施形態では、第１キルン１０、第２キルン２０および第３キルン３０の３つのキルンを有する構成を例示したが、この構成に限定されず、第１キルン１０および第２キルン２０のみから構成してもよいし、４以上のキルンを有する構成としてもよい。

【0056】

加えて、上述した実施形態では、一対のスクリューコンベアを有する構成を例示したが、単一のスクリューコンベアまたは３本以上のスクリューコンベアを有する構成とすることができる。

【0057】

また、上述した実施形態では、トレファクションモードを選択可能な構成を例示したが、この構成に限定されず、トレファクションモードを実行しない構成とすることができる。同様に、上述した実施形態では、賦活モードを選択可能な構成を例示したが、この構成に限定されず、賦活モードを実行しない構成とすることもできる。

【0058】

さらに、上述した実施形態では、２回処理モードにおいて、制御部９０は、タール化防止炉８０を停止し、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスを、タール化防止炉８０を経由しないで、ガス流通路７０から燃焼炉６０まで送るように、流路切替部７１を制御する構成を例示したが、この構成に限定されず、作業者の操作部１２０の操作により、タール分の多い処理原料の場合などに、２回処理モードにおいても、タール化防止炉８０を稼働し、可燃ガスがタール化防止炉８０を経由するように流路切替部７１を制御する構成することができる。

【符号の説明】

【0059】

１…加熱処理装置
１０，２０，３０…キルン
１１，２１，３１…加熱処理炉
１２，２２，３２…第１のスクリューコンベア
１３，２３，３３…第２のスクリューコンベア
１４，２４，３４…第１のノズル配管
１５，２５，３５…第２のノズル配管
１６，２６，３６…原料投入口
１７，２７，３７…原料排出口
１８，２８，３８…排気口
１９，２９，３９…排気管
１１０，２１０…排出シュート
４０…架台
５０…過熱蒸気発生器
６０…燃焼炉
７０…ガス流通路
７１…流路切替部
８０…タール化防止炉
９０…制御部
１００…モーター
１２０…操作部
１３０…煙突

【要約】      （修正有）

【課題】高炭化物を効率良く得ることができる加熱処理装置および高炭化物の製造方法を提供する。
【解決手段】過熱蒸気または高温燃焼ガスを処理原料に対して噴出する１または複数のキルン１０，２０，３０と、キルン１０，２０，３０で発生した可燃ガスを排出する排気口と、排気口から排出した前燃ガスが流通するガス流通路７０と、ガス流通路７０を流通した可燃ガスが回収される回収部６０と、を有する、加熱処理装置であって、ガス流通路７０に可燃ガスを４００℃以上の温度まで加熱するタール化防止炉８０を設けている。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】