(57)【要約】【課題】廃棄物中の塩素を除去しつつ、炭素含有率の低下を抑制できる脱塩素燃料の製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】揮発性塩素を含む有機性廃棄物を原料１１とし、反応容器１２で圧力２．０ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２００℃以上２５０℃以下の水蒸気１３に曝して原料を水熱分解する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性塩素を含む有機性廃棄物を原料とし、反応容器内で圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気に曝して原料を水熱分解し、水熱分解により生成した反応容器内の生成物を脱水して燃料原料とすることを特徴とする脱塩素燃料の製造方法。
【請求項２】
飽和水蒸気で反応容器内温度を２３０℃以上２５０℃以下に、反応容器内圧力を２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下に上昇させた後に、圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度３００℃以上３５０℃以下の過熱水蒸気に原料を曝すことを特徴とする請求項１に記載の脱塩素燃料の製造方法。
【請求項３】
反応容器内の生成物は水洗浄後に脱水することを特徴とする請求項１または２に記載の脱塩素燃料の製造方法。
【請求項４】
燃料原料は反応容器に飽和水蒸気を供給する蒸気供給装置の燃料とすることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の脱塩素燃料の製造方法。
【請求項５】
原料として有機性塩素を含む有機性廃棄物を保持する反応容器と、反応容器に圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気を供給する蒸気供給装置と、反応容器内の生成物を水洗浄して脱水する洗浄脱水装置を備えることを特徴とする脱塩素燃料の製造装置。
【請求項６】
原料として有機性塩素を含む有機性廃棄物を保持する反応容器と、反応容器内温度を２３０℃以上２５０℃以下に、反応容器内圧力を２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下に上昇させるための飽和水蒸気を反応容器に供給する蒸気供給装置と、反応容器内が前記反応容器内温度および前記反応容器内圧力に上昇した後に圧力圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度３００℃以上３５０℃以下の過熱水蒸気を反応容器に供給する過熱蒸気供給装置と、反応容器内の生成物を水洗浄して脱水する洗浄脱水装置を備えることを特徴とする脱塩素燃料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱塩素燃料の製造方法および製造装置に関し、有機性塩素を含む可燃ごみ等の廃棄物を原料として燃料を製造する際に、原料中の塩素濃度を低下させる技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば特許文献１に記載するものがある。この特許文献１では、塩化ビニルその他の含塩素系樹脂を多量に含む固形廃棄物を前処理手段により廃棄物スラリーにする。また、有機性汚泥を加熱、加圧した後に瞬時に脱圧して汚泥を膨化処理することにより膨化汚泥スラリーを生成する。そして、廃棄物スラリーおよび膨化汚泥スラリーを混合槽に供給して混合廃棄物スラリーとする。次に、混合廃棄物スラリーを反応器にて水熱反応させて反応スラリーを得た後に、フラッシュに引続き脱水してケーキ状の脱塩素化された原燃料と濾液を得るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６７６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１では、反応器の操作温度を２５０〜３５０℃程度の適当な温度に昇温させ、高圧ポンプにより１７０気圧程度まで加圧した状態で混合廃棄物スラリーを反応器へ送り込み、その反応温度の飽和水蒸気圧以上の圧力で、かつ数分ないしは数十分間の反応時間で、水熱反応により熱分解している。
【０００５】
ところで、３５０℃以上の高温の反応温度で塩素を分離すると、遊離した塩素がガス側へ移行して反応容器を腐食させる要因となる。また、廃棄物中にダイオキシン類の前駆物質が含まれていると、遊離した塩素が前駆物質と結合してダイオキシン類を合成する可能性がある。さらに、３００℃以上の高温の反応温度下では廃棄物に含まれた炭素もガス化するので、脱塩素化された原燃料中の炭素含有率が低下し、燃料としての価値が減少する。
【０００６】
本発明は上記した課題を解決するものであり、廃棄物中の塩素を除去しつつ、炭素含有率の低下を抑制できる脱塩素燃料の製造方法および製造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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の脱塩素燃料の製造方法は、有機性塩素を含む有機性廃棄物を原料とし、反応容器内で圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気に曝して原料を水熱分解し、水熱分解により生成した反応容器内の生成物を脱水して燃料原料とすることを特徴とする。
【０００８】
また、飽和水蒸気で反応容器内温度を２３０℃以上２５０℃以下に、反応容器内圧力を２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下に上昇させた後に、圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度３００℃以上３５０℃以下の過熱水蒸気に原料を曝すことを特徴とする。
【０００９】
また、反応容器内の生成物は水洗浄後に脱水することを特徴とする。
また、燃料原料は反応容器に飽和水蒸気を供給する蒸気供給装置の燃料とすることを特徴とする。
【００１０】
本発明の脱塩素燃料の製造装置は、原料として有機性塩素を含む有機性廃棄物を保持する反応容器と、反応容器に圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気を供給する蒸気供給装置と、反応容器内の生成物を水洗浄して脱水する洗浄脱水装置を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、原料として有機性塩素を含む有機性廃棄物を保持する反応容器と、反応容器内温度を２３０℃以上２５０℃以下に、反応容器内圧力を２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下に上昇させるための飽和水蒸気を反応容器に供給する蒸気供給装置と、反応容器内が前記反応容器内温度および前記反応容器内圧力に上昇した後に圧力圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度３００℃以上３５０℃以下の過熱水蒸気を反応容器に供給する過熱蒸気供給装置と、反応容器内の生成物を水洗浄して脱水する洗浄脱水装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように本発明によれば、圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気に原料を曝すことで、原料中の有機性塩素の少なくとも一部が遊離して無機塩素となり、かつ直ちに反応容器内の水分と結合して液相側に移行する。このため、洗浄・脱水することで容易に脱塩素化することができる。
【００１３】
また、水蒸気温度２５０℃以下では原料中の炭素のガス化を抑制できるので、廃棄物の原料に含まれた炭素が脱塩素化された燃料原料中に残留し、燃料原料中の炭素含有率が高まり、燃料としての価値が増加する。さらに、製造した燃料原料中の塩素濃度は低減されているので、燃料の燃焼に際して塩化水素ガスが発生し難くなり、燃焼装置の炉壁の腐食を抑制でき、燃焼時にダイオキシン類の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における製造装置を示すブロック図
【図２】本発明の他の実施の形態における製造装置を示すブロック図
【図３】本発明の他の実施の形態における製造装置を示すブロック図
【図４】実験に使用する装置を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１において、原料１１は有機性塩素を含む固形状の有機性廃棄物であり、可燃ごみ、生ごみ、プラスチックごみなどであり、反応容器１２は飽和水蒸気１３による水熱分解反応を行うものである。
【００１６】
反応容器１２に供給する飽和水蒸気１３は圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気である。圧力２．５ＭＰａ以上の飽和水蒸気を使用する理由は後述する水熱分解反応による原料１１の細粒化を考慮する点にある。すなわち、２ＭＰａの飽和水蒸気では、原料１１に含まれたプラスチック類を細粒化できないので、プラスチック類を細粒化するのに必要な設定圧力である圧力２．５ＭＰａ以上の飽和水蒸気を使用する。排ガス１４は水熱分解反応後に反応容器１２を減圧して排気するものである。
【００１７】
洗浄・脱水手段１５は、水洗浄装置および脱水装置からなり、反応容器１２から排出する固液懸濁液１６を洗浄して脱水するものである。水洗浄装置は、固液懸濁液に対して３から１０倍量の水を加え均一攪拌できる混合槽よりなる。攪拌方法としては機械攪拌または空気攪拌による。
【００１８】
脱水装置としては遠心脱水機、ベルトプレス脱水機、フィルタープレス脱水機、スクリュープレス脱水機などが利用できる。脱水の際に必要に応じて無機凝集剤、有機凝集剤などの脱水助剤を添加する。乾燥装置２１は洗浄・脱水手段１５から取り出した固形物１７を乾燥させて燃料原料１８を得るものであり、気流乾燥機、間接乾燥機、および天日乾燥などが利用できる。洗浄・脱水手段１５から排出する分離液１９は排水処理２０を施す。排水処理としては、活性汚泥法、接触曝気法などの生物学的処理方法および凝集沈殿、濾過、活性炭処理などの物理化学的処理方法を利用できる。
【００１９】
以上の構成において脱塩素燃料の製造は以下の工程により行う。
反応工程
原料１１を反応容器１２に投入した後に、飽和水蒸気１３として圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気を反応容器１２に吹き込み、反応容器１２の内部を２．５ＭＰａ以上に昇圧し、２３０℃以上に昇温する。反応容器１２の内部では、原料１１が圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気に曝され、その水熱分解反応により原料１１の有機性廃棄物が細粒化して固液懸濁状態（スラリー）となり、原料１１に含まれた有機性塩素の少なくとも一部が遊離して無機塩素となる。この時、遊離した無機塩素は、ガス側へ移行することなく、直ちに反応容器１２の内部の水分と結合して液相側に移行し、ガス状では殆ど存在しない。
減圧工程
反応容器１２の内部圧力が所定圧力に達した後に反応容器１２の内部を大気圧まで減圧して断熱膨張させる。これは反応容器１２の内部の生成ガスを排ガス１４として排出することで行う。この際に、排ガス１４には、原料１１に含まれた水分の一部が蒸発して移行し、反応容器１２に供給した投入水蒸気（飽和水蒸気）が原料１１からガス化した一部の炭素とともに移行する。また、原料１１から遊離した無機塩素は反応容器１２の内部の水分と結合して液相側に移行し、ガス状では殆ど存在していないので、反応容器１２の内部を減圧する際に無機塩素が排ガス側へ移行することが殆どなく、反応容器１２の腐食を防止できる。
洗浄・脱水工程
反応容器１２から生成物の固液懸濁液１６を洗浄・脱水手段１５へ取り出す。固液懸濁液１６は、固相側に原料１１の有機物の大部分の炭素を含み、液相側に無機塩素を含んでいる。この固液懸濁液１６を水で希釈・洗浄し、その後に脱水することで、固形物１７と分離液１９とに分離する。この際に液相側に含まれた無機塩素は分離液１９へ移行するので、脱水した後の固形物１７は塩素濃度が低く、かつ炭素含有率が大きくて燃料価値の高い優れた燃料原料１８となる。
【００２０】
すなわち、圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気による水熱分解反応では、炭素のガス化は少なくて大部分の揮発性炭素が燃料原料１８に残るので、従来の炭化等のように揮発性炭素の大部分をガス化して燃焼していた方法に比べて発熱量が高い状態に保持された燃料原料１８を得ることができる。
乾燥工程
製造した燃料原料１８は乾燥装置２１により乾燥を施す。この燃料原料１８は塩素濃度が低減されているので、燃料の燃焼に際して塩化水素ガスが発生し難くなり、燃焼装置の炉壁の腐食を抑制でき、燃焼時にダイオキシン類の発生を抑制することができる。
排水処理工程
分離液１９には、無機塩素以外にも水熱分解反応によって生成した水溶性の有機物も含まれるので、例えば、生物学的硝化脱窒素処理法を含む活性汚泥法で処理する。分離液１９に含まれる塩素濃度は通常１％以下であり、従来の活性汚泥処理法で支障なく処理できる範疇である。この排水処理工程では排ガス１４に含まれた排蒸気を復水したものも合わせて活性汚泥処理できる。
【００２１】
本発明の他の実施の形態としては、図２に示すように、圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度２３０℃以上２５０℃以下の飽和水蒸気で反応容器１２の内部温度を所定温度に、内部圧力を所定圧力にそれぞれ上昇させた後に、圧力２．５ＭＰａ以上３．０ＭＰａ以下、温度３００℃以上３５０℃以下の過熱水蒸気２２を反応容器１２に供給して内部温度を３００℃以上となし、原料１１を過熱水蒸気２２に曝すことも可能である。
【００２２】
この場合には、先の実施の形態よりも炭素のガス化率が若干上がり総発熱量が低下するが、有機性塩素のガス化率を高めて燃料原料１８に含まれる塩素濃度をさらに下げることができる。
【００２３】
本発明の他の実施の形態としては、図３に示すように、反応容器１２に飽和水蒸気を供給する蒸気供給装置をなすボイラ２３の燃料として燃料原料１８を使用することも可能である。
【００２４】
この場合には、燃料原料１８が塩素濃度が低減されているので、燃料の燃焼に際して塩化水素ガスの発生を抑制し、ボイラ２３の炉壁の腐食を抑制でき、燃焼時にダイオキシン類の発生を抑制することができ、しかも燃料費を削減することができる。
実験例
本発明に係る実験例を説明する。
１．投入原料の調整
３種類の材料をブレンドし標準原料を設定した。
・有機物：  ドックフード（粗タンパク質：粗脂肪：粗繊維：粗灰分＝２６：１２：４：９．５）
・無機塩素：  塩化ナトリウム
・有機塩素：  塩化ビニルポリマ
・水分        原料含水率６０％になるよう調整し、その後に飽和蒸気（ａｔ  ２３０℃）相当の加水をした。
・塩素濃度    無機塩素１％、有機塩素１％になるように調整した。
２．分析方法
・重量測定        電子天秤により計測
・固形物濃度      ＪＩＳ法
・塩素水抽出率    サンプル５ｇを２００ｍｌフラスコに入れ、８０℃の熱水１００ｍｌを加え、振とう恒温水槽で８０℃、６０ｒｐｍで１時間振とうする。全量をろ紙で濾過し、イオンクロマト（日本ダイオ二クス社製ＩＣＳ−１５００）によりろ液中の全塩素イオン量（ａ）を測定した。ろ紙上の残渣は１００℃で一晩乾燥させ、ＴＯＸ計（三菱化学社製ＴＯＸ−１００）で気化させ、同上イオンクロマトにより、残渣中の全塩素イオン（ｂ）を測定した。
塩素水抽出率は次式により求めた。塩素水抽出率（％）＝［ａ／（ａ＋ｂ）］×１００
・炭素ガス化率
原料中の全炭素量（ｃ）、排ガス中の全炭素量（ｄ）、凝縮水中の全炭素量（ｅ）をＴＣ計により測定した。
炭素ガス化率は次式により求めた。炭素ガス化率（％）＝［（ｄ＋ｅ）／ｃ］×１００
３．水熱反応生成物の製造方法
図４に示すように、実験機は、反応容器７２、攪拌機７３、ヒータ６９、排気バルブ７０、送気バルブ７１からなる。後述するテスト１〜４の４バッチを以下の手順に従って行なった。
１）反応容器７２に有機物、無機塩素、有機塩素、水を入れて、排気バルブ７０および送気バルブ７１を閉め、攪拌機７３による攪拌およびヒーター６９による昇温を開始した。
２）反応容器７２の内部温度が８０〜１１０℃にある間に、排気バルブ７０を僅かに開いて内部の空気抜きを行った。
３）テスト１〜３については、反応容器７２の内部温度が２３０℃に到達した後に、同条件を５分間保持した。テスト４については、反応容器７２の内部温度が２９５℃に到達した後に同条件を５分間保持した。
４）ヒーター６９を停止した後に、排気バルブ７０を徐々に開放し、排蒸気・排ガスを放出した。
５）排気終了後、送気バルブ７１を開いて送気装置６２により送風し、１０分間の乾燥を行った。
６）乾燥終了後、排気バルブ７０を閉めて反応容器７２の内部温度が８０℃以下になるまで放置した。
７）内部温度が低下した後に、攪拌機７３を停止し、蓋を開けて水熱反応生成物６８をサンプリングした。
４．水熱反応温度と水熱反応生成物性状
反応温度２３０℃、反応圧力２．５〜２．６ＭＰａで行なったテスト１〜３では平均５８．８％であった原料の塩素水抽出率が平均８１．９％に増加した。これは原料に添加した塩化ビニルポリマが無機の塩素イオンに変換され、容易に水に抽出されたことを示している。この時の炭素ガス化率は平均１０．４％であった。一方、反応温度３００℃、反応圧力２．９ＭＰａで行なったテスト４では５８．６％であった原料の塩素水抽出率が９８％に増加し、テスト１〜３に比べてより無機の塩素イオンに変換されている。また、炭素ガス化率は１８．７％に増加し、３００℃の高温での水熱反応では、塩素はより除去できるものの燃料成分の歩留まりが低下することがわかる。
【００２５】
【表１】
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【実施例】
【００２６】
家庭系可燃ごみ８００ｋｇを収集袋のまま３ｍ３の反応容器に投入し、３ＭＰａの飽和水蒸気を容器内に導入し、容器内圧力２．８ＭＰａ、温度２３０℃まで昇温、昇圧し、その状態で約１０分間保持し水熱分解を行なった。水熱分解中は装置内の攪拌羽根を正回転で攪拌を行い、その後、減圧後、攪拌羽根を逆回転させることにより生成物を排出させた。この結果、反応後の生成物４５０ｋｇ（含水率１１．７％）を回収した。
【００２７】
生成物のうち１００ｋｇを１０００Ｌのタンクに入れ、９００Ｌの水道水を加え攪拌機による混合を行い３．３％の固液懸濁液とした。この固液懸濁液に０．２％カチオンポリマー溶液２００Ｌを加え１５分間緩速攪拌で凝集させた後、固液懸濁液を沈殿させ約９倍に濃縮した濃縮固液懸濁液を得た。この濃縮固液懸濁液をベルトプレス型脱水機に供給し脱水を行い、含水率２６．６％の脱水ケーキを得た。この脱水ケーキを気流乾燥機（入口温度９０℃、出口温度４０℃）で乾燥し、含水率１０％の乾燥燃料とした。
水熱分解生成物と洗浄脱水の全塩素濃度は以下の通りであった。
【００２８】
【表２】
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【符号の説明】
【００２９】
１１    原料
１２    反応容器
１３    飽和水蒸気
１４    排ガス
１５    洗浄・脱水手段
１６    固液懸濁液
１７    固形物
１８    燃料原料
１９    分離液
２０    排水処理
２１    乾燥装置
２２    過熱水蒸気
２３    ボイラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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