(57)【要約】【課題】塩素を除去することにより、燃焼時に炉壁を腐食させる塩化水素ガスの発生を抑制できるとともに、安全なごみ固形化燃料を製造できる脱塩素燃料の製造方法を提供する。【解決手段】有機塩素化合物を含む有機性廃棄物を原料とし、水熱反応工程１３において高温高圧下で飽和水蒸気による水熱反応により原料中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理し、乾燥工程１５において原料中の有機塩素化合物を揮発させて燃料とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機塩素化合物を含む有機性廃棄物を原料とし、水熱反応工程において飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理し、乾燥工程において原料中の有機塩素化合物を揮発させて燃料となすことを特徴とする脱塩素燃料の製造方法。
【請求項２】
有機塩素化合物を含む有機性廃棄物を原料とし、水熱反応工程において飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理し、保管工程において原料中の有機塩素化合物を揮発させて燃料となすことを特徴とする脱塩素燃料の製造方法。
【請求項３】
乾燥工程もしくは保管工程において原料から揮発する有機塩素化合物を有機塩素除去手段により排ガス中から除去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】
飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料である有機性廃棄物中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理する水熱反応装置と、水熱反応生成物中の有機塩素化合物を揮発させる乾燥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５】
飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料である有機性廃棄物中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理する水熱反応装置と、水熱反応生成物を保管し、保管中に水熱反応生成物から有機塩素化合物が揮発する保管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】
乾燥装置もしくは保管装置から排出する排気ガス中から有機塩素化合物を除去する有機塩素除去装置を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載の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、可燃ごみ等の塩素を含む原料の性状を水熱反応により変性処理し、最終的に脱塩素燃料を製造する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のごみ燃料は、家庭から排出される生ごみ、紙、プラスチックごみなどを加熱・圧縮し、クレヨン状に固めた燃料であり、家庭ごみをエネルギー的に有効利用するひとつの形態として知られている。
【０００３】
ごみ燃料の製造には複数の方法がある。例えば、図８に示すように、原料１は、可燃ごみ、生ごみ、プラスチックごみなどであり、受け入れ工程２で原料１をホッパ、ストックヤード等に受け入れて後に、破砕工程３で原料１を一軸破砕機、二軸破砕機などで破砕し、その後に選別工程４で原料１を篩い機、磁選等により選別する。
【０００４】
選別した原料１は乾燥工程５で回転乾燥機、通気乾燥機、気流乾燥機などで乾燥し、選別工程６で選別した後に成型工程７で一軸もしくは二軸のスクリュー押出し成形機、ローラ押出し成形機などで成型し、さらに冷却工程８で強制通風冷却装置などで冷却してごみ燃料とする。
【０００５】
この方法は、原料を乾燥した後に成形する方法であるが、原料から所定の形状に成形した後に乾燥する方法もある。
しかしながら、原料の可燃ごみを乾燥させるだけでは原料中の塩素を除去できないので、可燃ごみ中の塩素がそのままごみ燃料へ移行する。このため、ごみ燃料をボイラー、焼却炉等で燃焼させる際に、ごみ燃料に含まれた塩素が塩化水素となって炉壁の腐食を進行させたり、燃焼条件によってはダイオキシン類を発生させる原因になる。また、乾燥するだけでは原料の可燃ごみの性状がごみ燃料にそのまま持ち込まれるために、ごみ燃料の発熱量、水分、焼却残渣等の品質にばらつきが生じる。さらに、原料の可燃ごみの性状のばらつきから、各工程の装置能力に余裕を見込む必要があり、工程数が多いためにイニシャルコストが大きくなる。
【０００６】
特許文献１には、生ゴミとプラスチック廃棄物を含む有機廃棄物から粉末燃料を製造する装置が記載されており、これは廃棄物を収容して水中で処理する処理容器と、処理容器の内部に水を供給して内部の圧力を１．５５ＭＰａ以上の処理圧力に、温度を２００℃以上の処理温度に制御する温度圧力制御手段と、廃棄物及び水を撹拌する撹拌手段とを備えるものである。
【０００７】
特許文献２には、ダイオキシン等の有害な物質を発生させずに、燃料として使用するのに適した性状に変換処理する燃料製造方法が記載されており、これは廃棄物が投入された処理容器内に高圧水蒸気を注入することによって、処理容器内の圧力を１．９６ＭＰａ以上に保持するとともに昇温し、処理容器内の下方における材料部温度が処理容器内の上方における空隙部温度に一致したときに高圧水蒸気の注入を停止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１１２８８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２８２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、原料の可燃ごみを乾燥させるだけでは原料中の塩素を除去できず、可燃ごみ中の塩素がそのままごみ燃料へ移行する問題があり、特許文献１および２に記載するように、高温高圧の水蒸気で処理する場合には、加水分解作用により原料中の有機化合物が低分子化されることがわかっているが、特に有機塩素化合物について言及したものはない。
【００１０】
本発明は、水熱反応の条件によっては有機性塩素化合物も低分子化されて沸点が低下するので、水熱反応の後工程で水熱反応生成物中の有機塩素化合物を揮発させることにより塩素を除去できることに着目したものであり、安全なごみ燃料を製造できる脱塩素燃料の製造方法および製造装置を提供し、製造した脱塩素燃料により燃焼時に炉壁を腐食させる塩化水素ガスの発生を抑制することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、有機塩素化合物を含む有機性廃棄物を原料とし、水熱反応工程において飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理し、乾燥工程において原料中の有機塩素化合物を揮発させて燃料となすことを特徴とする。
【００１２】
本発明の脱塩素燃料の製造方法は、有機塩素化合物を含む有機性廃棄物を原料とし、水熱反応工程において飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理し、保管工程において原料中の有機塩素化合物を揮発させて燃料となすことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の脱塩素燃料の製造方法において、乾燥工程もしくは保管工程において原料から揮発する有機塩素化合物を有機塩素除去手段により排ガス中から除去することを特徴とする。
【００１４】
本発明の脱塩素燃料の製造装置は、飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料である有機性廃棄物中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理する水熱反応装置と、水熱反応生成物中の有機塩素化合物を揮発させる乾燥装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の脱塩素燃料の製造装置は、飽和水蒸気または過熱水蒸気による水熱反応により原料である有機性廃棄物中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理する水熱反応装置と、水熱反応生成物を保管し、保管中に水熱反応生成物から有機塩素化合物が揮発する保管装置を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の脱塩素燃料の製造装置において、乾燥装置もしくは保管装置から排出する排気中から有機塩素化合物を除去する有機塩素除去装置を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明によれば、製造した燃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、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】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態における反応装置を示す正面図
【図２】同実施の形態における処理工程を示す図表
【図３】同実施の形態における処理工程を示すフローシート
【図４】本発明の他の実施の形態における処理工程を示すフローシート
【図５】同実施の形態における保管処理工程を示す模式図
【図６】実験に使用する装置を示す模式図
【図７】ＴＯＸ−Ｃｌ濃度の経時変化を示すグラフ図
【図８】従来の処理工程を示すフローシート
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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３において、原料１１は有機塩素化合物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る。
【００２０】
受け入れ工程１２で原料１１をホッパ、ストックヤード等に受け入れて後に、後述する反応装置による水熱反応工程１３において高温高圧下で飽和水蒸気による水熱反応の熱変性処理により原料性状を均質化するとともに、原料中の有機化合物および有機塩素化合物を低分子化する。
【００２１】
次に、選別工程１４において、水熱反応工程１３の水熱反応生成物を篩い機、磁選等により燃料化不適物を選別する。選別工程１４は後述する乾燥工程の後に行ってもよい。
次に、乾燥工程１５において、選別工程１４で選別した水熱反応生成物を回転乾燥機、通気乾燥機、気流乾燥機などで乾燥させて水熱反応生成物中の有機塩素化合物を揮発させる。必要に応じて、有機塩素除去手段をなす活性炭吸着装置により排ガス中から有機塩素化合物を除去する。
【００２２】
乾燥工程１５で有機塩素化合物を揮発させた水熱反応生成物の乾燥物であるごみ燃料は、そのまま粉体燃料とするか、成形して固形燃料とする。これらの燃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、炉壁の腐食およびダイオキシン類の発生を抑制できる。
【００２３】
水熱反応工程１３の具体的な構成を図１および図２を参照して説明する。図１において、反応装置２１は、固形状の有機性廃棄物処理工程を行うものであり、外套容器（ジャケット）２２と外套容器２２の内部に格納した反応容器２３とからなる二重構造をなす。
【００２４】
反応装置２１では、例えば図２に示すように、投入、加温、反応、減圧、乾燥、排出の各工程を行う。投入工程では、上述した有機性廃棄物を原料１１として投入口２４から反応容器２３内に投入する。反応容器２３の内部ではモータ２６で回転駆動する攪拌羽根２７が原料１１を攪拌する。
【００２５】
加温工程では、第１蒸気供給口２５ａから外套容器２２の内部に１ＭＰａで飽和水蒸気２５ｊを供給する。反応容器２３の容器体温度が約１００℃になった時点で第２蒸気供給口２５ｂから反応容器２３に３ＭＰａで飽和水蒸気２５ｃを供給し、２１０℃まで昇温させる。
【００２６】
反応工程では、攪拌羽根２７により原料１１を高温高圧下で攪拌し、反応容器２３の内部温度を２１０〜２２０℃に一定時間保持し、水熱反応により有機性廃棄物中の有機化合物および有機塩素化合物を変性処理する。本実施の形態では飽和水蒸気を使用するが、過熱水蒸気を用いることも可能であり、水熱反応は２ＭＰａから３ＭＰａの飽和水蒸気または過熱水蒸気により可能である。
【００２７】
減圧工程では、蒸気の供給を停止し、排蒸気および排ガス２８を排出弁２９から排ガス処理設備（図示省略）へ取り出す。
本実施の形態では、反応容器２３の内部圧力が大気圧になった後に、排出工程において、取出口３１を開放し、水熱反応生成物を取出口３１から外部へ取り出す。
【００２８】
しかしながら、反応容器２３の内部圧力が大気圧になった後に、押込みブロア３０により外気３４を反応容器２３の内部へ供給し、この外気の導入により水熱反応生成物の乾燥を促進し、同時に低分子有機塩素化合物の揮発を促進することも可能である。
【００２９】
このとき、第１蒸気供給口２５ａから外套容器２２に供給する飽和水蒸気により反応容器２３を所定温度（例えば７０℃）以上に保って蒸気間接加熱させる。押込みブロア３０による外気の供給に代えて、排出弁２９から排ガス処理設備へ至る排気ラインに吸引ファンを設けることでも外気の供給は実現できる。
【００３０】
有機塩素化合物を含む排ガスは排出弁２９から排ガス処理設備（図示省略）へ取り出し、生物脱臭装置、活性炭吸着装置、燃焼脱臭装置などにより排ガス中から臭気成分およびその他有機塩素化合物を除去する。排出工程では、取出口３１を開放し、水熱反応生成物を取出口３１から外部へ取り出す。
【００３１】
選別工程１４を経て乾燥工程１５を行う回転乾燥機、通気乾燥機、気流乾燥機などの乾燥機３２において乾燥させて燃料３３とする。乾燥工程１５では反応装置２１における乾燥工程で揮発できなかった水熱反応生成物中の有機塩素化合物を効率的に揮発させる。必要に応じて、有機塩素除去手段をなす活性炭吸着装置により排ガス中から有機塩素化合物を除去する。
実施の形態２
図４において、原料１１は有機塩素化合物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る。
【００３２】
受け入れ工程１２で原料１１をホッパ、ストックヤード等に受け入れて後に、先に図１に示した反応装置２１による水熱反応工程１３において高温高圧下で飽和水蒸気による水熱反応の熱変性処理により原料性状を均質化するとともに、原料中の有機化合物および有機塩素化合物を低分子化する。
【００３３】
その後に選別工程１４で水熱反応工程１３の水熱反応生成物を篩い機、磁選等により選別する。
選別工程１４で選別した水熱反応工程１３の水熱反応生成物は後述する保管庫における保管工程４１で水熱反応生成物中の有機塩素化合物を揮発させて燃料とする。この燃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、炉壁の腐食およびダイオキシン類の発生を抑制できる。
【００３４】
保管工程４１の具体的な構成を図５を参照して説明する。図５において、保管庫４２は閉じた空間を形成するものであり、庫内の燃料層の下部に均一に外気を導入する外気導入ライン４７を下部に有し、庫内に連通する排気ライン４３を上部に有し、排気ライン４３に吸引ファン４４および有機塩素除去手段をなす活性炭吸着装置４５を設けている。他の有機塩素除去手段としては水洗脱臭、有機溶媒反応管による脱臭（有機溶媒はメタノール、アセトン、エーテルなど）、触媒脱臭がある。
【００３５】
この構成により、庫内に保管した燃料４６からは低分子化された有機塩素化合物が常温で容易に揮発する。この揮発した有機塩素化合物を含む庫内空気を排気ライン４３の吸引ファン４４によって強制排気し、排ガス中の有機塩素化合物を活性炭吸着装置４５で除去し、乾燥させないで済むので省エネになる。人体に影響の高い有機塩素化合物が大気中に拡散することを防止する。本実施の形態では熱源を用いないので低コストで水熱反応生成物から塩素を除去することができる。
実験例
本発明に係る実験例を説明する。
（１）実験方法
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：  ドッグフード（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、その後に吸込飽和蒸気相当の加水をした。
・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
・ガス容積計測    水上置換
・塩素濃度        三菱化学社製ＴＯＸ−１００（燃焼温度１０００℃）で気化させ、日本ダイオニクス社製イオンクロマトＩＣＳ−１５００で検出した。
・ガスクロマト  ＧＣ／ＭＳ
・経時変化        皿にサンプルの定量を入れて恒温室に放置（時間経過毎の固形物濃度及び塩素濃度を計測）
３．水熱反応生成物の製造方法
図６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。
１）反応容器７２に有機原料、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）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。
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．保管日数と塩素濃度の変化
サンプリングした水熱反応生成物６８を開放状態で２５℃恒温室で保管した。その結果、図７に示すように、徐々に塩素濃度が低下する傾向が確認された。水熱反応生成物６８の有機塩素化合物が室温での保管中に揮散することが検証できた。
【符号の説明】
【００３６】
１１    原料
１２    受け入れ工程
１３    水熱反応工程
１４    選別工程
１５    乾燥工程
１６    成型工程
１７    冷却工程
２１    反応装置
２２    外套容器（ジャケット）
２３    反応容器
２４    投入口
２５ａ  第１蒸気供給口
２５ｂ  第２蒸気供給口
２５ｃ、２５ｊ  飽和水蒸気
２６    モータ
２７    攪拌羽根
２８    排ガス
２９    排出弁
３０    押込みブロア
３１    取出口
３２    乾燥機
３３    燃料
３４    外気
４１    保管工程
４２    保管庫
４３    排気ライン
４４    吸引ファン
４５    活性炭吸着装置
４６    燃料
４７    外気導入ライン
６２    送気装置
６８    水熱反応生成物
６９    ヒーター
７０    排気バルブ
７１    送気バルブ
７２    反応容器
７３    攪拌機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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