(57)【要約】  【課題】  安価に製造した廃棄物からなる被処理物を連続かつ安定的に炭化させて高収率による炭材製品を得る廃棄物の炭化処理方法並びに炭化装置を提供する。  【解決手段】  廃棄物の炭化処理方法は、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とをそれぞれ破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して成る固形物を製造する工程と、半開放型の炉体を３００℃以上に予熱させる工程と、３００℃以上に予熱された炉体の投入部から被処理物を連続して投入する工程と、投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に連続して供給する工程と、投入された被処理物を投入部から排出部へ向けて搬送する工程と、予熱された炉体へ供給される被処理物の酸素量に応じた燃焼による炉体温度維持と、理論酸素量に不足の乾留による被処理物の炭化と、を同時に行なう自燃炭化工程と、を含む。【選択図】  図１
2014088457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とをそれぞれ破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して成る被処理物としての固形物を製造する工程と、
内部が閉鎖され一端閉鎖壁側に被処理物の投入部を有すると共に他端側を開放した被処理物の排出部を有する半開放型の炉体を３００℃以上に予熱させる工程と、
３００℃以上に予熱された炉体の投入部から被処理物を連続して投入する工程と、
被処理物の炉体への投入と共に投入部近傍で投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に連続して供給する工程と、
投入された被処理物を投入部から排出部へ向けて搬送する工程と、
予熱された炉体へ供給される被処理物の酸素量に応じた燃焼による炉体温度維持と、理論酸素量に不足の乾留による被処理物の炭化と、を同時に行なう自燃炭化工程と、を含むことを特徴とする廃棄物の炭化処理方法。
【請求項２】
予熱された炉体へ供給される被処理物が搬送路で排出部側に移動中に炉体内において投入前段側の燃焼領域と後段側の無酸素乾留領域を酸素濃度の低下に伴って形成させることにより炭材を生成させることを特徴とする請求項１記載の廃棄物の炭化処理方法。
【請求項３】
予熱温度は３００℃〜１１００℃であることを特徴とする請求項１又は２に記載の廃棄物の炭化処理方法。
【請求項４】
炉体内に供給される酸素量が、投入される被処理物との酸素比で０．４〜０．７であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の廃棄物の炭化処理方法。
【請求項５】
乾留領域における搬送工程を長く形成することにより賦活炭材を形成することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の炭化処理方法。
【請求項６】
予め数百℃以上に加熱され、内部が閉鎖されて一端閉鎖壁側に被処理物の投入部を有すると共に他端側を開放した被処理部の排出部を有する半開放型の炉体と、
炉体内に投入された被処理物を投入部から排出部へ向けて搬送する搬送部と、
投入部と同じ側であって投入部の近傍に設けられ酸素を炉体内に供給する酸素供給部と、を含み、
炉体に投入する被処理物は、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とをそれぞれ破砕し、混合、圧縮、加熱して成る固形物からなり、
酸素供給部は、投入部から投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素量を供給する酸素供給部であり、
炉体は、投入される被処理物を受けるとともに酸素供給を受けて燃焼による炉体温度を維持するとともに、理論酸素量に不足の乾留により被処理物を炭化させることを特徴とする廃棄物の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は廃棄物の炭化処理方法及び炭化装置に係り、特に可燃廃棄物を実用的に炭化させる炭化処理方法及び炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有害汚泥や感染性廃棄物等の特別管理が必要な廃棄物以外の廃棄物で、炭材として有用なものは少なくない。例えば、建設木質廃材、籾殻、ヤシ殻、おから、間伐材（バーク）、木くず、焼酎滓、布・紙くず等がある。その他、食品残渣、農産系廃棄物、都市可燃有機廃棄物等も可燃による炭化が可能な廃棄物である。一方、廃棄物としてのプラスチックは毎年１０００万ｔ規模で廃棄されており、一部リサイクルに利用されているものの処理プラント投入前の分別作業や、リサイクル工程での処理によりコストがかかるため、廃棄物同然で引き渡されているのが実情である。従来、可燃物を炭化させて炭材を製造する方法として、特許文献１の炭化炉が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２９３２５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の炭化炉は、原料を炉部の一端側にある投入口側から他端側にある排出口側へ送る螺旋状のスパイラルを筒状の炉部内に配置し、炉部の軸線に沿って中央部に中空流路が形成されるように、帯状の部材を炉部の内周面に固定して螺旋状に設け、炉部の投入口側の区間において、スパイラルにおける螺旋の１ピッチの間隔に相当する隣合う部位同士の間に、原料を掻き上げることのできる掻き上げ用羽根を設けたものであり、これによって、炉内での原料の送り操作を安定して行なって装置を長大化させないようにしようというものである。しかしながら、この特許文献１の炭化炉では、炉内に原料を送るための掻き上げ用羽根付きのスパイラル羽根の設置が必要であり、装置コストが高くつく。また、原料としてベントナイト等の無機質粘結材で表面を被覆した可燃物を原料としたある程度の質量を有する粒状の粒炭を用いるため、炉内投入前の原料について無機質粘結材の被覆状態の良否により製品炭材として適用可能か否かが左右されるおそれがある。すなわち、ベントナイト等の無機質粘結材で原料可燃物の表面を被覆する理由は、それによって、酸化が抑制されガス化した燃焼物は燃えるが、炭素の酸化は抑制させるためと考えられる。したがって、原料の製造段階で被覆状態の管理が必要であり、投入原料の製造コスト高となるうえに、投入原料の質の安定に欠ける。さらに、特許文献１の炭化炉は、円筒形の両端開放型の炉の排出口の対向位置にバーナー１６を設置し、炎を炉部１０内原料移動方向と反対方向へ放射して、原料の主にガス成分を燃焼させようとするものの、開放型のため空気も同時に巻き込んで炉内に供給することとなり、燃焼が進んで原料の灰化が進み、炭材の回収効率が低くなる問題があった。
【０００５】
本発明は上記従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、既成の装置の物理処理により安価に製造した廃棄物からなる被処理物を連続かつ安定的に炭化させて高収率による炭材製品を得ることのできる廃棄物の炭化処理方法並びに炭化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、プラスチック系廃棄物（Ｐ原料）と有機質系廃棄物（Ｙ原料）とをそれぞれ破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して成る被処理物としての固形物１０を製造する工程Ｓ１と、内部が閉鎖され一端閉鎖壁５２１側に被処理物の投入部５６を有すると共に他端側を開放した被処理物の排出部７４を有する半開放型の炉体５２を３００℃以上に予熱させる工程Ｓ２と、３００℃以上に予熱された炉体５２の投入部５６から被処理物を連続して投入する工程Ｓ３と、被処理物の炉体５２への投入と共に投入部５６近傍で投入される固形物１０の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体５２内に連続して供給する工程Ｓ４と、投入された被処理物を投入部５６から排出部７４へ向けて搬送する工程Ｓ５と、予熱された炉体５２へ供給される被処理物の酸素量に応じた燃焼による炉体温度維持と、理論酸素量に不足の乾留による被処理物の炭化と、を同時に行なう自燃炭化工程Ｓ６と、を含む廃棄物の炭化処理方法から構成される。予め成分組成を設定した廃棄物を破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して数ｃｍ〜数十ｃｍ立法程度の大きさに固形化し、これを既成のロータリーキルンを改良した半開放型の炉体に連続投入しつつ、同時に理論酸素量に対して不足する量の酸素を供給し、さらに被処理物を酸素の移動方向と同じ方向に低速移動させることにより、高効率で、高収率で廃棄物から炭材製品を確実に生成させることができる。同時に既成装置を利用できるので高コスト化することなく、廉価なコストで設備を制作し得る。炉体の外部加熱は不要で、被処理物は連続供給により短時間に大量の炭化処理を実現し得る。廃棄物の成分組成の設定は、厳密にあるいは正確さに拘泥する必要はなく、種類ごとに成分組成の表を作成し、それに沿って配合量で決まる燃焼酸素量を算出し、さらに酸素比を決定して被処理物ごとに自燃炭化を行う量の酸素を炉体に供給させる。
【０００７】
その際、予熱された炉体５２へ供給される被処理物が搬送路（６０）で排出部７４側に移動中に炉体５２内において投入前段側の燃焼領域１０１と後段側の無酸素乾留領域１０２を酸素濃度の低下に伴って形成させることにより炭材を生成させるようにするとよい。前段の燃焼領域と後段側の無酸素乾留領域は明確に画成されるものではなく、被処理固形物の原料組成、供給酸素量、搬送速度等により変動する。
【０００８】
また、炉体の予熱温度は３００℃〜１１００℃であるとよい。３００℃は、乾留炭化のための下限温度であり、それ以下の温度であれば炭化による炭材回収効率が劣る。また、１１００℃以上の場合には、不必要に炉体内温度を高くして装置の運転コストを高くする。
【０００９】
さらに、炉体５２内に供給される酸素量が、投入される被処理物との酸素比で０．４〜０．７であるとよい。また、炉体内に供給される酸素量は、外部加熱を不要として最小限の被処理物の燃焼により炉体温度を維持しうる酸素量である必要がある。また、炭化のための乾留状態形成に必要充分な酸素量でなければ炭化炭材を形成させることができない。
【００１０】
また、乾留領域１０２における搬送工程（６０）を長く形成することにより賦活炭材を形成するとよい。
【００１１】
また、本発明は、予め数百℃以上に加熱され、内部が閉鎖されて一端閉鎖壁５２１側に被処理物（１０）の投入部５６を有すると共に他端側を開放した被処理部の排出部７４を有する半開放型の炉体５２と、炉体５２内に投入された被処理物を投入部５６から排出部７４へ向けて搬送する搬送部６０と、投入部５６と同じ側であって投入部の近傍に設けられ酸素を炉体５２内に供給する酸素供給部５８と、を含み、炉体５２に投入する被処理物は、プラスチック系廃棄物（Ｐ原料）と有機質系廃棄物（Ｙ原料）とをそれぞれ破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して成る固形物１０からなり、酸素供給部は、投入部５６から投入される固形物１０の総量の理論酸素量未満の酸素量を供給する酸素供給部５８であり、炉体５２は、投入される被処理物（１０）を受けるとともに酸素供給を受けて燃焼による炉体温度を維持するとともに、理論酸素量に不足の乾留により被処理物を炭化させる廃棄物の炭化装置から構成される。予め成分組成を設定した廃棄物を破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して数ｃｍ〜数十ｃｍ立法程度の大きさに固形化し、これを既成のロータリーキルンを改良した半開放型の炉体に連続投入しつつ、同時に理論酸素量に対して不足する量の酸素を供給し、さらに被処理物を酸素の移動方向と同じ方向に低速移動させることにより、高効率で、高収率で廃棄物から炭材製品を確実に生成させることができる。同時に既成装置を利用できるので高コスト化することなく、廉価なコストで設備を制作し得る。炉体の外部加熱は不要で、被処理物は連続供給により短時間に大量の炭化処理を実現し得る。廃棄物の成分組成の設定は、厳密にあるいは正確さに拘泥する必要はなく、種類ごとに成分組成の表を作成し、それに沿って配合量で決まる燃焼酸素量を算出し、さらに酸素比を決定して被処理物ごとに自燃炭化を行う量の酸素を炉体に供給させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の廃棄物の炭化処理方法によれば、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とをそれぞれ破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して成る被処理物としての固形物を製造する工程と、内部が閉鎖され一端閉鎖壁側に被処理物の投入部を有すると共に他端側を開放した被処理物の排出部を有する半開放型の炉体を３００℃以上に予熱させる工程と、３００℃以上に予熱された炉体の投入部から被処理物を連続して投入する工程と、被処理物の炉体への投入と共に投入部近傍で投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に連続して供給する工程と、投入された被処理物を投入部から排出部へ向けて搬送する工程と、予熱された炉体へ供給される被処理物の酸素量に応じた燃焼による炉体温度維持と、理論酸素量に不足の乾留による被処理物の炭化と、を同時に行なう自燃炭化工程と、を含む構成であるから、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とを用い、高コスト化することなく、確実かつ連続的に高い収率で炭材製品を製造することができる。
【００１３】
また、予熱された炉体へ供給される被処理物が搬送路で排出部側に移動中に炉体内において投入前段側の燃焼領域と後段側の無酸素乾留領域を酸素濃度の低下に伴って形成させることにより炭材を生成させる構成であるから、廃棄物に炭素量を多く含むものや、あるいは炭化しにくい廃棄物原料からなる被処理物についても無酸素下の乾留処理を充分な時間で行って確実に炭化炭材製品を製造することができる。
【００１４】
また、予熱温度は３００℃〜１１００℃であることにより、乾留炭化を確実に行って炭材回収効率を維持するとともに、運転コストが高くならないようにし得る。
【００１５】
また、炉体内に供給される酸素量が、投入される被処理物との酸素比で０．４〜０．７であることにより、外部加熱を不要として最小限の燃焼により炉体温度を維持するとともに、炭化のための乾留状態形成に必要充分な酸素量として効率よく炭化炭材を形成させることができる。
【００１６】
また、乾留領域における搬送工程を長く形成することにより賦活炭材を形成する構成であるから、炭材に加えて活性炭も取得し得る。
【００１７】
また、本発明の廃棄物の炭化装置によれば、予め数百℃以上に加熱され、内部が閉鎖されて一端閉鎖壁側に被処理物の投入部を有すると共に他端側を開放した被処理部の排出部を有する半開放型の炉体と、炉体内に投入された被処理物を投入部から排出部へ向けて搬送する搬送部と、投入部と同じ側であって投入部の近傍に設けられ酸素を炉体内に供給する酸素供給部と、を含み、炉体に投入する被処理物は、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とをそれぞれ破砕し、それらを混合、圧縮、加熱して成る固形物からなり、酸素供給部は、投入部から投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素量を供給する酸素供給部であり、炉体は、投入される被処理物を受けるとともに酸素供給を受けて燃焼による炉体温度を維持するとともに、理論酸素量に不足の乾留により被処理物を炭化させる構成であるから、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とを用い、既成のロータリーキルンを用いて高コスト化することなく、確実かつ連続的に高い収率で炭材製品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の廃棄物の炭化処理方法の処理工程のフローチャート図である。
【図２】図１の工程における被処理物としてのプラスチック系廃棄物と、有機質系廃棄物との破砕、混合、圧縮、加熱工程の概念機器構成及び処理説明図である。
【図３】図２の圧縮、加熱装置の断面説明図である。
【図４】図２の圧縮、加熱装置により形成される混合固形物の平面説明図である。
【図５】図１の処理工程における炭化炉の概略構成説明図である。
【図６】図５の炭化炉における作用説明図である。
【図７】図１の廃棄物の炭化処理方法のより詳細な処理工程のフローチャート図である。
【図８】実施例の被処理物品の原料組成表である。
【図９】図８の実施例の被処理物品を用いて行った炭化物の収率を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を説明する。本発明は、所要の物理処理を施した廃棄物からなる被処理物を簡単な装置構成の炭化炉を用いて炭材製品を連続製造する廃棄物の炭化処理方法及び廃棄物の炭化装置であり、まず、被処理物としての廃棄物は、プラスチック系廃棄物Ｐ（以下「Ｐ材」ともいう。）と有機質系廃棄物Ｙ（以下「Ｙ材」ともいう。）を所要の物理処理を施して構成される。
【００２０】
ここで、プラスチック系廃棄物は、シュレッダーダストによるプラスチック系廃棄物と廃プラスチックを含む。シュレッダーダストは、工業用シュレッダーで廃家電や廃自動車を破砕し、金属などを回収した後に、産業廃棄物として捨てられるプラスチック廃棄物であり、また、廃プラスチックとしては、プラスチック原料生産工場や、プラスチック製品の生産・加工ロスなどで排出されるものや一般家庭、事業所などからの一般廃棄物としてのプラスチック系廃棄物がある。これらは、具体的には、合成樹脂くず、合成繊維くず、合成ゴムくず（廃タイヤを含む）等固形状・液状のすべての合成高分子系化合物を含む。選別後のこれらのプラスチック系廃棄物は、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリスチレン類、ポリ塩化ビニールが多く、炭素、水素、窒素をその成分組成として含んでおり、２００℃程度の加熱で溶融し溶融状態で粘結性を有する。
【００２１】
一方、有機質系廃棄物としては、建築あるいは建設廃材等の木質系廃棄物、間伐材、食品・飲料品製造における食品・飲料製品廃棄物、農畜産系廃棄物、食品残渣、一般都市ゴミ等があるが、炭材製品の製造においては、そのうちでも建築あるいは建設廃材等の木質系廃棄物、間伐材、ヤシ殻、籾殻、おから、焼酎カスその他の木質製品、繊維製品、都市下水等から発生する有機汚泥を含む下水汚泥、製紙スラッジ等が好ましい。有機質系廃棄物のうち、水分を多く含むものはフィルタプレスや機械プレス、乾燥機等により含水率２０％程度にして事前の脱水処理を施したものが被処理物原料となる。下水汚泥では、事前に脱水処理した脱水汚泥が有機質系廃棄物原料、すなわち、被処理物原料となる。製紙スラッジは、製紙製造工程で排出される汚泥であり下水汚泥同様に、高含水のものは脱水させたものを用いることができる。
【００２２】
プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物は、それぞれ破砕し、それらを混合し、さらにそれらの混合物を圧縮、加熱して固形物として構成されたものが炭化処理対象とされる。図２は、本発明の実施形態に係るプラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物の破砕、混合、圧縮、加熱工程における処理を行う装置概要を示しており、図２において、破砕混合機２０によりそれぞれ略同時にＰ原料とＹ原料が混合、破砕されるとともに、圧縮成形機３０によりＰ原料とＹ原料がそれぞれ略同時に圧縮、成形される。破砕混合機２０は、内部に固定歯と固定歯に対向する位置で縦軸回りに回転する回転歯を備えた例えば竪型の混合破砕装置であり、ホッパ２２からプラスチック系廃棄物（Ｐ原料）と有機質系廃棄物（Ｙ原料）とが同時に投入される。プラスチック系廃棄物は、複数のスクリーンを経て例えば５００ｍｍ×５００ｍｍ以下のサイズに粗選別し、さらに固定歯及び回転歯間を通過する間にさらに細かく破砕する回転式破砕装置により一次破砕されたものがホッパ２２から破砕混合機２０に投入される。また、有機質系廃棄物は、プレス装置等の脱水装置により事前に脱水処理されたものがホッパ２２から破砕混合機２０に投入される。有機質系廃棄物のほうが製品炭材の炭化物構成比が高い点から、Ｐ原料とＹ原料との量的関係は、重量比で少なくとも５０：５０とし、それから、４０：６０あるいは３０：７０のように、有機質系廃棄物の投入量を多くするのが有利である。プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物はそれらが破砕され、さらに混合された状態で圧縮並びに加熱されることにより有機質系廃棄物Ｙ原料の溶融による一体結着の塊成固形物を生成するものであり、破砕、混合形態は任意である。例えば、種々の破砕装置による破砕工程を材料ごとに実施し、それらを混合装置により混合して混合工程を行うようにしても良いし、破砕装置に両材料を同時に投入し、破砕と同時に混合する工程を行うようにしても良い。具体的に破砕と混合工程を区別して行う必要はなく、実質的に原料素材の破砕と、それらが混合した状態が得られる処理であればよい。なお、同様に、圧縮、加熱についても実質的にそれらの処理が実施される方法であれば装置構成や、圧縮、加熱の順番、具体的な投入の仕方などは任意に行なうことができる。
【００２３】
二次破砕機としての破砕混合機２０において、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物は充分に混合、破砕され、それらの混合物は例えば５０ｍｍ×５０ｍｍ以下のサイズのものが得られる。そして、破砕混合機２０で処理されたＰ，Ｙ原料混合物は、搬送コンベア等の搬送手段２４で搬送され、ホッパ３２から圧縮成形機３０に投入される。１つの実施の形態として、圧縮成形機３０は、図３に示すように、互いに逆回転する２軸スクリュを有するスクリュフィーダ装置で構成されており、スクリュ２６間に投入されたＰ，Ｙ原料は圧縮されながら軸方向に送給され、さらに成形機の中間に設置されたヒータ３４により加熱されて２００℃以上に加熱されたＰ，Ｙ原料混合物は、そのうちのプラスチック系廃棄物（Ｐ原料）が溶融して有機質系廃棄物（Ｙ原料）の各片を結合させながら一体化し固形物化する。実施形態において、こうしてできた固形物は、図４（ａ）に示すように、不定形（あるいはフレーク状）の固形物１０となり、これが後述の炭化炉に投入される被処理物とされる。なお、炭化炉に投入される被処理物としての固形物は、不定形のものに限ることなく、圧縮成形工程の装置構成に応じて図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、円筒形あるいは直方体プレート形等、任意の形状のものとすることができる。また、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とから被処理物としての固形物を製造する際に、有機質系廃棄物が焼酎粕、ヤシ殻等のように含水率が高い場合には、混合、圧縮、加熱工程に投入する前に事前に脱水あるいは乾燥処理が行われる。
【００２４】
図１は、本発明の廃棄物の炭化処理方法の工程フロー図であり、図において、廃棄物の炭化処理方法は、プラスチック系廃棄物と有機質系廃棄物とから被処理物としての固形物を製造する工程Ｓ１と、炉体を３００℃以上に予熱させる工程Ｓ２と、３００℃以上に予熱された炉体に被処理物を連続して投入する工程Ｓ３と、投入部近傍で固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に連続して供給する工程Ｓ４と、投入された被処理物を投入部から排出部へ向けて搬送する工程Ｓ５と、自燃炭化工程Ｓ６と、を含む。自燃炭化工程Ｓ６では、予熱された炉体へ供給される被処理物の酸素量に応じた燃焼による炉体温度維持と、理論酸素量に不足の乾留による被処理物の炭化と、を同時に行なう。
【００２５】
図５は、上記の工程Ｓ１〜Ｓ６工程を実現する実施形態に係る炭化装置を示しており、図において、該炭化装置５０は、炉体５２と、加熱部５４と、被処理物の投入部５６と、投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素量を供給する酸素供給部５８と、被処理物の搬送部６０と、炭化炭材生成部６２と、を備えている。
【００２６】
図５において、実施形態では、炭化装置はロータリーキルンと同様の回転式窯構成であり、一端を閉鎖壁５２１により閉鎖するとともに他端を開放した中空円筒形の炉体５２を備えている。炉体５２は、例えば、厚さ１５〜３０ｍｍの炭素鋼で外周が形成され、内部は耐火煉瓦で内張りされた例えば直径１〜２ｍ、長さ２ｍ以上程度の中空回転円筒管で構成されている。炉体の胴部外側には駆動受ギヤ６４と鉄製タイヤ部材６６が取り付けられており、それぞれ駆動装置６８、支持装置７０により炉体全体が円筒軸周りに超低速回転するようになっている。閉鎖壁５２１には、被処理物投入用のシュート５６２と、連続開閉式ダンパ５６３、投入ホッパ５６４からなる投入装置５６６が接続されている。投入用シュート５６２は実施形態では一方向に長い樋状シュートで形成されており、その斜め下がり先端で閉鎖壁５２１下部側に設けられた開口を介して炉体内部と連通接続して、Ｐ，Ｙ原料の固形物１０が閉鎖壁５２１の近接位置で炉体内底部に投下される。被処理物の投入部５６は、投入装置５６６を含む。閉鎖壁５２１には、炉体予熱用の加熱部５４が設けられている。実施形態では、炉体内加熱用の加熱部５４としてのバーナが火炎を炉体内に吹き出すように取り付けられている。バーナ燃料には例えば重油やガスが用いられ、それらの火炎により炉体内部は数百℃〜千℃以上に加熱され得る。加熱部５４は、被処理物の炭化処理のために被処理物の炉体への投入前に予め炉体内を数百℃以上に予熱するものであり、数百℃以上に炉内温度の立上上昇が完了したら、被処理物が投入される際に加熱は停止され、以降は被処理物の燃焼による温度で炉内温度が維持される。
【００２７】
さらに、投入部５６近傍には酸素供給部５８が設置されている。酸素供給部５８は、被処理物の炉体５２への投入と共に投入部５６近傍で投入される固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に連続して供給する部位であり、実施形態において、閉鎖壁５２１のやや上部位置に設置されて炉体内に必要な量の酸素を供給する。すなわち、投入予定の被処理物の種類に応じて元素分析により燃焼に必要な理論酸素量を算出し、算出された固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に連続して供給する。酸素供給部５８には、図示しない制御弁による吐出量調節機構が設置されている。酸素ＡＲは吐出口位置において拡散状に吹き出されて（図６参照）吐出位置から周囲に拡散するように吹き出しされる。この際、例えば、吹出口正面離隔位置に邪魔板などを設置したり、多孔板や、多方向設定の吹出口からの吹き出し構成とするのが好ましい。酸素供給部５８から供給される酸素の代わりに空気を炉体内に供給して空気中の酸素を用いることとしてもよい。この場合、燃焼のための理論酸素量に対応した空気量を算出し、それ以下の空気量を炉体内に供給することとなる。酸素供給部５８からの例えば理論酸素量の５０％程度の酸素は連続して、かつ被処理物の炭化完了まで継続して炉体内に供給され、例えば吐出口近傍から排出部方向に広がる前段部の燃焼領域１０１において、被処理物を燃焼させる。
【００２８】
搬送部６０は、炉体内に投入された被処理物１０を投入部５６から排出部７４へ向けて搬送する搬送手段であり、実施形態では、駆動装置６８と、駆動受ギヤ６４と、駆動受ギヤを外周に固定し排出部側に向けてわずかに軸心を下がり傾斜とした円筒形炉体５２（図５，６参照）と、からなるロータリーキルンで形成されている。駆動装置６８の駆動力で炉体５２を円筒軸周りに低速回転させることにより炉体内に投入された被処理物１０は排出部７４方向に搬送される。搬送されながら被処理物である不定形固形物１０は、酸素を含む炉体前段では燃焼領域１０１を形成して燃焼し、その燃焼熱により炉体の温度を維持するとともに、排出部７４側にいくにつれて酸素濃度が低下し無酸素状態で高温が維持される炉体後段では乾留領域１０２を形成して固形物中の揮発成分のみを揮発させながら原料を焼成して炭化させる。
【００２９】
図５において、炉体５２の投入部５６と対向する端部である排出部７４の排出開口７６に連通して排ガス処理部７８が接続されると共に、炉体内で生成された炭化炭材の回収部８０が接続されている。排ガス処理部７８は、炉体内での炭化処理により生じる廃棄ガスの処理設備であり、例えば、炉体５２からの気体成分を誘導して燃焼させる排ガス燃焼部と、この燃焼ガスを急冷する急冷部と、サイクロン等の粉体分離部と、を備え、焼却されない残留灰分等を回収させる。また、炭化炭材の回収部８０では炭化炭材の冷却部等を経由して製品としての炭材を回収する。
【００３０】
次に、図２〜４、６、７に基づき実施形態による廃棄物の炭化処理方法について説明すると、まず、プラスチック系廃棄物であるＰ原料は、例えば２段式のスクリーン処理（Ｊ１）により、平均粒径が例えば５００ｍｍ×５００ｍｍ〜３０ｍｍ×３０ｍｍのものを粗選別し、さらに回転式破砕装置により固定歯及び回転歯間を通過させる間にさらに細かく破砕して一次破砕処理（Ｊ２）が行なわれる。回転式破砕装置から排出されたＰ原料は、搬送コンベア等により搬送され、この間に吊下げ式磁選機等により鉄製品等の磁性体金属分が除去される（Ｊ３）。そして、磁性体金属分が除去されたＰ原料は、破砕混合機２０に投入されるとともに、同時にこの破砕混合機２０に有機質系廃棄物Ｙ原料が投入され、破砕混合機２０において、これらを破砕しながら攪拌混合させ、一次破砕の原料を二次破砕してさらに細かく破砕すると同時に混合させる（Ｊ４）。そして、破砕混合機２０により処理後の原料を例えばスクリュフィーダ構成による圧縮成形機３０に投入しさらに加熱手段により加熱させることにより、圧縮、加熱、成形されて（Ｊ５）、５０ｍｍ正方程度の大きさの塊成固形物が得られる。この際、例えば有機質系廃棄物Ｙに焼酎カスのように含水率が高い廃棄物を含む場合には、乾燥やプレス処理により予め含水率２０％程度にしたものが、単独であるいはヤシ殻、籾殻、建設木質廃材等の他の有機系廃棄物とともに二次破砕工程に投入される。破砕混合機２０に投入されたプラスチック系廃棄物Ｐ原料は、圧縮熱と加熱手段による加熱を受けて２００℃程度以上で溶融し、この際に破砕される有機質系廃棄物Ｙ原料のバインダとして一体的な塊を結着させ、上述したとおりの不定形あるいは定形固形物１０（図４参照）を生成させ、これが装置炉体５２内における被処理物となる。なお、定形固形物の一例としては、例えば３０ｍｍ直径で長さ５０ｍｍ程度の筒状定形固形物などがある。
【００３１】
一方、被処理物の炉体投入に先立って、事前に炉体自体を３００℃以上に予熱させておく（Ｊ６）。被処理物原料は、多様な炭素材原料を含み、炉体内での温度、処理時間、酸素（空気）との混合状態等の炭化処理条件が変動するから、炉内温度は、３００℃〜１１００℃の予熱温度であると良い。３００℃以上とするのは、乾留炭化のための下限温度であり、それ以下の温度であれば炭化による炭材回収効率が劣るとともに、１１００℃以上の場合には、不必要に炉体内温度を高くして装置の運転コストを高くするだけとなり炭材製品コストの低廉なレベル維持には１１００℃程度までで充分と考えられるからである。
【００３２】
次に、炉体内の予熱状態で、被処理物としての固形物１０を投入部５６から炉体内に供給させる（Ｊ７）。図６のように、固形物１０としての被処理物は投入開口から炉体の一端閉鎖壁５２１近傍の炉体底壁に安定的に投下される。したがって、略一定した投下量で、略一定の投下位置において、回転駆動される炉体内の内周壁に静かに投下される。
【００３３】
さらに、固形物１０の投入とともに、酸素供給部５８から炉体５２内に固形物の総量の理論酸素量未満の酸素を炉体内に供給し、さらに供給を連続して維持させる（Ｊ８）。炉体内に供給する酸素量は、時間当たりに投入される固形物の総量の理論酸素量を踏まえて、炉体の予熱後の放熱、投入原料の予熱温度までの昇温（吸熱反応）による温度補償のための酸化燃焼量も考慮して決定される。実験によれば、燃焼効率を８０％とすると、酸素比（実酸素量／理論酸素量）（空気比の場合は（実空気量／理論空気量））は、０．４〜０．７が好ましい。したがって、逆にこれに対応する量の被処理物原料を投入するように設計するようにしてもよい。
【００３４】
そして、炉体内に投入された被処理物固形物は、炉体の軸回り低速回転により軸方向に向けて低速度で搬送移動される（Ｊ９）。
【００３５】
図６において、炉体内に投入された固形物１０は、いきなり例えば６００℃程度の温度空間に置かれ、温度曲線Ｔに示すように、急激に加熱され例えば２００℃程度で固形物中のプラスチック系原料は燃焼し始め、このときに揮発分を気化させるとともに高い燃焼エネルギーにより炉内を加温する。さらに昇温して３００℃程度以上になると有機質系廃棄物が燃焼し始め、それらの揮発成分はガス化される。さらに昇温すると固形物中の揮発分の気化が進む。一方、酸素供給部５８から供給される酸素は理論酸素量以下に抑制されているから、例えば酸素比０．５の場合には、単純には被処理物の炉体内への投入直後から昇温の間中、被処理物固形物の半分が燃焼し他の半分は無酸素状態の高温で乾留状態となりそれらの炭化が行われる。この間、同時に被処理固形物は排出部方向に低速度で移動する。そして、予熱温度Ｔａとしての６００℃まで固形物が加熱される時点で被処理固形物の原料の種類や配合等に応じて炭材を生成（Ｊ１０）し、炭材製品として利用可能なものが回収される。これによって、被処理物を連続投入しつつその燃焼熱で炉内温度を略予熱温度に維持し、同時に理論酸素量に不足の酸素量で生じる乾留による被処理物を炭化させて自燃炭化を行なうこととなる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、予熱された炉体５２へ供給される被処理物１０が炉体内の搬送路で排出部７４側に移動中に炉体内において投入前段側の燃焼領域１０１と後段側の無酸素乾留領域１０２を酸素濃度の低下に伴って形成させることにより乾留時間を長くとって炭材を生成させる。すなわち、炉体内での固形物１０は、例えば６００℃までの固形物の昇温の時間帯を含む炉体内前段では燃焼領域１０１を形成して固形物中の投入量の４割〜７割を燃焼し、炉体内後段で無酸素状態での高温下による乾留領域１０２を形成する。すなわち、酸素比が０．５とすると炉体内前段では投入される酸素量で燃焼される被処理物の半分が燃焼しガス化あるいは灰化し、加熱温度を維持しつつ残りの半分を炉体後段側に搬送させる。炉体内後段では、搬送されてきた残りの固形物が無酸素高温下において蒸し焼き状態となり、炭化されて炭材を生成させる（Ｊ１０）。酸素供給部５８において供給される酸素は、吐出部位置において拡散するように吹き出されるもので炉体の前段部のみに留めるように供給され、前段部において自然に広がるように分布する一方、燃焼膨張により半開放型の開放側である排出部７４方向にわずかに流動すると考えられる。この間、前段部では被処理物の燃焼を生じ、このため、酸素濃度は常に炉体前段部において比較的に濃く、後段部に向けて希薄となる濃度勾配Ｌを呈することとなる。これによって、被処理物と所要量以下の酸素を連続供給することにより、炉体内で安定的に炭化炭材を連続製造することとなる。生成された炭化炭材は排出部の排出開口７６から取り出され、冷却機によるクーリング処理（Ｊ１１）並びに焼却灰分離のためのスクリーン処理（Ｊ１２）を経て炭材製品が取得される。
【００３７】
なお、炭材は乾留領域１０２の工程長さに対応する乾留時間により品質の良否が左右され、乾留時間が短いと炭材製品収率が劣り、長すぎると製造効率に無駄を生ずるので、適度の乾留時間を設定するとよい。なお、乾留時間が長いと賦活効果により活性炭を生成させ得る。したがって、積極的に活性炭を取得する場合には、炉体内後段側の無酸素乾留領域１０２を設け、さらに搬送路を長く形成し搬送工程を長くとるとよい。
【実施例１】
【００３８】
予め原料の組成分析を行なった複数区の廃棄物原料について、それぞれ炭化実験を行い、炭材の収率を調べる実験を行った。図８の原料組成表で、プラスチック系廃棄物のＰ原料は、シュレッダーダスト及び廃プラスチック、有機質系廃棄物のＹ原料は、焼酎粕（脱水ケーキ）、おから、ヤシ殻、樹木の皮、籾殻を用いた。焼酎粕（脱水ケーキ）、おから、ヤシ殻、籾殻については、それぞれ２回づつ測定分析を行った。ここで、シュレッダーダストは、使用済み自動車及びそれ以外の鉄屑類破砕時に発生する鉄屑以外のダスト類（布、繊維、プラスチック、合成樹脂、ゴム、スポンジ等）である。また、廃プラスチックは、家庭から排出する生活廃棄物の中から得られたプラスチック系廃棄物（主に容器及び袋、シート類）である。焼酎粕は、焼酎粕原液を圧搾機で水分６０％程度としたもの、おからは、販売品を利用した。ヤシ殻は国内でジュース用として販売されているココヤシ殻で原形で未破砕、未乾燥品、樹木の皮は、林業時の廃棄物、籾殻は販売品を利用したものである。工業分析、元素分析値ともに分析機関による分析結果による。水分、灰分は分析機関の水分計、灰分計により計測したものである。揮発分は、分析機関のＪＩＳ−Ｍ−８８１２分析法／石炭及びコークス類工業分析方法による。Ｈ（水素）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）は、微量の試料（１．５ｍｇ〜２ｍｇ）を９００℃〜１０００℃の炉で燃焼分解させ、試料中の各元素の重量％を求める定量分析法によるものである。
【００３９】
図９は、図８の組成の原料について、セラミック電気管状炉（株式会社アサヒ理化製作所製）（形式：ＡＲＦ−５０（Ｍ））を用いて炭化炉テストを行って得られた収率を示している。それぞれの原料について複数区の実験を行っている。実験完了のもののみについて数値を記載した。テスト条件は、次のとおりである。◇酸素供給量  ０ｍ３／ｍｉｎ（無酸素状態）。熱源は電源から供給される電熱により、酸化燃焼はない。◇気化ガス排出用窒素１００ｍｌ／ｍｉｎ。◇管状炉温度条件  昇温速度１０℃／ｍｉｎ（６００℃までは６０ｍｉｎ、９００℃までは９０ｍｉｎ）、滞留時間６００℃又は９００℃で各々０ｍｉｎ又は６０ｍｉｎ。◇セラミック電気管状炉内において試料は静置され、軸方向への移動はしない。◇図９において、滞留時間が０分で３００℃、４５０℃、６００℃、９００℃の意味は、管状炉内に試料投入後それぞれ３００℃、４５０℃、６００℃、９００℃まで昇温し、目標温度に達した後、１００℃程度に冷却して炉外へ取り出してその際の炭化物の収率を記載したものである。また、滞留時間が６０分で６００℃、７００℃、９００℃の意味は、それぞれ被処理物の投入後６００℃、７００℃、９００℃までそれぞれ昇温し、昇温後さらにそれぞれ６０分間維持した後、１００℃程度に冷却して炉外へ取り出してそれらの炭化物収率を示したものである。籾殻＋焼酎粕液（未乾燥品）、オカラ、焼酎粕、ヤシ殻等の一部で酸素供給がない条件ではあるが、３００℃（３０分間）、４５０℃（４５分間）、６００℃（６０分間）、９００℃（９０分間）への昇温時に一定の収率を確保できることが確認された。また、昇温後の一定の温度継続時にも略同様の収率を得ることができることが確認された。なお、オカラ、焼酎粕、ヤシ殻などで６０分の滞留時間を確保する場合、６００℃より９００℃のほうが炭素収率が低下指定ものが見られるが、これらは炭素の部分反応により微細孔が生成されて賦活処理が行われたものと考えられ、活性炭を生成させていると考えられる。
【００４０】
以上説明した本発明の廃棄物の炭化処理方法及び、炭化装置は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の本質を逸脱しない範囲においてなされる任意の改変も本発明に含まれる。例えば、プラスチック系廃棄物は、シュレッダーダストによるプラスチック系廃棄物及び廃プラスチックに限られず、その他の廃棄物としてのすべてのプラスチック系廃棄物を原料として使用することができる。さらに、有機質系廃棄物についても、前記した原料以外でも脱水あるいは非脱水を問わず、原料となり得るすべての有機質系廃棄物を含む。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の廃棄物の炭化処理方法及び炭化装置は、産業廃棄物や一般廃棄物において処分自体が有料とされるプラスチック系廃棄物や一般廃棄物を有効に利用できるとともに、炭材製品製造分野において新たなビジネス創出を期待できる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  不定形固形物
２０  破砕混合機
２４  搬送手段
３０  圧縮成形機
５０  炭化装置
５２  炉体
５４  加熱部
５６  被処理物の投入部
５８  酸素供給部
６０  搬送部
６２  炭材生成部
７４  排出部
１０１  燃焼領域
１０２  乾留領域
５２１  閉鎖壁
５６６  投入装置
Ｐ原料  プラスチック系廃棄物
Ｙ原料  有機質系廃棄物
Ｌ  濃度勾配
Ｔａ  予熱温度
【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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【図９】
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