(57)【要約】【課題】  炭化炉を予め設定した温度範囲に制御することにより、製造した炭化物の物性,性状が安定化し、しかも、補助燃料の使用量を低減化して省エネルギー炭化を可能とした炭化方法及び炭化装置を提供すること。【解決手段】  加熱燃焼炉１５から炭化炉１１への燃焼ガス供給路２１に、燃焼ガスに対する温度調整用の冷却媒体の供給手段１９ｂを連結し、温度測定手段２３により測定された炭化炉１１の温度が設定範囲となるように、制御手段２４によって、冷却媒体供給手段１９ｂによる冷却媒体供給量を調節し、燃焼ガス温度を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
補助燃料を燃焼させ、その燃焼ガスを炭化炉に供給し、この炭化炉内に投入された被炭化物を加熱して炭化させると共に、この炭化に伴い生じる乾留ガスを前記燃焼ガスの燃焼用燃料として用いる炭化方法であって、
前記炭化炉の温度を測定し、その温度が設定範囲内となるように、前記炭化炉に供給される燃焼ガスへの冷却媒体量を調節し、燃焼ガス温度を制御することを特徴とする炭化方法。
【請求項２】
冷却媒体として、燃焼ガスに空気を混合させることを特徴とする請求項１に記載の炭化方法。
【請求項３】
加熱燃焼炉にて補助燃料を燃焼させ、その燃焼ガスを炭化炉に供給し、この炭化炉内に投入された被炭化物を加熱して炭化させると共に、この炭化に伴い生じる乾留ガスを前記加熱燃焼炉に流し、燃焼用燃料として燃焼させる炭化装置であって、
前記炭化炉の温度を測定する温度測定手段と、
前記炭化炉への燃焼ガス供給路に設けられた、燃焼ガスに対する温度調整用冷却媒体の供給手段と、
前記温度測定手段により測定された炭化炉温度を入力し、この炭化炉温度が設定範囲となるように前記冷却媒体供給手段による冷却媒体供給量を調節し、燃焼ガス温度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする炭化装置。
【請求項４】
冷却媒体供給手段は、流量調整手段を有し、冷却媒体として供給される空気の流量を調節可能に構成したことを特徴とする請求項３に記載の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、農業集落排水処理汚泥などを処理対象とし、その利用のための炭化を行う炭化方法及び炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、農業集落で生じる排水の処理汚泥は、重金属物質があまり含まれていないので、遠心脱水機で濃縮・脱水後、遠心薄膜乾燥機等により乾燥して、農地施肥や、コンポスト堆肥として農地還元等に利用されている。しかし、農地施肥やコンポスト堆肥は使用時期が偏っている為に、貯蔵中に汚泥の変質が生じたり、臭気が発生する等の問題が発生する。
【０００３】
このため、近年は汚泥を炭化して土壌改良材として利用する試みがなされている。有機性廃棄物を炭化する方法は、これまでにも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記特許文献１の方法では、燃料を燃焼させると共に、乾燥炉及び炭化炉内から排出される各種蒸発成分を導入して熱分解を行なう脱臭炉を設け、この脱臭炉（加熱燃焼炉を兼ねる）から排出される高温排気熱を炭化炉に供給し、炭化炉内の被炭化物を炭化している。
【０００５】
このような炭化方法において、炭化炉における炭化温度は予め設定した一定範囲に制御する必要がある。炭化温度が所定温度より高くなると過剰炭化となり、比表面積が減少すると共に、固定炭素の割合も低くなる。反対に炭化炉の温度が低下すると、被炭化物の炭化が不十分になり、未炭化が発生したり、炭化物の物性・性状が所定のスペックにならない場合がある。
【０００６】
炭化炉は、前述のように加熱燃焼炉を兼ねる脱臭炉の高温燃焼ガスを供給して加熱するが、この脱臭炉には炭化炉内から排出される各種蒸発成分を導入して熱分解している。この蒸発成分中には乾留ガスが含まれ、これが燃料となって脱臭炉内で燃焼する。
【０００７】
乾留ガスの発生量は被炭化物の状態によって異なる。すなわち、被炭化物に含まれる有機性廃棄物の種類や廃棄物の含水率、供給量の相違などにより、乾留ガスの発生量は大きく異なる。そして、乾留ガス発生量が多い場合は脱臭炉での熱発生量が過大になり、排ガス温度が高くなり、炭化温度が所定温度より高くなる。また、反対に乾留ガスの発生量が少ない場合は、脱臭炉の温度が低くなり、炭化炉の温度も低下して、被炭化物の炭化が不十分になる。
【特許文献１】特開平１０−３３０７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、炭化炉での乾留ガスの発生量が、被炭化物の状態により変化するので、この乾留ガスを加熱用の燃料に用いた場合、炭化炉の炭化温度が変化してしまい、安定した炭化処理を行うことが困難であった。
【０００９】
本発明の目的は、炭化炉を予め設定した温度範囲に制御することにより、製造した炭化物の物性・性状を安定化し、しかも、補助燃料の使用量を低減化して省エネルギー炭化を可能とした炭化方法及び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】
【００１０】
本発明の炭化方法は、補助燃料を燃焼させ、その燃焼ガスを炭化炉に供給し、この炭化炉内に投入された被炭化物を加熱して炭化させると共に、この炭化に伴い生じる乾留ガスを前記燃焼ガスの燃焼用燃料として用いる炭化方法であって、前記炭化炉の温度を測定し、その温度が設定範囲内となるように、前記炭化炉に供給される燃焼ガスへの冷却媒体量を調節し、燃焼ガス温度を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の炭化装置は、炭化炉の温度を測定する温度測定手段と、前記炭化炉への燃焼ガス供給路に設けられた、燃焼ガスに対する温度調整用冷却媒体の供給手段と、前記温度測定手段により測定された炭化炉温度を入力し、この炭化炉温度が設定範囲となるように前記冷却媒体供給手段による冷却媒体供給量を調節し、燃焼ガス温度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
これら本発明による炭化方法及び炭化装置では、冷却媒体として、燃焼ガスに空気を混合させている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、炭化炉の温度を測定し、その温度が設定範囲内となるように、前記炭化炉に供給される燃焼ガスの温度を制御するので、炭化炉における乾留ガスの発生量にかかわらず、常に一定範囲の炭化温度を維持することができ、安定した物性の炭化物を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１５】
図１はこの一実施の形態における炭化装置の基本構成を示している。図において、１１は炭化炉で、乾燥汚泥などの被炭化物１２を導入し、この被炭化物１２を低酸素状態で加熱して炭化を行う。この炭化炉１１としては、例えば、連続式の間接加熱ロ−タリキルン方式のものを用いる。この方式の炭化炉１１は、外周部分に加熱ジャケット１１ａが設けられたロータリキルン１１ｂを有し、このロータリキルン１１ｂ内に供給された被炭化物１２を加熱ジャケット１１ａからの熱により低酸素状態で間接的に加熱し、炭化物１３を得る。
【００１６】
１５は加熱燃焼炉で、プロパンガスなどによる補助燃料１６や、炭化炉１１から配管１７により流される乾留ガスを燃料として導入する。また、この燃焼加熱炉１５に対してはファン１８により送風ダクト１９ａを通して燃焼用空気が供給される。そして、この燃焼用空気により、補助燃料１６や乾留ガスを燃焼させて高温に保ち、その高温の燃焼ガスを燃焼ガスダクト（燃焼ガス供給路）２１により炭化炉１１の加熱ジャケット１１ａ内に供給する。炭化炉１１は、この加熱ジャケット１１ａに供給された燃焼熱によりロータリキルン１１ｂ内の被炭化物１２を間接的に加熱し、炭化させる。
【００１７】
すなわち、この加熱燃焼炉１５は、プロパンガスなどの補助燃料１６を導入して初期燃焼させ、高温の燃焼ガスをダクト２１により炭化炉１２に供給して加熱する。また、この炭化炉１２での炭化処理に伴って生じる乾留ガス（主に炭化水素）を、配管１７を通して導入し、燃料として燃焼させ、高温状態を維持する。
【００１８】
また、前記ファン１８は前記送風ダクト１９ａから分岐した送風ダクト１９ｂにより、燃焼ガスダクト２１に連結している。ここで、送風ダクト１９ｂにより燃焼ガスダクト２１に供給される空気は、燃焼ガスの温度を調整する冷却媒体となる。したがって、送風ダクト１９ｂは冷却媒体供給手段として機能する。さらに、送風ダクト１９ｂには、風量調整バルブ（流量調整手段）２２を設け、冷却媒体として供給される空気の流量を調節可能に構成している。
【００１９】
２３は熱電対などによる温度測定手段で、炭化炉１１の温度を計測する。２４は制御手段で、温度測定手段２３により測定された炭化炉１１の温度を入力し、この炭化炉温度が設定範囲となるように流量調整手段２２を制御し、送風ダクト（冷却媒体供給手段）１９ｂによる空気（冷却媒体）の供給量を調節し、燃焼ガス温度を制御する。
【００２０】
上記構成において、図示しないホッパ−に充填された被炭化物１２は、図示しないスクリューフィダーによりロータリーバルブを介して炭化炉１１のロータリーキルン１１ｂ内に定量供給される。炭化炉１１中の被炭化物１２は、補助燃料１６を初期燃焼させた加熱燃焼炉１５からの燃焼ガスで加熱されて、乾留ガスを発生しながら炭化される。炭化温度(炭化炉１１のジヤケット１１ａの温度)は、常時熱電対温度測定手段２３により計測している。
【００２１】
炭化処理過程において被炭化物から発生した乾留ガスは、配管１７により加熱燃焼炉１５に導入されて燃焼し、炭化炉１１の加熱熱源となる。この乾留ガスの発生量は、前述のように、被炭化物１２の供給量が多い場合や、含水率が低い場合は多くなる。この場合、多量の乾留ガスが加熱燃焼炉１５内で燃焼することになるので、補助燃料１６の供給量を絞っても加熱燃焼炉１５内の温度は上昇する。このため、燃焼ガスダクト２１を流れる燃焼ガス温度が高くなり、炭化炉１１のジャケット温度も上昇する。そして、このジャケット温度が設定温度以上になると、制御手段２４により流量調整手段２２が開動作し、ファン１８からの空気が設定温度差に比例して、燃焼ガス中に流入する。この動作により、燃焼ガスは空気により冷却されて温度が低下し、炭化炉１１のジャケット温度は設定温度範囲に維持される。すなわち、炭化温度をほぼ一定に制御する。
【００２２】
次に、被炭化物１２として農業集落排水処理乾燥汚泥と乾燥バガスの炭化を行なった２つの実施例を示し、炭化炉１１のジャケット温度(炭化温度)の制御について検証を行なった結果をそれぞれ説明する。
【００２３】
（実施例１）
被炭化物１２として、農業集落排水処理乾燥汚泥（以下農集汚泥と記す）を適用し、これを炭化する実施例について詳細に説明する。被炭化物としては、上述のように、農集汚泥を脱水して濃縮し、これを薄膜乾燥機などにより含水率５０％程度に乾燥させた乾燥処理汚泥を用いている。
【００２４】
（１）炭化炉１１のジャケット温度を６００℃に、加熱燃焼炉１５の温度を８００℃に、それぞれ設定した。
【００２５】
（２）ファン１８を運転し、空気を加熱燃焼炉１５に供給する。補助燃料１６のプロパンガスを加熱燃焼炉１５に供給し燃焼させる。このとき、ファン１８からの空気は、炭化炉１１のジャケット温度が常温であり、温度測定手段２３による測定値が設定温度６００℃以下であるので、制御手段２４により流量調整手段２２は閉状態に制御されており、空気の全量はダクト１９ａを通って加熱燃焼炉１５に供給される。このときのプロパンガス供給量は４．０ｍ3／hであった。
【００２６】
（３）加熱燃焼炉１５の燃焼ガスは、燃焼ガスダクト２１により、炭化炉１１のジャケット１１ａに通気され、炭化炉１１を加熱する。
【００２７】
（４）炭化炉１１のジャケット温度が設定温度６００℃に達した時点で、ホッパ−に貯蔵した乾燥汚泥１２をスクリューフィダーにより、ロータリーバルブを介して炭化炉１１のロータリキルン１１ｂに供給する。このときの乾燥汚泥１２の供給量は３０kg／hとした。
【００２８】
（５）乾燥汚泥供給開始後、５分経過した時点で、炭化が開始され、乾燥汚泥より乾留ガスが発生し、配管１７により加熱燃焼炉１５に供給され、燃焼する。この乾留ガスの燃焼により、炭化炉１１のジャケット温度が設定温度６００℃を超えると、補助燃料系統に設けた図示しない自動弁が動作してプロパンガス１６の流量を減少させる。すなわち、補助燃料系統の自動弁は全開より一部開になり、プロパンガス使用量を自動的に減少させ、２．５ｍ3／hとした。
【００２９】
（６）上記のように、補助燃料１６の供給量を減少させても、加熱燃焼炉１５には炭化炉１１から乾留ガスが供給されて燃焼しており、かつ、この乾留ガス量は各種条件により異なる不安定なものである。このため、乾留ガスの発生量が多い場合は炭化炉に供給される燃焼ガス温度は過剰に上昇する。したがって、このままでは燃焼ガスダクト２１により炭化炉１１に供給される燃焼ガス温度を所定範囲に制御することができない。
【００３０】
そこで、制御手段２４により、温度測定手段２３の測定値と予定の設定温度（６００℃）との差分により、ダクト１９ｂに設けた流量調整手段２２の開度制御を行い、燃焼ガスダクト２１にファン１８からの空気の一部を冷却媒体として挿入し、炭化炉１１加熱用の燃焼ガス温度を低下させる。この結果、乾留ガスの発生量に関係なく、炭化温度を設定温度（６００℃）にキ−プして安定した炭化処理が可能となる。
【００３１】
（７）このように、ほぼ一定な炭化温度で炭化を１時間継続した結果、７kgの炭化物１３を回収した。
【００３２】
（８）製造した炭化物の物性、性状と炭化に使用したプロパンガス量とを表１に記す。
【表１】
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【００３３】
このように、乾留ガスの発生量に影響されることなく、炭化温度（炭化炉１１のジャケット温度）を一定範囲に保つことができ、安定した炭化処理が可能になる。また、補助燃料の使用量を３８%減少させることができた。これらの結果、所定通りの物性を有した炭化物を安定して得ることができる。
【００３４】
（実施例２）
この実施例では、被炭化物１２として、含水率８％程度の乾燥バガスを用い、これを炭化処理している。この場合の制御も、前述した実施例１と基本的に同じであるが、以下に説明する。
【００３５】
（１）炭化炉１１のジャケット温度を６００℃に、加熱燃焼炉１５の温度を８００℃に、それぞれ設定した。
【００３６】
（２）ファン１８を運転し、空気を加熱燃焼炉１５に供給する。補助燃料１６のプロパンガスを加熱燃焼炉１５に供給し燃焼させる。プロパンガス供給量は４．０ｍ3／hであった。
【００３７】
（３）加熱燃焼炉１５の燃焼ガスは、燃焼ガスダクト２１により、炭化炉１１のジャケット１１ａに通気され、炭化炉１１を加熱する。
【００３８】
（４）炭化炉１１がジャケット設定温度６００℃に達した時点で、ホッパ−に貯蔵した乾燥バガス１２をスクリューフィダーにより、ロータリーバルブを介して炭化炉１１のロータリキルン１１ｂに供給する。このときの乾燥バガス１２の供給量は８kg／hとした。
【００３９】
（５）乾燥バガス供給開始後、５分経過した時点で、炭化が開始され、乾燥バガスから乾留ガスが発生し、加熱燃焼炉１５で燃焼する。この乾留ガスの燃焼により、炭化炉１１のジャケット温度が設定温度６００℃を超えると、補助燃料系統の自動弁は全開より一部開になり、プロパンガス使用量は自動的に減少して０．５ｍ3／hとなった。
【００４０】
（６）次に、制御手段２４により、温度測定手段２３の測定値と予定の設定温度（６００℃）との差分により、ダクト１９ｂに設けた流量調整手段２２の開度制御を行い、燃焼ガスダクト２１にファン１８からの空気の一部を冷却媒体として挿入し、燃焼ガス温度を低下させる。この結果、乾留ガスの発生量に関係なく、炭化温度を設定温度（６００℃）にキープした。
【００４１】
（７）この一定な炭化温度で炭化を１時間継続した結果、２kgの炭化物を回収した。
【００４２】
（８）製造した炭化物の物性、性状と炭化に使用したプロパンガス量とを表１に記す。
【００４３】
このように、乾留ガスの発生量に影響されることなく、炭化温度（炭化炉１１のジャケット温度）を一定範囲に保つことができ、安定した炭化処理が可能になる。また、補助燃料の使用量を８８%減少させることができた。これらの結果、所定通りの物性を有した炭化物を安定して得ることができる。
【００４４】
（比較例）
上記実施例２に対する比較例として、含水率８％程度の乾燥バガスを用い、ファン１８の空気を燃焼ガスに挿入せずに、すなわち、炭化温度を一定制御することなく、炭化処理した場合を以下説明する。
【００４５】
（１）加熱燃焼炉１５の温度を８００℃に設定した。
【００４６】
（２）ファン１８を運転し、空気を加熱燃焼炉１５に供給する。補助燃料１６のプロパンガスを加熱燃焼炉１５に供給し燃焼させる。プロパンガス供給量は４．０ｍ3／hであった。
【００４７】
（３）加熱燃焼炉１５の燃焼ガスは、燃焼ガスダクト２１により、炭化炉１１のジャケット１１ａに通気され、炭化炉１１を加熱する。
【００４８】
（４）炭化炉１１がジャケット設定温度６００℃に達した時点で、ホッパ−に貯蔵した乾燥バガス１２をスクリューフィダーにより、ロータリーバルブを介して炭化炉１１のロータリキルン１１ｂに供給する。このときの乾燥バガス１２の供給量は８kg／hとした。
【００４９】
（５）乾燥バガス供給開始後、５分経過した時点で、炭化が開始され、乾燥バガスから乾留ガスが発生し、加熱燃焼炉１５で燃焼する。この乾留ガスの燃焼により、炭化炉１１のジャケット温度が設定温度６００℃を超えた。このとき、補助燃料系統の自動弁は全開より一部開になり、プロパンガス使用量を自動的に減少させ、１．０ｍ3／hとした。
【００５０】
（６）補助燃料１６の供給量が減少しても、炭化炉１１から乾留ガスが供給されて燃焼しており、かつ、この乾留ガス量は各種条件により異なる不安定なものであるため、炭化炉１１のジャケット温度も不安定になる。乾留ガスの発生量が多い場合は、炭化炉１１のジャケット温度が７００℃にも達する。
【００５１】
この温度状態を、図２に示す。空気挿入による温度制御により、炭化温度が設定温度６００℃で安定している実施例１及び２に対し、空気挿入を行なわない比較例では炭化炉温度が不安定であり、７００℃に達することがある。このため、過剰炭化になったり、逆の場合は炭化不測が生じたりして、安定した炭化物を得ることが困難である。
【００５２】
製造した炭化物の物性、性状と炭化に使用したプロパンガス量とを表１に記す。比較相手である実施例２に比べると、炭化物の比表面積が少なく固定炭素の割合も低い。さらに、プロパンガスの使用量も実施例２に比べるとほぼ倍となる。
【００５３】
このように、炭化炉で生じた乾留ガスを、加熱燃焼炉で燃焼させて炭化炉の熱源として用いる場合、加熱燃焼炉から炭化炉に燃焼熱を供給するダクト内に、炭化炉の温度と設定温度との差分に応じた量の空気を冷却媒体として供給するようにしたので、乾留ガスの発生量に影響されることなく、炭化温度を常に一定範囲に維持することができ、安定した炭化処理が行えると共に、補助燃焼の消費量も低減化される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による炭化装置の一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】同上実施の形態における炭化温度の変化状態を説明する特性図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１    炭化炉
１２    被炭化物
１３    炭化物
１５    加熱燃焼炉
１６    補助燃料
１９ｂ    冷却媒体供給手段
２１    燃焼ガス供給路
２２    流量調整手段
２３    温度測定手段
２４    制御手段
【図１】
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【図２】
2006070083.tif 000005