(57)【要約】【課題】  被炭化材に圧力をかけて造粒を行い、被炭化材の形状を一定にして炭化を行うことにより、性状、物性が一定な、均一な炭化物を得ることができる炭化方法を提供すること。【解決手段】  被炭化材の含水率及び形状を造粒可能な値に調整して、造粒機１３により被炭化材に圧力を加えて造粒を行い、この造粒された被炭化材を炭化炉１４により低酸素状態で加熱し、炭化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被炭化材の含水率及び形状を造粒可能な値に調整して、上記被炭化材に圧力を加えて造粒を行い、この造粒された被炭化材を低酸素状態で加熱し、炭化することを特徴とする炭化方法。
【請求項２】
造粒可能な含水率として、被炭化材を２０〜７０％の含水率に調整したことを特徴とする請求項１に記載の炭化方法。
【請求項３】
造粒可能な形状として、粒径５〜１０ｍｍに設定して被炭化材を造粒したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の炭化方法。
【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、その利用のために炭化物を得るための炭化方法に関する。
【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。汚泥を炭化する場合は、この汚泥を所定の含水率に乾燥して乾燥汚泥にし、この乾燥汚泥を低酸素状態で加熱して炭化している。
【０００４】
通常、乾燥汚泥の形状は１〜１０mm程度の粒形をしており、大きさは種々である。このため、乾燥汚泥をそのまま炭化すると、形状の大きい(６〜１０mm程度)の乾燥汚泥では、内部が未炭化の場合がある。また、形状が小さい（１〜４mm）場合は、炭化が過ぎて灰化したり、所定の物性が得られない場合がある。
【０００５】
ここで、炭化物を製造する方法として、従来、汚泥をそのままの状態で炭化する方法が提案され（例えば、特許文献１参照）、また、乾燥処理を行なった後に炭化する方法についても提案され（例えば、特許文献２参照）、さらに、おが屑や粘土等を混合して成形した後炭化する方法も提案されている（例えば、特許文献３又は４参照）。
【特許文献１】特開２００１−２３２３９７号公報
【特許文献２】特開２００１−４７０９７号公報
【特許文献３】特開平６−６３５３８号公報
【特許文献４】特開平８−７１５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１及び２に示した、汚泥又は乾燥汚泥をそのまま炭化する方法では、汚泥の形状の違い、大きさの大小により、炭化が不均一になる。すなわち、形状が大きいものは内部が未炭化になる等、炭化物の性状が安定しない欠点がある。また、特許文献３又は４のように、汚泥におが屑や粘土を混合して成形を行なった場合、成形後に炭化を行なうと、汚泥に他の物質が入っていることにより、汚泥処理量の減少や炭化物の物性低下を起こす。
【０００７】
本発明の目的は、被炭化材に圧力をかけて造粒を行い、被炭化材の形状を一定にして炭化を行うことにより、性状、物性が一定な、均一な炭化物を得ることができる炭化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の炭化方法は、被炭化材の含水率及び形状を造粒可能な値に調整して、上記被炭化材に圧力を加えて造粒を行い、この造粒された被炭化材を低酸素状態で加熱し、炭化することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、造粒可能な含水率として、被炭化材を２０〜７０％の含水率に調整した。
【００１０】
さらに、本発明では、造粒可能な形状として、粒径５〜１０ｍｍに設定して被炭化材を造粒した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被炭化材に圧力をかけて造粒を行い、被炭化材の形状を一定にして炭化を行うことにより、得られる炭化物の性状、物性が一定となり、均一な品質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】
【００１２】
以下、本発明による炭化方法の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１はこの実施の形態に用いられる炭化装置の全体構成を示している。１１は汚泥の乾燥機で、例えば、デカンター方式の遠心脱水機を用いる、この脱水機１１は、例えば、農業集落排水処理汚泥を脱水処理して含水率８５％程度に濃縮する。１２は汚泥の乾燥機で、例えば、遠心薄膜式乾燥機を用いる。この遠心薄膜乾燥機１２は、遠心脱水機１１で脱水処理した含水率８５％程度の濃縮汚泥を導入し、これを円筒状の加熱筒の内壁に薄膜状に引き伸ばして乾燥させるもので、含水率１０〜７０％程度の乾燥汚泥を製造する。
【００１４】
１３は造粒機で、例えば、スクリュー押し出し方式のものを用い、前段の遠心薄膜乾燥機１２により乾燥された汚泥に圧力を加え、所定形状の粒状に造粒する。
【００１５】
１４は炭化炉で、造粒機１３により造粒された粒状汚泥を被炭化物として導入し、この粒状汚泥を低酸素状態で加熱して炭化を行う。この炭化炉１４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。この方式の炭化炉は、外周部分に加熱ジャケットが設けられたロータリキルンを有し、このロータリキルン内に供給された被炭化物を加熱ジャケットからの熱により低酸素状態で加熱し、炭化させる。
【００１６】
１５は加熱燃焼炉で、補助燃料のプロパンガスや、汚泥炭化時に炭化炉１４で発生する乾留ガス（主に炭化水素）を燃焼させて高温に保ち、その高温の燃焼ガスを炭化炉１４の加熱ジャケット内に供給し、この加熱ジャケットを介してロータリキルン内の被炭化物を間接的に加熱し、炭化させる。
【００１７】
次に、被炭化材として、農集乾燥汚泥を、造粒条件を種々変えて造粒して被炭化物を製造し、この被炭化物を炭化した（実施例）を、造粒を行わずに炭化した（比較例）と対比しながら説明する。そして、これらの炭化時に使用する補助燃料の使用量と製造した炭化物の性状、物性の測定を行い検証し、その結果を表１を用いて説明する。
【００１８】
（実施例）
農集汚泥（被炭化材）の造粒
脱水機１１で含水率８５%程度に脱水・濃縮した農集汚泥を、遠心薄膜乾燥機１２で乾燥処理し、含水率１０〜７０%の乾燥汚泥を製造した。乾燥した汚泥をスクリュー押し出し方式の造粒機１３で造粒した。造粒径を３mm、５mm、７mm、９mmと変えて行なった。造粒結果を以下に記す。
【００１９】
（１）造粒後に炭化を行うので、無機物を多く含むバインダ−の添加を行なわず乾燥汚泥のみで造粒を行った。
【００２０】
（２）造粒物の形成に当たって、乾燥汚泥の含水率は２０%〜７０%の範囲に保った。この範囲を外れると、その乾燥汚泥による造粒物の形成は困難であった。すなわち、乾燥汚泥の含水率が２０%未満では、造粒時にスクリューによる押し出しの抵抗が大きすぎて押し出しが困難となる。また、乾燥汚泥の含水率が７０%を越えると、粘性が低く柔らかすぎ、押し出し時に汚泥相互の結合力が弱く、造粒出来なかった。
【００２１】
（３）また、造粒形状は、粒径５〜１０ｍｍが適している。すなわち、造粒径が５mm未満では押し出し時の抵抗が大きくて押し出しが困難になり、造粒できなかった。また、造粒径１０mmを越えると、造粒物が崩れてしまった。
【００２２】
以上の結果から、乾燥汚泥の含水率を２０%〜７０%、造粒直径は５mmから１０mmとすることにより、被炭化物として適切な造粒を行うことができた。
【００２３】
炭化試験
炭化炉１４及び加熱燃焼炉１５を使用して、含水率４０%の農集汚泥を造粒直径５mm、長さ１０mmに造粒した農集汚泥を炭化温度５００℃で炭化した。炭化方法を以下に示す。
【００２４】
（１）加熱燃焼炉１５に補助燃料のプロパンガスを自動供給した。加熱燃焼炉１５の温度を８５０℃に設定し、バ−ナ−に点火して燃焼させた。燃焼に伴い、高温の燃焼ガスを炭化炉１４に供給して、炭化炉１４を昇温した。
【００２５】
（２）炭化条件は以下の通り。
【００２６】
・乾燥汚泥供給量       ：  ３０kg／h
・炭化温度              ：５００℃
・炭化時間              ：  ２０分
・ロ−タリキルン回転数  ：  ５  rpm
（３）補助燃料のプロパンガスを燃焼させて約２時間後に炭化炉１４内の温度は５００℃(炭化温度)に達した。この工程でのプロパンガスの使用量は４m３／ｈであった。
【００２７】
（４）炭化炉に造粒農集汚泥の供給を開始した。供給開始１０分経過後に、乾燥汚泥より乾留ガス（主に炭化水素）が発生した。この乾留ガスは加熱燃焼炉１５に供給され、この加熱燃焼炉１５内で燃料として燃焼させた。このようにして、造粒した乾燥汚泥を１５０kg連続供給し、５時間炭化処理を行い、炭化物６０kgを製造した。この工程でのプロパンガス使用量は１．６３ｍ３／ｈであった。
【００２８】
炭化終了後、炭化物を観察し、その性状及び物性測定を行なった結果と、乾燥汚泥炭化時の補助燃料のプロパンガス使用量の結果を表1に示す。
【００２９】
（比較例）
造粒の効果を確認するために、乾燥汚泥の造粒処理を行なわずに、上記（実施例）と同じ炭化条件で乾燥汚泥の炭化を行った。
【００３０】
炭化炉１４に乾燥汚泥の供給後、１０分経過すると乾燥汚泥から乾留ガスが発生した。この乾留ガスは加熱燃焼炉１５に供給し、燃料として燃焼させた。乾燥汚泥１５０kgを連続供給し、炭化を５時間行い、炭化物７0kgを製造した。この工程のプロパンガス使用量は２．２ｍ３／ｈであった。
【００３１】
炭化終了後、炭化物の観察し、性状及び物性測定を行なった結果と、乾燥汚泥炭化時の補助燃料のプロパンガス使用量の結果を、前記（実施例）と比較して表1に示す。
【表１】
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【００３２】
表１で示すように、造粒した後、炭化を行なう（実施例）と、造粒を行なわないで炭化を行なった（比較例）とを比較すると、炭化物の物性では比表面積は１．６５倍、固定炭素量が１．２倍になり、炭化物の物性が向上した。また炭化物を切断して、内部を観察した結果、造粒無しの比較例では、粒径が５mm以上の炭化物は内部が未炭化であった。他方造粒を行なった実施例ではすべて内部まで炭化していた。
【００３３】
補助燃料のプロパンガス使用量は、造粒を行なった（実施例）は、造粒なしの（比較例）に比較して、２６%減少できた。
【００３４】
これらの結果、被炭化物である汚泥を造粒して、炭化を行なうことにより、製造した炭化物の物性を向上できると共に、補助燃料の使用量を削減でき、省エネルギ−で炭化できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による炭化方法の一実施の形態に用いる炭化装置の構成例を示すシステム概念図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１    遠心脱水機
１２    薄膜乾燥機
１３    造粒機
１４    炭化炉
１５    加熱燃焼炉
【図１】
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