(57)【要約】【課題】本発明の課題は、ロータリキルンを用いて有機性廃棄物から付加価値の高い活性炭を安価に製造しうる炭化物の製造方法を提供することである。【解決手段】  本発明の炭化物の製造方法は、有機性廃棄物をロータリキルンで加熱処理して炭化物を生成する炭化物の製造方法において、有機性廃棄物を収容するロータリキルンのレトルト内部へ外部空気を供給しながら加熱することを特徴とし、一端に被加熱物の供給口１８を他端に被加熱物を排出する排出口２６とを有し周壁を貫通して軸心方向に指向する複数の排気筒８を備え、軸線周りに回転するレトルト３と、このレトルトの周壁部を加熱するバーナ１２を有する加熱室４と、レトルト３の排出口２６を貫通して軸線に沿ってレトルト３の内部へ外部空気を供給する空気供給管１６とを具備するロータリキルンを使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物をロータリキルンで加熱処理して炭化物を生成する炭化物の製造方法において、
前記有機性廃棄物を収容する前記ロータリキルンのレトルト内部へ外部空気を供給しながら加熱することを特徴とする炭化物の製造方法。
【請求項２】
前記ロータリキルンは、一端に被加熱物の供給口を他端に被加熱物を排出する排出口とを有し周壁を貫通して軸心方向に指向する複数の排気筒を備え、軸線周りに回転するレトルトと、該レトルトの周壁部を加熱するバーナを有する加熱室と、前記レトルトの排出口を貫通して軸線に沿って該レトルトの内部へ外部空気を供給する空気供給管とを具備するロータリキルンである請求項１に記載の炭化物の製造方法。
【請求項３】
前記レトルト内の酸素濃度は３〜１０％である請求項１または２に記載の炭化物の製造方法。
【請求項４】
前記有機性廃棄物はペーパスラッジである請求項１〜３のいずれかに記載の炭化物の製造方法。
【請求項５】
前記ペーパスラッジの含水率は５〜２０％である請求項４に記載の炭化物の製造方法。
【請求項６】
前記有機性廃棄物は木片チップである請求項１〜３のいずれかに記載の炭化物の製造方法。
【請求項７】
前記有機性廃棄物は木片とプラスティックの混合物である請求項１〜３のいずれかに記載の炭化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリキルンを用いて有機性廃棄物を乾留して炭化物を得る炭化物の製造方法に関する。より詳しくは、細孔比表面積の大きい活性炭を得る製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ペーパスラッジなど有機性廃棄物をロータリキルンで炭化する炭化方法が知られている。しかし、この様にして得られる炭化物は、細孔の比表面積が小さいために付加価値の高い脱臭用等の活性炭として使用することができなかった。これは、ロータリキルンに投入された有機性廃棄物は、レトルト内で無酸素状体に近い雰囲気下で加熱処理されるので、炭化物の細孔を十分に形成することができないためである。
【０００３】
一般的に活性炭は、石炭ややし殻、あるいは大鋸屑などの原料を７００℃〜８００℃で乾留して炭化物を作り、つぎに、この炭化物を賦活処理することにより得ることができる。賦活処理は、炭化物の表面を浸食させることにより炭化物の細孔構造をより発達させる処理であり、得られた炭化物を９００℃〜１１００℃で水蒸気や二酸化炭素と反応させるガス賦活が一般的である。そして原料を炭化する工程とは別に賦活工程を設けて施されている。
【０００４】
近年、有機性廃棄物を原料とする活性炭の製造方法や製造設備に関する多くの提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。しかし、これらの提案は、炭化処理により発生する乾留ガスや加熱排ガスの有効利用などとも関連してその構造が複雑であり設備費用が嵩むという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１０４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、ロータリキルンを用いて有機性廃棄物から付加価値の高い活性炭を安価に製造しうる炭化物の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、有機性廃棄物をロータリキルンで乾留して得られる炭化物について、乾留時に表面に付着したタール分や煤などを酸化除去することによって閉塞されている細孔を開放して炭化物の比表面積を増加させうることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
【０００７】
本発明の炭化物の製造方法は、有機性廃棄物をロータリキルンで加熱処理して炭化物を生成する炭化物の製造方法において、有機性廃棄物を収容するロータリキルンのレトルト内部へ外部空気を供給しながら加熱することを特徴とする。
【０００８】
本発明の炭化物の製造方法では、ロータリキルンのレトルト内部に少量の空気を供給しながら有機性廃棄物を炭化処理する。このため、乾留された炭化物表面に付着した煤やタール状の物質は、供給された空気によって酸化除去され、比表面積の大きい炭化物、すなわち活性炭を得ることができる。
【０００９】
本発明の炭化物の製造方法において、前記ロータリキルンは、一端に被加熱物の供給口を他端に被加熱物を排出する排出口とを有し周壁を貫通して軸心方向に指向する複数の排気筒を備え、軸線周りに回転するレトルトと、このレトルトの周壁部を加熱するバーナを有する加熱室と、レトルトの排出口を貫通して軸線に沿ってレトルトの内部へ外部空気を供給する空気供給管とを具備するロータリキルンであることが望ましい。
【００１０】
上記のような構成をもつロータリキルンは、レトルトの周壁に設けられた排気筒から有機性廃棄物を乾留して発生する一酸化炭素などの可燃性ガスを加熱室内へ放出することができる。放出された可燃性ガスは排気筒の先端で燃焼してレトルトを加熱する熱源となりロータリキルンの省エネルギを実現することができる。また、レトルトの排出口側から外部空気を供給するので効率よく空気を供給することができるとともに、レトルト内に充満している乾留ガスを排気筒を介して加熱室内へ送出することができるので比較的高温の炭化処理が可能である。
【００１１】
また、本発明の炭化物の製造方法において、乾留時のレトルト内の酸素濃度は３〜１０％であることが好ましい。レトルト内の酸素濃度をこの範囲とすることで、比表面積の大きい高品質の活性炭を歩留まりよく製造することができる。
【００１２】
本発明の炭化物の製造方法では、原料となる有機性廃棄物はペーパスラッジであることが望ましい。ペーパスラッジは比較的その成分構成が安定しており、排出量も多いので炭化物の原料として好適である。ここで、ペーパスラッジの含水率は５〜２０％であることが好ましい。含水率が５〜２０％のペーパスラッジは、投入直後の乾燥段階で適度の水蒸気を発生し、この水蒸気が供給される外部空気と協働して炭化物を更に効率よく賦活することができる。また、簡単に破砕できるので粉末状の活性炭としては好適である。
【００１３】
また、原料となる有機性廃棄物は木片チップや木片とプラスティックの混合物であることが望ましい。この様な混合廃棄物は一般的には有効な用途が少ないが、本発明の炭化物の製造方法によれば付加価値を高めて処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の炭化物の製造方法を実施するロータリキルンの一例を図１に示す。
【００１５】
図１は、ロータリキルンの一部断面を示す側面概要図である。
【００１６】
このロータリキルンは、被加熱物の供給部１と、加熱処理された被加熱物の排出部２とを有するステンレス鋼など耐熱金属からなるレトルト３と、このレトルト３の外側面を加熱する加熱室４とを有しており、外部からレトルト３内へ空気を供給するようになっている。
【００１７】
レトルト３は、加熱室４を長さ方向に貫くように配置されている。レトルト３の両端付近には環状のタイヤ６が、レトルト３の外周面に一体的に付設されており、レトルト３は、これらの部分で受けころ７によって支承されている。
【００１８】
加熱室４は、鉄板製の外殻１０と耐火性の断熱材１１で区画されており基台５の上に固定されている。また、加熱室４には、加熱用のバーナ１２と燃焼ガスの排気口１３とが設けられている。バーナ１２は熱効率を考慮して貫通するシェル３の下部に設置されている。加熱室４の内部で発生した燃焼ガスは、燃焼ガス排気口１３から図示しない煙突を介して外部へ排出される。
【００１９】
レトルト３の外周面と加熱室４とは僅かな間隙を設けて図示しないシール材でほぼ密閉され、バーナ１２による熱の放散を防止している。なお、加熱室４内の温度は図示しない自動制御装置によって設定温度となるように自動制御されている。
【００２０】
レトルト３は、図示しない駆動機構により受けころ９を駆動して回転駆動される。なお、レトルト３の軸線は、排出側が僅かに下がるように傾斜（勾配は１／１００〜３／１００）して設置されている。
【００２１】
レトルト３の供給部１は、供給部フード１９と被加熱物Ｍの供給ホッパー２０と、被加熱物Ｍをレトルト３内へ供給するスクリューコンベア２１とを有しており、架台２２上に固定されている。スクリューコンベア２１はわずかな隙間をもってレトルト３の供給口１８側からレトルト内へ臨んでおり、被加熱物を連続的に供給することができる。レトルト３と供給部フード１９とは僅かなクリアランスを設け、図示しないシール材でほぼ密閉されている。
【００２２】
レトルト３の加熱室４を横切る周壁部には、乾留によりレトルト３の内部で発生する乾留ガスを加熱室４内に排出する複数の排気筒８が軸心に指向するように周壁を貫通して取り付けられている。排出筒８の軸心側の先端は、レトルト３の排出口側に開口するように軸線に沿って屈曲している。
【００２３】
排出部２は、レトルト３内への外気の浸入を防止するための排出部フード２５を有しており、レトルト３と排出部フード２５とは、僅かなクリアランスを設けて図示しないシール材でほぼ密閉されている。排出部フード２５の下部には、レトルト３の排出口２６から排出された被加熱物Ｍを取出すシュート２７が設けられている。シュート２７の途中にはバルブ２８を設けて外気の浸入を防止している。
【００２４】
また、外部空気の供給管１６が排出部フード２５を貫通してレトルト３の内部に挿入されており、コンプレッサー（図示せず）などによって供給管１６の先端から矢印Ａのようにレトルト内へ空気を供給することができる。外部空気は炭化完了後できるだけ高温の炭化物に吹き付けることが効果的であり、供給管１６の先端は加熱室４の炉壁から僅かに内側に開口するようにレトルト内に臨んでいる。なお、供給管１６の先端近傍の外周部に複数の吹き出し孔を穿設して炭化物に空気を吹き付けるようにしてもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態の作動を説明する。ホッパー２０から投入された有機性廃棄物Ｍはスクリューコンベア２１によりレトルト３内に供給され、レトルト３の回転とその傾斜により攪拌されつつ排出口２６側へ移動する。有機性廃棄物Ｍはこの間にバーナ１２の燃焼炎により加熱されて乾燥され、引き続いて乾留される。この時、乾留ガスＧが発生してレトルト３内に充満するが、内圧により乾留ガスＧはレトルト３の周壁を貫通する排気筒８から加熱室４内に排出される。排出された乾留ガスＧは、一酸化炭素やメタンなどの可燃性ガスを含有しているのでバーナ１２の火炎によって着火し火炎Ｆを生じて燃焼する。このため、バーナ１２は加熱室４内の温度が所定の温度まで上昇した後は、燃料の供給を止めて空気のみを噴出して燃焼を継続してもよい。このように乾留ガスＧの燃焼を利用することで省エネルギを図ることができる。ここで、有機性廃棄物Ｍの加熱温度は６００〜９５０℃であることが望ましい。加熱温度が６００℃未満では乾留ガスＧを効率よく燃焼することができないので有機性廃棄物Ｍに十分な乾留を施すことができない。また、９５０℃を越えるとレトルトを劣化させるおそれがあるので好ましくない。
【００２６】
以上のようにして投入された有機性廃棄物Ｍは炭化物となるが、その表面にはレトルト３内に充満している乾留ガスＧのタール分や煤などが付着して炭化物の細孔を閉塞している。この炭化物がレトルト３の回転によって徐々に排出口２６側に移動して供給管１６の先端近傍に到達すると、供給管１６の先端からは外部空気が放出されているので炭化物表面に付着しているタール分や煤は酸化燃焼して除去される。つまり、外部空気供給管１６の近傍で炭化物は賦活されるわけである。
【００２７】
このように炭化物を効果的に賦活するためには、レトルト内の供給管１６近傍の酸素濃度が３〜１０％となるように外部空気を調整して供給することが望ましい。レトルト内の酸素濃度が３％未満では十分な賦活効果を得ることができない。また、１０％を越えると炭化物の酸化が進行して活性炭としての品質が低下するとともに、所望の収率を得ることができない。より好ましくは、３〜５％である。外部空気によって賦活された炭化物はレトルト３の回転によりレトルトの炉殻１０外へ突出した部分へ移動して放熱により冷却される。この時、炭化物はレトルト３の突出部内を移動する間に８０℃以下にまで冷却されることが望ましい。冷却温度は炭化物の性状によって異なるが、ペーパスラッジなどを原料とする粉末状の炭化物の場合には８０℃より高温で排出されると空気に触れて発火し、品質と収率の低下を招くことがあるので適当ではない。冷却された炭化物は、排出口２６からシュート２７を通って外部へ排出される。この時、バルブ２８を操作して外気がレトルト３内に侵入するのを防止する。
【００２８】
なお、レトルト３内の酸素濃度を適宜の測定器で連続測定して、シーケンサなどを介して外部空気の供給量を制御するようにしてもよい。
【００２９】
以下に、有機性廃棄物を原料として炭化物を生成した試験例１〜３により本発明の方法をより詳しく説明する。
【００３０】
（試験例１）
原料となる有機性廃棄物として含水率が８％のペーパスラッジを図１のロータリキルンに投入して炭化物を生成した。なお、ロータリキルンのレトルトは、内径が８６０ｍｍ、加熱可能な有効長さは７ｍ、傾斜角度は３％であった。
【００３１】
まず、１．５回／分で回転するレトルト内へ上記のペーパスラッジを８００ｋｇ／ｈの供給速度で供給した。加熱温度（加熱室内の温度）を８７０℃とし３０分間加熱処理し、８０℃以下に冷却して粒径が５〜１０ｍｍの炭化物粒体を得た。
【００３２】
以上の加熱処理条件で外部空気を供給しないで得られた炭化物粒体を試料１とし、４０ｍ3／ｈで外部空気を供給したて得られた炭化物粒体を試料２とした。なお、外部空気は通常のエアコンプレッサで圧力４９０ＫＰａで供給した。
【００３３】
次に、試料１および２について、それぞれの精錬度、揮発分、比表面積を以下の方法で測定した。
（１）精錬度：炭化物の炭化の進行程度を知るために、得られた炭化物の電気抵抗値を測定した。プラスティック容器に試料を充填し、（株）三陽電機製作所製  木炭精錬計（ＦＡ５６型）を用いて電気抵抗を測定した。
（２）揮発分：ＪＩＳＭ８８１２「石炭類及びコークス類の工業分析方法」に準拠した。各試料をふた付き磁性るつぼ内で９５０±２０℃×７分再加熱して、再加熱前後の重量差から求めた。
（３）比表面積：ベット法による比表面積をマイクロメリティクス社製ＡＳＡＰ２０００を用いて測定した。
【００３４】
得られた結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
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試料１は抵抗値が高く比表面積も５５ｍ2／ｇと低い値であった。しかし、乾留中にレトルト内へ外部空気を打込んだ試料２では、抵抗値は１０2〜3Ω／ｃｍと試料１に比べて大幅に低下しており、固定炭素量が増大して炭化物としての精錬度が上昇したことが分かる。また、細孔の比表面積は試料１に比べて約２倍の１００ｍ2／ｇとなり、活性炭として使用可能なレベルにまで増加した。
【００３６】
（試験例２）
原料となる有機性廃棄物として含水率が１０％の木片チップを図１のロータリキルンに投入して炭化物を生成した。なお、ロータリキルンのレトルトは、内径が３００ｍｍ、加熱可能な有効長さは２．４ｍ、傾斜角度は２％であった。
【００３７】
まず、２．２回／分で回転するレトルト内へ木片チップを１５ｋｇ／ｈの供給速度で供給した。加熱温度（加熱室内の温度）を８５０℃とし加熱時間と空気供給とを変化させて試料３〜試料６の４種類の炭化物粒体を得た。
【００３８】
外部空気を供給しないで６０分間加熱して得られたものを試料３、９０分間加熱して得られたものを試料４とした。また、２ｍ3／ｈで外部空気を供給しながら６０分間加熱して得られたものを試料５、同様にして９０分間加熱して得られたものを試料６とした。なお、外部空気はコンプレッサで圧力２９４ＫＰａで供給し、酸素濃度計（日本ガイシ（株）製  ＰＡ−２１０−Ａ）で測定しながらレトルト内の酸素濃度を３〜８体積％に保持した。得られた各試料について試験例１と同様の方法で比表面積を測定した。結果を表２に示す。
【００３９】
【表２】
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外部空気を供給しない場合には、レトルト内は完全な還元雰囲気となっているので酸素濃度は０％であった。この状態で６０分加熱処理した試料３の比表面積は４０ｍ2／ｇと低く、加熱時間を９０分に延した試料４でも６０ｍ2／ｇと加熱時間に比例して増加する程度であった。
【００４０】
しかし、乾留中にレトルト内へ外部空気を供給しレトルト内の酸素濃度を３〜１０％とした場合の比表面積は、加熱時間が６０分の試料５では５８０ｍ2／ｇとなり、また、加熱時間が９０分の試料６では７５０ｍ2／ｇとなって活性炭として極めて良好な値を得ることができた。
【００４１】
なお、供給する外部空気量を増加させて、レトルト内の酸素濃度を１０％を越えるようにすると、炭化物の表面に灰化が見られて活性炭としての品質が低下し、また、炭化物の収率も急激に低下するので好ましくないことが分った。
【００４２】
（試験例３）
原料となる有機性廃棄物として木片チップにプラスティックを４０重量％混合したペレット（φ６×１５ｍｍ）を試験例２と同様のロータリキルンに投入して炭化物を生成した。
【００４３】
まず、１．３回／分で回転するレトルト内へペレットを８ｋｇ／ｈの供給速度で供給した。加熱温度（加熱室内の温度）を８５０℃とし９０分間加熱して炭化物粒体を得た。
【００４４】
以上の加熱処理条件で外部空気を供給しないで得られた炭化物粒体を試料７とし、３．３ｍ3／ｈで外部空気を供給して得られた炭化物粒体を試料８とした。なお、外部空気はコンプレッサで圧力２９４ＫＰａで供給し、酸素濃度計（同上）で測定しながらレトルト内の酸素濃度を３〜５％に保持した。得られた各試料について試験例１と同様の方法で比表面積を測定した。結果を表３に示す。
【００４５】
【表３】
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外部空気を供給しない試料７ではタール臭と思われる異臭が確認された。また、空気の供給量は３．３ｍ3／ｈとしたがレトルト内での酸素濃度は測定位置により３〜５％と多少のバラツキがあった。しかし、得られた試料８では異臭は認められず、試料７に比べて約１０倍の２００ｍ2／ｇの比表面積を有する炭化物を得ることができた。
【００４６】
以上のように本発明の炭化物の製造方法によれば、被熱処理物を外熱式ロータリキルンに投入するだけで有機物の炭化とその賦活処理とを連続して同時に施すことができ、有機性廃棄物を原料として極めて簡便に付加価値の高い活性炭を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の炭化物の製造方法は、有機性廃棄物から付加価値の高い活性炭を安価に得る方法として極めて有効である。有機性廃棄物としてはペーパスラッジ、木片チップ等に限らず、廃プラスティック、野菜屑、大鋸屑、米ぬか、おからなどをも好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の方法を実施するのに好適なロータリキルンの概要構成を示す部分断面模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
３：レトルト  ４：加熱室  ８：排気筒  １６：空気供給管
Ｆ：火炎  Ｇ：乾留ガス  Ｍ：有機性廃棄物（被加熱物）
【図１】
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