(57)【要約】【課題】水蒸気を用いて加水分解処理を行う装置を提供する。【解決手段】投入された被分解物５を水蒸気３５ｂにより加水分解する圧力容器１０であって、被分解物５を攪拌する攪拌機２０と、加水分解用蒸気の蒸気供給口１５ａと、排気口１５ｄと、乾燥空気の空気供給口１５ｃとを含む圧力容器１０と、排気口１５ｄから圧力容器内を強制排気する排気ファン５３と、空気供給口１５ｃから乾燥空気４５を供給する給気ファン４２とを有する加水分解装置１を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力容器に被分解物を投入し、前記圧力容器に加水分解用の水蒸気を注入して前記圧力容器内で攪拌しながら前記被分解物を加水分解することと、
前記圧力容器を減圧した後に、排気ファンにより強制排気することと、
前記排気ファンで強制排気しながら前記圧力容器に乾燥空気を供給して前記圧力容器内を乾燥することとを有する加水分解方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧力容器内を乾燥することは、前記圧力容器内を負圧にすることを含む、加水分解方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記圧力容器は、前記圧力容器の外周面を加熱する加熱装置を含み、
前記圧力容器内を乾燥することは、前記加熱装置により前記圧力容器の外周面を加熱することを含む、加水分解方法。
【請求項４】
投入された被分解物を水蒸気により加水分解する圧力容器であって、前記被分解物を攪拌する攪拌機と、加水分解用蒸気の蒸気供給口と、排気口と、乾燥空気の空気供給口とを含む圧力容器と、
前記排気口から前記圧力容器内を強制排気する排気ファンと、
前記空気供給口から乾燥空気を供給する給気ファンとを有する加水分解装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記圧力容器は、水平方向に延びたシリンドリカルな本体と、
前記本体から鉛直方向に延びた排気塔とを含み、
前記排気口は、前記排気塔の、前記本体の上面から少なくとも前記本体の内径に対応する高さに設けられている、加水分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気を用いて被分解物を加水分解する方法およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、感染性有機廃棄物から加水分解滅菌性変性産物を製造する方法が記載されている。この方法は、(a)加熱し加圧することができる反応器に感染性有機廃棄物を導入し、反応混合物を形成させ；(b)前記反応混合物が変性スラリーに熱的に加水分解され変性されるのに十分な期間、反応器中、ある温度および圧力にて前記反応混合物を飽和蒸気に曝露し；(c)あるいは(1)嫌気的に変性スラリーを分解するか、または(2)変性スラリーを分子量、密度およびサイズに基づき少なくとも二つの加水分解滅菌性変性産物に分画する工程を含む。得られた加水分解滅菌性産物は、安全かつ貴重な栄養特性を有しており、広範な商業、農業および工業の製品または過程に用いることができる。
【０００３】
特許文献２には、病原菌、ウィルス、細菌、雑菌等を含む有機廃棄物の乾燥処理時間を短縮し有機廃棄物を効率的に炭化処理し、有機廃棄物の処理能力の向上を達成するために、有機廃棄物が投入された容器内に飽和水蒸気を供給する水蒸気供給部と、容器内に装備され、有機廃棄物を攪拌する攪拌部と、容器内に加熱された空気を供給する空気供給部と、を備えた有機廃棄物処理装置を提供することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５０４３８２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１５７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
有機系廃棄物を圧力容器内において飽和蒸気で加熱処理することにより、有機系廃棄物が滅菌され、同時に熱分解により微細化されるが、処理完了物がスラリーであるとハンドリングが容易ではなく、処理完了物は固形、特に、粉末に近い流動性のある状態で取り出せることが望ましい。スラリー状の加水分解物を単に加熱乾燥しようとすると、処理完了物を取り出すまでの処理時間が長く作業効率が悪いだけではなく、処理完了物にペーストあるいは汚泥状態のものが混在したり、固化したものも粒度が不安定で処理完了物または処理生成物としての品質が安定しないことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、以下のステップを有する加水分解方法である。
１．圧力容器に被分解物を投入し、圧力容器に加水分解用の水蒸気を注入して圧力容器内で攪拌しながら被分解物を加水分解すること。
２．圧力容器を減圧した後に、排気ファンにより強制排気すること。
３．排気ファンで強制排気しながら圧力容器に乾燥空気を供給して圧力容器内を乾燥すること。
【０００７】
この加水分解方法においては、圧力容器内で加水分解をした後に、排気ファンにより圧力容器内を強制排気するとともに、さらに、排気ファンで強制排気しながら乾燥空気を圧力容器に供給して圧力容器内の加水分解物を乾燥する。まず、排気ファンで強制排気しながら乾燥空気を圧力容器に供給することにより圧力容器内の換気を促進でき、加水分解物の乾燥時間を短縮できる。それとともに、加水分解物を急激に乾燥することにより、ペースト化することを抑制でき、また、加水分解物の細粉化を促進できるので、品質が安定した粉末状で取り扱いの容易な処理完了物を提供できる。
【０００８】
圧力容器内を乾燥すること（上記の工程３）は、圧力容器内を負圧にすることを含むことが望ましい。加水分解物からの脱水を促進でき、乾燥時間を短縮できるとともに、細粉化も促進できる。
【０００９】
圧力容器が圧力容器の外周面を加熱する加熱装置を含む場合は、圧力容器内を乾燥することは、加熱装置により圧力容器の外周面を加熱することを含んでもよい。
【００１０】
本発明の他の態様の１つは、投入された被分解物を水蒸気により加水分解する圧力容器であって、被分解物を攪拌する攪拌機と、加水分解用蒸気の蒸気供給口と、排気口と、乾燥空気の空気供給口とを含む圧力容器と、排気口から圧力容器内を強制排気する排気ファンと、乾燥空気の供給口から乾燥空気を供給する給気ファンとを有するシステムである。圧力容器は、水平方向に延びたシリンドリカルな本体と、本体から鉛直方向に延びた排気塔とを含み、排気口は、排気塔の、本体の上面から少なくとも本体の内径に対応する高さに設けられていることが望ましい。このシステムにおいては、加水分解後に、乾燥空気を圧力容器に強制的に注入することにより細粉化を促進している。したがって、十分な高さの排気塔を設け、細粉化された処理完了物と排気とを排気塔で分離することにより排気ファンの上流に設置されるフィルタなどの除塵装置の負荷を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】加水分解装置の概略構成を示す平面図。
【図２】加水分解装置の概略構成を示す側面図。
【図３】圧力容器の内部の構成を示すために本体を一部欠いて示す図。
【図４】加水分解処理の過程を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に、加水分解装置の概要を平面図により示し、図２に、側面図により示している。また、図３に、加水分解装置の圧力容器の内部構造をシリンドリカルな本体の断面を用いて示している。
【００１３】
加水分解装置１は、台板２の上に搭載された圧力容器１０を含む。圧力容器１０は、水平方向に長いシリンドリカルな本体１１と、本体１１の上に鉛直方向に延びた排気塔１２と、処理対象物（被分解物）５を投入するように本体１１から鉛直方向に延びた処理物投入口１３と、本体１１の一方の端の下側に設けられた処理完了物（処理生成物）６の取り出し口１４とを含む。本体１１は、外周壁１５の少なくとも一部が二重構造のジャケット１６となっており、ジャケット１６は、蒸気を内部に供給することにより外周壁１５を介して本体１１の内部１７を加熱する加熱装置として機能する。
【００１４】
圧力容器１０は、本体１１の内部１７に投入された被分解物５を攪拌する攪拌装置（攪拌機）２０を含む。攪拌装置２０は、水平方向に延びたシャフト２１と、シャフト２１により垂直方向に旋回する複数の攪拌パドル２２とを含み、シャフト２１は本体１１の両側のシール２４を介して本体１１の外側に延び、本体１１の外側に設置されているベアリング２５により支持されている。加水分解装置１は、さらに、シャフト２１を回転駆動する駆動機構２７を含む。駆動機構２７は、モータ、ギア、プーリーなどの公知の回転駆動機構により構成できる。
【００１５】
加水分解装置１は、さらに、圧力容器１０に水蒸気を供給するスチーム供給ステーション３０と、圧力容器１０に乾燥温風を供給する温風供給ステーション４０と、圧力容器１０の内部から排気する排気ステーション５０とを含む。スチーム供給ステーション３０は、加水分解装置１内または隣接して設置された、あるいは外部に設置されたボイラー３９から供給された水蒸気を受け入れるスチームヘッダー３１と、水蒸気を所定の圧力に減圧する減圧ステーション３２とを含む。供給元の蒸気３５ａの条件の一例は１．５〜３Ｍｐａの飽和蒸気であり、さらに具体的には約１．６〜２．８Ｍｐａ（１６〜２８ｋｇ／ｃｍ２、温度２００〜２３０℃）の飽和蒸気であることが望ましく、約２〜２．５Ｍｐａ（約２０〜２５ｋｇ／ｃｍ２、温度２１０〜２２５℃）であってもよい。
【００１６】
ヘッダー３１に供給された蒸気３５ａは減圧されずに、圧力容器１０の本体１１に設けられた供給口（蒸気供給口）１５ａから本体１１の内部へ供給され、加水分解用の蒸気３５ｂとして用いられる。圧力容器１０の内圧を制御したり、供給元の蒸気３５ａの圧力変動があり得る場合は、減圧ステーション（減圧弁）を用いて加水分解用の蒸気３５ｂの圧力制御を行ってもよい。また、ヘッダー３１に供給された蒸気３５ａは、減圧弁３２ａにより１Ｍｐａ以下に減圧されて、本体１１の周囲のジャケット１６に連通した供給口１５ｂからジャケット１６へ加熱用蒸気３５ｃとして供給され、本体１１を外周壁１５から加熱する。さらに、ヘッダー３１に供給された蒸気３５ａは、減圧弁３２ｂにより１Ｍｐａ以下に減圧されて、温風供給ステーション４０に加熱用蒸気３５ｄとして供給される。減圧弁３２ｂにより１Ｍｐａ以下に減圧された蒸気３５ｄは、後述する除塵装置および脱臭装置にも供給される。
【００１７】
温風供給ステーション４０は、加熱用蒸気３５ｄにより空気を加熱する熱交換器４１と、加熱された空気を圧力容器１０の本体１１に設けられた供給口（空気供給口）１５ｃから本体１１の内部へ圧送する給気ファン（ブロワ）４２とを含む。この温風供給ステーション４０においては、熱交換器４１が大気を加熱用蒸気３５ｄにより１００〜１５０℃に加熱し、乾燥空気４５として圧力容器１０に供給する。
【００１８】
排気ステーション５０は、圧力容器１０の本体１１から上方に延びた排気塔１２に設けられた排気口１５ｄから圧力容器１０の内部の空気（排気空気）５５を吸引して排気する。排気ステーション５０は、排気空気５５に含まれる粉体を除去する除塵装置５１と、排気空気５５に含まれる水蒸気あるいは他のガス成分を室温あるは外気温で結露しない程度まで除去するコンデンサー（凝縮器）５２と、除塵装置５１およびコンデンサー５２を介して圧力容器１０内の空気を強制排気する排気ファン５３と、脱臭装置５４とを含む。
【００１９】
圧力容器１０に設けられた排気塔１２は、本体１１から上方に突き出ており、排気塔１２の上部に設けられた排気口１５ｄから圧力容器１０の内部の空気が排気される。したがって、本体１１の内部で処理完了物６が細粉化されても、排気塔１２の内部で重力により処理完了物６と排気空気５５とが分離され、排気塔１２が一次フィルタとしての機能を果たす。分離効率を確保するためには、本体１１の内径以上の高さに排気口１５ｄを設けることが望ましい。圧力容器１０の一例としては、本体１１の内径が１２５０ｍｍ、外径が１４００ｍｍであり、本体１１の中心から排気口１５ｄまでの距離（高さ）が２０００ｍｍであり、排気塔１２の全高は本体１１の中心から２４００ｍｍであるが、サイズはこれらに限定されない。
【００２０】
図４に、加水分解装置（加水分解システム）１を用いて被分解物５を処理する一連の工程を示している。ステップ７１において、処理物投入口１３のドア（クラッチドア）を開け、ステップ７２において、ジャケット１６に加熱用蒸気３５ｃを供給して圧力容器１０の予備加熱を開始する。加熱用蒸気３５ｃは１Ｍｐａ以下の飽和水蒸気であり、例えば、０．９ＭＰａ（約１７５℃）の飽和蒸気であり、これにより圧力容器１０の外周面（外周壁）１５を１６０℃程度まで加熱する。
【００２１】
ステップ７３において、被分解物５を投入する。被分解物５の一例は有機廃棄物であり、例えば、医療廃棄物（ガーゼ、脱脂綿、包帯、シーツ、おむつ、ＭＤ（メディカル）ボックス等）、畜産廃棄物（敷料、糞尿等）、農業廃棄物（ビニールハウス用フィルム、マルチ栽培用マルチフィルム、牧草用ラップフィルム、）、食品廃棄物（食品加工残渣、生ごみ等）、産業廃棄物（各種紙製品、各種プラスチック製品、木材片、間伐材等）等、が挙げられる。適当な量の被分解物５が投入されると、ステップ７４で処理物投入口１３のドアを閉め、ステップ７５において加水分解蒸気３５ｂを圧力容器１０の本体１１に注入し、ステップ７６において攪拌装置２０を回転させて滅菌加水分解処理を行う。加水分解蒸気３５ｂの一例は、２〜２．５Ｍｐａの飽和水蒸気であり、温度は２１０〜２２５℃程度で、この加水分解蒸気３５ｂを本体１１に注入しながら被処理物（被分解物）５を攪拌することにより本体１１の内部を２００〜２２０℃に保つことができ、約６０分間、その条件を保持する。具体的には、６０分のうち、最初の１０分は攪拌状態で１２０℃程度まで上昇し、その後２０分で２００℃程度まで上昇し、さらに２０分後に２２０℃程度に到達することが実験により確認されている。
【００２２】
被分解物５の一例である有機廃棄物として医療系廃棄物を用いた場合、医療系廃棄物は感染性廃棄物とも称され、使用済みのガーゼ、脱脂綿、包帯、シーツ、おむつ等であり、病原菌、ウィルス、細菌、雑菌等が付着している可能性が高いものである。環境省の廃棄物処理法に基づく感染性灰異物処理マニュアルによれば、高圧蒸気滅菌の場合、１２１℃以上の湿源に２０分以上作用させることが求められている。このシステムにおいては、被分解物５は、２００℃あるいはそれ以上の温度の飽和蒸気に、４０分程度あるいはそれ以上の時間晒されるので、滅菌性能は高く、ほぼ完全に滅菌された処理物を提供できる。さらに、亜臨界の水蒸気で加水分解処理することにより、ほとんどの廃棄物、特に有機物は細かくなる。
【００２３】
一方、被分解物５に金属、陶器、ガラス、合成ゴムが含まれていると、それらの素材は加水分解処理では細かくならず、処理完了物６に含まれる細粉化された有機物から簡単に取り除くことができる。例えば、医療系廃棄物に、注射針等の金属製の医療器具が混入されている場合、このような医療器具が分解されず、そのまま残ることになる。そのため、残った金属製の医療器具を、他の有機物の処理完了物６から簡単に分別して除去できる。また、例えば、パーソナルコンピュータや携帯電話等のように、部品に貴金属や、レアメタルを使用しているものを分解処理する場合には、貴金属やレアメタルがそのまま残った状態で、プラスチックや合成樹脂等の有機物は細粉化される。したがって、加水分解処理をすることにより、貴金属やレアメタルを効率的に回収することが可能となる。
【００２４】
ステップ７６において、所定の時間、加水分解処理を行った後、ステップ７７で、加水分解蒸気３５ｂを止め、ステップ７８において、排気塔１２の排出口（排気口）１５ｄから排気ステーション５０を介して排気（圧力抜き、減圧）を行う。ステップ７８において、圧力容器１０の内部が所定の圧力、例えば、０．５Ｍｐａ以下まで低下すると、ステップ７９において、排気ファン５３を駆動し、圧力容器１０内部の減圧・排気を促進する。すなわち、排気ファン５３により圧力容器１０内を強制排気する。実験において、減圧・排気に要する時間は３０分程度であった。
【００２５】
その後、ステップ８０において、温風供給ステーション４０を稼働し、排気ファン５３で圧力容器１０内を強制排気しながら、圧力容器１０に乾燥空気４５を供給し、強制的に圧力容器１０の内部および加水分解物７を乾燥する。加水分解物７は攪拌装置２０により攪拌された状態で強制的に乾燥される。圧力容器１０内で被分解物５を加水分解するとスラリー状の加水分解物７が圧力容器１０の内部に生成される。排気ファン５３を、減圧中の早い段階で稼働し、さらに、排気ファン５３を稼働させながら乾燥した高温の空気、例えば、１００〜１５０℃の乾燥空気４５を圧力容器１０に供給することにより、圧力容器１０の内部に大量の乾燥空気４５を強制的に注入することができ、短期間で圧力容器１０の内部を乾燥空気４５で換気できる。このため、加水分解物７を乾燥するために要する時間を短縮でき、実験では、３０分で排気を終了し、４０分程度でスラリー状の加水分解物７を乾燥した粉末または粒状の処理完了物６を得ることができた。
【００２６】
また、排気ファン５３で圧力容器１０内を排気しながら、乾燥空気４５を給気ファン４２で圧力容器１０に注入することにより、スラリー状の加水分解物７を、攪拌装置２０で攪拌させながら、大量の乾燥空気４５と急速に接触させることができる。このため、スラリー状の加水分解物７がペースト状になったり、汚泥になったり、流動しにくい塊になったりすることを防止でき、流動しやすい大きさの粉末または粒状に細粉化できる。
【００２７】
特に、排気ファン（誘引ファン）５３の排気能力を給気ファン４２の給気能力より大きくし、高圧排気ファン５３を採用することにより圧力容器１０の内部を若干負圧、例えば大気圧に対して−１〜−２０ｋＰａにしながら、加熱された乾燥空気４５を圧力容器１０に供給することにより、加水分解物７から強制的に湿分を抜くことができ、さらに、乾燥時間を短縮でき、細粉化を促進できる。例えば、排気ファン５３の稼働条件における風量は、給気ファン４２の風量の２〜４倍であることが望ましい。本例においては、例えば、排気ファン５３の風量は９０ｍ３／分であり、給気ファン４２の風量は３０ｍ３／分である。排気ファン５３および／または給気ファン４２の風量を圧力容器１０の内圧が上記の負圧になるように、自動にまたは手動で制御するようにしてもよい。本例の加水分解システム１は、給気ファン４２の給気条件（風量・圧力など）と排気ファン５３の排気条件（風量・圧力など）とを協調制御して圧力容器１０の内圧を負圧に保持するシステムを含む。乾燥時間の短縮と、細粉化の促進とからはできるだけ温風の給気量が多いことが望ましい。そのためには排気量を増やす必要があり、協調制御システムは、圧力容器１０からキャリーオーバーされる塵や水分が除塵装置５１およびコンデンサー５２の能力の範囲内となるようにフィードバック制御またはプログラム制御を行う。
【００２８】
ステップ８１において加水分解物７を十分に乾燥でき、細粉化された処理完了物６が生成されると、ステップ８２で取り出し口１４を開けて、ステップ８３で処理完了物６を圧力容器１０から取り出す。ステップ８４において、処理完了物６に含まれる異物、例えば、注射針等の金属製の医療器具を取り除き、ステップ８５にいて処理完了物６を、蒸気発生用のボイラー３９の燃料サイロ（不図示）に移送する。処理完了物６は、被分解物５の種類にも依存するが、平均的に６０００ｋｃａｌ／ｋｇ程度の発熱量を持つ。このため、ボイラー３９の燃料として使うことができる。ステップ８６で蒸気発生用のボイラー３９で燃焼させることにより、被分解物５である医療廃棄物などを燃料としてリサイクルし、廃棄物処理に要する費用を削減できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  加水分解装置、  １０  圧力容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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