(57)【要約】【課題】触媒を用いて有機物を炭化させる際に、大量の有機物を連続的に効率よく処理することができる炭化装置を提供する。【解決手段】乾燥有機物を貯留する乾燥有機物タンク２１と、炭化触媒を貯留する炭化触媒タンク２２と、内壁面に攪拌羽根４８が配置され、外側に加熱装置４４及び回転装置４６が設けられたロータリーキルン２４と、ロータリーキルン２４の入口へ、有機物タンク２１から乾燥有機物を導入する乾燥有機物導入管２６と、ロータリーキルン２４の入口へ、炭化触媒タンク２２から炭化触媒を導入する炭化触媒導入管３０とを具備し、攪拌羽根４８は、ロータリーキルン２４の入口から導入された乾燥有機物と炭化触媒とを出口へ送るように、ロータリーキルンの長手方向に対して傾斜して配置されている。【選択図】図１
2015151501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥有機物を貯留する乾燥有機物タンクと、
炭化触媒を貯留する炭化触媒タンクと、
内壁面に攪拌羽根が配置され、外側に加熱装置及び回転装置が設けられたロータリーキルンと、
該ロータリーキルンの入口へ、前記有機物タンクから乾燥有機物を導入する乾燥有機物導入管と、
前記ロータリーキルンの入口へ、前記炭化触媒タンクから炭化触媒を導入する炭化触媒導入管とを具備し、
前記攪拌羽根は、前記ロータリーキルンの入口から導入された乾燥有機物と炭化触媒とを出口へ送るように、ロータリーキルンの長手方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする炭化装置。
【請求項２】
前記ロータリーキルンの出口に設けられ、ロータリーキルンからの排出物を粒径で分別する粒径分別機と、
粒径分別機で分別された大径の排出物を前記炭化触媒タンクへ戻す戻し管とを具備することを特徴とする請求項１記載の炭化装置。
【請求項３】
前記戻し管には、前記炭化触媒タンクへ戻す大径の排出物に活性化液を噴霧又は浸漬させて炭化触媒として再活性化させる再活性化装置が設けられていることを特徴とする請求項２記載の炭化装置。
【請求項４】
前記攪拌羽根は、ロータリーキルンの内壁面から内方に向けて突出した形状であり、その突出方向先端部が折り曲げられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項記載の炭化装置。
【請求項５】
前記ロータリーキルンの内部を貫通して配置され、ロータリーキルンと共に回転すると共に第２の加熱装置によって加熱される内部加熱羽根を具備することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項記載の炭化装置。
【請求項６】
前記内部加熱羽根は、内側が空洞であり、
前記第２の加熱装置はバーナーであり、該バーナーが内部加熱羽根の空洞部分に炎を放射することで内部加熱羽根が加熱されることを特徴とする請求項５記載の炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒を用いて有機物を炭化させる炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品工場などから排出される食品残渣などの、水分を含んだ有機物をどのように処理するかについては従来から様々な提案がなされてきた。
例えば特許文献１には、生おからを乾燥させて飼料や肥料にするための乾燥装置が開示されている。
【０００３】
なお、食品残渣は上記のように飼料や肥料などに再利用できるが、例えば牧場などで大量に排出される牛糞など、食品ではない水分を含んだ有機物を効率よく処理する方法が求められていた。
また、水分を含んだ有機物だけでなく、使用済みの割りばしや弁当容器のプラスチック等、通常の可燃ごみなどで処理させるものも効率よく処理したいという要望もあった。
【０００４】
そこで特許文献２では、有機物を効率よく炭化させるための触媒が開示されている。
特許文献２に記載された触媒によれば、有機物と触媒とを混合させて比較的低温で加熱することで短時間で有機物を炭化できる。触媒を用いて炭化された炭化物は、活性炭、燃料、土壌改良剤など幅広く利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５００５７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４３３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に開示された触媒を用いると効率よく有機物を炭化できることが判明したが、これを用いて工業的に大量の有機物を効率よく処理する場合にどのようにすべきかが課題となっていた。
【０００７】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、触媒を用いて有機物を炭化させる際に、工業的に大量の有機物を効率よく処理することができる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】
【０００８】
本発明にかかる炭化装置によれば、乾燥有機物を貯留する乾燥有機物タンクと、炭化触媒を貯留する炭化触媒タンクと、内壁面に攪拌羽根が配置され、外側に加熱装置及び回転装置が設けられたロータリーキルンと、該ロータリーキルンの入口へ、前記有機物タンクから乾燥有機物を導入する乾燥有機物導入管と、前記ロータリーキルンの入口へ、前記炭化触媒タンクから炭化触媒を導入する炭化触媒導入管とを具備し、前記攪拌羽根は、前記ロータリーキルンの入口から導入された乾燥有機物と炭化触媒とを出口へ送るように、ロータリーキルンの長手方向に対して傾斜して配置されていることを特徴としている。
この構成を採用することによって、ロータリーキルン内で乾燥有機物が炭化触媒と共に加熱されて攪拌されることで、炭化触媒と接触した有機物は効率よく炭化される。また、ロータリーキルンを用いて炭化を行うことにより、炭化作業を連続して行うことができる。
【０００９】
また、前記ロータリーキルンの出口に設けられ、ロータリーキルンからの排出物を粒径で分別する粒径分別機と、粒径分別機で分別された大径の排出物を前記炭化触媒タンクへ戻す戻し管とを具備することを特徴としてもよい。
この構成によれば、排出物として大径のものは、炭化した有機分又は炭化触媒のいずれかであるが、炭化した有機物の場合さらに細かくするために炭化触媒タンクへ戻し、また炭化触媒である場合には再利用するために炭化触媒タンクへ戻すことができる。
【００１０】
また、前記戻し管には、前記炭化触媒タンクへ戻す大径の排出物に活性化液を噴霧又は浸漬させて炭化触媒として再活性化させる再活性化装置が設けられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、活性化液によって再利用される炭化触媒の炭化能力を上げることができる。
【００１１】
また、前記攪拌羽根は、ロータリーキルンの内壁面から内方に向けて突出した形状であり、その先端部が折り曲げられていることを特徴としてもよい。
この構成によれば、ロータリーキルンの内部で攪拌羽根に乗った乾燥有機物と炭化触媒の混合物が攪拌羽根からすぐに落下しないようにすることができる。
【００１２】
また、前記ロータリーキルンの内部を貫通して配置され、ロータリーキルンと共に回転すると共に第２の加熱装置によって加熱される内部加熱羽根を具備することを特徴としてもよい。
この構成によれば、内部加熱羽根に接触する乾燥有機物と炭化触媒の混合物が攪拌と共に加熱されるので、炭化をより効率よく行うことができる。
【００１３】
また、前記内部加熱羽根は、内側が空洞であり、前記第２の加熱装置はバーナーであり、該バーナーが内部加熱羽根の空洞部分に炎を放射することで内部加熱羽根が加熱されることを特徴としてもよい。
この構成によれば、簡易な構成にて乾燥有機物と炭化触媒を効率よく加熱できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大量の有機物を連続的に効率よく処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかる炭化装置の全体構成を示す説明図である。
【図２】ロータリーキルンの平面図である。
【図３】ロータリーキルンを長手方向正面からみた断面図である。
【図４】ロータリーキルンの内部構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、炭化装置の全体構成を示す平面図である。また、図２は、炭化装置を構成するロータリーキルンの側面図であり、図３はロータリーキルンを入り口側からみたときの断面図である。
【００１７】
炭化装置２０は、乾燥有機物を炭化させる装置であって、乾燥有機物を貯留する乾燥有機物タンク２１と、炭化触媒を貯留する炭化触媒タンク２２と、ロータリーキルン２４とを備えている。
本実施形態では、乾燥有機物として牧場などで排出される牛糞を想定している。ただし、乾燥有機物としては特定のものに限定するものではない。
【００１８】
また、乾燥有機物を効率よく炭化させるための炭化触媒は、従来の技術でも説明したものであり（特開２０１１−１４３３９６）、濃硫酸又は発煙硫酸中に粒状活性炭、炭素粉末、備長炭などの炭を入れて１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理してなるものである。
なお、濃硫酸又は発煙硫酸中に、表層部を分子内脱水した木片を入れ、１６０〜２００℃の温度でスルホン化処理してなるものであってもよい。
このような炭化触媒と有機物を混ぜて１００〜１２０℃程度の低温で加熱するだけで、短時間で有機物が炭化される。
【００１９】
乾燥有機物タンク２１の上部には、図示しない乾燥装置と連通する導入管２５が接続されている。導入管２５を通して乾燥された牛糞（乾燥有機物）が乾燥有機物タンク２１に送られてくる。なお、本発明の炭化装置２０としては、導入管２５が無くても良い。
乾燥有機物タンク２１の下部とロータリーキルン２４の入口２８との間には、乾燥有機物導入管２６が連結されている。
乾燥有機物タンク２１の下部とロータリーキルン２４の入口２８とでは、乾燥有機物タンク２１の下部の方が上方に位置させ、自然落下により乾燥有機物をロータリーキルン２４の入口２８に供給すればよい。
【００２０】
また、炭化触媒タンク２２の下部と、乾燥有機物導入管２６との間は炭化触媒導入管３０が接続されている。乾燥有機物導入管２６の中途部には連結部３１が設けられており、炭化触媒導入管３０の先端部が連結部３１に連結される。
ただし、炭化触媒導入管３０は、乾燥有機物導入管２６の中途部に連結されるのではなく、ロータリーキルン２４の入口２８に直接連結されていてもよい。この場合には、ロータリーキルン２４の入口２８には、乾燥有機物導入管２６と炭化触媒導入管３０の双方が接続される。
【００２１】
ロータリーキルン２４は、筒状の回転する窯であり、内部に炭化対象物である乾燥有機物と炭化触媒とを導入して、これらを攪拌しつつ加熱する。
ロータリーキルン２４の詳細な構成については後述する。
【００２２】
ロータリーキルン２４の出口３２の下方には、ロータリーキルン２４から排出された排出物を粒径で分別する粒径分別機３４が設けられている。
粒径分別機３４は所定の大きさをもつ網目部３６を有しており、この網目部３６にロータリーキルン２４の出口３２から出た排出物が落下するように配置される。網目部３６は、駆動装置３７によって水平方向に振動するように駆動させることで、排出物を分別することができる。
【００２３】
粒径分別機３４の網目部３６の下方には、網目部３６を通り抜けた排出物を製品タンク３８に移動させるための製品移動管３９が設けられている。製品移動管３９内には、スクリューコンベアやチェーンコンベアのような搬送手段を設け、製品としての排出物（炭化物）を良好に移動できるようにするとよい。
【００２４】
また、粒径分別機３４の網目部３６の上部と、炭化触媒タンク２２との間には戻し管４０が連結されている。
戻し管４０は、網目部３６を通り抜けることができなかった大径の排出物を炭化触媒タンク２２に戻すための管であり、スクリューコンベアやチェーンコンベアのような搬送手段を内部に設けている。
大径の排出物は、乾燥有機物の炭化物又は炭化触媒そのものである可能性があるため、再度ロータリーキルン２４内で細かくするかまたは、炭化触媒を再利用するため、炭化触媒タンク２２へ戻すようにしている。
【００２５】
戻し管４０の中途部には、炭化触媒タンク２２へ戻す排出物を触媒として再活性化させるための再活性化装置４２が設けられている。
再活性化装置４２では、戻し管４０内の炭化物に酸性液を噴霧するか、又は戻し管４０内の炭化物を酸性液に浸漬するように設けられている。酸性液としては、硫酸などを用いる。
【００２６】
また、本実施形態では、大径の排出物として、乾燥有機物の炭化物又は炭化触媒を区別せずに戻し管４０によって炭化触媒タンク２２へ戻すようにしているが、乾燥有機物の炭化物と炭化触媒を区別して戻すように、乾燥有機物の炭化物用の戻し管と、炭化触媒用の戻し管の２本の戻し管を設けてもよい（図示せず）。
この場合には、炭化触媒用の戻し管は炭化触媒タンク２２に接続し、乾燥有機物の炭化物用の戻し管は乾燥有機物導入管２６又は炭化触媒導入管３０に接続するようにしてもよい。
【００２７】
次に、ロータリーキルンの構成について説明する。
ロータリーキルン２４は、ほぼ円筒形であり外側に配置される外壁２４ａと、外壁２４ａの内部に配置されて軸線方向正面から見て六角形状の内壁２４ｂとを有している。また、外壁２４ａには加熱装置４４と回転装置４６が設けられている。
【００２８】
加熱装置４４としては、ロータリーキルン２４の外壁２４ａに接触しないように設けられた電気ヒータなどを採用することができる。なお、加熱装置４４としては電気ヒータに限定するものではなく、化石燃料バーナー、加温した液体・気体、または蒸気等、他の方法によって加熱できるものであればよい。
加熱装置４４によって、ロータリーキルン２４の内部は１００℃〜１５０℃程度にまで加熱される。
【００２９】
回転装置４６は、ロータリーキルン２４の外壁面２４ａに接する複数の回転ローラによって構成されている。ただし、回転装置４６としては、回転ローラに限定するものではない。
【００３０】
本実施形態のロータリーキルン２４は、内部が内壁２４ｂによって正面視六角形状であるが、特に内壁２４ｂが六角形状に形成されていなくてもよい。
内壁２４ｂには、内方に向けて突出する複数の攪拌羽根４８が設けられている。攪拌羽根４８は、図２の一部に示すように、内壁２４ｂの各壁面に対して垂直に内方に突出するように設けられている。また、攪拌羽根４８の先端部（内方側端部）は、回転方向に向けて突出する落下防止壁４９が形成されている。落下防止壁４９は、攪拌羽根４８の本体表面に対して直角又は９０度以上の角度となるように形成されているとよい。図３では、落下防止壁４９は右側の一部の攪拌羽根４８に形成されているところのみ図示しているが、実際に落下防止壁４９設ける場合には、すべての攪拌羽根４８に設けることが好ましい。
【００３１】
また、ロータリーキルン２４の内部には、軸線方向を貫通して配置され、ロータリーキルン２４と共に回転し且つ第２の加熱装置（図示せず）によって加熱される内部加熱羽根５０が設けられている。
内部加熱羽根５０は、軸線方向正面から見て十字型の羽根となっており、中心に回転軸５２が設けられている。さらに詳細には、内部加熱羽根５０の十字型の羽根は、隣合う羽根と一体となった半円形の凹部５４が形成されている。
【００３２】
また、内部加熱羽根５０は、内部が空洞となっており、第２の加熱装置の一例としてのバーナーによって内部から加熱される。バーナーは、例えばロータリーキルン２４の出口３２に設けられ、位置方向に向けて炎を噴射できるように設けられているとよい。
このように、ロータリーキルン２４の内部では内部加熱羽根５０によって加熱され、外部では加熱装置４４によって加熱されるので、炭化触媒による炭化工程を確実に行うことができる。
【００３３】
内部加熱羽根５０は、中心部分を貫通する回転軸５２の端部がロータリーキルン２４の外壁２４ａまたは内壁２４ｂに連結しているので、回転装置４６によって回転するロータリーキルン２４に追従して回転する。
なお、内部加熱羽根５０には、回転装置４６とは別個のモータ等の回転装置を備えてもよい。
【００３４】
図３に示すように、ロータリーキルン２４が反時計回りに回転し、これに追従して内部加熱羽根５０も反時計回りに回転する。ロータリーキルン２４内に導入された乾燥有機物と炭化触媒とが攪拌羽根４８に乗り、所定の位置まで上昇して攪拌羽根４８が傾斜したところで攪拌羽根４８に乗った乾燥有機物と炭化触媒とが内部加熱羽根５０の凹部５４内に落下する。このまま回転していくと、内部加熱羽根５０の凹部５４が下向きになったところで、凹部５４内の乾燥有機物と炭化触媒とが攪拌羽根４８に落下する。
このように、乾燥有機物と炭化触媒とは加熱されつつ攪拌される。
【００３５】
なお、本実施形態のロータリーキルン２４は、軸線方向に３つの筒状部材６１，６１，６１を連結して設けている。このように、複数の筒状部材６１を連結する理由としては、軸線方向に長い筒状部材の強度を維持するためである。
図４に示すように、１つの筒状部材と隣接する筒状部材との間には仕切板６０が設けられている。仕切板６０の中央には、乾燥有機物と炭化触媒とを出口方向に移動させるための貫通穴６２が形成されている。なお、上述した内部加熱羽根５０については、各筒状部材６１ごとに配置され、１本の回転軸５２によって連結されている。
【００３６】
各筒状部材６１内の内壁２４ｂに取り付けられている複数の攪拌羽根４８は、六角形の平面部分それぞれにおいて、各平面部分の長手方向に沿って３つ取り付けられている。各平面部分に取り付けられた３つの攪拌羽根４８は、周方向に位置をずらして配置されている。ずらした位置としては、各平面部分において最も入口側の攪拌羽根４８ａが回転方向先端側で、長手方向中央の攪拌羽根４８ｂが平面部分の中で周方向中央、出口側の攪拌羽根４８ｃが回転方向の後端側である。このように、長手方向に対して攪拌羽根の枚数を複数枚とすることによって、攪拌羽根に内容物が堆積した場合の重量を分散させることができ、破損等の防止を図れる。
ただし、攪拌羽根の枚数は、上述した枚数に限定するものではない。
【００３７】
また、各攪拌羽根４８は、乾燥有機物と炭化触媒が出口方向に向かうように出口方向側の端部が傾斜している。このように構成することにより、出口方向側の端部から乾燥有機物と炭化触媒が落下しやすくなり、乾燥有機物と炭化触媒を出口方向に向かわせることができる。
このため、攪拌羽根４８を送りと攪拌の双方の機能を有することができる。
【００３８】
なお、各筒状部材６１内の攪拌羽根のうち、出口側の攪拌羽根４８ｃは、仕切板６０の中央の貫通穴６２に向けて出口方向側の端部が傾斜している。このように構成することにより、乾燥有機物と炭化触媒を貫通穴６２内に確実に導入させることができ、乾燥有機物と炭化触媒を出口方向に向かわせることができる。
【００３９】
なお、上述してきた実施形態では、ロータリーキルン２４はほぼ水平に配置しているが、出口３２側を下方に向くように傾斜させて配置してもよい。
【００４０】
なお、図示しない乾燥装置と、本実施形態の炭化装置を連動させることにより、有機物の乾燥から炭化までを一連で自動処理が可能となる。
【００４１】
（実施例）
乾燥有機物の重量に対して５％の炭化触媒を導入し、ロータリーキルンの内部温度を１２０〜１５０℃に設定すると、１時間の炭化工程で乾燥有機物を確実に炭化させることができた。
また工程時間の調整をすることで、生成した炭化物の純度も調整することができる。
【符号の説明】
【００４２】
２０   炭化装置
２１   乾燥有機物タンク
２２   炭化触媒タンク
２４   ロータリーキルン
２４ａ 外壁
２４ｂ 内壁
２５   導入管
２６   乾燥有機物導入管
２８   入口
３０   炭化触媒導入管
３１   連結部
３２   出口
３４   粒径分別機
３６   網目部
３７   駆動装置
３８   製品タンク
３９   製品移動管
４０   戻し管
４２   再活性化装置
４４   加熱装置
４６   回転装置
４８   攪拌羽根
４９   落下防止壁
５０   内部加熱羽根
５２   回転軸
５４   凹部
６０   仕切板
６１   筒状部材
６２   貫通穴
【図１】
2015151501.tif 000003
【図２】
2015151501.tif 000004
【図３】
2015151501.tif 000005
【図４】
2015151501.tif 000006