(57)【要約】【課題】  下水汚泥に竹炭粉を混連することにより熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上と従来よりも高い熱量を得、この高い熱量を長期に亘り維持することができ、さらに、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下と極めて少なくすること。【解決手段】  下水汚泥に竹炭粉を混連して固形化したものであって熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下であるバイオマス固形燃料とした。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥に竹炭粉を混連して固形化したものであって熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下であるバイオマス固形燃料。
【請求項２】
下水汚泥７０〜９５ｗｔ％に、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を５〜３０ｗｔ％混連して水分１０ｗｔ％以下に固形化するようにしたバイオマス固形燃料の製造方法
【請求項３】
前記下水汚泥と竹炭粉との混連時に、前記自燃乾留式炭化法によって得られるタール分１５〜２５ｗｔ％含み、かつｐＨ２・５未満の竹酢液を噴霧して混合するようにした請求項２に記載のバイオマス固形燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、下水汚泥に自燃乾留式炭化還元法により炭化させた竹炭粉を混連することにより、従来の固形燃料よりも高い熱量が得られ、燃焼後の灰分を減少させることのできるバイオマス固形燃料及びその製造方法に関するものである。
【発明の背景】
【０００２】  下水・し尿汚泥は、一般に下水・汚泥処理施設に集積し固液分離して、水は浄化処理して川などに戻し、脱水後の汚泥は乾燥・焼却処理されている。そして、一部下水・汚泥を乾燥させたものを主原料としたものを固形燃料化する試みもなされている。しかしながら、このような固形燃料は熱量が３，０００Ｋｃａｌ程度以下でカロリーが低すぎると共に、燃焼後の灰分が多く廃棄処分に問題が生じ、さらに下水・汚泥独特の異臭が発生する。したがって、低熱量と異臭の問題を解決できる方法が模索されている。一方、竹は３年で成長する生育旺盛な植物で、竹林を伐採しないまま放置するとどんどん広がりやがて荒廃して竹公害となるのが社会問題となっている。
【０００３】  本発明で下水汚泥に混連する竹炭粉は、自燃乾留式炭化還元法により得られる竹炭を使用する。この自燃乾留式炭化還元法とは、最初熱風を原料に吹付け、温められた原料が自分で発熱をはじめ、水分が膨張して炭素以外をガスとして放出し、この発熱が他の原料に加速的に伝播して炭化が進むもので、空気量は調整設定温度を維持するための極わずかな空気を自動コントロールして乾留管を介して蒸し焼き状態にする炭化方法であり、一般の土窯で炭化する方法と異なり極めて高精度な炭化方法である。このような炭化方法は本願出願人が開示した特許文献１〜３の炭化装置に示されている。
【０００４】  即ち、熱風入り口より送り込まれた熱風は、炉中板に設けられた数個の穴を通り、炭化原料の下部を加熱し、これにより炭化原料は徐々に熱分解をはじめる。この時、発生する炭化ガスは、外部乾留管の下部に設けられた乾留穴を通り、内部乾留管を経て炭化ガス燃焼炉（竹酢液は液回収装置を経て炭化ガス燃焼炉）で完全に燃焼されて大気へ放出される。熱風送り込み後５〜１０分で自己熱分解がはじまる。安定した自己熱分解の確認がとれたら熱風の送り込みを止め、熱風入り口を閉じて自動運転に切り替える。以後は設定された炭化温度に従い炭化温度センサーが自動コントロールバルブを調整し、炭化原料が自己熱分解を維持するのに必要とする約５％以下の空気量を自動的にコントロールする。
【０００５】  炭化中に発生するガスは、常に外部乾留管下部の乾留穴より外部へ放出されるため、炭化ガスが炭化原料に接触して炉内で結露することがない（炉内で炭化ガスが炭化原料に接触すると未炭化部分は温度が低いため、炭化ガスはその部分で結露する）。また、炭化ガスが乾留管を通過するとき、乾留管を熱媒体として炭化原料に予備熱を与えるため、より効果的に炭化を行うことができる。
【０００６】  したがって、通常他の炭化装置では、紙、藁、もみ殻等の小片は空気供給量が多いため発火して全て灰になってしまう。ところが、自燃乾留式炭化還元法ではきちんと炭素成分を残すことができ、本願出願人の提案した特許文献４の図１に示す如く、灰にならず字も読めるほどの紙炭化物ＣＰができる。この点で他の土窯等の炭化装置とは著しく異なる高精度な炭化方法である。
【従来技術】
【０００７】  従来、例えば先行特許文献５には、「好気性菌群と嫌気性菌群とによりなる有効微生物群をオカラに混入し、一次発酵させることにより牛糞用の発酵補助床と豚糞用の発酵補助床と鶏糞用の発酵補助床とを作り、これらの各発酵補助床に好アルカリ性のバチルス属タテヤマ剣と、好アルカリ性のバチルス属タテヤマ薬師と、好塩性のバチルス属タテヤマ浄土と、嫌気性菌のアトポスティペス属タテヤマ女汝と、嫌気性かつ好塩性のクロストリディウム属タテヤマ竜王とよりなる有効微生物群をそれぞれ混入し各発行補助床材により牛糞と豚糞と鶏糞とを格別に発行させて牛糞一次炭床と豚糞一次炭床と鶏糞一次炭床とを作り、該牛糞一次炭床と該豚糞一次炭床と該鶏糞一次炭床と発酵卵殻カルシウム粉末と炭の粉末とを混合し、二次発酵させる固形燃料」が請求項１に記載され、前記炭の粉末が「竹炭の粉末」であることが請求項２記載されている。
【０００８】  しかしながら、この特許文献５においては、本発明のように下水汚泥に自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、平均粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を混合させて、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料が得られ、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上という高い熱量を長期に亘り維持することができる点が示唆されていない。
【０００９】  また、特許文献６には、「燃焼空気用の通口の一群が形成された燃料体と、燃料体の表面に配置されるテルミット様発熱材からなる着火剤層と、着火剤層の表面の一部に設けられる点火部とを備えており、燃料体が無臭性炭素材を原料とする炭粒を加圧成形して、炭粒間に隙間を有する多孔質に形成されていることを待徴とする固形燃料」が請求項１に記載され、前記炭粒が「竹炭」も含んでいる旨が請求項２に記載されている。
【００１０】  しかしながら、この特許文献６においても同様に、本発明のように下水汚泥に自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、平均粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を混合させて、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料が得られ、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上という高い熱量を長期に亘り維持することができる点が示唆されていない。
【００１１】  また、特許文献７及び８には、「木材チップの廃油再生含有廃棄物燃料の製造方法と、木材チップに化合・混合とする糸屑、米糖、落ち葉、ゴム、プラスティック粉砕等の可燃廃棄物を水ノリ及び澱粉を廃油８０℃±１０に混ぜ、型枠製造の中にいれ、冷却、乾燥の後蒸し焼きにした燃料を製造する」旨が請求項１に記載され、前記燃料に「竹酢液を染み込ませ消毒、殺菌、防虫、防腐、脱臭効果が得られる」旨が請求項３に記載されている。
【００１２】  しかしながら、この特許文献７及び８においては、本発明の自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、粒径１ｍｍ以下の竹炭粒子の極めて微細な多孔質体内にｐＨ２・５未満の竹酢液を均一に担持できるこれらの相乗効果により、従来よりも一段と優れた防臭、抗菌効果を発揮するできる点が示唆されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】  特許第４０１７５５６号公報
【特許文献２】  特開２００４−３２４９６１号公報
【特許文献３】  特開２００４−３２３６２８号公報
【特許文献４】  特開２０１１−２７３６６１号公報
【特許文献５】  特開２００９−２２１３５５号公報
【特許文献６】  ＷＯ特開２００５−１００５１４号公報
【特許文献７】  特開２０１１−０７９７２７号公報
【特許文献８】  特開２０１１−１１６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  下水汚泥に自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、平均粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を混合させて、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上であって、この高い熱量を長期に亘り維持するようにする。また、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下と極めて少なくすることができる。さらに、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、粒径１ｍｍ以下の竹炭粒子の極めて微細な多孔質体内にｐＨ２・５未満の竹酢液を均一に担持できるこれらの相乗効果により、従来よりも一段と優れた防臭、抗菌効果を発揮できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】  請求項１の発明は、下水汚泥に竹炭粉を混連して固形化したものであって熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下であるバイオマス固形燃料を提供するものである。【００１６】  この発明においては、下水汚泥に竹炭粉を混連することにより熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上と従来よりも高い熱量が得られ、この高い熱量を長期に亘り維持することができる。さらに、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下と極めて少なくすることができる。【００１７】  請求項２の発明は、下水汚泥７０〜９５ｗｔ％に、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を５〜３０ｗｔ％混連して水分１０ｗｔ％以下に固形化するようにしたバイオマス固形燃料の製造方法を提供するものである。【００１８】  この発明においては、下水汚泥７０〜９５ｗｔ％に、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、平均粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を５〜３０ｗｔ％混合するので、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料が得られる。下水汚泥が７０ｗｔ％未満、竹炭粉の混合割合が３０ｗｔ％を超えると、下水汚泥の処理量が少なくなり、また竹炭粉の混合割合が無駄に多くなり過ぎる。下水汚泥が９５ｗｔ％を超え、竹炭粉を５ｗｔ％未満であると、竹炭粉の混合割合が少なくなり上記の熱量４．０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料が得られない。また、精錬度３を超えると、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料とならず、従来よりも高い熱量が得られないと共に、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以上と増加する。竹炭粉の平均粒径が１ｍｍを超えると下水汚泥に広く均一に分散できないため上記効果が低減する。【００１９】  請求項３の発明は、前記下水汚泥と竹炭粉との混連時に、前記自燃乾留式炭化法によって得られるタール分１５〜２５ｗｔ％含み、かつｐＨ２・５未満の竹酢液を噴霧して混合するようにした請求項２に記載のバイオマス固形燃料の製造方法を提供するものである。【００２０】この発明においては、前記竹酢液に含まれるタール分はバイオマス固形燃料のバインダ（小麦粉）の粘性付与剤として有効でバイオマス固形燃料の型崩れを防止することができる。また、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を混合することと、その混合時にｐＨ２・５未満の竹酢液を噴霧して混合することとにより、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって竹炭粒子の均一で極めて微細な多孔質内にｐＨ２・５未満の強酸性の竹酢液が均一に侵入して担持する相乗効果により従来よりも一段と優れた防臭、抗菌効果を発揮することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】  本発明を実施するための最良の実施形態について説明する。先ず、上記自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度２（固定炭素７５％以上）の竹炭を、高速回転混連機（株式会社ケイハン製）にて粒径１ｍｍ以下に粉砕する。そして、下水汚泥７０〜９５ｗｔ％に、粉砕した竹炭粉を５〜３０ｗｔ％とバインダーとして小麦粉２〜８ｗｔ％以下とを加えて上記高速回転混連機（株式会社ケイハン製）にて混連して固形燃料を得る。さらに、本発明で使用する自燃乾留式炭化装置の下部に木のチップを１０ｃｍ程度敷き、その上部に間隔をあけて設けた容器に上記固形燃料を入れ、最初６００℃で加熱する。その後ある程度水分が飛んだら約１５０℃に調整して加熱して水分１０ｗｔ％以下に乾燥処理してバイオマス固形燃料を得た。
【００２２】  この実施例において、下水汚泥７０〜９５ｗｔ％の範囲に、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、平均粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を５〜３０ｗｔ％の範囲で混合することが有効であることが解った。下水汚泥が７０ｗｔ％未満、竹炭粉の混合割合が３０ｗｔ％を超えると、下水汚泥の処理量が少なくなり、また竹炭粉の混合割合が無駄に多くなり過ぎる。下水汚泥が９５ｗｔ％を超え、竹炭粉を５ｗｔ％未満であると、竹炭粉の混合割合が少なくなり上記の熱量４．０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料が得られない。また、精錬度３を超えると、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料とならず、従来よりも高い熱量が得られないと共に、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以上と増加する。竹炭粉の平均粒径が１ｍを超えると下水汚泥に広く均一に分散できないため上記効果が低減する。
【００２３】  また、前記下水汚泥と竹炭粉との上記高速回転混連機（株式会社ケイハン製）にて混連する際、前記自燃乾留式炭化法によって得られるタール分１５〜２５ｗｔ％含みｐＨ２・５未満の竹酢液をバインダー投入後、最初はシャワー状に、最後はミスト状に０．５〜５ｗｔ％噴霧して、上記混連時の蒸気に含まれる匂いを中和しながら充分に混連して押し出し成形によりバイオマス固形燃料を得た。前記竹酢液に含まれるタール分はバイオマス固形燃料のバインダー（小麦粉）の粘性付与剤として有効でバイオマス固形燃料の型崩れを防止することができる。前記自燃乾留式炭化法によって得られるタール分が１５ｗｔ％未満であると、バイオマス固形燃料のバインダー（小麦粉）の粘性付与剤として充分でなくバイオマス固形燃料の型崩れを防止することができない。タール分が２５ｗｔ％を超え、ｐＨ２・５が大きく上回ると竹酢液の防臭、抗菌効果を充分に発揮することができない。
【００２４】  この固形燃料の熱量をＪＩＳ−Ｍ８８１４（無水ベース）にて測定した結果、４，５００Ｋｃａｌ以上であり、灰分は６００℃で２日間加熱灰化すると固形分全体の２８．８体積％であった。
【発明の効果】
【００２５】  本発明においては、下水汚泥に竹炭粉を混連することにより熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上と従来よりも高い熱量が得られ、この高い熱量を長期に亘り維持することができる。さらに、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下と少なくすることができる。
【００２６】  また、本発明においては、下水汚泥７０〜９５ｗｔ％に、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、平均粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を混合するので、熱量が４，０００Ｋｃａｌ以上、燃焼後の灰分が固形分全体の３０体積％以下のバイオマス固形燃料が得られる。
【００２７】  さらに、前記竹酢液に含まれるタール分はバイオマス固形燃料のバインダー（小麦粉）の粘性付与剤として有効でバイオマス固形燃料の型崩れを防止することができる。また、自燃乾留式炭化法によって得られる精錬度３以下であって、粒径１ｍｍ以下の竹炭粉を混合することと、その混合時にｐＨ２・５未満の竹酢液を噴霧して混合することとにより、自燃乾留式炭化法によって得られる竹炭粒子の極めて微細な多孔質内にｐＨ２・５未満の竹酢液が均一に担持する相乗効果により従来よりも一段と優れた防臭、抗菌効果を発揮することができる。