(57)【要約】【課題】多孔質炭化物を安価に製造する。【解決手段】間接加熱方式の熱分解処理装置１で得た炭化物を回転炉７０内に供すると共に空気を吸引導入しながら攪拌と搬送とを行い、前記空気によって炭化物表面を酸化することにより炭化物を賦活処理して多孔質炭化物を得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を間接加熱することで得た蓄熱状態の炭化物を回転炉内に供すると共に空気を吸引導入しながら攪拌と搬送とを行い、前記空気によって炭化物の表面を酸化することにより炭化物を賦活処理して多孔質炭化物を得ること
を特徴とする多孔質炭化物の製造方法。
【請求項２】
前記回転炉内の温度は前記炭化物を得た加熱温度以下に制御すること
を特徴とする請求項１記載の多孔質炭化物の製造方法。
【請求項３】
前記空気は前記炭化物を得る加熱温度以下に加熱されたものであることを特徴とする請求項１または２記載の多孔質炭化物の製造方法。
【請求項４】
被処理物を間接加熱により熱分解処理して炭化物を得る熱分解処理装置と、蓄熱状態の前記炭化物の表面を酸化処理することにより賦活処理して多孔質炭化物得る賦活処理炉とを備え、前記賦活処理炉は、空気を吸引導入すると共に前記炭化物を攪拌及び搬送する回転炉を具備したこと
を特徴とする多孔質炭化物製造施設。
【請求項５】
前記空気は前記炭化物を得る加熱温度以下に加熱されたものであること
を特徴とする請求項４記載の多孔質炭化物製造施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の被処理物を乾燥、熱分解処理（炭化処理）する熱分解処理施設で得た炭化物を多孔質化処理する方法及びその施設に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、廃棄されていた各種の汚泥、有機性廃棄物、生産活動で発生した端材等の廃棄物は乾燥処理さらには熱分解処理などの加熱処理がなされ、これによって得られた炭化物は再利用に供することが行われている。これらの加熱処理の方法としては、通常、間接加熱方式が採用されている。
【０００３】
間接加熱処理方式は、例えば、図１に示した熱分解処理装置１における第一加熱炉１１や第二加熱炉１３のように、被処理物（原料）が導入される回転炉１１０，１３０に熱風ガスが流通する加熱ジャケット１１１，１３１を付帯させて、被処理物と加熱媒体（熱風ガス）との接触を断った状態で被処理物を加熱処理している。
【０００４】
間接加熱処理の利点は、被処理物を直接加熱処理しないで、熱分解によって水分の除去し乾燥物を得て、さらに加熱することで被処理物に含まれる揮発成分や有機成分を除去して炭化物を得ているので、被処理物の素材の特徴を活かすことができる。得られた乾燥物または炭化物は肥料資材、土壌改良資材、融雪資材、園芸用土壌資材として有効利用できる。
【０００５】
また、炭化物はより一層の多孔質なものとするために賦活処理に供される場合がある。賦活処理方法の一つとしてガスによる賦活法が知られている。ガス賦活法は一定温度のもとで被処理物に水蒸気、二酸化炭素、空気またはこれらの混合物を接触させて被処理物を賦活処理するものである。その具体例として以下の特許文献に開示されたものがある。
【０００６】
特許文献１（特開２００２−６８７２３）に開示された活性木炭製造方法は、同一の炉で炭化処理と賦活処理を行っている。炭化工程では炉内温度を約４００〜５５０℃の温度範囲を所定時間維持し、賦活工程では約６００〜１２００℃の温度範囲までに上昇させ、この温度範囲を所定時間維持させている。このとき、賦活工程では、被処理物を加熱しながら、賦活ガスを炉内に供給している。賦活ガスとしては、二酸化炭素を含む燃焼排ガス、空気及び水若しくは水蒸気が供される。
【０００７】
特許文献２（特開２００１−２８８２３８）に開示された賦活方法はフェノール樹脂硬化物を賦活処理するもので、フェノール樹脂を空気または酸素の雰囲気で酸化処理し、その後、４００〜９００℃の窒素やヘリウム等の不活性ガス雰囲気で焼成する工程を経て、約８００〜１０００℃の水蒸気を賦活ガスとするガス雰囲気で賦活処理を行っている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−６８７２３（段落番号（００１０）〜（００１５）及び図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−２８８２３８（段落番号（０００９）〜（００１２））
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガス賦活処理法は、炭化物を得る温度以上の雰囲気で賦活処理しているので、固定炭素成分が焼損する場合がある。また、高温で熱処理しているので、エネルギーコストが高いものとなり、得られた多孔質炭化物は高価な多孔質体となる。したがって、従来の賦活処理法は、廃棄物の有効利用を図ること及びエネルギーコストの観点から、好ましい手段ではない。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、安価に多孔質炭化物の製造が可能な多孔質炭化物の製造方法とその施設の提供にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の多孔質炭化物の製造方法は、被処理物を間接加熱することで得た蓄熱状態の炭化物を回転炉内に供すると共に空気を吸引導入しながら攪拌と搬送とを行い、前記空気によって炭化物の表面を酸化することにより炭化物を賦活処理して多孔質炭化物を得ることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の多孔質炭化物製造施設は、被処理物を間接加熱により熱分解処理して炭化物を得る熱分解処理装置と、蓄熱状態の前記炭化物の表面を酸化処理することにより賦活処理して多孔質炭化物得る賦活処理炉とを備え、前記賦活処理炉は、空気を吸引導入すると共に前記炭化物を攪拌及び搬送する回転炉を具備したことを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記回転炉内の温度は、前記炭化物を得るための加熱温度以下に制御するとよい。このとき、導入する空気は加熱されたものであるとよい。特に、前記炭化物を得る加熱温度以下に加熱されたものであるとなおよい。
【００１５】
本発明の多孔質炭化物の製造方法及びその施設は、熱分解処理して得た炭化物を保温（蓄熱）した状態で空気と共に回転炉内に導入し搬送及び攪拌を行っている。回転炉内においては、炭化物は相当の温度（例えば炭化物を得る熱分解処理温度以下の温度）を保持し不安定な状態となっていると共に回転炉による攪拌と吸引導入された空気流とによって空気との接触効率が高まった状態となっているので、炭化物表面に存在する非固定炭素成分が直ちに燃焼除去される。このように、本発明によれば、炭化物を得る加熱温度以下の雰囲気で、しかも炭化物中の固定炭素成分を焼損させることなく、炭化物をより一層多孔質化させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態例の一つである熱分解処理施設の概略図である。
【００１８】
図示された熱分解処理装置１は、各種廃棄物等の原料を熱分解処理して炭化物を得るための装置で、第一加熱炉１１と第二加熱炉１３と熱風炉１５を備える。
【００１９】
第一加熱炉１は、原料を一定の滞留時間のもとで間接加熱して乾燥処理する装置であって、回転キルン方式を採用している。すなわち、第一加熱炉１１は、原料が導入される回転炉１１０に、回転炉１１０の外周に熱風ガスを流通させて回転炉１１０を外部から加熱する外部加熱手段（加熱ジャケット１１１）を付帯させている。尚、熱風ガスは、後述の熱風炉１５から導入している。
【００２０】
回転炉１１０は、円筒状を成し、複数の支持ローラ（図示省略）によって支承され、回転手段（図示省略）によって回転する。このとき、回転炉１１０内部には導入した原料を攪拌搬送する送り羽根が複数枚設けられる場合がある。また、本実施形態では、回転炉１１０は、その一端側に原料を搬入するためのダクト１０を設けている共に、他端側には回転炉１１０内の原料を次工程（第二加熱炉１３）に移送させる後述のダクト１２を設けている。ダクト１０にはホッパー設備等の原料投入手段が適宜設けられる。
【００２１】
第二加熱炉１３は、第一加熱炉１１にて乾燥処理した原料を一定の滞留時間のもとで間接加熱して熱分解処理することにより炭化物を得る装置であり、回転キルン方式を採用し、第一加熱炉１１と同様の構成をなす。すなわち、乾燥処理した原料を導入し攪拌搬送する回転炉１３０に加熱ジャケット１３１を付帯させている。尚、第二加熱炉１３における回転炉１３０には、炭化物を次工程（賦活処理炉７）に移送するためのダクト１４が接続されている。
【００２２】
第一加熱炉１１と第二加熱炉１３は、図示されたように、第二加熱炉１３の供給口が第一加熱炉１１の排出口と連絡するように配置される。このとき、第一加熱炉１１の排出口と第二加熱炉１３の供給口には、これら排出口と供給口を覆って連通するダクト１２が設けられる。ダクト１２には、第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３内で発生したガス（水蒸気及び熱分解ガス）をガス燃焼炉２に移送するための配管が接続されている。
【００２３】
熱風炉１５は、熱風ガスを供給する装置であり、熱風ガスを発生させるための燃焼バーナーを備えている。熱風ガスは、ブロア１６によって第二熱加熱炉１３の加熱ジャケット１３１に供され、回転炉１３０を加熱した後に、第一加熱炉１１の加熱ジャケット１１１内に供給され、回転炉１１０を加熱する。このとき、熱風ガスには温度調整用の空気が適宜注入され、そのガス温度が調整される。加熱ジャケット１１１から排出された熱風ガスは排気される。また、一部のガスはブロア１７によってガス燃焼炉２におけるエゼクタ駆動ガスとしての利用または加熱ジャケット１１１，１３１若しくは後述の賦活処理炉７に供する熱風ガスとしての再利用に供される。
【００２４】
ガス燃焼炉２は、熱分解処理装置１から供給された水蒸気及び熱分解ガスを一定の雰囲気及び滞留時間のもとで（例えば、８００℃以上の雰囲気、より具体的には、例えば約８５０℃の雰囲気で２秒以上の滞留時間）燃焼し、無害化処理する。また、ガス燃焼炉２は、賦活処理炉７からの排ガスも燃焼処理する。この排ガスは排気ブロア５によって吸引導入している。このとき、いずれの被処理ガスにも、系外から燃焼補助のために空気が適宜導入される。
【００２５】
ガス燃焼炉２は、被処理ガスが供給されるガス燃焼室を備え、これには燃焼バーナーが具備されている。燃焼バーナーによる燃焼は燃料の供給量を調節することによって適宜制御される。
【００２６】
ガス燃焼炉２にて燃焼処理したガスは、空気を冷却媒体とする気体−気体熱交換方式の熱交換器３によって２００〜１５０℃程度までに冷却処理される。このとき、被冷却ガスには少なくとも硫黄成分を含んでいない新鮮な空気が適宜供給され、ガス温度が適切に調整される。冷却されたガスは、バグフィルタ４内に導入されて除塵処理される。処理ガスは煙突６から大気中に開放される。尚、熱交換器３にて加熱された空気は、熱風炉１５での熱風ガスの生成や加熱ジャケット１１１，１３１または賦活処理炉７に供する熱風ガスとしての利用に供するとよい。
【００２７】
賦活処理炉７は、熱分解処理装置１で得た炭化物を一定の雰囲気で燃焼して賦活処理する装置で、前記炭化物と空気が導入される回転炉７０を備える。ここでは、少なくとも第二加熱炉１３内の加熱温度以下の雰囲気で燃焼する。回転炉７０は筒状の鋼材から構成され、その筒状の鋼材の内壁部にはキャスタブル材からなる耐火耐熱層７０１が設けられている。回転炉７０は、複数の回転ローラ７１で支持され、モータＭを備えた回転手段７２によって回転する。また、回転炉７０内には、炉内温度を監視する図示省略した温度センサーが設けられる。
【００２８】
回転炉７０の両端には、原料を導入するためのジャケット７３と、賦活処理物を排出するためのジャケット７７とが、それぞれシール部材７３０，７７０を介して設けられる。シール部材７３０，７７０は、回転炉７０が回転自在となるように、回転炉７０とジャケット７３，７７とを気密に接続する。
【００２９】
ジャケット７３には、原料を導入するための搬送手段７４（例えばスクリューコンベア等）と、賦活ガスとして新鮮空気を導入するための空気導入口７５とが具備される。新鮮空気は排気ブロア５によって吸引導入している。新鮮空気は少なくとも塩素及び硫黄を含んでいない空気をいう。尚、図示省略されているが、ジャケット７３には回転炉７０内で賦活処理する時以外に原料を適宜燃焼処理するための燃焼バーナーが設けられる。
【００３０】
ジャケット７７は、内壁部に耐火耐熱キャスタブル材からなる図示省略した耐火・耐熱層を設けている。また、ジャケット７７内の底部付近には火格子（ロストル）が適宜設けられ、さらにジャケット７７の上部位側には回転炉７０内のガスを排気するための配管が接続されている。尚、図１中の円内に示したように、ジャケット７７の賦活炭化物排出側には、賦活炭化物を系外排出する際に空気が混入しないように、バルブ７７１、バファータンク７７及びバルブ７７２が順次接続される。
【００３１】
次に、本実施形態の熱分解処理施設の動作例について説明する。
【００３２】
第一加熱炉１１に導入された原料は、例えば滞留時間３０分のもと約３５０℃で加熱されて乾燥処理される。次いで、第二加熱炉１３においては、例えば滞留時間３０分のもと約６００℃で加熱されて熱分解処理される。第二加熱炉１３で生成した炭化物はダクト１４を介して搬送手段７４に供される。一方、第一加熱炉１１及び第二加熱炉１３で発生した水蒸気及び熱分解ガスはガス燃焼炉２に供される。
【００３３】
搬送手段７４は導入した炭化物を４００〜４５０℃の蓄熱状態で賦活処理炉７に供給する。賦活処理炉７の回転炉７０には、新鮮空気が排気ブロア５による吸引によって空気導入口７６から導入されている。回転炉７０内に導入された炭化物は回転炉７０の回転によって攪拌されながら搬送される。このとき、熱風炉１５や加熱ジャケット１１から排出された熱風ガスまたは熱交換器３で加熱された空気が空気導入口７７から適宜導入され、回転炉７０内の温度が一定に調節される。例えば、回転炉７０内の雰囲気が第二加熱炉１３にて炭化物を得る際の温度以下、より具体的には生成炭化物自体の温度以下（例えば約３００℃）となるように、空気の導入量が調整される。回転炉７０内に導入された炭化物は、相当の温度を保持し不安定な状態となっていると共に、回転炉７０による攪拌と吸引導入された空気流とによって空気若しくは加熱空気との接触効率が高まった状態となっている。このようにして空気と接触した炭化物はその表面が酸化されて賦活処理される。賦活処理された炭化物は排出ジャケット７７から回収される。この際、排出ジャケット７７の出口側から空気が回転炉７０内に混入しないように、バルブ７７１，７７２が開閉動作して賦活処理炭化物は一時的にバッファータンク７７内に貯留される。一方、回転炉７０内のガスはガス燃焼炉２に供されて燃焼処理される。
【００３４】
表１は本発明で得た炭化物の吸着性能を開示したものである。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
比較例１は、木材チップ（縦５〜１５ｍｍ：横１０〜２０ｍｍ：高５〜１０ｍｍ）を第一加熱炉１１と同形式のロータリーキルンにて滞留時間３０分のもと３５０℃で加熱して乾燥処理した後に第二加熱炉１３と同形式のロータリーキルンにて滞留時間３０分のもと６００℃で加熱処理して得た炭化物である。
【００３７】
実施例１は、前記木材チップを第一加熱炉１１と同型式のロータリーキルンにて滞留時間３０分のもと３５０℃で加熱して乾燥処理した後に第二加熱炉１３と同型式のロータリーキルンにて滞留時間３０分のもと６００℃で加熱処理して炭化物を得て、さらにこれを保温（蓄熱）した状態で賦活処理炉７と同形式のロータリーキルンに供して滞留時間３０分のもと加熱して賦活処理した炭化物である。
【００３８】
そして、比較例１及び実施例１で得た炭化物を２５０μｍ以下に粉砕して得た試料の吸着性を試験した。試験はＪＩＳＫ１４７４に基づいた。ここでは、メチレンブルー２５ｍｌに前記試料２．０ｇ，２．５ｇ，３．０ｇ添加した場合の吸着性能の平均を調べ、比較例１と実施例１の吸着性能を比較した。
【００３９】
比較例２は、比較例１と同じ条件で得た炭化物である。また、実施例２は、実施例１と同じ条件で得た炭化物である。
【００４０】
そして、実施例２及び比較例２で得た炭化物を２５０μｍ以下に粉砕して得た試料の吸着性を試験した。試験はＪＩＳＫ１４７４に基づいた。ここでは、メチレンブルー２５ｍｌに前記試料２．０ｇ，３．０ｇ，４．０ｇ添加した場合の吸着性能の平均を調べ、比較例２と実施例２の吸着性能を比較した。
【００４１】
表１は、比較例と実施例の吸着性能を対比しやすいように、両者の平均吸着性能を比で表した。表に示された結果から明らかに本発明の製造方法によれば炭化物の吸着性能が２〜３倍向上することがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の多孔質炭化物の製造方法及びその施設によれば、熱分解処理して得た炭化物を保温（蓄熱）した状態で空気と共に回転炉内に導入し搬送及び攪拌しているので、固定炭素を焼損させることなくしかも炭化物を生成させる熱分解処理温度以下の雰囲気で、炭化物をさらに賦活処理することができる。したがって、従来のガス賦活処理法と比べ、賦活処理に費やされるエネルギーコストを大幅に低減させることができる。ゆえに、従来廃棄されていた各種廃棄物を原料とした多孔質炭化物をより一層安価に製造できる。これにより、炭化物の利用用途が拡大し循環社会に大いに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例を示した概略図。
【符号の説明】
１…熱分解処理装置、１０，１２，１４…ダクト、１１…第一加熱炉、１３…第二加熱炉、１１０，１３０…回転炉、１１１，１３１…加熱ジャケット、２…ガス燃焼炉、３…熱交換器、４…バグフィルタ、５…排気ブロア、６…煙突
７…賦活処理炉、７０…回転炉、７１…回転ローラ、７２…回転手段、７３，７６…ジャケット、７３０，７７０…シール部材、７４…搬送手段、７５…空気導入口、７７…バッファータンク、７７１，７７２…バルブ
【図１】
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