(57)【要約】【課題】バインダを用いずに十分な強度の炭化物Ｔを成型することによって運転コスト等を削減する。【解決手段】廃棄物Ｈを炭化することによって生成される炭化物Ｔの成型方法であって、上記炭化物Ｔは、揮発性物質が該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存された状態で成型される。【選択図】            図１
2005008663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物を炭化することによって生成される炭化物の成型方法であって、
前記炭化物は、揮発性物質が該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存された状態で成型されることを特徴とする炭化物成型方法。
【請求項２】
前記揮発性物質は、前記炭化物全量に対して２５重量％以上残存されることを特徴とする請求項１記載の炭化物成型方法。
【請求項３】
前記揮発性物質の残存量は、前記廃棄物を炭化する際の熱分解温度によって制御されることを特徴とする請求項１または２記載の炭化物成型方法。
【請求項４】
前記熱分解温度は、５００℃以下であることを特徴とする請求項３記載の炭化物成型方法。
【請求項５】
前記炭化物は、リングダイ式成型機によって成型されることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の炭化物成型方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化物成型方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、紙類、廃プラスチック等の都市ごみや、わら、木材チップ、廃パルプ等のバイオマス系の産業廃棄物や、下水処理等によって発生する汚泥等の廃棄物を燃料として燃焼処理し、この燃焼処理によって生成された炭化物を発電用ボイラの燃料やセメントの燃料として利用することが提案されている。
このような炭化物は、燃焼処理後においては形状のばらつきがあるために、その搬送性や運用性等を向上させるべく、例えばペレット状に成型される。
ところが、ただ単に炭化物をペレット状に成型したのでは、その成型体は強度が低く、例えば搬送途中において崩れてしまう可能性がある。
そこで、従来、炭化物をペレット状に成型する場合には、燃焼処理後の形状ばらつきがある炭化物を一端粉砕し、その粉砕された炭化物を重油等のバインダと共に混練した後に成型することによって、成型体の強度を向上させている。
【０００３】
【特許文献１】
国際公開第００／２４６７１号パンフレット
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、炭化物にバインダを混入させるためには、当然ながらバインダを別途購入する必要があり、運転コスト増加の原因となる。また、バインダを炭化物に混入させるためのバインダ供給ラインも別途設ける必要があり、装置の製造コストが増加してしまう。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、バインダを用いずに十分な強度の炭化物を成型することによって運転コスト等を削減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、第１の手段として、廃棄物を炭化することによって生成される炭化物の成型方法であって、上記炭化物は、揮発性物質が該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存された状態で成型されるという構成を採用する。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、上記揮発性物質は、上記炭化物全量に対して２５重量％以上残存されるという構成を採用する。
【０００８】
第３の手段として、上記第第１または第２の手段において、上記揮発性物質の残存量は、上記廃棄物を炭化する際の熱分解温度によって制御されるという構成を採用する。
【０００９】
第４の手段として、上記第３の手段として、上記熱分解温度は、５００℃以下であるという構成を採用する。
【００１０】
第５の手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、上記炭化物は、リングダイ式成型機によって成型されるという構成を採用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る炭化物成型方法の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る炭化物成型方法を採用する廃棄物処理システムのフロー図である。この廃棄物処理システムは、図示するように、炭化物製造装置１と、炭化物含有塩素分装置２と、炭化物乾燥装置３と、炭化物成型装置４と、炭化物燃焼装置５とから概略構成されている。
【００１２】
図２は、炭化物製造装置１のフロー図であり、実線矢印は固形物の流れ、点線矢印は気体の流れを表している。この炭化物製造装置１は、図２に示すように、外部から供給された廃棄物Ｈは、まず破砕機２０に投入されて破砕される。この場合、廃棄物Ｈは、後述する熱分解炉２２での熱交換率を向上させるために、例えば１５０ｍｍ以下に破砕される。そして、破砕された廃棄物Ｈは、乾燥機２１に投入されて効率よく乾燥（水分を除去）されてから熱分解炉２２に送られる。
なお、廃棄物Ｈとしては、紙類、廃プラスチック等の都市ごみや、わら、木材チップ、廃パルプ等のバイオマス系の産業廃棄物や、下水処理等によって発生する汚泥等が挙げられる。
【００１３】
通常、廃棄物Ｈには水分を約３０％〜６０％ほど含んでいると考えられ、水分による熱分解効率の低下を防止するためにも乾燥機２１により短時間で廃棄物Ｈから水分を除去することが好ましい。ただし、比較的水分含有量の少ない廃棄物Ｈを処理するのであれば、自然乾燥もしくはそのまま熱分解炉２２への投入が可能であり、炭化物製造装置１において破砕された廃棄物Ｈを乾燥機２１により乾燥させるか否かは任意である。
【００１４】
熱分解炉２２としては、例えば外熱式ロータリキルンが用いられる。この外熱式ロータリキルンは、回転可能に軸支された外筒と、外筒内に所定の隙間を隔てて設置された内筒とで構成され、内筒内を無酸素または酸素不足雰囲気に設定した状態で、上述の隙間内に燃焼ガスを供給することにより、内筒内に投入された廃棄物Ｈを間接加熱する。このとき、外筒及び内筒は、所定速度で回転しており、この回転によって内筒内の廃棄物Ｈは加熱されながら内筒内を転動するため、加熱ムラが生じるのを回避し、さらに転動による衝撃でより一層破砕される。
【００１５】
なお、熱分解炉２２としては、外熱式ロータリキルンに限定するものではなく、無酸素または酸素不足雰囲気において廃棄物Ｈを加熱できる各種のものが適用できる。例えば、筒状体の内側空間に複数のパイプを配置してこれに燃焼ガスを流すことにより筒状体内部を加熱するタイプなどいわゆる連続処理式タイプや、燃焼炉を用いて所定量の廃棄物づつ加熱するいわゆるバッチ式タイプのものであってもよい。
【００１６】
廃棄物Ｈは、無酸素または酸素不足雰囲気で加熱されることにより、可燃性の熱分解ガスＳと炭化物Ｔとに熱分解される。このような熱分解によって生成された炭化物Ｔには、いわゆる揮発性物質が含まれている。この揮発性物質とは、もともとは廃棄物Ｈに含まれた加熱によって揮発する物質のことであり、例えば、アルカンやアルケン等の炭化水素、有機酸（蟻酸や酢酸等）やアルデヒド類等のカルボニル化合物、フェノール等の芳香族を含む化合物、炭素，水素，酸素を含む有機物質やその高分子体、並びに上記炭素，水素，酸素に加え塩素，窒素，硫黄を含む有機物質やその高分子体等が挙げられる。
【００１７】
本発明の発明者は、この揮発性物質を炭化物Ｔに残存させることによって、揮発性物質が炭化物Ｔ中において、揮発性物質以外の物質（固形炭素等）に対してバインダ作用を与えることを見出した。そこで、本実施形態に係る廃棄物処理システムでは、熱分解炉２２における廃棄物Ｈの熱分解温度を制御することによって、廃棄物Ｈから揮発する揮発性物質量を制御し、炭化物Ｔに揮発性物質が当該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存させる。具体的には、炭化物Ｔに対して２５重量％以上残存させるように熱分解温度を制御することが好ましい。
【００１８】
図３は、実際に異なる量の揮発性物質を含有する炭化物Ｔを異なる圧力でペレット状に成型し、この成形体を２ｍの高さから鉄板に落下させ、その後篩にかけた際の篩下の炭化物Ｔの量を調べた結果を表したグラフである。この図において、グラフＡは揮発性物質を２６．８重量％含んだ炭化物Ｔに対応し、グラフＢは揮発性物質を２４．１重量％含んだ炭化物Ｔに対応し、グラフＣは揮発性物質を２２．１重量％含んだ炭化物Ｔに対応し、グラフＤは揮発性物質を８．２重量％含んだ炭化物Ｔに対応し、また、横軸は炭化物を成型する際の圧力（ｋｇｆ／ｃｍ２）を表し、縦軸は炭化物Ｔの成形体全量に対する篩下に落下した炭化物の量の割合（％）を示している。なお、本実験において、廃棄物Ｈとして都市ごみを用い、都市ごみから生成された炭化物Ｔを平均粒径１３μｍに粉砕し、その後水分含有率が２０重量％となるように調整し、この粉砕された炭化物Ｔをピストン型の圧縮成型機によって直径１０ｍｍ、長さ１０〜１５ｍｍのペレット状の成型体とした。また、篩は０．９５ｍｍの粗さのものを用いた。
【００１９】
この図３から分かるように、グラフＣ，Ｄは炭化物Ｔを成型する際の圧力を上げていった場合に、その圧力の増加に対し急激に篩下の炭化物Ｔ量が増大するのに対し、グラフＡ，Ｂは炭化物を成型する際の圧力を上げていった場合であっても篩下の炭化物Ｔ量は増大しない。また、グラフＡ，Ｂは、低い圧力（１０〜２０ｋｇｆ／ｃｍ２）であっても、おおよそグラフＣ，Ｄよりも篩下の炭化物Ｔ量が少ない（０〜２０％程度）。
したがって、炭化物Ｔ全量に対して２５重量％以上の揮発性物質を残存させることによって、どのような圧力で炭化物Ｔを成型した場合であっても、確実に強度の高い成型体を成型することができる。
【００２０】
また、炭化物Ｔに揮発性物質が当該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存させるような熱分解温度は、５００℃以下であることが好ましい。
図４は、熱分解温度を変化させた場合に、炭化物Ｔ全量に対する揮発性物質の含有率がどのように変化するかを表した分布図であり、横軸が熱分解温度（℃）、縦軸が炭化物Ｔ全量に対する揮発性物質の含有率（％）である。
この図から分かるように、熱分解温度が高くなるにつれて、揮発性物質の割合は、徐々に低下している。この図から、熱分解温度が５００℃以上の場合には、揮発性物質の割合が２５重量％以下となる場合が殆どであると予想される。したがって、図４から、上述のように熱分解温度は５００℃以下であることが好ましく、さらには４００℃程度であることがさらに好ましいことが分かる。
【００２１】
図２に戻り、熱分解炉２２から排出された炭化物Ｔは、選別装置２３に送られて不燃物が除去されてから貯留槽Ｗに送られて貯留される。選別装置２３は、廃棄物Ｈに混入しているアルミ缶や鉄缶，ガレキ，金属線などの不燃物を炭化物Ｔから取り除くものである。選別装置２３の構成としては、例えば所定の隙間を持つ選別部分の上に炭化物Ｔを供給し、熱分解によって炭化した炭化物Ｔを隙間から下方に落とす一方、アルミ缶等の不燃物を隙間上に貯留させる構成のものが採用される。さらに、選別装置２３においては、除去された不燃物を有価金属ごとに選別させることも可能である。ただし、廃棄物Ｈ中に不燃物がないことが明らかであれば選別装置２３は必ずしも必要ではない。
【００２２】
熱分解炉２２から排出された熱分解ガスＳは、ガス処理装置２４に送られる。ガス処理装置２４は、熱分解ガスＳ中に混入している微粉状の炭化物Ｔ１を除去するための集じん器（例えばサイクロンなど）を備えている。さらに、ガス処理装置２４として、熱分解ガスＳ及びその油成分を分離除去する機能などを付加することも可能である。なお、分離された油成分は、バーナ等の各種燃料として用いられる。
【００２３】
ガス処理装置２４は、廃棄物Ｈの質変動による下流装置の影響をやわらげるバッファ的な役割を持ち、熱分解ガスＳ中に混入している微粉状の炭化物Ｔを分離してから熱分解ガスＳを燃焼させるため、熱分解ガスＳの燃焼時に炭化物Ｔが影響を与えることを回避できる。また、ガス処理装置２４で取り出された炭化物Ｔ１は、実質的に炭化物Ｔと同じものであり、選別装置２３からの炭化物Ｔと合流させることにより熱分解炉２２で生成された炭化物Ｔを効率よく取り出すことができるようにしている。ただし、ガス処理装置２４の設置は任意であり、下流の燃焼装置２５が微粉状の炭化物Ｔ１の混入や廃棄物Ｈの質変動を許容できるものであれば、必ずしも必要ではない。
【００２４】
ガス処理装置２４で処理された熱分解ガスＳは、燃焼装置２５に送られて燃焼されて燃焼ガス（熱風）を発生する。燃焼装置２５は、熱分解ガスＳをバーナにより燃焼して燃焼ガスＧを発生させるものであり、この燃焼ガスＧは、熱分解炉２２に供給されて廃棄物Ｈを加熱するための熱源となる。なお、熱分解炉２２の熱源として必要な量以外の燃焼ガスＧは、余剰ガスＩとして熱分解炉２２には送られず、熱分解炉２２から排出された燃焼ガスＧと合流させる。この余剰ガスＩと合流された燃焼ガスＧは、乾燥機２１や炭化物乾燥装置３等の熱源として用いられる。これにより炭化物乾燥装置３等の装置の熱源が不要となり、システムのコストを低減できる。ただし、燃焼ガスＧを乾燥機２１や炭化物乾燥装置３等の熱源として用いずに、下流の塩素除去装置２６へ送るようにしてもよい。
【００２５】
また、熱分解ガスＳの有機系塩素は、燃焼後に塩化水素となって燃焼ガスＧに含まれるため、この燃焼ガスＧを熱分解炉２２に供給したのでは熱分解炉２２の腐食など劣化の原因となる。従って、燃焼装置２５の下流側に熱交換器を設置し、燃焼ガスＧと例えば空気とを熱交換器により熱交換し、加熱された空気を熱分解炉２２に供給してもよい。これにより熱分解炉２２は塩素分による影響を受けないようにすることができる。なお熱分解炉２２から排出された空気は大気に放出される。
【００２６】
ただし、燃焼ガスＧとの熱交換の対象として空気に限定するものではなく、例えばオイル等の流体を用いてもよい。この場合、熱交換器により加熱されたオイル等を熱分解炉２２へ供給し、また熱分解炉２２から排出されたオイル等は熱交換器へ送って再度燃焼ガスＧと熱交換して熱分解炉２２へ送られるといった流体の循環経路を形成してもよい。
【００２７】
熱分解炉２２から排出された燃焼ガスＧ及び余剰ガスＩは、塩素除去装置２６に送られる。燃焼ガスＧ及び余剰ガスＩ（以下、燃焼ガスＧ等という。）は、有機系塩素の８０〜９０％を含んでいるため、そのままでは大気に放出することができない。塩素除去装置２６は、消石灰投入装置２７や、サイクロンなどの集じん器２８、ガス冷塔（図示せず）などを備え、消石灰投入装置２７で燃焼ガスＧ等に消石灰を加えることにより塩素分を塩化カルシウムとし、これを下流の集じん器２８で捕集して燃焼ガスＧ等から塩素分を除去する。
【００２８】
ただし、塩素除去装置２６は、これに限定するものではなく、燃焼ガスＧ等から塩素分を除去できる各種の装置が適用される。なお、塩素除去装置２６により塩素分が除去された燃焼ガスＧ等は、排ガス規制等に適合するように脱硝装置２９などで処理されてから大気中に放出される。また、後述する炭化物乾燥装置３に備えるガス処理装置４４や炭化物燃焼装置５に備える排ガス処理装置５１が脱塩素機能を有している場合は、燃焼ガスＧ等を直接ガス処理装置４４や排ガス処理装置５１に送り、ここで塩素を除去してから大気に放出してもよい。これにより、塩素除去装置２６が不要となり、システムの簡略化が図られ、コストを低減できる。
【００２９】
なお、熱分解ガスＳに含有された有機系塩素を除去して、この有機系塩素が除去された熱分解ガスＳを炭化物燃焼装置５に備えられる事業用ボイラ５０の熱源として用いても良い。このように、熱分解ガスＳを事業用ボイラ５０の熱源として用いることによってコストを削減することができる。
【００３０】
そして、図２に示す炭化物製造装置１で製造された炭化物Ｔ（炭化物Ｔ１を含む）は、貯留槽Ｗから所定量づつ取り出されて図１に示す炭化物含有塩素分除去装置２に送られる。この炭化物含有塩素分除去装置２は、所定溶液によって炭化物Ｔを洗浄することによって、炭化物Ｔに含有される、いわゆる無機系塩素分を除去するためのものであり、炭化物Ｔを洗浄後、炭化物Ｔと所定溶液とを分離して外部に排出する。
【００３１】
炭化物含有塩素分除去装置２から排出された所定溶液は、循環経路６を介して再び炭化物含有塩素分除去装置２に戻される。このとき、循環経路６の途中にセンサ７を設置して溶液の塩濃度（塩素分の濃度）を検出し、塩濃度が所定値以下のときはそのまま炭化物含有塩素分除去装置２へ戻し、塩濃度が所定値を超えるときは分離処理装置８へ送るようにしている。
【００３２】
ただし、炭化物含有塩素分除去装置２から排出された溶液の取扱は任意であり、例えば、センサ７で塩濃度をモニタすることなく、上記したバッチ式処理では例えば５０〜２００回使用した後、連続式処理では所定時間が経過した後に、溶液を分離処理装置８へ送り、新たな溶液を炭化物含有塩素分除去装置２へ供給するようにしてもよい。さらに、循環経路６を設けずに炭素物含有塩素分除去装置２から排出された溶液を常に分離処理装置８へ送るようにしてもよい。なお、分離処理装置８は、溶液を蒸発させることにより溶解していた塩を取り出すタイプのものを用いることができる。
【００３３】
炭化物含有塩素分除去装置２から排出された炭化物Ｔは、炭化物乾燥装置３に供給される。この炭化物乾燥装置３は、炭化物Ｔを、例えば上述の実験のように平均粒径１３μｍとなるように粉砕する粉砕機を備えており、この粉砕された炭化物Ｔを、例えば上記燃焼ガスＧによって乾燥させるためのものである。そして、炭化物Ｔは、例えば上述の実験のように、水分含有率が２０重量％となるように乾燥された後に、後段の炭化物成型装置４に供給される。
【００３４】
この炭化物成型装置４は、例えば４０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で粉砕された炭化物Ｔを、上述の実験のように、直径１０ｍｍ、長さ１０〜１５ｍｍのペレット状に成型するものである。この炭化物成型装置４としては、例えばリングダイ式成型機やピストン型の圧縮成型機を用いることができる。
このように成型された炭化物Ｔは、揮発性物質が当該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存された状態で成型されるため、十分な強度となる。
【００３５】
そして、炭化物成型機４によって成型された炭化物Ｔは、例えば図１に示すホッパ９で一時的に貯留された後、適宜、炭化物燃焼装置５に運搬され燃料として投入される。この炭化物燃焼装置５は、発電装置を備えており、炭化物Ｔを燃焼させることによって得られる蒸気や燃焼ガスを利用して発電を行う。
【００３６】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る廃棄物処理方法及び装置の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３７】
例えば、上記実施形態において、炭化物製造装置１として、熱分解炉２２を備える形態について説明した。しかしながら、炭化物製造装置１は、これに限定されるものではなく、例えば、流動床炉を備える形態であっても良い。なお、この場合であっても、当然、炭化物Ｔに揮発性物質が当該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存された状態となるように熱分解温度が制御される。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、廃棄物を炭化することによって生成される炭化物の成型方法であって、上記炭化物は、揮発性物質が該揮発性物質以外の物質に対してバインダ作用を与えるように残存された状態で成型されるので、バインダを用いずに十分な強度の炭化物を成型することによって運転コスト等を削減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る炭化物成型方法を採用する廃棄物処理システムのフロー図である。
【図２】炭化物製造装置１の一例を示すフロー図である。
【図３】炭化物Ｔを成型する際の圧力と、この成型体を篩にかけた際に落下する炭化物Ｔの全体量に対する割合との関係を示した図である。
【図４】廃棄物Ｈを熱分解する際の温度と、揮発性物質の含有率との関係を示した図である。
【符号の説明】
１……炭化物製造装置
２……炭化物含有塩素分除去装置
３……炭化物乾燥装置
４……炭化物成型機
５……炭化物燃焼装置
Ｈ……廃棄物
Ｔ……炭化物
【図１】
2005008663.tif 000003
【図２】
2005008663.tif 000004
【図３】
2005008663.tif 000005
【図４】
2005008663.tif 000006