(57)【要約】【課題】  廃棄物固形化燃料を火災・爆発の危険なく貯蔵する実用的な方法を提供すること。【解決手段】  廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽内に圧力変動吸着分離法により空気から分離された窒素を連続的に導入する【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽内に圧力変動吸着分離法により空気から分離された窒素を導入することを特徴とする廃棄物固形化燃料の貯蔵方法。
【請求項２】
該窒素の純度が９５％以上、９９．５％以下である請求項１記載の廃棄物固形化燃料の貯蔵方法。
【請求項３】
該窒素の貯槽内への導入を連続的に行う請求項１又は２記載の廃棄物固形化燃料の貯蔵方法。
【請求項４】
廃棄物固形化燃料の、貯槽内への受入及び貯槽からの払出しを連続的又は断続的に行う廃棄物固形化燃料の貯蔵方法であって、窒素を該貯槽へ連続的に導入し、廃棄物固形化燃料の受入口及び／又は払出し口から放出させる請求項１〜３記載の廃棄物固形化燃料の貯蔵方法。
【請求項５】
廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽に、窒素導管を介して圧力変動吸着分離装置が接続されてなる廃棄物固形化燃料の貯蔵装置。
【請求項６】
廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽が上部に廃棄物固形化燃料導受入口、下部に廃棄物固形化燃料払出し口を有する貯槽であって、窒素導管が貯槽中間部に設置された請求項５記載の廃棄物固形化燃料の貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物固形化燃料の貯蔵方法及び貯蔵装置に関する。さらに詳しくは、廃棄物固形化燃料の貯槽内に圧力変動吸着分離法により空気から分離された窒素を導入することを特徴とする、廃棄物固形化燃料の貯蔵方法及び貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、可燃性廃棄物を燃料資源として再利用するために固形化したもの、即ち廃棄物固形化燃料を製造し、利用する方法や装置に関しては良く知られており、近年の廃棄物及び炭酸ガス排出削減の必要性から各地で廃棄物固形化燃料による発電などが実施されている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には廃棄物固形化燃料の製造法及び発電事業の概要が記載されている。この文献には、廃棄物を固形化燃料として発電などに使用する場合、ごみなどの廃棄物から不燃物を選別除去し、粉砕し、乾燥した後石灰と混合し、成形して固形化燃料とすることが記載されている。
【０００４】
また、非特許文献２にはごみ固形燃料発電所事故中間報告が記載されている。本文献にはごみ固形化燃料の貯槽において発熱、発火などによって発生した事故の概要と推定される事故発生の機構が記載されている。さらに、既存の設備において火災や爆発を予防するために槽内の温度測定やガス濃度測定が実施されていること、火災が発生した際の消火方法としてスプリンクラーの散水や不活性ガスの封入などを準備している施設があることが記載されている。さらに非特許文献３には別の施設におけるごみ固形燃料の発熱トラブルが記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】福山市環境ホームページ、“福山リサイクル（ＲＤＦ）発電事業の概要”、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成１５年１０月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｔｙ．ｆｕｋｕｙａｍａ．ｈｉｒｏｓｈｉｍａ．ｊｐ／ｋａｎｋｙｏｈｏｚｅｎ／ｋａｎｋｙｏ／ｔｏｐ０１０４１７．ｈｔｍｌ＞
【非特許文献２】三重県  循環システム推進チーム、“ごみ固形燃料発電所事故調査中間報告書”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年９月１６日、［平成１５年１０月２７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｃｏ．ｐｒｅｆ．ｍｉｅ．ｊｐ／ｋｏｕｈｏｕ／ｋｙｏｕ／２００３０９１６１６４０４０１０００／＞
【非特許文献３】産経新聞社  Ｓａｎｋｅｉ  Ｗｅｂ記事、“ごみ固形燃料が異常発熱、全面搬出へ  石川の発電施設”、［ｏｎｌｉｎｅ］、平成１５年１０月１６日［平成１５年１１月１０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｎｋｅｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／０３１０１６／１０１６ｓｈａ０９３．ｈｔｍ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
廃棄物固形化燃料を発電などに利用する際には、製造された廃棄物固形化燃料を搬出、使用されるまでの間一旦貯槽に貯蔵する必要がある。しかし、近年廃棄物固形化燃料を製造、利用する施設で、貯槽内における廃棄物固形化燃料の異常発熱や、自然発火による火災に起因する事故が発生し、貯槽の火災、爆発を防止するための対策が急務となっている。
【０００７】
当初、廃棄物固形化燃料の貯蔵中の発熱や自然発火の危険性についてはあまり重大視されてはいなかった。もちろん、実際に運転されている廃棄物固形化燃料利用施設においては、廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽の火災、爆発に対する対策は講じられている。非特許文献２に記載されているとおり、火災、爆発の兆候を検知する方法としては温度センサーによる貯槽内の温度監視、ポータブル測定器による一酸化炭素やメタン濃度の測定などが採用されており、火災が発生した場合の消火方法として、スプリンクラーによる散水や、不活性ガスの封入が採用されている。しかし、非特許文献３にも記載されているように現実に貯槽の火災などのトラブルが発生している点から見ても、これらが十分に有効であったとはいえない
【０００８】
貯槽内の温度やガス濃度の測定によって火災、爆発の兆候を検知し予防しようとする場合、温度やガス濃度の変化が比較的遅く一定であるなど定期的に測定した結果から危険な状態に達する時期が予測可能であれば事前に有効な対策を取ることが可能である。しかし、貯槽内における廃棄物固形化燃料の温度上昇は微生物による反応と化学的な酸化反応の両方が関係するため予測しにくく、低温においては緩やかであるがある程度温度が上がると急速に加速する場合が多い。しかも発熱の状況は原料ごみの組成などによっても大きく変動するため予測は一般に困難である。従って、温度やガス濃度の測定を実施していても急速な温度上昇のため消火などの対策が間に合わないことが多く、火災や爆発を防止するためには常時火災や爆発の危険のない状態を保つような手段を講じることが必要である。
【０００９】
これに対し消火方法として採用されているスプリンクラーによる散水は一時的な消火や緊急時の除熱の方法としては有効であるが、危険防止のために常時実施することはできない。その理由は、廃棄物固形化燃料に常に発火を十分に防止できる量の水を含ませたのでは燃料として使用する際に支障を生ずるし、含ませる水の量が不十分であれば発火を十分に防止できないのみならずかえって微生物による反応とそれに伴う発熱が促進される恐れもあるからである。
【００１０】
一方、不活性ガスの封入には散水のような問題はないため常時実施可能であれば有効な対策となる。しかし、この場合不活性ガスを供給する方法が実用上の大きな課題である。不活性ガスとして使用される代表的なものは窒素であり、一般にはボンベから供給されるか、液体窒素として分離、貯蔵して供給される。これらの方法によれば密閉された小さな貯槽に一時的に不活性ガスを封入することができ、一時的に使用される場合には実用上も採用可能な方法といえる。
【００１１】
しかし、廃棄物を大量に連続的に固形化し利用するための設備では、廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽自体が巨大になり、貯槽の廃棄物固形化燃料受入口や払出し口が常時あるいは頻繁に外気に対して解放されているため、常時窒素雰囲気に保つには大量の窒素を連続的に供給することが必要となる。ボンベや液化窒素でこのような大量の窒素供給を実施するには、これに対応した大量のボンベや巨大な液化窒素設備を設置することが必要となり、コスト、ボンベの搬入や液化設備メンテナンスの手間などの面で現実的でない。このため、運転時に火災防止のため常時窒素を導入することは行われていないのが現状である。
【００１２】
その他、一般の貯槽で防火のために実施される対策として、密閉・防爆構造の採用や、槽の外部からの冷却がある。しかし、大型の貯槽で空間部に十分な量の酸素が存在する場合には密閉しても発熱は起こり得るし、廃棄物固形化燃料を常時受入、払出す必要のある貯槽の場合、これを密閉すること自体が困難である。また、貯槽の容積が大きい場合、熱伝導性の低い廃棄物固形化燃料が保温材として働くため、外部からの冷却のみで貯槽内の温度を十分に安全な範囲に保つことも困難である。
【００１３】
従って本発明の目的は、上記のような状況に鑑み廃棄物固形化燃料を火災、爆発の危険なく貯蔵できる実用的な廃棄物固形化燃料の貯蔵方法及び貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討し、廃棄物固形化燃料の特性を損なわず発火を防ぐ方法として、窒素を導入することが好ましいこと、発火を防ぐには、導入する窒素の純度が超高純度である必要はないことに着目した結果、圧力変動吸着分離法により空気から分離した窒素を廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽に導入することにより上記目的を達成できることを見出し、本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽内に圧力変動吸着分離法により空気中から分離された窒素を導入することを特徴とする廃棄物固形化燃料の貯蔵方法である。また、本発明のもう一つの発明は、廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽に、窒素導管を介して圧力変動吸着分離装置が接続されてなる廃棄物固形化燃料の貯蔵装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、生産手段として現実的に採用可能であって廃棄物固形化燃料を火災、爆発の危険なく貯蔵することができる方法と貯蔵装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明で廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽に窒素を導入する目的は、貯槽内の酸素濃度を下げ、廃棄物固形化燃料が微生物による反応及び化学的な酸化によって発熱しさらには自然発火するのを防止することにある。微生物による反応、燃焼を含む化学酸化はともに貯槽気相中の酸素濃度が低下すると大きく抑制されることが知られている。従ってこの目的のために必要なのは酸素濃度を一定レベルまで下げることであり、貯槽内の酸素を極めて微量とする必要はない。
【００１８】
さらに、窒素を連続的に貯槽に供給しパージした場合には、貯槽から放出される窒素が熱を持ち出すことにより、貯槽内で発酵などが起こり発熱した場合でも熱蓄積による温度上昇が抑制される。さらに窒素は廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽内での詰まり防止用ブラスターの作動用気体としても利用される。
【００１９】
本発明の特徴は、圧力変動吸着分離法により空気から分離した窒素を、廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽に導入することにある。圧力変動吸着分離法はガス成分の吸着剤に対する吸着の圧力による選択性の差を利用して混合ガスから目的とするガスを分離する方法である。原料ガスを空気として窒素を分離する場合について述べると、吸着剤である分子篩活性炭素を充填した吸着塔に原料空気を加圧下に供給し、酸素を選択的に吸着させ、窒素を製品として分離するものである。
【００２０】
酸素が吸着された吸着剤は圧力を減じて通気することにより酸素を脱着して再生され、繰返し使用される。吸着塔は１基のみで使用することも可能だが、１基のみで使用すると吸着剤を再生している間は窒素の供給ができなくなるため非効率的であり、連続的に窒素を供給するためには通常吸着塔を２基使用し、１基が吸着により窒素を製造している間にもう１基は脱着により吸着剤を再生する。これらがタイマーの設定により交互に吸着と脱着を繰り返して窒素が製造され、連続的に供給される。
【００２１】
圧力変動吸着分離法によれば９９．９９％以上という高純度の窒素を製造することもできるが、製造する窒素純度をわずかに下げることにより、同一の装置、動力で製造できる窒素の量を大幅に増やすことができ、窒素の製造に必要なランニングコストを大きく下げることができる特徴を有する。圧力変動吸着分離法は窒素の製造コストの面で有利であるが、本発明のように製造する窒素純度がそれほど高くなくてよい場合にはさらに有利である。例えば小型機種では９９．９９％を９９．９％に下げた場合、あるいは９９．９％を９９％に下げた場合同一装置での発生量は約１．５〜２倍になる。中型では同一出力で同１．２〜１．５倍程度、同一設備で１．２〜２倍となる。
【００２２】
さらに、圧力変動吸着分離法により窒素を製造、供給した場合、吸着剤を再生する際に、空気より酸素濃度の高い混合ガスが生成する。この混合ガスはそのまま空気中へ廃棄しても何ら問題はないが、廃棄物固形化燃料の性質や燃焼条件などの理由によって廃棄物固形化燃料を燃焼させる際に酸素濃度の高いガスを利用した方が有利な場合にはこの混合ガスを使用することもできる。
【００２３】
廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽の材質、大きさあるいは形状は、廃棄物固形化燃料を貯蔵して支障のないものであれば特に制限はない。貯槽の形状としてはコンクリート製のピット式、サイロ型（円筒タンク式）などが好ましく用いられる。特に、大量の廃棄物固形化燃料を連続的に処理する施設の場合、サイロ型の貯槽であって、その上部に廃棄物固形化燃料の受入口を、その下部に払出し口を有するものが好ましく用いられる。
【００２４】
圧力変動吸着分離装置で製造した窒素は導管で廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽へ輸送される。貯槽の構造や利用形態によっては導管を貯槽に接続せずに開口部を解放したときにのみ導管の窒素出口を貯槽内に導入するなどの方法によっても貯槽への窒素の導入は可能であるが、通常は貯槽のいずれかの部分に窒素導管を接続し窒素を貯槽へ導入するのが好ましい。
【００２５】
窒素導管の貯槽への接続位置は貯槽の構造を考慮して適宜定められる。貯槽の開口部が貯槽片側にのみ存在する場合は開口部付近に窒素導管を接続し窒素導管から開口部への窒素流れによって貯槽内部への空気の流入を防ぐ方法もとりうる。貯槽がサイロ型であり上下部に開口部がある場合、窒素導管の接続位置は貯槽の中間部とするのが好ましい。ここでいう中間部とは、貯槽の有効貯蔵部分の高さに対し下から１０％〜８０％の位置、好ましくは２０〜６０％の位置を指す。このように窒素導管を貯槽中間部とすることにより、上下の開口部から窒素を放出した場合に貯槽中間部から上下へ向かって窒素の流れが発生する。この窒素流れが貯槽内の廃棄物固形化燃料層を通過するため、貯槽内全体が良好な低酸素状態に保たれるとともに、窒素流れによる除熱の効果も発生するという利点がある。
【００２６】
窒素導管は貯槽の１箇所に接続されていてもよいし、複数の位置に接続されていてもよい。貯槽が大型の場合貯槽内の窒素の良好な流通状態を得るためには複数の位置に接続することが好ましい。高さ方向の複数箇所に窒素導管を接続しておくことは、貯蔵量が変動しても廃棄物固形化燃料層内の窒素流れを確保できる点で好ましい。高さ方向に複数箇所設置する場合、燃料貯蔵量が少なくなっても効果を維持できるように貯槽下部にも導管を接続するなど、その一部が中間部以外に設置されていてもよい。これら複数の窒素導管のそれぞれに流量調節バルブを設置し、廃棄物固形化燃料の貯蔵状態に応じて窒素の導入状態を変更してもよい。また、サイロ内の窒素流れが偏らないためには、貯槽円周方向にも複数の窒素導管を接続することがさらに好ましい。
【００２７】
また、廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽と圧力変動吸着分離装置の間の窒素導管には、必要に応じて流量調節バルブ、製造された窒素を複数の導管に分配するための分配管、内部点検時に使用する大気放出管などを設置するのが好ましい。
【００２８】
窒素を導入した際には内部が加圧にならないよう貯槽内のガスを貯槽外へ放出する必要があるが、ガスを放出する方法や場所についても貯槽の形態や廃棄物固形化燃料の受入、払出し方法等に応じて適宜選択すればよい。専用の排出口を設けて排出してもよいが、開口部が外気に対して解放されるように設けてあれば窒素は開口部から放出される。
【００２９】
貯槽への窒素の導入は連続、一定量である必要はなく、装置や運転の状況に応じて適切な方法で供給すればよい。貯槽が密閉かそれに近い状況にできる場合は、最初に貯槽内の酸素濃度を下げるに足るだけの窒素を導入し、密閉中は窒素の導入を停止していてもよい。この場合、貯槽への廃棄物固形化燃料の出し入れに際して装置を解放する際に、装置を解放している間だけ外気の浸入を防ぐために窒素を導入する方法も採用し得る。
【００３０】
貯槽内に導入する窒素は純度が高いほど少ない窒素量で貯槽内酸素濃度を下げることができる点では有利だが、あまり純度を高くすると窒素を製造する設備が大きくなりコストが高くなる。一方あまり窒素の純度が低いと貯槽中の酸素濃度を安全な範囲に下げるのが難しくなり、窒素導入開始前に貯槽に存在した空気や開口部などからの空気の混入で酸素濃度が上昇する危険が増大する。酸素濃度が１１％以下のガス中では通常の燃料は燃焼しなくなるとされているため、貯槽に導入する窒素純度はこの酸素濃度を達成できる程度には高いこと、言い換えれば導入する窒素中の酸素量が１１％よりは十分低いことが好ましい。従って本発明で貯槽内に導入する窒素の純度は好ましくは９３％以上、９９．９％以下、さらに好ましくは９５％以上、９９．５％以下、さらに好ましくは９７％以上９９％以下である。
【００３１】
また、廃棄物固形化燃料を連続的又は断続的に受入、払出しする場合のように、貯槽に外気に対して解放された開口部が存在し密閉されない場合は窒素の導入は連続的に実施することが好ましい。窒素の導入量は、貯槽の大きさ、開口部の大きさや開閉状況、導入する窒素の純度、求める安全性のレベルなどに応じて適宜決めればよい。この場合においても窒素導入量は一定である必要はなく貯槽の使用状況に応じて変動させてもよい。例えば貯槽内に温度計を設置し温度の状況に応じて窒素導入量を増減する方法、貯槽内にガス濃度計を設置してガス濃度に応じて窒素導入量を増減する方法が採用できる。特に酸素濃度計を設置して酸素濃度が所定濃度以下になるように窒素導入量を制御する方法が好ましい。あるいは、開口部からの放出する窒素が一定流速、可能ならば放出流速が開口部で１ｍ／秒以上とし、空気からの酸素の逆流が防止できるよう窒素導入量を決める方法も採用することが好ましい。以上で述べた窒素の導入を効率的に行うには圧力変動吸着分離法は極めて適した手段となる。
【００３２】
貯蔵される廃棄物固形化燃料は通常、家庭などから出た可燃ごみを原料として破砕、選別、乾燥、固形化し、利用しやすい形状の固形燃料としたものである。廃棄物固形化燃料の原料としては通常の家庭ごみの他、廃プラスチックなどの可燃性廃棄物も採用することができる。廃棄物固形化燃料の形状は、あまり微粉状であれば窒素気流に伴って飛散する、装置各部を詰まらせるなどの問題が生じ、逆に大きすぎるかたまりであれば連続的な移送が難しくなるので通常は円柱形の形状で、長さ５０〜１００ｍｍ、直径１０〜５０ｍｍのものが好ましく用いられる。また、含まれる水分は１０％以下が好ましく、これより多い場合燃料として使用した場合に有効に取り出せる熱量が減少し微生物反応よる発熱が起こりやすくなる傾向がある。
【００３３】
廃棄物固形化燃料を貯槽へ受入し、貯槽から払出す方法についても廃棄物の固形化方法や固形化燃料の利用方法、取扱量などに応じて種々の方法が採用できるが、大量の廃棄物を固形化して発電などに使用する場合に好ましい方法としては、廃棄物固形化燃料製造設備よりコンベヤーなどにより搬送した廃棄物固形化燃料をサイロ型貯槽の最上部に設けた受入口より連続的に又は断続的に受入し、該貯槽の最下部に設けた払出し口より連続的に又は断続的に払出しする方法が挙げられる。
【００３４】
なお、本発明による方法を実施するに際しては、貯槽内及び貯槽から排出される窒素によって作業者が窒息などの事故を起こさないよう留意する必要があり、運転中に窒素が排出される貯槽開口部に作業者が接近できないようにマンホール、覗き窓に幅２０ｃｍ以下の格子を設けるなどの設備上の対策を実施する事が好ましい。
【００３５】
本発明に係る廃棄物固形化燃料の貯蔵方法の実施形態の一例を図１に示す。廃棄物固形化燃料製造装置で製造された廃棄物固形化燃料は、コンベヤー１により受入コンベヤー２に送られ、２より順次パケットエレベーター３そして投入コンベヤー４により廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽５に送られる。貯槽５に貯蔵された廃棄物固形化燃料は搬出コンベヤー６により搬送車に乗せられ発電所等へ搬送される。廃棄物固形化燃料貯蔵設備の発熱、発火防止のための圧力変動吸着分離装置７を設置し、７で発生した窒素は導管８を通じて常時貯槽５内にパージすると共に必要に応じ詰まり防止のブラスター１０の作動気体としても使用する。
【実施例】
【００３６】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。
廃棄物固形化燃料を貯蔵する貯槽として直径４．８ｍ、高さ１２ｍの外形を有するサイロ型の貯槽を使用した。貯槽の内部貯蔵部容量は１２０ｍ３、上部に直径５０ｃｍの廃棄物固形化燃料受入口、下部に直径５０ｃｍの払出し口を有し、下部６ｍは払出し口を頂点とする円錐形状である。
【００３７】
また、圧力変動吸着分離装置としてクラレケミカル株式会社製、商品名「クラセップ  ＲＫ−１１」（純度９９％の窒素生成能力約３５ｍ３／ｈｒ）を使用した。圧力変動吸着分離装置出口からは４０Ａ配管で窒素を導出し、サイロ側壁の中間部２箇所（内部貯蔵部低部より６ｍ及び９ｍ）に設けたリング状配管を介し、貯槽のこの高さに円周方向９０度間隔で４箇所に設置した１５Ａの各入口部とリング配管の間はバルブ付き窒素導管で接続した。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の廃棄物固形化燃料の貯蔵装置を示す。
【符号の説明】
【００３９】
１  廃棄物固形化燃料搬送コンベアー
２  廃棄物固形化燃料受入コンベアー
３  バケットエレベータ
４  廃棄物固形化燃料投入コンベアー
５  廃棄物固形化燃料貯槽
６  廃棄物固形化燃料搬出コンベアー
７  圧力変動吸着分離装置
８  窒素導管
９  窒素大気放出管
１０  ブラスター
１１  ブラスター
１２  制御弁
１３  制御弁
１４  制御弁
１５  制御弁
１６  制御弁
１７  制御弁
１８  マンホール
１９  搬送車
２０  廃棄物固形化燃料受入口
２１  廃棄物固形化燃料払出し口
【図１】
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