(57)【要約】【課題】下水汚泥等のバイオマスを比較的低温で炭化できるので、バイオマス燃料を製造するためのエネルギーを低減することができると共に、バイオマス燃料を例えば発電に使用しても発電ボイラーや後段の排ガス処理装置の性能低下を防止できる。【解決手段】下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながらバイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱してバイオマス中の揮発成分を前記加熱ガスと一緒に排ガスとして除去する揮発用加熱手段１２と、揮発成分が除去されたバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱して炭化する炭化用加熱手段１４と、排ガスを４００°Ｃ以上で加熱して排ガス中の揮発成分に含まれるシロキサンを結晶化する排ガス加熱手段１６と、結晶化したシロキサンを含む排ガスを集塵する集塵手段１８と、で構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスを燃料化するバイオマス燃料の製造方法において、
前記バイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながら前記バイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱することで、前記バイオマス中の揮発成分を前記加熱ガスと一緒に排ガスとして除去する揮発成分除去工程と、
前記揮発成分が除去されたバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱して炭化する炭化工程と、を備えたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法。
【請求項２】
前記下水汚泥以外のバイオマスは、生ゴミ、家畜排泄物、草木剪定廃材等の含水有機物であることを特徴とする請求項１のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項３】
前記排ガスを４００°Ｃ以上で加熱して前記排ガス中の揮発成分に含まれるシロキサンを結晶化する結晶化工程と、
前記結晶化したシロキサンを含む排ガスを集塵する集塵工程と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２のバイオマス燃料の製造方法。
【請求項４】
下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスを燃料化するバイオマス燃料の製造システムにおいて、
前記バイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながら前記バイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱してバイオマス中の揮発成分を前記加熱ガスと一緒に排ガスとして除去する揮発用加熱手段と、
前記揮発成分が除去されたバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱して炭化する炭化用加熱手段と、
前記排ガスを４００°Ｃ以上で加熱して前記排ガス中の揮発成分に含まれるシロキサンを結晶化する排ガス加熱手段と、
前記結晶化したシロキサンを含む排ガスを集塵する集塵手段と、を備えたことを特徴とするバイオマス燃料の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバイオマス燃料の製造方法及び製造システムに係り、特に下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスを燃料化するバイオマス燃料の製造方法及び製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、下水処理場から発生する下水汚泥の大部分は焼却処理又はコンポスト化処理され、焼却灰は埋め立て処分、コンポストは肥料として有効利用されていた。
【０００３】
しかし、近年、埋め立て処分場の建設が困難な状況にあり、埋め立て処分量削減が求められている。また、コンポスト処理についても衛生面で施肥が限定される問題がある。そのため、近年では、下水汚泥を乾燥した後、ごみ焼却場又は火力発電所の燃料として利用する方法が実験的に検討されている。下水汚泥は大部分が有機質で高い発熱量を有することからも下水汚泥の水分を除去すればバイオマス燃料としての利用価値がある。既に脱水汚泥又は乾燥汚泥をごみ焼却場でごみに対して５〜１０％まで混合して焼却する方法が実施されている。また、乾燥汚泥を石炭火力発電所の燃料として石炭の１％まで混合して焼却する実験が実施されている。特に、発電所などの電気事業者は、２００３年４月からＲＰＳ(Renewables Portforio Standard)制度が施行されたことにより、販売電力量に応じて一定割合以上の新エネルギー（太陽光、風力、バイオマス等）による電気の利用を義務付けられている。バイオマスには下水汚泥やその他の汚泥、生ゴミ、家畜排泄物、草木剪定廃材等の生物由来の有機物が含まれる。
【０００４】
下水処理場より排出される下水汚泥は、バイオマスに該当するため、下水汚泥を発電に利用することは電気事業者にとってもＲＰＳ義務を果たせるので、今後脱水汚泥の発電への燃料利用が進んでいくものと考えられる。
【０００５】
下水汚泥の燃料化方法としては、例えば特許文献１の「下水汚泥を原料とする固形燃料の製造方法」がある。これによると、下水汚泥の乾燥汚泥に、乾燥汚泥の一部を炭化・賦活して得られた汚泥活性炭を添加して混合して造粒すると記載されている。更には乾燥汚泥を生石灰又は消石灰を１〜１０％まで添加することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２の「汚泥の再資源化方法」では、汚泥に油分を添加し、含油状態の汚泥を１５０°Ｃ〜２００°Ｃで乾燥してセメントクリンカー製造用燃料として再資源化することが記載されている。  
【特許文献１】特開平１１−３２３３５９号公報
【特許文献２】特開２００５−７２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように、下水汚泥の乾燥汚泥をバイオマス燃料として利用する場合、乾燥汚泥は未だ３０〜４０％程度の水分を含んでいるためにボイラー・焼却炉等へ投入すると汚泥中の水分を蒸発させるために多量の燃料を消費する。この結果、バイオマス燃料を製造するために大きなエネルギーを要し、下水汚泥の発熱量の一部が発電に寄与しなくなってしまうという問題がある。また、乾燥汚泥には臭気成分が残っているため運搬時に臭気対策が必要になるという問題もある。更には、石炭を添加した乾燥汚泥を燃焼した際に、カルシウムスケールが後段の排ガス処理装置に付着して装置性能の低下の原因になるという問題もある。
【０００８】
一方、特許文献１及び２の何れの場合においても、発電ボイラー内部又は後段の排ガス処理装置内で結晶が析出して伝熱管の閉塞等生じ、発電ボイラーや排ガス処理装置の性能を低下させるという問題がある。即ち、下水汚泥には一般的にシロキサン（例えば揮発性メチルシロキサン）が含まれており、シロキサンはシリコンと酸素を主成分とする有機又は無機化合物であり、７０〜２５０°Ｃの沸点をもち、約４００°Ｃ以上で酸化して結晶化する性質がある。このため、従来のバイオマス燃料を発電ボイラー等に供給して発電に利用する際に８００°Ｃ以上の高温で焼却されることで、バイオマス燃料から揮発したシロキサンが焼却過程で結晶化し、発電ボイラーや排ガス処理装置内部の伝熱管を閉塞させてしまうためである。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、従来の問題点を解消し、下水汚泥等のバイオマスを比較的低温で炭化できるので、バイオマス燃料を製造するためのエネルギーを低減することができると共に、バイオマス燃料を例えば発電に使用しても発電ボイラーや後段の排ガス処理装置の性能低下を防止できるバイオマス燃料の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスを燃料化するバイオマス燃料の製造方法において、前記バイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながら前記バイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱することで、前記バイオマス中の揮発成分を前記加熱ガスと一緒に排ガスとして除去する揮発成分除去工程と、前記揮発成分が除去されたバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱して炭化する炭化工程と、を備えたことを特徴とするバイオマス燃料の製造方法を提供する。
【００１１】
ここで「下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマス」とは、バイオマス原料として下水汚泥単独で使用してもよく、下水汚泥に他のバイオマス原料を混合したものであってもよいことを意味する。
【００１２】
請求項１の発明によれば、揮発成分除去工程において、下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながらバイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱するようにしたので、バイオマス中の水分やシロキサンがバイオマス中から除去される。このように、予めバイオマス中の揮発成分を除去してから炭化することにより、バイオマスを比較的低温度で炭化できるのでバイオマス燃料を製造するためのエネルギーを低減することができる。また、４００°Ｃで結晶化するシロキサンをバイオマス中から除去してから炭化して燃料を製造するので、バイオマス燃料中にはシロキサンが含まれない。従って、本発明で製造したバイオマス燃料を例えば発電に使用しても発電ボイラー内部や後段の排ガス処理装置内部でシロキサンが結晶化して、伝熱管等の閉塞を生じることがないので、性能低下を防止できる。
【００１３】
請求項２は請求項１において、前記下水汚泥以外のバイオマスは、生ゴミ、家畜排泄物、草木剪定廃材等の含水有機物であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、バイオマスとして下水汚泥を使用することに限らず、下水汚泥に生ゴミ、家畜排泄物、草木剪定廃材等の含水有機物が混合されたバイオマスであってもよい。
【００１５】
請求項３は請求項１又は２において、前記排ガスを４００°Ｃ以上で加熱して前記排ガス中の揮発成分に含まれるシロキサンを結晶化する結晶化工程と、前記結晶化したシロキサンを含む排ガスを集塵する集塵工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明、揮発除去工程で除去された排ガス中に含有されるシロキサンを結晶化して集塵することにより除去するようにしたものである。これにより、本発明のバイオマス燃料を製造する際に発生する排ガスの処理も含めたバイオマス燃料の一貫製造システムを構築することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記目的を達成するために、下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスを燃料化するバイオマス燃料の製造システムにおいて、前記バイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながら前記バイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱してバイオマス中の揮発成分を前記加熱ガスと一緒に排ガスとして除去する揮発用加熱手段と、前記揮発成分が除去されたバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱して炭化する炭化用加熱手段と、前記排ガスを４００°Ｃ以上で加熱して前記排ガス中の揮発成分に含まれるシロキサンを結晶化する排ガス加熱手段と、前記結晶化したシロキサンを含む排ガスを集塵する集塵手段と、を備えたことを特徴とするバイオマス燃料の製造システムを提供する。
【００１８】
請求項４の発明は、バイオマス燃料の製造及びその際に発生するシロキサンの回収をトータル的に行うことができるように構成したものである。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明のバイオマス燃料の製造方法及び製造システムによれば、下水汚泥等のバイオマスを比較的低温で炭化できるので、バイオマス燃料を製造するためのエネルギーを低減することができると共に、バイオマス燃料を例えば発電に使用しても発電ボイラーや後段の排ガス処理装置の性能低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下添付図面に従って本発明に係るバイオマス燃料の製造方法及び製造システムの好ましい実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明のバイオマス燃料の製造システムの概念図である。
【００２２】
図１に示すように、バイオマス燃料製造システム１０は、主として、下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながらバイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱してバイオマス中の揮発成分を加熱ガスと一緒に排ガスとして除去する揮発用加熱装置１２と、揮発成分が除去されたバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱して炭化する炭化用加熱装置１４と、排ガスを４００°Ｃ以上で加熱して前記排ガス中の揮発成分に含まれるシロキサンを結晶化する排ガス加熱装置１６と、結晶化したシロキサンを含む排ガスを集塵する集塵装置１８と、を備えて構成される。
【００２３】
バイオマス燃料を製造するためのバイオマス原料としては、下水汚泥又は下水汚泥を含むものを使用することができ、下水汚泥以外のバイオマスは、生ゴミ、家畜排泄物、草木剪定廃材等の含水有機物である。
【００２４】
揮発用加熱装置１２には、熱風、蒸気等の加熱ガスをバイオマス中に通気するための通気手段が設けられると共に、加熱装置内のバイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱するための加熱手段が設けられる。通気手段で通気する加熱ガスとして２５０°Ｃ以上の高圧水蒸気を用い、この高圧水蒸気によってバイオマスの温度を２５０以上に直接加熱してもよく、加熱装置本体の内部に電気ヒータを設けたり、加熱装置の外側に熱媒体が流れる加熱ジャケットを設けたりすることで間接的に加熱することでバイオマスの温度を２５０以上に間接加熱してもよい。揮発用加熱装置１２で発生した揮発成分を含む排ガスはダクト２０を介して排ガス加熱装置１６に送気される。また、揮発成分が除去されたバイオマスはコンベア等による搬送手段２２で炭化用加熱装置１４に送られる。
【００２５】
炭化用加熱装置１４は、加熱装置内のバイオマスを４００〜５００°Ｃで間接加熱することのできる加熱手段が設けられ、揮発成分が除去されたバイオマスを加熱手段で間接加熱することにより、比較的低温度でバイオマスを炭化する。炭化用加熱装置１４で炭化されたバイオマスはコンベア等による搬送手段２４で冷却装置２６に送られ、常温まで冷却される。また、炭化用加熱装置１４はダクト２８を介して集塵装置１８に連結され、炭化中に発生した排ガスが集塵装置１８に送気される。揮発用及び炭化用加熱装置１２、１４の装置本体としてはロータリーキルン型やスクリューコンベア型のものを好適に使用することができる。
【００２６】
排ガス加熱装置１６には、揮発用加熱装置１２から排出された排ガスを４００°Ｃ以上で加熱するための加熱手段が設けられる。加熱手段としては、排ガスを直接加熱するものでも間接的に加熱するものでもよい。排ガスを４００°Ｃ以上で加熱することにより、排ガス中のシロキサンは約４００°Ｃ以上で酸化して結晶化する。結晶シロキサンを含む排ガスはダクト３０を介して集塵装置１８に送気される。
【００２７】
集塵装置１８は、バグフィルター型や電気集塵型のものを好適に使用することができ、排ガス加熱装置１６からの排ガスと、炭化用加熱装置１４からの排ガスが合流した合流排ガスが集塵処理される。
【００２８】
次に、上記の如く構成されたバイオマス燃料製造システム１０を使用して本発明のバイオマス燃料の製造方法を説明する。
【００２９】
先ず、揮発用加熱装置１２により、揮発成分除去工程を行う。この揮発成分除去工程では、揮発用加熱装置１２内に供給されたバイオマス中に熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながら２５０°Ｃ以上に加熱する。これにより、バイオマス中に含有される水分や７０〜２５０°Ｃの沸点をもつシロキサン等の揮発成分が加熱ガスに伴われて排ガスとしてバイオマス中から除去される。
【００３０】
次に、揮発用加熱装置１２から排出された排ガスは、排ガス加熱装置１６に送気されて結晶化工程が行われる一方、揮発成分が除去されたバイオマスは炭化用加熱装置１４に送られて炭化工程が行われる。炭化工程では、揮発用加熱装置１２で揮発成分が除去されたバイオマスを、４００〜５００°Ｃで間接加熱することにより、バイオマスを比較的低温度で炭化する。これにより、バイオマス燃料が製造される。製造されたバイオマス燃料は、冷却装置２６で常温まで冷却された後、例えば火力発電所に運搬されて、石炭燃料と混合された後、粉砕機等で破砕され、発電ボイラーに投入される。また、バイオマスの炭化中に発生するガスは集塵装置１８に供給される。
【００３１】
一方、結晶化工程では、揮発用加熱装置１２から排出された排ガスを４００°Ｃ以上で加熱する。これにより、排ガス中のシロキサンが酸化して結晶化し、結晶のシロキサンを含む排ガスが集塵装置１８に送気される。
【００３２】
集塵装置１８では、排ガス加熱装置１６から排出された排ガス中の結晶シロキサン等のダスト成分、及び炭化用加熱装置１４から排出された排ガス中のダスト成分を集塵する集塵工程が行われる。排ガス中のダストやシロキサンが集塵された排ガスは大気に放出される。
【００３３】
上記の如く本発明では、下水汚泥又は下水汚泥を含むバイオマスに熱風、蒸気等の加熱ガスを通気しながらバイオマスを２５０°Ｃ以上に加熱するようにしたので、バイオマス中の水分やシロキサンがバイオマス中から除去される。このように、予めバイオマス中の揮発成分を除去してから炭化することにより、バイオマスを比較的低温度で燃料化できるのでバイオマス燃料を製造するためのエネルギーを低減することができる。従って、バイオマス燃料を製造するために大きなエネルギーを要しないので、下水汚泥の発熱量を発電に十分に寄与することができる。
【００３４】
また、４００°Ｃで結晶化するシロキサンをバイオマス中から除去してから炭化して燃料を製造するので、バイオマス燃料中にはシロキサンが含まれない。従って、本発明で製造したバイオマス燃料を例えば発電に使用しても発電ボイラー内部や後段の排ガス処理装置内部でシロキサンが結晶化して、伝熱管等の閉塞を生じることがないので、性能低下を防止できる。
【００３５】
尚、本実施の形態では、揮発用、炭化用の加熱装置１２、１４、及び排ガス加熱装置１６を別個の装置として構成したが、これらを一体型の加熱装置として構成することもできる。図２は一体型の加熱装置３２の一例であり、スクリューコンベア型のものである。図２に示すように、スクリューコンベア３４Ａが設けられる筒状の加熱装置本体３４（ケーシング）の外側に外筒３６を設けて２重構造とすると共に、加熱装置本体３４の上面側にガスが通る多数の孔３８を開け、加熱装置本体３４内で発生したガスが加熱装置本体３４と外筒３６との間の通気路４０に排出されるようにする。また、スクリューコンベア３４Ａの回転軸内を中空にしてその内部に熱媒体を流す。また、前半部には熱風や水蒸気の加熱ガスを通気できるようにすると共に、通気路４０内を４００°Ｃ以上に加熱できるように熱媒体を流す加熱ジャケット４２を設ける。
【００３６】
このように一体型の加熱装置３２として形成することにより、加熱装置３２の前半部では揮発成分除去工程が行われ、後半部では炭化工程が行われる。また、揮発した揮発成分を含む排ガスは加熱装置本体３４と外筒３６との間の連通路４０に排出され、ここで排ガスが４００°Ｃに加熱されることにより結晶化工程が行われる。従って、連通路４０を集塵装置１８にダクト等で連結しておけば、結晶シロキサンを含む排ガスの集塵を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のバイオマス燃料の製造システムの概念図
【図２】本発明のバイオマス燃料の製造システムにおいて、揮発用、炭化用、排ガス加熱装置を一体型にしたときの概念図
【符号の説明】
【００３８】
１０…バイオマス燃料の製造システム、１２…揮発用加熱装置、１４…炭化用加熱装置、１６…排ガス加熱装置、１８…集塵装置、２０、２８、３０…ダクト、２２、２４…搬送手段、２６…冷却装置、２８…冷却装置、３２…揮発用、炭化用及び排ガスの一体型の加熱装置、３４…加熱装置本体、３４Ａ…スクリューコンベア、３６…外筒、３８…孔、４０…通気路、４２…加熱ジャケット
【図１】
2007084728.tif 000003
【図２】
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