(57)【要約】【課題】  もみ殻、野菜くず、家畜の糞、汚泥のような、有機物を多量に含む廃棄物を原材料を用いることにより、有用な炭化材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】  回転機構と被処理物の投入口ホッパ１と被処理物排出口１１を具備する円筒状の炭化装置本体５と本体の周囲に設けられてなる加熱室４、前記本体の内周にスパイラルに形成され、前記被処理物を搬送する搬送板６と、前記本体内周に突出した状態で設けられ、一定以下の大きさの前記被処理物が通過する空隙を具備し、前記空隙よりも大きい前記被処理物を、前記被処理物投入口側に戻す機能を具備してなる撹拌板を有する炭化装置を用いることにより、前記原材料から高品質の炭化材料を連続的に得ることができる。これによって得られる炭化材料は、脱臭材、肥料などの様々な分野に利用できる。【選択図】図１
2013159778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機構と被処理物の投入口と被処理物の排出口を具備する円筒状の本体と、前記本体の周囲に設けられてなる加熱手段と、前記本体の内周にスパイラルに形成され、前記被処理物を搬送する搬送板と、前記本体内周に突出した状態で設けられ、一定以下の大きさの前記被処理物が通過する空隙を具備し、前記空隙よりも大きい前記被処理物を、前記被処理物投入口側に戻す機能を具備してなる撹拌板を有する炭化装置において、前記本体内部は、非酸化性雰囲気に保持することが可能であり、前記搬送板は、スパイラルのピッチと内周側に突き出した高さが異なる複数のゾーンを具備し、前記スパイラルのピッチと内周側に突き出した高さは、前記本体における投入口側より排出口側の方が小さいことを特徴とする炭化装置。
【請求項２】
前記加熱装置の熱源として過熱水蒸気を用いることを特徴とする、請求項１に記載の炭化装置。
【請求項３】
前記被処理物の加熱により生じるガスを燃焼する脱臭炉を具備し、前記ガスの燃焼により発生する熱を、前記加熱手段に用いるとともに、熱媒を流通することにより熱交換が可能なジャケットが前記脱臭炉の周囲に設けられてなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の炭化装置。
【請求項４】
前記被処理物の加熱により生じるガスを冷却して、乾留液を得る装置を具備してなることを特徴とする、請求１ないし請求項３のいずれかに記載の炭化装置。
【請求項５】
比表面積が３００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の炭化装置により製造される炭化材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、もみ殻、野菜くず、家畜の糞、汚泥などの有機物を、非酸化性雰囲気で加熱して炭化する装置と、それを用いて得られる炭化材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  一般に活性炭のような炭素質材料は、原料となる木質材料に、タールの生成を抑制するための薬品を浸透させ、非酸化性の雰囲気で加熱することより製造されている。この製造に用いられる装置としては、流動層炉などが用いられている。【０００３】  一方で、前記のもみ殻、野菜くず、家畜の糞、汚泥のような、有機物を多量に含む廃棄物を原材料とすることで、安価な炭素質材料が得られ、環境への負荷低減にも寄与し得ることが期待できるが、このような技術が実用化された例はあまり知られていない。その要因の一つとして、前記の流動層炉を用いた活性炭の製造工程のように、安定した品質の製品を得られる工程が確立されていないことが考えられる。【０００４】  特許文献１には、前記の課題に対処する技術として、円筒状の炉本体の一端に供給フィーダと着火バーナが、他端にもみ殻の燃焼ガスを排気部が備えられ、もみ殻が空気の旋廻流で螺旋状に移動しながら燃焼して炭化するように構成したもみ殻炭化装置が開示されている。しかしながら、ここに開示されている炭化装置は、対象がもみ殻に限定されているため、汎用性に欠けるという課題がある。【０００５】  また、一般的には、材料の乾燥や焼成のような熱処理には、ロータリーキルンがが用いられていいる。この装置は処理を大量かつ連続的に行うのに適している。これを応用した炭化装置として、特許文献２には、セルロースアシレートを原材料として活性炭を製造する方法が開示されている。しかしながら、ここに開示されている技術も対象となる物質が限定され、前記の廃棄部を原材料として用いるには改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】  特開２０１０−１２６６１１号公報
【特許文献２】  特開２００９−１３２５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  従って、本発明の課題は、前記のもみ殻、野菜くず、家畜の糞、汚泥のような、有機物を多量に含む廃棄物を原材料を用いることにより、有用な炭化材料を得ることと、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明は、前記の課題に鑑み、大量かつ連続的に熱処理が可能なロータリーキルンを用い、しかも処理の対象となる原材料の汎用を高めるために、ロータリーキルンの構造の再検討を行った結果なされたものである。【０００９】  即ち、本発明は、回転機構と被処理物の投入口と被処理物の排出口を具備する円筒状の本体と、前記本体の周囲に設けられてなる加熱手段と、前記本体の内周にスパイラルに形成され、前記被処理物を搬送する搬送板と、前記本体内周に突出した状態で設けられ、一定以下の大きさの前記被処理物が通過する空隙を具備し、前記空隙よりも大きい前記被処理物を、前記被処理物投入口側に戻す機能を具備してなる撹拌板を有する炭化装置において、前記本体内部は、非酸化性雰囲気に保持することが可能であり、前記搬送板は、スパイラルのピッチと内周側に突き出した高さが異なる複数のゾーンを具備し、前記スパイラルのピッチと内周側に突き出した高さは、前記本体における投入口側より排出口側の方が小さいことを特徴とする炭化装置である。【０００１０】  また、本発明は、前記加熱装置の熱源として過熱水蒸気を用いることが可能で、前記被処理物の加熱により生じるガスを燃焼する脱臭炉を具備し、前記ガスの燃焼により発生する熱を、前記加熱手段に用いるとともに、熱媒を流通することにより熱交換が可能なジャケットが前記脱臭炉の周囲に設けられてなることを特徴とする、前記の炭化装置である。【００１１】  また、本発明は、前記被処理物の加熱により生じるガスを冷却して、乾留液を得る装置を具備してなることを特徴とする、前記の炭化装置である。【００１２】  また、本発明は前記の炭化装置を用いて得られる、比表面積が３００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする炭化材料である。
【発明の効果】
【００１３】  本発明の炭化装置においては、前記のように一定以下の大きさの被処理物が通過する空隙を備えた撹拌板を備えているので、空隙を通過しない被処理物は、撹拌板の回転に伴い、撹拌板の上に載せられたまま上昇して、搬送板の一つ前のピッチの方に落下する率が非常に大きくなる。従って、細かい被処理物が優先的に炭化装置本体内の排出側に搬送される。空隙を通過しなかった被処理物は、本体内部に留まって、何度も撹拌板から落下するに従い、落下の衝撃で粉砕され、徐々に撹拌板の空隙を通過するようになり、排出側に移送される。【００１４】  一般に物体の比表面積は、粒径の減少に従って大きくなるが、本発明における炭化処理の対象となる材料は、比表面積つまり伝熱面積が大きくなると、伝熱量が多くなり乾燥や炭化反応の速度が大きくなるので、粒径が小さい程、炭化装置本体内の滞留時間が少ない方が、品質の均一化のために望ましい。本発明の炭化装置においては、前記のように粒径の小さい被処理物の方が、優先的に搬送されるため、品質の均一性が確保できる。【００１５】  被処理物が、もみ殻のように細かく、粒径が揃ったものでは、前記の撹拌板の機能が品質の均一化に寄与することはあまりないが、家畜の糞や野菜くず、汚泥のように、大きさや形が不定の被処理物の場合では、この機能は必須である。しかも、撹拌板の空隙は、篩と同様の機能を発現することになり、炭化材料の粒径の均一性が向上し、製品として梱包する場合などの利便性が増加する。【００１６】  また、被処理物の加熱により生じる熱分解ガスは、脱臭炉で燃焼されたり、冷却液化されたりしするので、臭気が外部に漏れることがない。しかも、燃焼熱を炭化装置に供給することで、省エネルギーに寄与する他、脱臭炉の周囲にジャケットを設けることで、温水を得ることが可能である。また、熱分解ガスの冷却液化機能により、木酢液を得ることができる場合もある。【００１７】  また、被処理物に含まれる水分は、加熱により水蒸気となるが、適宜排出することも可能であるが、過熱水蒸気として被処理物の加熱に用いることが可能である他、炭化装置本体内部の雰囲気を非酸化性とすることにも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】  本発明に係る炭化装置の構成の一例を示す模式図。
【図２】  本発明に係る炭化装置の搬送板と撹拌板の一例の概略を示す図。
【図３】  本発明に係る炭化装置の撹拌板の一例の概略を示す図。
【図４】  本発明に係る炭化装置の撹拌板の機能を示す模式図。
【図５】  本発明に係る炭化装置の搬送板の高さとピッチの構成の一例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】  次に本発明の実施の形態について、具体的な図を参照しながら説明する。
【００２０】  図１は、本発明に係る炭化装置の構成の一例を示す模式図である。図１において、１は被処理物投入口ホッパ、２は燃料タンク、３は第一のバーナー、４は加熱室、５は炭化装置本体、６は搬送板、７は三次燃焼室、８は脱臭炉、９は第二のバーナー、１０は排気室、１１は被処理物排出口である。
【００２１】  この例の炭化装置本体５は、直径が約５００ｍｍ、全長が約６０００ｍｍの円筒で、撹拌板６の空隙を、被処理物の大きさが概ね１０ｍｍ以下となるまで、炭化装置本体５の内部に滞留するように設定してある。被処理物は、第一のバーナーの熱で４００〜９００℃に加熱して熱分解を行い、被処理物排出口１１には、冷水による冷却装置を設置して、被処理物を外気温と同程度とする。
【００２２】  脱臭炉８の内部には、被処理物に由来する熱分解ガスを適宜導入して、第二のバーナーにより悪臭成分を燃焼させる。燃焼により発生した熱を、炭化装置本体５の内部に供給して熱源とできる他、排気室１０を、脱臭炉８の周囲を覆う構造として、排気室の空隙に通水パイプを設置して熱交換器として、温水を得ることができるのは前記の通りである。また、当然のことながら、炭化装置本体５や加熱室４の周囲は、耐火煉瓦や耐火モルタルで覆い、断熱性を確保する必要がある。
【００２３】  図２は、本発明に係る炭化装置の搬送板と撹拌板の一例の概略を示す図、図３は、本発明に係る炭化装置の撹拌板の一例の概略を示す図である。図２において１２は撹拌板である。
【００２４】  図２、図３に示した搬送板６と撹拌板１２は、それぞれ耐熱性をを有する金属で構成され、搬送板６は金属板をスパイラル形状に成形したものである。撹拌板１２は、図３に示したように金属棒を、炭化装置本体５の長さ方向に平行に並べた板状で、炭化装置本体５の内部に突出した構成である。金属棒を一定の間隔をおいて並べることにより、個々の金属棒の間に空隙が形成され、被処理物に対して、篩と同様に機能することになる。
【００２５】  図３の例について、さらに具体的に説明すると金属棒の直径は３０ｍｍと１０ｍｍの２種類があり、最も内周側に配置される金属棒は、直径が３０ｍｍであり、他の３本は直径が１０ｍｍである。そしてそれぞれの金属棒の間隔は、図３における下から順に、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍであり、図における最も上の金属棒と炭化装置本体５の内壁との間隔は２０ｍｍに設定されている。ただし、これ以外の構造とすることが可能なことは論を俟たない。
【００２６】  図４は、本発明に係る炭化装置の撹拌板１２の機能を示す模式図である。図４に示したように、撹拌板１２の空隙よりも大きな被処理物は、炭化装置本体５の回転に伴って上昇する撹拌板１２に載った状態から落下するが、搬送板６の一つ前のピッチに落下する確率が、空隙を通過した被処理物よりも高く、炭化装置本体５の内部での移動が、空隙を通過した被処理物よりも遅くなり、落下の衝撃で粉砕される。この撹拌板１２が備える被処理物の『戻し機能』が被処理物の粒径や炭化の程度を均一にするのは、前記の通りである。
【００２７】  図５は、本発明に係る炭化装置の搬送板の高さとピッチの構成の一例を示す模式図である。前記の通り、本発明の炭化装置において、搬送板６は、スパイラルのピッチと内周側に突き出した高さが異なる複数のゾーンを具備し、スパイラルのピッチと内周側に突き出した高さは、炭化装置本体５前記本体における投入口側より排出口側の方が小さいことを特徴とするが、図５に示した例においては、前記ゾーンの数は三つに構成されている。そして、図５に示したＬ１の部分は乾燥ゾーン、Ｌ２は熱分解ゾーン、Ｌ３は仕上げゾーンとなる。
【００２８】  各ゾーンの構成をこのようにすることで、被処理物の乾燥や炭化の程度に従って、被処理物の移動速度などを調整することが可能となり、高品質の炭化材料を得ることが可能となる。
【００２９】  表１には、種々の被処理物を、本発明の炭化装置で処理した結果の例を示す。表１に示したように、本発明の炭化装置は、多分野の廃棄物に適用することが可能で、有用な炭化材料となすことが可能である。また、本発明の炭化材料について、別途に比表面積を測定した結果によれば、概ね３００ｍ２／ｇ以上であった。
【００３０】
【表１】
2013159778.tif 000003
【００３１】  また、本発明の炭化装置で処理した鶏糞の成分を、財団法人日本食品分析センターに依頼して分析した結果を表２に示す。表２の結果によれば、リン、カリウムなどの肥料として有効な成分が堆肥の一般的な数値よりも多く含まれることが分かる。
【００３２】
【表２】
2013159778.tif 000004
【００３３】  以上に説明したように、本発明によれば、種々の有機質材料、特に農業系の廃棄物から有用な炭化材料を効率良く得ることが可能となり、環境への負荷低減など、様々な分野に寄与するところは極めて大きいと言える。なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の分野における通常の知識を有する者であれば想到し得る、各種変形、修正を含む、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】１    被処理物投入口ホッパ
２    燃料タンク
３    第一のバーナー
４    加熱室
５    炭化装置本体
６    搬送板
７    三次燃焼室
８    脱臭炉
９    第二のバーナー
１０  排気室
１１  被処理物排出口
１２  撹拌板
【図１】
2013159778.tif 000005
【図２】
2013159778.tif 000006
【図３】
2013159778.tif 000007
【図４】
2013159778.tif 000008
【図５】
2013159778.tif 000009