(57)【要約】【課題】汚泥から有価物としてのパルミチン酸を効率よく回収することができるパルミチン酸回収装置およびパルミチン酸回収方法を提供すること。【解決手段】酸素を含まないキャリアガスをサンプルホッパー７内と反応管１内に供給して無酸素雰囲気とする。電気ヒータ３によって反応管１を３００〜７００℃に加熱した後、汚泥１３をサンプルホルダー５上に載置する。汚泥１３を無酸素のキャリアガス雰囲気下で加熱して、ガスを発生させる。発生したガスを、チューブ１２を通じてガス冷却部１１の回収管１１ｂに供給して、回収管１１ｂ内で発生ガスを冷却して、凝縮成分のタールを回収管１１ｂ内で捕集する。タールからパルミチン酸を抽出して、回収する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無酸素雰囲気下において汚泥を加熱可能に構成された無酸素加熱手段と、
前記汚泥から発生するガスを冷却可能に構成された冷却手段と、
前記冷却手段により冷却されたガスから得られた、パルミチン酸を含むタールを貯留する貯留手段と、を有する
ことを特徴とするパルミチン酸回収装置。
【請求項２】
前記無酸素加熱手段による前記汚泥の加熱温度が、３００℃以上７００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のパルミチン酸回収装置。
【請求項３】
前記無酸素加熱手段による前記汚泥の加熱温度が、３５０℃以上５５０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載のパルミチン酸回収装置。
【請求項４】
無酸素雰囲気下において汚泥を加熱する無酸素加熱工程と、
前記汚泥から発生するガスを冷却してタールを生成し回収する冷却回収工程と、を含む
ことを特徴とするパルミチン酸回収方法。
【請求項５】
前記無酸素加熱工程における加熱温度を、３００℃以上７００℃以下とすることを特徴とする請求項４に記載のパルミチン酸回収方法。
【請求項６】
前記無酸素加熱工程における加熱温度を、３５０℃以上５５０℃以下とすることを特徴とする請求項４に記載のパルミチン酸回収方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、汚泥からパルミチン酸を回収するパルミチン酸回収装置およびパルミチン酸回収方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、バイオマスを原料としたさまざまなエネルギー変換プロセスが開発されている。特に木質バイオマスを原料としたエネルギー変換技術についての研究開発が多く進められている。しかしながら、木質バイオマスのエネルギー変換技術は、原料となる木質バイオマスのコストなどの問題から、商用化には至っていない。
【０００３】
そこで、近年、収集技術が確立されている汚泥を原料としたエネルギー変換技術が注目され、炭化やガス化などのエネルギー変換技術について研究開発が推進されつつある。
【０００４】
このような汚泥を原料としたエネルギー変換技術としては、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１には、有機性廃棄物を流動床式のガス化炉に投入して、空気比１以下の低酸素雰囲気下で熱分解ガス、タール、炭素分を含む熱分解残査に熱分解し、ガス化炉の後段に設けたサイクロン装置で熱分解残渣を回収するとともに、タールおよび熱分解ガスを、サイクロン装置の後段に設けた改質炉に供給して改質ガスを生成し、その改質ガスを発電機のエネルギー源として利用する技術が開示されている。この技術によれば、必要分の所内電力を発電しつつ、炭化物を含む熱分解残渣を回収することが可能となる。また、ガス化炉におけるガス化によって生じたタールに対しては、触媒によって低分子化して燃料とする方法も知られている。
【０００５】
さらに、同様のエネルギー変換技術としては、特許文献２に記載された技術も知られている。特許文献２には、都市ごみやバイオマスをガス化炉で熱分解して、得られた熱分解ガスを改質炉で改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを有害成分除去装置によって精製した後、得られた精製ガスを燃料として発電装置で発電する技術が開示されている。
【０００６】
このようなエネルギー変換技術の進展に伴って、汚泥から有価物を回収する技術の開発も進められている。特許文献３には、下水汚泥焼却灰とアルカリ性反応液とを反応槽内で混合して下水汚泥焼却灰に含まれるリンを液中に抽出したうえで、リン抽出液と処理灰とに固液分離し、このリン抽出液にカルシウム成分を加えてリン酸カルシウム結晶を取り出す技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２２９５６３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２８９５８号公報
【特許文献３】特開２００８−２３０９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、汚泥から有価物を回収することを考慮すると、本発明者の検討によれば、汚泥には、可燃性ガスやリン以外にも有益な有価物が種々含まれていると考えられる。しかしながら、汚泥においては、ペプチドグリカンをその構成とする微生物や家庭から排出される油脂などのさまざまな成分が含まれており、熱分解時における汚泥の熱分解挙動やタールの生成挙動の特定が困難であり、ほとんど明らかにされていない。
【０００９】
そのため、汚泥に含まれている有価物のうちで、従来回収されていない有価物の回収技術の開発が求められていた。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、汚泥から有価物としてのパルミチン酸を効率よく回収することができるパルミチン酸回収装置およびパルミチン酸回収方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上述した課題を解決して上記目的を達成するために、種々実験を行い、鋭意検討を行った。まず、本発明者は、実験によって、汚泥を加熱することにより放出されるガスを冷却して得られるタールに、脂肪酸の一種で有価物のパルミチン酸が含まれていることを知見した。このパルミチン酸は、化粧品、界面活性剤またはバイオディーゼルなどに用いられる非常に有用な有価物であるが、従来汚泥から回収可能であるとの知見は存在しなかった。
【００１２】
そこで、本発明者は、汚泥からパルミチン酸を回収する方法について検討を行い、汚泥からパルミチン酸を得るためには、どのような条件が必要となるかについて種々実験および検討を行った。そして、本発明者は、特許文献１，２に記載されたガス化技術のように水蒸気および空気の雰囲気下においてタールを生成すると、得られたタールにはパルミチン酸が含まれないことを知見するに至った。本発明者が、この知見に基づいて重ねて実験および検討を行った結果、汚泥を加熱してガスを発生させる際の雰囲気を無酸素雰囲気とすることによって、汚泥を加熱することで放出されるガスを冷却してタールとした場合に、このタールにパルミチン酸が多く含まれることを知見するに至った。本発明は、以上の検討に基づいて案出されたものである。
【００１３】
したがって、本発明に係るパルミチン酸回収装置は、無酸素雰囲気下において汚泥を加熱可能に構成された無酸素加熱手段と、汚泥から発生するガスを冷却可能に構成された冷却手段と、冷却手段により冷却されたガスから得られた、パルミチン酸を含むタールを貯留する貯留手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るパルミチン酸回収装置は、上記の発明において、無酸素加熱手段による汚泥の加熱温度が、典型的には、３００℃以上７００℃以下、好適には、３５０℃以上５５０℃以下であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るパルミチン酸回収方法は、無酸素雰囲気下において汚泥を加熱する無酸素加熱工程と、汚泥から発生するガスを冷却してタールを生成し回収する冷却回収工程と、を含むことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係るパルミチン酸回収方法は、上記の発明において、無酸素加熱工程における加熱温度を、典型的には、３００℃以上７００℃以下、好適には、３５０℃以上５５０℃以下とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるパルミチン酸回収装置およびパルミチン酸回収方法によれば、汚泥から有価物である脂肪酸のパルミチン酸を効率よく回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるパルミチン酸回収装置の構成を示す略線図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による回収方法で得られたタール成分に含まれる主要成分の加熱温度依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。
【００２０】
まず、本発明の一実施形態によるパルミチン酸回収装置について説明する。図１に、この一実施形態によるパルミチン酸回収装置を示す。
【００２１】
図１に示すように、この一実施形態によるパルミチン酸回収装置は、反応管１、ステンレス管２、加熱手段としての電気ヒータ３、断熱部材４、サンプルホルダー５、熱電対６、サンプルホッパー７、ボールバルブ８、ガス流入配管９、バイパス配管１０、冷却手段としてのガス冷却部１１、およびチューブ１２から構成されている。
【００２２】
反応管１は、円筒形状の例えば石英からなる石英管であり、その内径は例えば１４ｍｍ、長さは例えば６７０ｍｍである。反応管１の内部のサンプルホルダー５は、例えばガラス綿からなり、反応管１の下端から例えば２７０ｍｍの高さに設けられている。このサンプルホルダー５上に汚泥１３が投下されて、載置できるようになっている。
【００２３】
ステンレス管２は、円筒形状であり、反応管１の側面を取り囲むように設けられている。さらに、電気ヒータ３が、このステンレス管２の側面を取り囲むように設けられている。これらのステンレス管２と電気ヒータ３とによって、ステンレス管状炉が構成され、反応管１を所定の温度、例えば８５０℃まで均一に加熱することができる。さらに、断熱部材４が、電気ヒータ３を取り囲むように設けられている。また、熱電対６は、反応管１とステンレス管２との間およびステンレス管２と電気ヒータ３との間に設けられ、反応管１の温度を計測可能となっている。
【００２４】
サンプルホッパー７は、反応管１の上部にボールバルブ８を介して連結されている。また、サンプルホッパー７の上部にガス流入配管９が連結され、例えば窒素（Ｎ2）ガスなどを供給するガス供給装置（図示せず）からの酸素を含まないキャリアガスを、サンプルホッパー７の内部に供給する配管である。これにより、サンプルホッパー７の内部を、酸素を含まない無酸素雰囲気とすることができる。なお、サンプルホッパー７の内部の汚泥１３が常温に維持されるように構成されている。
【００２５】
ボールバルブ８は、反応管１とサンプルホッパー７との間において、これらを連通させたり遮断したりするように開閉動作可能に設けられている。ボールバルブ８が開状態の場合には、反応管１とサンプルホッパー７とが連通して、キャリアガスは、ガス流入配管９およびサンプルホッパー７を通じて直接反応管１に供給される。一方、ボールバルブ８が閉状態の場合には、キャリアガスは、ガス流入配管９およびサンプルホッパー７を通じ、バイパス配管１０によってボールバルブ８がバイパスされて反応管１に供給される。
【００２６】
冷却手段としてのガス冷却部１１は、反応管１の下方に設けられている。このガス冷却部１１は、例えば氷および水などの冷却材が溜められた冷却容器１１ａと、タールを回収して貯留する貯留手段としての回収管１１ｂと、冷却容器１１ａの内部の気体を排気する排気管１１ｃとを備えている。そして、反応管１の内部と連通したチューブ１２が、回収管１１ｂの内部に挿入されている。このように構成されたガス冷却部１１において、反応管１の内部の気体は、まずチューブ１２を通じて回収管１１ｂに供給されて、冷却容器１１ａの氷および水によって冷却され、回収管１１ｂから冷却容器１１ａおよび排気管１１ｃを順次通じて、外部に排気される。
【００２７】
次に、以上のようにして構成されたパルミチン酸回収装置を用いた、本発明の一実施形態によるパルミチン酸回収方法について説明する。
【００２８】
まず、この一実施形態においては、汚泥１３として、例えば４．６ｇの乾燥汚泥をペレット状にしたものを用いる。ここで、この乾燥汚泥からなる汚泥１３は、炭素の含有量が約５０％、灰の含有量が約１５％、窒素の含有量が約６％である。なお、この汚泥１３の灰や窒素の含有量については、木質バイオマスにおける灰の含有量が約０．７％、窒素の含有量が０．１％以下であるのに比して多くなっている。
【００２９】
次に、図１に示すように、まず、ボールバルブ８を閉状態にして、汚泥１３をサンプルホッパー７に封入する。続いて、外部のガス供給装置（図示せず）からガス流入配管９を通じて、例えば窒素ガスなどの酸素を含まないキャリアガスを所定の流量でサンプルホッパー７の内部に供給する。ここで、キャリアガスの所定の流量は、例えば３５ｍｌ／ｍｉｎとする。他方、キャリアガスはバイパス配管１０を通じて反応管１の内部にも供給され、反応管１の内部は無酸素状態となる。
【００３０】
次に、反応管１の内部にキャリアガスを流しつつ、電気ヒータ３によって反応管１を３００〜７００℃、好適には３５０〜５５０℃の範囲内の所定温度になるまで加熱する。なお、このときの温度は熱電対６により計測される。反応管１の内部がこの所定温度まで加熱された後、ボールバルブ８を操作して開状態とする。これにより、重力によって汚泥１３が反応管１の内部に投下され、サンプルホルダー５上に載置される。
【００３１】
反応管１のサンプルホルダー５上に載置された汚泥１３は、無酸素のキャリアガス雰囲気において急速に所定温度まで昇温され、加熱される。この加熱によって、汚泥１３からは揮発成分および熱分解成分がガスとして発生する。なお、汚泥１３に対する加熱は、所定時間、具体的には例えば４０分間行う。汚泥の加熱を所定時間行ったことにより生じたガスは、キャリアガスの流れに従ってチューブ１２を通じてガス冷却部１１に供給される。
【００３２】
発生したガスがガス冷却部１１の回収管１１ｂに供給されると、この回収管１１ｂの内部のガスは、冷却容器１１ａ内の例えば氷および水などの冷却材によって冷却される。冷却されたガスのうちの凝縮成分はタールとなって、回収管１１ｂの内部に捕集される。なお、回収管１１ｂの外部に漏れ出たガスが冷却容器１１ａの内壁やチューブ１２の内側に付着して生じたタールについては、アセトンを用いた洗浄により回収される。一方、非凝縮成分（ガス成分）は、回収管１１ｂから冷却容器１１ａの空間および排気管１１ｃを通じて外部に排気される。
【００３３】
回収管１１ｂに捕集されたタール（凝縮成分）には、パルミチン酸が含まれており、従来公知の方法により、このタールからパルミチン酸を抽出して、回収する。
【００３４】
次に、以上のように構成されたパルミチン酸回収装置を用いたパルミチン酸の回収方法に基づき、反応管１における汚泥１３を加熱する際の所定温度を種々の温度として、タールに含まれる各種成分の含有量の温度依存性を分析した。なお、この一実施形態においては、汚泥１３を加熱する際の所定温度として、３００℃、４００℃、６００℃、および７００℃を採用した。この測定結果を図２に示す。
【００３５】
図２に示すタールに含まれる各種成分の含有量の温度依存性のグラフによれば、タール成分には、パルミチン酸、４−メチル−３ペンテン−２−オン、ジアセトンアルコール、酢酸、および２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジノンが主に含まれている。そして、これらの各種含有成分において、加熱する際の所定温度が３００〜７００℃の範囲では、パルミチン酸が他の含有成分に比して多く含まれていることが分かる。すなわち、汚泥１３を反応管１の内部において加熱する際の所定温度として、３００〜７００℃とすることにより、パルミチン酸を他の含有成分より優位に回収することができる。さらに、パルミチン酸の回収量は加熱する際の所定温度が４００℃付近の場合にもっとも多くなることから、加熱する際の所定温度を４００℃を含む温度範囲、具体的には、３５０〜５５０℃とすることにより、パルミチン酸をさらに効率よく回収することができる。
【００３６】
以上説明した本発明の一実施形態によれば、汚泥を無酸素雰囲気下において、汚泥を３００〜７００℃、好適には、３５０〜５５０℃の温度で加熱することによって、汚泥から生じるガスを冷却して、タール成分を捕集することによって、汚泥からパルミチン酸を含むタールを容易に精製することができ、パルミチン酸という有価物を容易に回収することが可能となる。
【００３７】
なお、上述の一実施形態においては、ボールバルブ８が閉状態でサンプルホッパー７から反応管１に酸素を含まないキャリアガスを供給する際に、バイパス配管１０を通じて供給しているが、必ずしもこの方法に限定されるものではなく、ガス供給装置（図示せず）から反応管１の内部に酸素を含まないキャリアガスを直接供給するようにしても良い。
【００３８】
また、上述の一実施形態においては、反応管１の上方にサンプルホッパー７を設け、下方にガス冷却部１１を設けているが、反応管１とサンプルホッパー７およびガス冷却部１１の位置関係は必ずしもこれに限定されない。すなわち、サンプルホッパー７やガス冷却部１１を反応管１の左右に設けるようにしてもよく、サンプルホッパー７を反応管１の下方に設け、ガス冷却部１１を反応管１の上方に設けるようにしてもよい。さらに、サンプルホッパー７を設けることなく、汚泥１３を直接サンプルホルダー５に載置するように構成することも可能である。
【００３９】
さらに、上述の一実施形態においては、ガス冷却部１１における冷却容器１１ａの内部のガスを、排気管１１ｃを通じて外部に排気するようにしているが、この排気管１１ｃから排気されるガスを、例えばガスサンプリングバックなどの捕集タンクなどに捕集するように構成することも可能である。また、冷却容器１１ａの内部の冷却材として、氷と水とのいわゆる氷水を用いているが、その他の冷却材を用いることも可能であり、例えばドライアイスなどを利用することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  反応管
２  ステンレス管
３  電気ヒータ
４  断熱部材
５  サンプルホルダー
６  熱電対
７  サンプルホッパー
８  ボールバルブ
９  ガス流入配管
１０  バイパス配管
１１  ガス冷却部
１１ａ  冷却容器
１１ｂ  回収管
１１ｃ  排気管
１２  チューブ
１３  汚泥
【図１】
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【図２】
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