(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機性廃棄物を攪拌する撹拌手段、及び攪拌された有機性廃棄物を外部より加熱し炭化物にする外部加熱手段を備え、酸素濃度を制限した加熱流通系ゾーンと、
該流通系ゾーンから抜き出され、かつ１０〜３０ｍｍの範囲の篩いに供給され、該篩いより下に落ちた炭化物を油に浮遊させることによって、該油中に浮き高品質燃料となる炭素分と、該油中に沈んだ灰分とに分ける浮遊選別手段と
を含む有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置。
【請求項２】
前記加熱流通系ゾーンと前記浮遊選別手段との間に設けられ、前記加熱流通系ゾーンから抜き出された炭素分を粉砕する粉砕手段をさらに含む請求項１に記載の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置。
【請求項３】
有機性廃棄物を酸素濃度５％以下に制限した、外部より加熱する加熱流通系ゾーンに供給する供給ステップと、
該加熱流通系ゾーン内を温度３００℃〜８００℃に維持しながら該加熱流通系ゾーンの外部より加熱する加熱ステップと、
該流通系ゾーンから抜き出され、かつ１０〜３０ｍｍの範囲の篩いに供給され、該篩いより下に落ちた該炭化物を油に浮遊させることによって、該油中に浮き高品質燃料となる炭素分と、該油中に沈んだ灰分とに分ける選別ステップとを含む有機性廃棄物からの高品質燃料製造方法。
【請求項４】
前記加熱ステップと前記選別ステップとの間において、前記加熱流通系ゾーンから抜き出された炭素分を粉砕する粉砕ステップをさらに含む請求項７に記載の有機性廃棄物からの高品質燃料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置及び製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有機性廃棄物を熱分解することにより熱分解ガスを得てこれを燃焼する処理方法では、分解ガスのみを燃焼させる。このため、金属類、ばいじんが少ない雰囲気で、高温燃焼が可能でありダイオキシンなどの生成が少ないという利点がある。
【０００３】
一方、有機性廃棄物を熱分解することにより得られた炭化物中には、原料中の金属類、塩類や灰分が残留しているので、これを燃料として利用する際には、塩類の揮散、ばいじんの発生、またこれらよりダイオキシンの生成などの環境に影響を与える問題が起こりやすいことが考えられる。したがって、このような問題を起こらないようにするには、燃焼温度の限定、高度な排ガス無害化設備を要してしまい、炭化物を燃料とするには経済合理性がない。このため、得られる炭化物の用途は、燃料吸着剤等に限定されており、炭化物の多くは埋め立て処分せざるを得ない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたのものであり、有機性廃棄物を熱分解することにより得られる炭化物から高品質な燃料を製造するための製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置は、有機性廃棄物を攪拌する攪拌手段、及び攪拌された有機性廃棄物を外部より加熱し炭化物にする外部加熱手段を備え、酸素濃度を制限した加熱流通系ゾーンと、該流通系ゾーンから抜き出され、かつ１０〜３０ｍｍの範囲の篩いに供給され、該篩いより下に落ちた該炭化物を油に浮遊させることによって、該油中に浮き高品質燃料となる炭素分と、該油中に沈んだ灰分とに分ける浮遊選別手段とを含む。
【０００６】
加熱流通系ゾーンとは、低酸素濃度下で有機物を燃焼するのではなく、外部から加熱することにより炭化させることができる装置のことである。例えば、加熱流通系ゾーンは、有機性廃棄物を酸素濃度５％以下に制限した、外部より加熱する炭化炉である。炭化炉の例では、外熱式キルンが好適である。浮遊選別手段は、油中に２種以上の比重の違う物質を混ぜ、比重の違いを利用して分ける手段のことである。浮遊選別手段の一実施の形態としては、浮遊選別機がある。
【０００７】
本発明の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置は、前記加熱流通系ゾーンと前記浮遊選別手段との間に設けられ、前記加熱流通系ゾーンから抜き出された炭素分を粉砕する粉砕手段をさらに含むことができる。粉砕手段とは、炭素を粉砕する手段をいう。粉砕手段の一実施の形態では、粉砕機がある。
上記油の性状は、重油など一般的な発電用燃料が好ましい。
【０００８】
本発明は別の側面として、有機性廃棄物からの高品質燃料製造方法であり、該高品質製造方法は、有機性廃棄物を酸素濃度５％以下に制限した、外部より加熱する加熱流通系ゾーンに供給する供給ステップと、該加熱流通系ゾーン内を温度３００℃〜８００℃に維持しながら該加熱流通系ゾーンの外部より加熱する加熱ステップと、該流通系ゾーンから抜き出され、かつ１０〜３０ｍｍの範囲の篩いに供給され、該篩いより下に落ちた該炭化物を油に浮遊させることによって、該油中に浮き高品質燃料となる炭素分と、該油中に沈んだ灰分とに分ける選別ステップとを含む。
【０００９】
本発明の有機性廃棄物からの高品質燃料製造方法は、前記加熱ステップと前記選別ステップとの間において、前記加熱流通系ゾーンから抜き出された炭素分を粉砕する粉砕ステップをさらに含むことが好適である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら、例示的に説明する。但し本実施の形態に記載される製品の寸法、形状、材質、その相対配置等は特に特定的な記載がない限りは本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１１】
図１は、本発明の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置の一実施の形態を示すプロセスフロー図である。図１において、有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置４０は、炭化炉１１、加熱ジャケット１２、分析抜き出し手段１３、急冷手段１４、サイクロン１５、排ガス処理装置１７を備える。これらによって、後述する炭化物が生成する。さらに、有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置は、篩い１９、粉砕機２０、油を用いた浮遊選別機２１を備える。これらによって、後述するように、生成した炭化物から、高品質燃料を製造する。
さらに、本実施の形態では、浮遊選別機２１の後段に、油を回収するための固液分離機２６を備える。固液分離機２６の例としては、ろ過式脱水機、圧搾式脱水機、遠心脱水機がある。  
【００１２】
次に、本実施の形態の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置４０の作用について説明する。この作用を説明することによって、本発明の有機性廃棄物からの高品質燃料製造方法の実施の形態を説明する。酸素濃度５％以下に制限した、加熱流通系ゾーンである炭化炉１１に、有機性廃棄物を供給手段（図に示さず）により連続的に供給する。この供給手段は、破砕機及びスクリューフィーダにより構成することができる。炭化炉１１は、外熱式キルンであることが好適である。
【００１３】
加熱流通系ゾーンである炭化炉１１では酸素を制限して、発熱を伴う酸化燃焼ではなく、緩やかな条件で起こる化学結合の切断を主体とする熱分解が支配的な反応とする。そして、熱分解反応が行われている炭化炉１１は、常に有機性廃棄物である原料系を供給し、高品質な燃料を生成し取り出すことを可能とする、加熱流通系ゾーンであるべきであり、炭化炉１１内には、吸熱反応である熱分解に必要な熱を外部から供給する必要がある。
【００１４】
炭化炉１１内の５％以下という若干の酸素は、酸化反応に関与するが、このように酸素分圧の低い条件での酸化速度は非常に緩慢で、若干の発熱反応によって内部から熱を与える面では寄与するものの、局部的な高温状態は達しえないので、毒性のある有機ハロゲン化物質の生成には至らない。また、ダイオキシン類などの有機ハロゲン化物質は一旦生成すると難分解性であるので、また、炭化物の収量を上げるために、炭化炉１１の全体の温度を３００〜８００℃に制限するのが同時に重要な要素である。
【００１５】
さらには、有機性廃棄物は、炭化炉１１に供給される前に破砕されることが望ましい。この粉砕時に、有機性廃棄物の０．３％ほどの炭酸ナトリウムを触媒を加え、連続的に炭化炉１１に供給することが望ましい。ここで、炭酸ナトリウムのほかにも、有機性廃棄物とともに水蒸気もしくは金属の炭酸塩、酸化物、硫酸塩、水酸化物から選ばれる少なくとも一つの化合物を炭化炉１１に供給することが望ましい。
【００１６】
水蒸気の添加は炭化炉１１内の酸素分圧を低下することによって、激しい酸化反応を抑制し、さらに水が系内の炭素と反応して、一酸化炭素や水素を生成して、還元性ガス雰囲気となり、有毒な有機ハロゲン化化合物の生成を抑制し、原料中の炭素分の固定に寄与する。また、金属の炭酸塩、酸化物、ケイ酸塩、硫酸塩、水酸化物は炭素鎖の切断を助長する触媒作用や、反応系内の遊離ハロゲンを無機物（金属塩）として固定する作用があることがわかり、本発明の方法を低温で速やかに進行させるのに有効である。これら化合物の例としては、炭酸ナトリウム、酸化鉄、水酸化カルシウムなどがあげられる。
【００１７】
そして、炭化炉１１の加熱ジャケット１２中に高温排ガスを流通して内部を加熱する。昇温途上の十分低温の間に、炭化炉１１内部は、窒素もしくは水蒸気でフラッシュして、内部の空気の一部を置換し、酸素濃度を５％以下に抑える。炭化炉１１の内温は３００〜８００℃に制御し、有形製廃棄物から得られる炭化物を炭化炉１１の終端の分離抜き出し手段１３の下部に導き炭化物と不燃物１８を得て、熱分解ガスを上部から取り出してサイクロン１５へ供給する。分離抜き出し手段１３は、例えば、炭化炉１１の終端側出口付近に設けられた固気分離ポートに接続された、分解ガス排出配管、及び炭化物排出口である。炭化物排出口には排出用のスクリューコンベヤが付帯していてもよい。炭化炉１１の終端にある分離抜き出し手段１３の下部からは、有機性廃棄物の供給量とバランスして炭化炉１１内のキルン内容量が定常状態になるよう、炭化物１８を抜き出す。
【００１８】
炭化炉１１の終端の分離抜き出し手段１３の下部には急冷手段１４として熱交換器を備えることが好適である。熱交換器では、抜き出し途上の炭化物が熱交換器の伝熱面に接触して冷却されるよう構成すればよい。伝熱面の他方の面は水などの低温媒体で冷却して、除熱する。冷却効率の点から、熱交換器の伝熱面積は限られた空間の中で大きい方がよい。したがって、例えば、管路の径を拡大して、その外部を囲緯した冷却ジャケットや、経路に挿入した多管式熱交換器、もしくはフィン付きチューブ等とすることができる。熱交換器では、加熱流通系ゾーンである炭化炉１１から抜き出す炭素を主体とする炭化物を２５０℃以下に急冷して抜きだすことが望ましい。これは、前記熱分解で固相の方に移行した残存ハロゲン化物質があった場合、ダイオキシン等有毒ハロゲン化化合物に転化させないための手段である。高温状態で抜き出し空気中の酸素と触れさせないためにこの操作が必要となる。
【００１９】
炭化炉１１から排出される熱分解ガスは飛散粒子を含んでいるので、サイクロン１５またはバグフィルタ（セラミックフィルターなど）で除塵した後、高温の燃焼炉１６で燃焼させる。高温の燃焼炉１６では、炭化炉１１から抜き出す熱分解ガスを８５０〜１１００℃で高温燃焼させることを特徴とする。高温燃焼炉１６は例えば、炭化炉１１より抜き出す熱分解ガスを導入する配管及び空気もしくは酸素富化空気送入配管に接続して、熱分解ガスを、高温で燃焼させるバーナを備え、燃焼排ガスを排出する出口を有する燃焼炉１６である。例えば、高温の燃焼排ガスの用途によっては、もしくはバーナ摩耗防止の目的から、燃焼炉１６の入り口の経路に除塵器を設け分解ガスに随伴する固体粒子を排除してから、高温燃焼炉１６に供給することも可能である。
【００２０】
この可燃（熱分解）ガスは、未だ、ハロゲン源を持っているため、潜在的に有毒な有機ハロゲン化化合物を生成する原因物質を含んでいるので、これら化合物を生成しない、また、たとえ生成していたとしても分解する高温域で燃焼させる。これにより、系内に含有しているハロゲンはハロゲン化水素となるので、排気経路でアルカリ性物質などで中和して容易且つ低コストで除去することが可能となる。また得られた高温の排ガスは炭化炉１１を外部から加熱する熱源として有効に利用することができる。高温の燃焼炉１６での燃焼用空気もしくは酸素を付加した空気は別の経路で排ガス処理装置１７に導入する。
【００２１】
高温の燃焼炉１６で得られた高温排ガスの一部は、炭化炉（外熱式キルン）１１の下部（加熱ジャケット１２）に導き、分解に必要な熱供給に用い、加熱ジャケット１２の出口から排出する未だ温度の高い、熱供給後のガスは高温の燃焼炉１６から排出する高温ガスの一部と合流させて排ガス処理装置１７（例えば、ボイラ）加熱用ガスとすることができる。
【００２２】
排ガス処理装置１７がボイラとすると、高温のボイラ加熱用ガスはボイラに導かれ、ここで蒸気を発生する熱源として使用され、発生した蒸気は蒸気タービン式発電機を駆動し、復水機により凝縮した水を再びボイラに戻し、循環せしめることもできるようにしてもよい。ボイラ加熱用ガスはボイラで熱交換してボイラからの排ガスとなり、バグフィルタで除塵後、煙突から排出することもできる。有機性廃棄物を有毒な有機ハロゲン化化合物の生成を抑制して処理し、炭素を主体とする、資源として有効利用のできる炭化物を取得し、発生する熱源によりボイラを稼動しタービン発電機を運転してもよく、エネルギーを有効に回収できる。
【００２３】
さらに、炭化炉１１において生成され、またはサイクロン１５によって回収される炭化物及び不燃物１８を、篩い１９に供給する。篩い１９において、篩い１９の上に残る金属類は回収する。篩い１９よりも下に落ちる炭化物を粉砕機２０へ送る。篩い１９は１０〜３０ｍｍの範囲の篩いを用いるとよい。
【００２４】
粉砕機２０は、炭化物を粉砕する。粉砕機２０の例としては、高速回転体による衝撃式粉砕機や媒体を用いる振動ミル、チューブミルなどがある。粉砕機２０から浮遊選別機２１へ炭化物を供給する。浮遊選別機２１では、炭素分（炭素リッチ（豊富）な粒子）と、灰分（灰分リッチな粒子）とをその密度差により浮遊選別する。一般に、炭素分の方が比重が軽く油中に浮かび、灰分の方が比重が重く油中に沈む。
【００２５】
炭素分は、炭素リッチ（豊富）な燃料になる。炭素リッチであるため、重量当たりの燃焼カロリーが、３，０００ｋｃａｌ／ｋｇ〜７，０００ｋｃａｌ／ｇ程度まで改質された炭化物のことを意味する。本実施の形態１で得られる炭素リッチ燃料の形状の特徴は、１０μｍ〜１０００μｍの粒径（直径）を有する。
【００２６】
ここで、本実施の形態に係る図１の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置４０では、粉砕機で水を加えず、浮遊選別機２１で油を用いている。この油の種類は重油など一般的な発電用燃料が好ましい。浮遊選別機２１において油に浮遊するため、得られる炭素リッチ炭化物は油を含み、高発熱量の液体燃料となる。さらに、浮遊選別機２１において、沈む油分を含んだ灰分は、固液分離機２６に送り、固体である灰分と、液体である油分に分ける。なお、固液分離機２６で回収された油は、浮遊選別機２１へ送り、リサイクルする。
【００２７】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明の有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置及び製造方法によって、有機性廃棄物を熱分解することにより得られる炭化物から、塩類が除去されたクリーンで高品質の燃料を製造することができる。さらには、ハンドリング性に優れた液体燃料も製造できる。また、油と炭化物のスラリーの高発熱量燃料も製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関する有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置の実施の形態を説明する概念図である。
【符号の説明】
１０      有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置
１１      炭化炉
１２      加熱ジャケット
１３      分離抜き出し手段
１４      急冷手段
１５      サイクロン
１６      燃焼炉
１７      排ガス処理装置
１８      炭化物、不燃物
１９      篩い
２０      粉砕機
２１      浮遊選別機
２６      固液分離機
４０      有機性廃棄物からの高品質燃料製造装置
【図１】
0003986335.tif 000002