最良の技術を、多彩な分野へ

TSK TECHNICAL REVIEW

技報
特集テーマ：TSKグループの技術紹介〜次の100年に向けて〜
特集1

二重円筒加圧脱水機®
トルネードプレス の開発

特集2

ABSインペラ式撹拌機と数値シミュレーション解析

特集3

パラキシレン新精製プロセス
PX-Flash

製品紹介

コークス炉装入炭用乾燥調湿設備

2007

no. 7
月島機械株式会社

目次
3

特集テーマ：TSKグループの技術紹介 〜次の 100年に向けて〜
巻頭言

最良の技術をもって社会に貢献
4

代表取締役社長

特集 1

二重円筒加圧脱水機トルネードプレス®の開発
12

高尾 大・根尾 航太郎

特集 2

ABSインペラ式撹拌機と数値シミュレーション解析
17

山田 和彦

望月 淳・高田 哲夫

特集 3

パラキシレン新精製プロセス PX-Flash−断熱冷却晶析による大規模溶融精製プロセスの開発−
神戸 達哉・石井 究・大内 健二

26

技術紹介 1

新しい気液接触装置
32

久保 大・結城 智博

技術紹介 2

下水流動焼却設備の運転支援システム
38

西山 守・上野 勇

製品紹介

コークス炉装入炭用乾燥調湿設備
42

野口 隆行

設備紹介

大型電子ビーム溶接装置とその適用事例について
46

真庭 健一

ティーブレイク 月島茶房

今更ですが「水の科学」
48

会社概要

50

営業品目・編集後記

栄川 満

NO.7 2007

C O NT E NT S
Special Edition : Introduction of TSK Group’s Technology for Next 100years

3

Foreword

4

Paper1

Kazuhiko YAMADA, President and CEO

Development of Double Cylindrical Filter Press “TornadoPress®”
Dai TAKAO / Kotaro NEO

12Paper2

ABS impeller type mixer and its mixing simulation
Jun MOCHIZUKI / Tetsuo TAKADA

17

Paper3

New Purification Process “PX-Flash”
for p-Xylene Mass Production using Adiabatic Cooling Crystallization
Tatsuya KANBE / Kiwamu ISHII / Kenji OUCHI

26

Technology Introduction1

32

Technology Introduction2

Newly developed gas-liquid contact system
表紙の写真

Daiki KUBO / Tomohiro YUKI

Operation Support System of Sludge Fluidized Bed Incineration Plant
Mamoru NISHIYAMA / Isamu UENO

38

Product

42

Manufacturing Technology

Coal Moisture Control plant

Takayuki NOGUCHITechnical Report of Large sized Electron Beam Welding Machine and its applications
Kenichi MANIWA

2005年に世界自然遺産へ登録された
北海道知床半島の春の風景

46
48

Tea Break “Science of Water”

50

Technology & Products / Editor’s Note

Corporate Profile

Mitsuru EIKAWA

巻 頭 言最良の技術をもって社会に貢献
代表取締役社長

山田 和彦

TSK技報は 2004年 4月の創刊から 3年が経ち、本巻で第 7巻を数えるに至りました。本巻では、月島機械とグループ会社の技術を紹介します。社外の方々にも TSK
技報をお配りし、当社の技術を多くの方にご紹介させていただくことになりました。今後は、TSK技報を媒体として、様々な場面で社内外の技術者の方々による活発な技術論争が繰り広げられることを期待しています。
当社を取り巻く事業環境はかつてないほどの厳しさ
ご承知の通り、当社は 2005年に創業 100周年を迎えとなり、求められる技術も日々刻々と変化しています。

ました。これまでの 100 有余年の歴史は当社の技術革このような状況下、且つ、当社の限られたリソースの新の歴史とも言えます。製糖プロセスに始まり、化学、

なかで成果を得るためには「当社が社会に貢献できる

環境分野を中心に機器の設計、製作からエンジニアリ

最良の技術は何か」ということを考えなければなりま

ングまで一貫して社会に提供して参りました。現在はせん。お客様に密に接し、マーケットを見据え、どの分

電子ビーム溶接技術やバイオエタノール、汚泥燃料化

野に集中し、どの技術を選択するか、技術をどの時点など、技術開発を加速させ、新事業の展開や、基礎技術で取捨するかであります。当社には「そこそこの技術」

をさらに発展させ、新型脱水機の開発や新たな化学プ

は必要ありません。
「 最良の技術」をひたすら追求し、ロセスのご提案を図っています。

何があっても諦めることなく、最後までやり遂げるこ

私たちの先輩諸氏は、時の要請に技術をもって応えとが重要だと思います。そのようにして得られた技術ることで、自らをも発展させてきたのです。当社が 100をもって社会に貢献することが、「NEXT100」にて掲

年に渡って行ってきたこの「時の要請に技術をもってげる「事業の自立」に繋がります。

応える」ということは、月島機械が月島機械であるために最も必要とされる「意志」であります。それは当社の当社が今後も成長し続けていくためには、社会（お企業理念として真っ先に「わが社は最良の技術をもっ客様）から「月島機械なら何とかしてくれる」と望まれて産業の発展と環境保全に寄与し、社会に貢献します」

る技術集団になること、そしてそのために真の技術者と謳われていることにも表れています。

を育成し続けなければならないと考えています。

そして、現在の私たちは「次なる 100年に向けた事業

冒頭にも申し上げましたが、この TSK技報は本巻かの自立」をめざす中期経営計画「NEXT100」に取り組ら社外へも配付されることとなります。今後は、TSKんでいます。当然ながら、「事業」として「自立」するた

技報の公開によって対外的に当社の「最良の技術」をめには弛みない技術開発・技術革新がなければ実現す

アピールしていきたいと考えています。また、同時に、ることはできません。技術開発とは、新しい技術にチャ

この TSK 技報が技術者一人ひとりの日頃の努力の成レンジし、商品化する、そしてお客様に満足していただ

果を披露し合い、お互いに切磋琢磨する場として活用

くことを指します。

されるよう期待しています。
2007 TSK 技報3

特集

1 二重円筒加圧脱水機
トルネードプレス の開発®

Development of Double Cylindrical Filter Press“TornadoPress®”

Abstract
Generally digested and mixed raw sludge (2~3 wt% DS) at
sewage sludge plants in Japan are dewatered up to 18 to 24
wt% by Belt Press Filter (BP), Screw Press (SP) and Centrifuge
Decanter (CD) for drying or incineration.

高尾 大

Recent urgent needs for developing a dewatering machine

Dai TAKAO

can be classified into three. First is minimizing construction

研究開発部
プロジェクトグループ

cost of dewatering machine itself. Second is minimizing power
consumption for reducing carbon dioxide. Third is increasing
DS-content in dewatered sludge for reducing auxiliary fuel inthermal treatment such as drying, incineration and carbonization. Especially the third need is the most important problem
for sewage treatment to improve auxiliary fuel consumption.
In response to this background, the Double Cylindrical Filter
Press (DCFP) “TornadoPress®” has been developed with aunique squeezing effect for obtaining higher DS-content.

根尾 航太郎Kotaro NEO
機器設計部
分離グループDCFP is arranged vertically and composed of four parts:
rotating outer and inner cylindrical screens, fixed spiral wall
between the mentioned double cylinders and back pressure
plate.
Three dewatering mechanisms are featured in DCFP: “bothsides filtration,” “both sides transportation,” and “back-pressure
plate.” “Both sides transportation” and “back-pressure plate”
generate effective shearing force for achieving higher DS-content (as much as 3~10 points up) than other types of dewateringmachines, and the installation area can be reduced 1/2~1/3 thanthat of existing SP by vertical arrangement and high filtration
capacity based on “both sides filtration.”
キーワード：脱水、二重円筒加圧脱水機、縦型配置、両面ろ過、両面搬送
トルネードプレス®
Keyword：Dewatering, Double Cylindrical Filter Press, Vertical arrangement, Both side
ﬁltration, Both side transportation, TornadoPress®

4 TSK 技報 2007

①高圧搾機能を実現し、従来脱水機と比較し脱水ケーキ含水率

1 目的を最大で 4ポイント（混合生汚泥比較）低減。

1.1 はじめに②同等処理量で機器外形の小型化を実現し、SPと比較し 1/2 〜

日本の下水 処理場では、 固形物濃度 0.015 〜 0.02%（SS150 〜

1/3の省スペース化。

200mg/l）程度の流入下水を生物学的処理（標準活性汚泥、
嫌気消化）

前者①については、脱水ケーキ量の低減による運搬費・処分費のや物理学的処理（沈降濃縮や遠心・浮上濃縮）を経て、固形物濃度 2低減に加え、焼却時の補助燃料費の削減効果も挙げられる。後者②〜 3％ -ds程度の濃縮汚泥とし脱水処理している。通常これらの脱水については、配置計画時の省スペース化はもちろんであるが、ケー処理にはベルトプレス脱水機（以降、BPと称す）や遠心脱水機（以降、キを上方より排出する構造のためケーキ搬送設備に乗り継ぐため

CDと称す）が用いられ、
含水率 76 〜 82％の脱水汚泥とし、焼却処理・の本体架台が簡素化でき建設費の削減が可能となる副次的な利点

農地還元・セメント化処理されている。

もある。

昨今では下水道事業全般においてコスト低減、省エネが強く求められ、脱水工程においてもこれらのニーズに適合する脱水機が求め

2 基本構造と脱水機構について（以降、SPと称す）、ロータリープレス
られており、スクリュープレス１）
脱水機といった金属ろ材系脱水機が BPや遠心脱水機の代替機種と2.1 基本構造

して急速に普及している。これは、構造が簡素でろ布の交換を必要と

図 2にトルネードプレス®の概観を示す。外形は円筒形のケーシしないため維持管理性に優れ、且つ低動力であることが客先のニーングにより構成され、従来の脱水機（SPや BP等）とは異なり縦型配ズに適合したためといえる。

置を採用している。基本的なフローは、前段の凝集混和槽にて高分

一方で、脱水汚泥の処分については、N2O対策のための高温焼子凝集剤により凝集した汚泥を、機器下方の汚泥投入管より投入

却や、乾燥もしくは炭化処理した下水汚泥の燃料利用が注目を集し、ケーキ排出は上方より、分離液は下方の排水管から排出される。

めており、燃費の改善のために脱水工程での低含水率化が求められている。
こうした背景から、従来にない斬新なろ過・圧搾メカニズムを有し、コンパクトな構造で脱水ケーキの低含水率化が図る事が可能なトルネードプレス®を開発した。現在、実証試験を実施中であり、良好な結果を得ているので、本稿にて報告する。

1.2 脱水機のコンセプト
本脱水機の特徴としては、以下の点が挙げられる。また、図1に従来脱水機との位置付けを示す。

：従来脱水機 Existing machine

含水率 Moisture content：トルネードプレス® TornadoPress®

②省スペースMinimizing space①低含水率化 Lower moisture content
処理量/スペース Throughput/Istallation space
図1 トルネードプレス®の性能の位置づけ
Fig.1 Positioning of TornadoPress® performance in market

図 2 トルネードプレス®の概観
Fig.2 Outer shape of TornadoPress®

2007 TSK 技報

5

特集 1

二重円筒加圧脱水機トルネードプレス®の開発

2.2 脱水機構
外筒駆動機
Outer motor

内筒駆動機
Inner motor

図４に脱水機構に関連した内部構造を示す。また、併記したグラフは一般的な混合生汚泥を標準状態で脱水した場合の機長におけ

背圧板
Back-pressure plate

る内部の固形物濃度分布を示している。螺旋状の汚泥流路始端から投入された凝集汚泥は下記に示す３つ固液分離ゾーンを経て脱水

内筒Inner cylinder

スパイラル板Spiral wallが行われる。

外筒
Outer cylinder①内外筒の両面のろ材によるろ過濃縮を行う『ろ過濃縮ゾーン』②回転する内外筒により徐々に上方に搬送されながら圧搾作用

外筒排水管
Outer waste pipeを行う『圧搾脱水ゾーン』

汚泥投入管
Inlet pipe

③背圧により汚泥を最終的に圧搾・排出する『背圧ゾーン』

内筒排水管
Inner waste pipe

以下に各ゾーンにおける主要な機能・原理について紹介する。
2.2.1 ろ過濃縮ゾーン
高分子凝集剤により凝集された汚泥は供給ポンプにより機器下

図 3 トルネードプレス®の基本構造
Fig.3 Basic structure of TornadoPress®

部の汚泥投入管より螺旋状の流路に圧入される。投入当初、汚泥の図３に基本構造を示す。本脱水機は同心配置された大小２つの固形物濃度は 2 〜 4％ -ds程度と極めて低く、流動して機内に充填

金属製円筒ろ材（以降、内筒と外筒）、スパイラル板及び背圧板の４される。充填された汚泥はポンプの投入圧（MAX50.0kPa）をろ過差

つの主要部品から構成されている。

圧として内外筒によりろ過（以降、両面ろ過）され、固体濃度 10％ -ds

スパイラル板は上述の内外筒間に固定され、螺旋状の汚泥流路を形程度まで濃縮される。ろ過濃縮の進行によりろ材表面には圧縮ケー成している。

キ層が形成されろ過流速の低下を招くが、スパイラル板に固定され

内外筒はろ過と搬送という２つの機能を有する。円筒の表面は孔たスクレーパが定期的にろ材表面のケーキ層を掻き取ることで、ろ径 1.0 〜 0.2mmの金属製ろ材で構成されており、凝集汚泥を固液分

過流速の低下を防止する。

離する。また、上部の減速機により同方向・同角速度で回転する内2.2.2 圧搾脱水ゾーン

外筒は、挟み込んだ汚泥を円周方向に搬送する。円周方向に搬送さ

固形物濃度 10％ -ds以上にろ過濃縮された汚泥は粘性が上昇し流動性を失った半固形物状を呈する。このため、内外筒との間に摩れた汚泥は、スパイラル板に沿って上方へと登っていく。
また、スパイラル板下部には可動式のスクレーパが配置され内外擦が生じ、回転する内外筒に挟まれスパイラル板に沿って円周方向の搬送作用（以降、両面搬送）を受ける。また両面搬送とスパイラル

筒ろ材表面に接触することで、ろ材の目詰まりを防いでいる。
背圧板は機器上部にて螺旋状の汚泥流路の終端に接続され、汚板の間に生じる干渉により汚泥にはせん断効果が与えられ、脱水が泥の排出断面積を調整することで、排出汚泥の含水率調整及び脱行われる。

水汚泥の機外排出を行う。

2.2.3 背圧ゾーン

上記の主要部品は、臭気拡散・ろ液飛散を防止するため密閉された

背圧板は汚泥の排出断面積を減少することで更に高いせん断お

円筒形ケーシングに収納されている。
円筒形のケーシングは複数の点検

よび圧搾効果を生じ、高い内圧（MAX200.0kPa）にて汚泥を最終的口を有しており、簡易開放できることからメンテナンス性にも優れている。

に脱水・排出する。

背圧板
Back-pressure plate

外筒
Outer cylinder

スパイラル板Spiral wall

圧搾脱水 ゾーン
Squeezing zone

搬送方向
Transportation
内筒
Inner cylinder
スクレーパー
Scraper

背圧ゾーン
Back-pressure zone

ろ過濃縮ゾーン
Thickening zone
0

汚泥投入 Feeding sludge
図 4 内部構造
Fig.4 Detailed structure

6 TSK 技報 2007

円筒長 Cylinder length

ケーキ排出
Discharging cake

10

20
30
固形物濃度 DS（%-ds）

40

Development of Double Cylindrical Filter Press “TornadoPress®”

3 基礎試験

《各固液分離ゾーン 》《Dewatering zone》《性能向上因子》《Improvement for performance》

2章でも言及したように本脱水機は、各ゾーンにおいて図 5に示ろ過濃縮
Thickening

すような特徴を有している。
本章では図中の『①両面ろ過』、『②両面搬送＋スパイラル圧搾』及両面ろ過 Both side filtration
スクレーパー Scraperび『③背圧による排出断面積の縮小』の 3点の脱水性能の向上因子について、実際のトルネードプレス®を用いて検証した結果を示す。

3.1

試験方法

試験には図 6に示した φ300/150×500型（φD/d×L）の試験機を圧搾脱水
Squeezing

両面搬送 Both side transportation

背圧Back-pressure

排出断面積の縮小
Reducing the discharging area

用いた。対象汚泥は消化汚泥 A（TS2.0％ -ds、VTS67％ -TS、繊維状

図 5 各固液分離ゾーンにおける性能向上因子
Fig.5 Improvement for performance in each zone

物100Mé5％）及び混合生汚泥 A（TS2.5％ -ds、VTS83％ -TS、繊維状物100Mé32％ -TS）の 2種類を用いた。以下に各試験方法を示す。
両面ろ過

3.1.2
内筒の回転の有無
Rotating or stopping theinner cylinder

内筒にろ材を設置した場合（両面ろ過）と設置しない場合（片面ろ過）の性能を比較した。
3.1.2

両面搬送

内外筒共に回転させた場合（両面搬送）と外筒のみ回転させた場

3.1.3
排出断面積調整
Adjusting the discharging
area

合（片面搬送）の性能を比較した。
3.1.3

背圧による排出断面積の縮小

L 500

3.1.1

背圧板によって排出断面積を減少させた場合の脱水性能の変化を検証した。

3.1.1
内筒ろ材の有無
Inner cylinder with or without filter

3.2 試験結果及び考察
3.2.1 両面ろ過
図 7に両面ろ過（内外筒共にろ材）及び片面ろ過（外筒のみろ材）

d 150の脱水性能比較を示す。ただし、処理量は単位時間辺りの固形物

D 300
図6 基礎試験 試験機仕様
Fig.6 Test machine speciﬁcation for basic experiment

処理量で表記した。両面ろ過体系の方が含水率 81％付近では 2倍
以上、82％付近では 1.7倍の処理量向上が認められる。例として定圧圧搾の固液分離進行度 U 2）におけるろ過時間 Tm 、Tfとろ過面
85

数 （両面：2、i
片面：1）の影響を式（1）、（2）に示す。式（1）
、
（2）では

片面ろ過
Single side filtration

1、圧密時（Uc）では 4：1に比例する。今回の体系では片面と両面のろ過面積が異なり、かつ連続場における変圧ろ過のため、直接的な比較はできないが、圧密過程により近い低含水率領域において両面ろ過の効果が顕著になると考えられる。
Uf＝( ωi )× Kw×{ (Tf＋Tm)− Tm}0

Uc＝1−exp {−πi 2
×Ce×Tf×()}
4
ω0
2･･････（1）･･････（2）Uf：

ろ過比（−）Uc：

圧密比（−）i：

ろ過面数（両面ろ過：2、片面ろ過：1）

ω0：固体質量 W/装置断面積 A（kg/m2）

K：

修正ろ過係数（−）

Tf 、Tm：

ろ過時間（sec）

Ce：

修正圧密係数（−）

含水率 Moisture Content（％）

ろ過面数 iへの依存性が異なり、ろ過時（Uf）では両面：片面比＝2：84

両面ろ過Both side filtration

83

82

81

80
0

5

10

15

20

25

30

処理量 Throughput（kg-ds/h）
図7 両面ろ過と片面ろ過の性能比較（汚泥：消化 A、投入圧:25.0kPa、回転数:0.5〜2.0rpm）
Fig.7 The comparison of the dewatering performance between Both side and Single
side ﬁltration (sludge:Digested A, input pressure:25.0kPa, rotation speed:0.5-2.0rpm)

2007 TSK 技報

7

特集 1

二重円筒加圧脱水機トルネードプレス®の開発

3.2.2

両面搬送

これはろ室径方向のケーキ搬送速度とせん断応力分布における

図 8、9に両面搬送（内外筒共に回転）及び片面搬送（外筒のみ回搬送体系の影響が起因していると考えられる。図 10にろ室径方向転）の 2つの搬送体系の脱水性能比較を示す。両面搬送（図中◆）とでの搬送速度分布の概念及び式
（3）
〜
（5）
に容積流量 Q 、せん断力

片面搬送（図中□）の比較から、最低到達水分が消化汚泥で 2ポイ

τ及び内圧 Pの関係式 3）を示す。両面搬送体系では両面から搬送力

ント、混合生汚泥で 4ポイントの低減が図れている。

が得られるため、汚泥内部ではせん断応力勾配（dτ/dh）が大きく、より高い内圧 Pが発生していると考えられる。
Q ∝∫udh
du
dh
dP
dτ
ΔP ＝
∝
dℓ
dh

83
82
含水率 Moisture content（％）

････････････（3）････････････（4）

τ∝

81
80
79
78

76

：

u

容積流量（m3/sec）：

搬送速度（m/sec）h：

ケーキ厚さ（m）

τ：

せん断力（N/m2=Pa）Ρ：

圧力（N/m2=Pa）ℓ：

ろ室長さ（m）

一方、一般的なろ過式を式（6）に示す。今回の試験体系では同処

両面搬送Both side transportation

77

Q････････････（5）理量あたりのろ過時間 T 、ケーキ厚さ h 、ろ過抵抗 Rs 、Rmは同じ

片面搬送
Single side transportation

であるため、脱水効率を示すろ過流速 dV/dTは発生する圧力Ｐに比例となる。

75
01020
処理量 Throughput（kg-ds/h）

30
dV
P
＝
dT （Rs × h ＋ Rm）

図 8 脱水性能における搬送体系の影響（汚泥：混生 A、投入圧：35.0kPa、回転数：0.5〜 4.0rpm）
Fig.8 The inﬂuence of the transportation system on the dewatering performance(sludge:Mixed raw A, input pressure:35.0kPa, rotation speed:0.5-4.0rpm)85････････････（6）V：

単位面積当りのろ液量（m3）T：

ろ過時間（sec）

P：

圧力（Pa）

Rs：

ケーキのろ過抵抗（m −1）

Rm：

ろ材のろ過抵抗（m −1）h：

ケーキ厚さ（m）

両面搬送
Both side transportation

今回の結果からは、両面搬送の内圧 P2 が P1 より高く、高ろ過

片面搬送
Single side transportation

流速＝低含水率化に効果があったと推定される。

83

片
面
搬
送

82

Single side

含水率 Moisture content（％）

84

81

0

5

10

15

20

25

処理量 Throughput（kg-ds/h）

図 9 脱水性能における搬送体系の影響（汚泥：消化 A、投入圧：25.0kPa、回転数：0.5〜 2.0rpm）
Fig.9 The inﬂuence of the transportation system on the dewatering performance(sludge:Digested A, input pressure:25.0kPa, rotation speed:0.5-2.5rpm)

8 TSK 技報 2007

両
面
搬
送

Both side

80

内筒
Inner

容積流量 Throughput
u1

せん断 shear
τ1

内圧 pressure
P

ℓ
h

外筒
Outer

内筒
Inner

ΔP1

u2

τ2

ΔP2
外筒
Outer
図10 搬送速度分布概念図と搬送体系の関係
Fig.10 The relationship between Q and transportation system

Development of Double Cylindrical Filter Press “TornadoPress®”

3.2.3

背圧

4

実証試験

図11に背圧板によって排出断面積を減少させた場合の脱水性能への影響を示す。ただし、排出断面積は全開時を 1とした場合の比率で示す。図12にろ室径方向での搬送速度分布の概念を示す。背圧

商用機と同等の構造及び処理容量を有したパイロット機 φ500×
1000型（φD×L）を用いて実証試験を行った結果を示す。

操作により排出抵抗を高めた場合、汚泥内部にはより高い内圧 ΔPが発生している状態となる。同時に、容積流量 Qは減少傾向となり、

4.1

試験方法

過度な抵抗では処理量が著しく低下する。ろ過式（6）にあてはめてパイロット機 φ500×1000型（φD×L）を実際の下水処理場に設考えると、ろ過時間 T（∝1/Q）と圧力 Pの両者が増加するため、相置し、脱水実験を行った。表 1に今回の実証試験で用いた汚泥種及乗的な効果により図 11に示すように顕著な含水率の低下が認めらび性状を示す。

れたと考えられる。なお、実際の処理では汚泥の性状に合わせて上

今回の試験では、①スパイラルデザインの最適化、②消費動力の検証及び③既存脱水機との性能比較の 3点について実施した。試験機構が必要となる。

方法を以下に示す。

75

200

74

160

73

120

72

80
含水率
Moisture content

71

40

処理量
Throughput

70

0

0.00

0.10

0.05

0.20

0.25

表1 対象汚泥の汚泥性状一覧
Table1 Characteristics of each sludge

処理量Throughput（kg-ds/h）

含水率 Moisture content（％）

記の傾向が異なるため、最適条件と考えられる P2 に調整する背圧

消化汚泥 Digested sludge

混合生汚泥 Mixed raw sludge
処理場
Plant

TS

VTS

繊維
Fiber

処理場
Plant

TS

VTS

繊維
Fiber

Ｂ

2.7

83.7

45

Ｂ

1.9

70

10

Ｃ

1.9

83.9

46.7

Ｃ

1.6

50

10

Ｄ

2.2

84.0

40.0

Ｄ

1.8

67

10

単位
unit

TS：％-ds、VTS：％-TS、繊維 Fiber：100Me 網上 Residual ％-TS

0.30

排出断面積（-）

4.1.1 スパイラルデザインの最適化

図11 脱水性能における背圧部の排出断面積の影響（汚泥：混生 A、投入圧：35.0kPa、回転数：1.0rpm）
Fig.11 The inﬂuence of the discharging area in the back-pressure plate on the
dewatering performance(sludge:Mixed rawA, input pressure :35.0kPa, rotation speed:1.0rpm)

脱水性能について対象汚泥毎にデザインの最適化を行うこと
は、脱水汚泥の低含水率化を実現する上で最も重要なパラメータと言える。ここでは、スパイラルデザインとしてピッチ数 Pn（巻数）の異なる 2 デザイン（Ｎおよび 2 Ｎ）を用い、脱水性能におけℓ 容積流量 Throughput
u1

るスパイラルピッチ数 Pn の影響について検証した。対象汚泥とせん断 shear
τ1

内圧 pressure

しては消化汚泥 B 及び混合生汚泥 Bの 2 種を用いた。

h

4.1.2
ΔP1

u2

τ2
ΔP2

Q2

u3

脱水機としての機械設計の最適化のためには、脱水運転時に
背
圧
力
︵
内
圧
︶
増
加

τ3
Q3

Increasing pressure

処
理
量
増
加

Increasing throughput

Q1

運転トルクの検証必要なトルクを正確に把握する必要がある。このため脱水機の運転動力（理論動力（kw）＝回転数（rpm）×トルク（Nm）/9550）の把握のため、様々な汚泥での運転条件と所要トルク、回転数の関係について調査した。対象汚泥としては表 1 に示した全 6 種の汚泥を用いた。
4.1.3

ΔP3

既存脱水機との性能比較

実際の下水処理場において、稼動している既存脱水機との性能比較を行い、トルネードプレス®の脱水性能上の優位性につい

圧力傾向 P1＜P2＜P3
Pressure

流量傾向 Q1＞Q2＞Q3
Throughputて検証した。

図12 容積流量、せん断力及び内圧の関係
Fig.12 The relationship between throughput, shear and pressure

2007 TSK 技報

9

特集 1

二重円筒加圧脱水機トルネードプレス®の開発

4.2 結果及び考察

4.2.2 運転トルクの評価

4.2.1 スパイラルデザインの最適化

図15に運転トルクと排出含水率の影響を示す。
（なお、トルク値

図13及び 14に脱水性能におけるスパイラルピッチ数 Pn（2N及びは混合生汚泥含水率 72％時の平均トルクを１とした場合の比率でN）の影響を示す。
なお、処理量は単位外筒ろ過面積あたりの固形物処示す）運転に必要なトルク値は排出される脱水汚泥の含水率に依存

理量で表記した。汚泥種により傾向が異なり、消化汚泥においては低する傾向にあった。また、図16に回転数と処理量の関係を示す。回ピッチ数 Pn化に伴い顕著な性能の改善が認められる一方、混合生汚

転数についても処理量と一定の傾向にある。
（なお、回転数は混合生

泥では殆ど影響が認められず、誤差範囲と考えられる。スパイラルの

汚泥標準ろ過速度 68kg-ds/h/m2 時の平均回転数を１とした場合の低ピッチ数 Pn化に伴いピッチ角αが高角化することから、消化汚泥比率で示す）以上より、対象となる汚泥、含水率及び処理量領域にでは図12に示したような径方向の搬送速度勾配に加えて鉛直方向の併せて設計することで機械設計の最適化が図れると言える。

搬送速度勾配や圧搾圧力も脱水性能に影響があるためと考えられる。

2.0

85
運転トルク Operating Torque（-）

含水率Moisture Content（％）

混生 Mixed raw B

84
83
82
2N

81

N

80

1.6

1.2

〃

〃

〃

〃

C
D

消化 Digested

B

〃

〃

C

〃

〃

D

0.8

0.4

79
0

10

20

30

40

0.0
60

ろ過速度 Throughput（kg-ds/h/m2）

68

72

76

80

84

88

含水率 Moisture Content（％）

図13 脱水性能におけるスパイラルピッチ数 Pnの影響（汚泥：消化 B、投入圧:35.0kPa、回転数：0.15〜 0.4rpm）
Fig.13 The inﬂuence of spiral pitch number Pn on the dewatering perofrmance(sludge: Digested B, input pressure:35.0kPa, rotation speed:0.15〜 0.4rpm)

図15 運転トルクと含水率の関係（φ500×1000型、汚泥：全種）
Fig.15 The relationship between the operating torque and moisture content(φ500×1000, sludge:all)

140

78

混生 Mixed raw B

2N

77

処理量 Thoughput（kg-ds/h/m2）

含水率 Moisture Content（％）

64

N

76
75
74
73

120
100
80

〃

〃

〃

〃

C
D

消化 Digested

B

〃

〃

C

〃

〃

D

60
40
20

72
0

40

80

120

160

処理量Throughput（kg-ds/h/m2）
図14 脱水性能におけるスパイラルピッチ数 Pnの影響（汚泥：混生 B、投入圧：35.0kPa、回転数：0.6〜 2.0rpm）
Fig.14 The inﬂuence of spiral pitch number Pn on the dewatering performance(sludge: Mixed raw B, input pressure:35.0kPa, rotation speed:0.6〜 2.0rpm)

10 TSK 技報 2007

0
0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

回転数 Rotation Speed（-）
図16 回転数と処理量の関係（φ500×1000型、汚泥：全種）
Fig.16 The relationship between the rotation speed and throughput(φ500×1000, sludge：all）

2.0

Development of Double Cylindrical Filter Press “TornadoPress®”

4.2.3 既存脱水機との性能比較

5 まとめ

図17及び 18に実際の処理場で運転されている既設脱水機との性能比較の代表例を示す。なお、処理量は標準処理量を 100％とした場
合の負荷率で表記し、薬注率等の調質条件は同一での比較を行った。
同等の負荷率（80％付近）では混合生汚泥 Cでは含水率 6ポイン
ト程度の低減、混合生汚泥 Dでは 3ポイント程度の低減であった。
一方、同等の含水率では、既設脱水機の負荷率×1.5 〜 2.0倍程度のトルネードプレス®はその脱水原理から以下の優位性があることが分かった。
・両面ろ過によりろ過機としての容量が向上し、機器の小型化を図れる。
・両面搬送＋スパイラル圧搾により高い圧搾効果を有し、脱水汚泥の低含水率化を図れる。

高負荷で運転できることが確認された。

・背圧により内部汚泥の搬送速度分布を調整することで任意の条件で脱水運転ができる。
また、実証試験では以下の事項が確認された。
・スパイラルデザインについては、消化汚泥に対しては低ピッチ

含水率 Moisture content（％）

80

数化が性能改善に大きく寄与する。
78

・所要トルク・回転数は汚泥種、含水率及びろ過速度に依存し、これらの条件から機械設計の最適化が可能である。

76

・既設脱水機との比較では同等負荷率では含水率 3 〜 6ポイン
トの低減効果、同等含水率では負荷率を 1.5 〜 2.0倍程度で運74

転できることが分かった。
72
70

トルネードプレス®
TornadoPress®

なお、本脱水機は、京都府殿と『二重円筒加圧脱水機フィールド

遠心脱水機CD

実証試験による性能確認および脱水・乾燥工程におけるコスト低減
策の検討』、財団法人下水道新技術推進機構殿と『二重円筒加圧脱

68
60

80

100

120

140

160

180

200

水機に関する共同研究』にて、脱水性能および維持管理性評価を実施中である。これら共同研究の成果を持って、今後の汚泥処理計画

負荷率 Load（％）の改善に活用していきたい。
図17 脱水性能における既設脱水機との比較（汚泥：混生 C、薬注率：0.6％共通、既設機：30m3/h型遠心脱水機）
Fig.17 The comparison of the dewatering prformance with the existing machine(sludge:Mixed raw C, dosage:0.6% common, existing machine:30m3/h centrifuge decanter)

含水率 Moisture content（％）

80
78
76
74
72

トルネードプレス®
TornadoPress®

70

スクリュープレス

68
60

80

100

120

140

160

180

200

負荷率 Load（％）

参考文献
1）村澤、土本、桜井、佐野、濾過分離シンポジウム 01、 世界濾過工学会日本会、

図18 脱水性能における既設脱水機との比較（汚泥：混生Ｄ、薬注率 0.7％共通、既設機：φ900型 SP）
Fig.18 The comparison of the dewatering performance with the existing machine(sludge:Mixed raw D, dosage:0.7% common, existing machine:φ900 SP)

p142-1462）
化学工学の進歩8 濾過工学、
化学工学協会編、
槇書店、
p146-152
3）
森、
乙竹、
五十嵐、
化学工学、
第18巻、
第5号（1954）

2007 TSK 技報

11

特集

インペラ式撹拌機
2 ABSと数値シミュレーション解析
ABS impeller type mixer and its mixing simulation

望月

高田 哲夫

淳

Jun MOCHIZUKI

Tetsuo TAKADA

研究開発部
開発企画部グループ

月島テクノソリューション株式会社
技術支援部

Abstract
To cope with global warming, the efficient use of digestion

直しも進んでいる。一例としては、下水汚泥以外の湿潤バイオマ
スを外部から受け入れ、下水汚泥との混合処理によって消化槽でgas, namely, a biomass energy at sewage treatment plants isの消化ガス発生量の増加を図ろうとするプロジェクトも始まっていgrowing. Cogeneration system, which uses digestion gas forる。また、汚泥処理システム側からみると、従来の重力濃縮単独

fuel is becoming highly efficient year by year, and reexamina-

での汚泥濃縮が困難となり、機械濃縮システムの導入による汚泥

tion of digestion process itself is also progressing. For exam-の高濃度化が進んでいる。このような汚泥の高濃度化において、

ple, a project is starting for receiving waste-food biomass which

消化槽内で最適な消化効率を得るためには、適切な消化温度の管

is added to sewage sludge from outside to increase digestion gas

理と十分な撹拌が必要不可欠となる。

generation by the mixing. In addition, from the perspective of

消化槽での撹拌の目的は、

sludge treatment system, the introduction of mechanical thick-・投入汚泥と嫌気性微生物との十分な接触

ening system is progressing because sludge thickening with

・槽内温度の均一化

only conventional gravity thickening has become difficult. To

・スカム発生の防止

treat highly dense sludge, a digester requires optimum diges-

・投入汚泥の消化槽内での速やかな分散

tion efficiency with optimum digestion temperature control and・タンク底部での固形物の堆積防止

sufficient mixing where mixing quality of digester determines
digestion quality.
ABS impeller type mixer features a low-powered, unique
impeller-shaped mixer that creates a flow to prevent sludge sed-

・汚泥粒子に付着しているガスの分離等である。したがって、消化槽撹拌の良否が消化の良否を決定する重要なポイントであるといえる。
本稿では、ABS 社から導入したインペラ式撹拌機
（以下、
ABSイ

imentation without draft tube. Motor output is reduced sig-

ンペラ式撹拌機と記す）の特長および消化槽での撹拌状態をシミュ

nificantly, i.e., approximately 1/5 that of a gas mixing method

レーションにて解析した結果を報告する。

against similar capacity, and approximately a half of the power
against a conventional screw mixer.
キーワード：消化、インペラ、撹拌、
シミュレーション、省エネルギー、軽量化
Keyword：digester, simulation, impeller, energy saving, weight reduction

2 消化槽の撹拌方法について
現在、消化槽の撹拌方法は、下記の 3 つの方法に区分される。
・ガス撹拌

1 はじめに・ポンプによる撹拌・機械撹拌

近年、地球規模で問題となっている温暖化対策の一つとして、ガス撹拌は従来型消化槽形状である算盤形、亀甲形消化槽に数下水処理場ではバイオマスエネルギーである消化ガスを有効利用

多く採用されているもので、発生した消化ガスをガスブロワによりする動きが顕在化しつつある。消化ガスを燃料とするコージェネ

加圧させて、槽内に再び吹き込み、ガスリフト効果を用いた汚泥機器は年々高効率化されており、また消化プロセスそのものの見の撹拌である。

12 TSK 技報 2007

ポンプによる撹拌は補助的な役割が強く、ガス撹拌との共用にて用いられているケースが多い。
機械撹拌は、汚泥の流れを導くドラフトチューブとチューブ内に設置されたスクリューにより槽内全体を撹拌するものである。国内の下水汚泥消化槽には 1985 年に初めて導入され、従来のガス撹
拌から順次更新されてきている。また、本稿で紹介する ABS イン
ペラ式撹拌機も機械撹拌方式の一つであり国内では 2003 年から稼働を始めている。

投入汚泥

循環ポンプ

ガス撹拌と循環ポンプ撹拌との併用

図 2 ABSインペラ式撹拌機
Fig.2 ABS impeller type digester mixer

成される。亀甲形消化槽など槽高さがある場合は 3 枚インペラが中段にもう 1 段追加となる。この大きなインペラを低速回転（10〜25rpm）
で動かし消化槽全体を撹拌する。いままでのスクリュー式

投入汚泥

撹拌機では、汚泥流れを導くドラフトチューブが必要であったが、本撹拌機はドラフトチューブを必要としない構造になっている。

ドラフトチューブ

3.2 低速回転による高い撹拌能力
本撹拌機の撹拌量（吐出流量）は、式（1）によって求められる。
式（1）において、インペラ径は 3 乗の値で効いてくる。
注：スクリュー式撹拌

はモーター

ドラフトチューブが不要な ABS インペラ式撹拌機は、このインはブロワペラ径を 2 〜 4 ｍと大きくとることができ、低速回転（10〜25rpm）

はポンプでも、従来型のスクリュー式撹拌機と同じ撹拌量を得ることが可

図1 消化槽の撹拌方法
Fig.1 Mixing method of digester tank

能となる。
Q = Nq × N × D3・・・（1）Q ：撹拌量 = 吐出量［m3/min］

3 ABS インペラ式撹拌機の特長

Nq ：吐出流量係数［−］（ABSインペラ式の場合

Nq＝0.50〜0.60）

N ：回転数［rpm］
D ：インペラ径［m］

機械撹拌方式の一つである本撹拌機の特長を下記に示す。

3.3 低動力化
3.1 シンプルな構造

本撹拌機に必要なモーター動力値は式（2）によって求められる。

ABS インペラ式撹拌機は、図 2 に示すように槽中央に設置したABS インペラ式の場合、動力数 Np は 0.19 〜 0.31 の範囲となる。

シャフトと最上段に 2 枚のインペラ、下段に 3 枚のインペラから構

この値は、同様な撹拌方式である 3 枚羽根ピッチパドルの動力数

2007 TSK 技報

13

特集 2

ABSインペラ式撹拌機と数値シミュレーション解析

0.64 、3 枚羽根フラットパドルの動力数 0.47 と比較して低い値とな

ル構造であるため、高速回転機器によく用いられるメカニカル

り所要動力の低減につながる。図 3 に各機械撹拌方式での消化槽

シールのような金属摩耗部分がなく、頻繁に部品を交換する手容量における電動機出力を示す。従来型のスクリュー式撹拌機と間がかからない。また、シール水位が低下した場合は、シールポッ

比較しても約 1/2 の低動力化が可能となる。

ト部に設けた液位レベル計で検知し、外部から簡単にシール水

P=

Np
103

× ρ×

N
60

を補給できる構造となっている。

3

5× D × インペラ段数 ×（1/η）・・・（2）P ： 撹拌機所要動力［kW］
Np ： 動力数［−］（ABSインペラ式の場合
ρ ： 液密度［kg/m3］
N ： 回転数［rpm］
D ： インペラ径［m］
η ： 機械効率［%］

Np＝0.19〜0.31）2520
図 4 軸封構造
Fig.4 Seal housing structure

kW

電
動 15
機
出
力
︵
10
︶

4 シミュレーション解析
本 ABS インペラ形状による槽内の撹拌状態を確認するため、数5値シミュレーション解析を実施した。
解析にあたっては、槽内の流体物性値を下記の条件にて設定した。

0
0

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

6,000

7,000

・密度 1050［kg/m3］

消化槽容量（m3）

ABSインペラ式

スクリュー式（低速型）

・粘性係数 0.2［kg/m･s］
・シミュレーション解析ソフト FLUENT 6.2.16

スクリュー式（高速型）

4.1 インペラ形状による撹拌効果について
図 3 各機械撹拌方式における動力負荷
Fig.3 Motor Power in each mixing system

形状による撹拌状態の比較として、10m×10m×10m の槽内の中心に設置したインペラ径 2,320mm の ABS インペラ式撹拌機と同径で羽根枚数も同じパドル式撹拌機によるシミュレーション解析を実施した。回転数はともに 20rpm となる。

3.4 軸封構造

図 5 および図 6 に、ABS インペラ式撹拌機形状およびパドル式

ABS インペラ式撹拌機は高速型のスクリュー式撹拌機の回転

撹拌機形状を示す。ABS インペラ式撹拌機の形状は、中心側のイ（300〜600rpm）
に対して低速回転（10〜25rpm）のため、消化槽

ンペラに幅を持たせており、先端部にいくほどインペラ幅が小さく内の消化ガスを槽外へ流出させない構造として安全性の高い液なる形状で全体的に流線型状となっている。一方、パドル式撹拌

体シールを用いることができる。図 4 にシール部分の構造を示

機は、垂直方向に対して 45°の傾きを持つパドル形状で先端部にす。シャフトに溶接されたシールポットが一緒に回転するシー

おいてもパドル幅は同じ構造となっている。

14 TSK 技報 2007

ABS impeller type mixer and its mixing simulation

図 5 ABSインペラ式撹拌機形状
Fig.5 ABS Impeller shape mixer

図6 パドル式撹拌機形状
Fig.6 Paddle shape mixer

流速［m/sec］
流速［m/sec］

図7 ABSインペラ式撹拌機による撹拌状態
Fig.7 Mixing simulation by ABS impeller type mixer

図 8 パドル式撹拌機による撹拌状態
Fig.8 Mixing simulation by Paddle type mixer

2007 TSK 技報

15

特集 2

ABSインペラ式撹拌機と数値シミュレーション解析

図 7 および図 8 に、それぞれの撹拌機のシミュレーション解析

消化槽全体においても、この各段インペラから発生する鉛直下

結果をベクトル図で示す。ABS インペラ式撹拌機では、インペラ部方向へ向けて発生する強い流れにより、汚泥流れを導くドラフト

上部では中央部分に集まってくる流れが発生しており、インペラ

チューブを用いなくても消化槽下部に向けて強い流れが生じてい通過後は、インペラ径とほぼ同じ幅において、鉛直下向きへの強る結果が確認できた。この流れにより消化槽底部においては、汚い流れが生じている。一方、パドル式撹拌機では、パドル上部に泥沈降防止の目安となる流速 0.1m/sec 以上の流れを確保しており、

おいては同じく中央部分に集まってくる流れとなっているが、パド

消化槽底部での汚泥の堆積抑制となる。

ル通過後は遠心状に流れが拡散しているのが確認できる。また、パドル下部においては、ABS インペラ式とは反対に上向流となる

5 おわりに流れが発生している。このシミュレーションにより、ABS インペ
ラ式撹拌機のインペラ形状は、流れを鉛直下部方向に集約する流れが発生していることが解る。

この ABS インペラ式撹拌機は、従来型のガス撹拌やスクリュー式撹拌機に比べ大幅に電動機出力を削減した省エネルギー型撹拌

また、本シミュレーション解析結果より得られたそれぞれの撹機となる。また、シャフト構造等を見直し、従来型撹拌機に比べ拌機にかかるトルクは、ABS インペラ式で 284N・m 、パドル式て軽量化しているため、現在ガス撹拌方式で頂部に荷重をかけらで 951N・m となり、パドル式に対して約 30% の動力負荷にて運れない消化槽においても更新適用できる。

転可能であることを示した。

現在のところ（2007年3月末現在）、
海外では 1985 年から 500 基以
上、また日本では、2003 年から汚泥消化槽向けに 16 基の納入実4.2 消化槽内全体の撹拌効果について績があり、安定した運転を継続している。

次に、2000m 亀甲形消化槽（直胴径12.7m×高さ21.7m）
における
3

ABS インペラ式撹拌機を適用した場合のシミュレーション解析結

参考文献

果を図 9 に示す。槽内の流体物性値は、前述の 4.1 と同条件にて

1）藤川ら、「インペラ式消化槽撹拌機の運転性能について」第42回下水道研究発設定した。
本消化槽における、ABS インペラ式撹拌機の仕様は、上段に 2枚インペラでインペラ径が 2100mm 、中・下段に 3 枚のインペラ
でインペラ径が 2800mm から構成されており、インペラ回転数は12rpm となる。

流速［m/sec］

図 9 亀甲形消化槽における槽内シミュレーション結果
Fig.9 Mixing simulation result in hexagon shape digester tank

16 TSK 技報 2007

表会、
p999-1001、2005年7月
2）澤原：「消化ガス有効利用技術について」、
新政策、
p122〜123、2006年10月
3）佐竹化学機械工業株式会社：「撹拌技術」、
1992年12月

特集

3
パラキシレン新精製プロセス PX-Flash−断熱冷却晶析による大規模溶融精製プロセスの開発−
New Purification Process “PX-Flash”
for p-Xylene Mass Production using Adiabatic Cooling Crystallization
神戸 達哉
Tatsuya KANBE
産業事業本部
プラント計画部
化学プラントグループ

Abstract
Along with the increase of Polyester production in Asia, especially in China,
p-xylene is now in great demand all over the world, and the demand continues tooutstrip the supply. Under the backgrounds, Tsukishima Kikai Co., Ltd. (TSK)
accelerates the commercialization of new purification process “PX-Flash” forp-xylene mass production. TSK’s core technology of crystallization is applied
as one method of crystallization for p-xylene purification process, which features application of adiabatic cooling for growing crystals and the applicationof wash column for purifying crystals.
With the adiabatic cooling method, refrigerant gas is dissolved in mixed

石井 究
Kiwamu ISHII
研究開発部
プロジェクトグループ

xylene at high pressure, then refrigerant gas is flashed at low pressure. And
flashed gas deprives mixed xylene liquid of heat, p-xylene crystals crystallize
out of the solution. Compared with conventional indirect-cooling method, thesize of crystallizer can be compact because of no need heat transfer area.
In addition, p-xylene crystals produced by adiabatic cooling crystallization ispurified at the wash column. The wash column produces highly-pure crystals
by forming a crystal bed mechanically and allowing countercurrent contact offeed slurry and a part of melt that melted the scraped crystal bed. Mechanical大内 健二
Kenji OUCHI
産業事業本部
プラント計画部

formation of crystal bed makes column size compact. As above mentioned, thisprocess can reduce initial and running cost lower than indirect-cooling method.
This paper reports the development of the new process “PX-Flash” forp-xylene mass production.
キーワード：断熱冷却晶析、洗浄塔、溶融精製、大規模生産、パラキシレン
Keyword：Adiabatic cooling crystallization, Wash column, Melt puriﬁcation, Mass production, p-xylene

1 はじめにた PX 精製プロセス」を保有している。しかしながら、数十万トン
規模の設備に対応するには掻取結晶缶及び精製塔の大型化が困難

アジアにおいて需要が旺盛なポリエステルの増産に伴い、そのである点や機器点数の増加によりイニシャルコストが高くなり、市

中間原料であるパラキシレン（p-xylene）（以下、PXと称す）の数十万場でのコスト競争力が低下するなどの課題が多い。そこで、PX のトン規模での増産が世界中で計画されている。当社では、Counter

大規模な能力増強に対応すべく、 4C プロセス より安価な設備

Current Cooling Crystallization プロセス
（以下、4Cプロセス と称

コスト、ランニングコストで、コスト競争力のある PX 新精製プロす）と呼ばれる「間接冷却式の掻取結晶缶及び精製塔を組み合わせセス（以下、PX-Flash と称す）を市場に提供することを目的として2007 TSK 技報

17

特集 3

パラキシレン新精製プロセス PX-Flash −断熱冷却晶析による大規模溶融精製プロセスの開発−開発を行っている。 PX-Flash は「断熱冷却晶析（adiabatic cooling3

crystallization）と結晶洗浄塔（wash column）
を組み合わせたプロセ

PX 精製プロセスにおける当社の従来技術（ 4C プロセス ）ス」となっており、現在 4C プロセス よりもイニシャルコスト・
ランニングコストともに経済的に優位性を持ったプロセスを構築で一般的に PX は、石油精製工程における留分
（ナフサ）
の改質、

きることに目処がついた。現在は商用化を目指して詳細を詰める

あるいは分解によって得られる混合キシレンより分離される。この作業を実施している。本稿では、 PX-Flash の開発成果について

混合キシレンは主に 3 種のキシレン異性体（オルソキシレン（OX）：

概要を報告する。

b.p.144.4℃、メタキシレン（MX）：b.p.139.1℃、パラキシレン（PX）：

2 PX の市場動向ているため、蒸留により PX のみを分離することは困難である。従っb.p.138.3℃）の混合物である。これら異性体の沸点は非常に近接して、この混合キシレンからの PX の分離には、従来より分子構造
繊維、容器などに用いられるポリエステルの旺盛な需要の背景のの違いを利用したゼオライトによる吸着法か、融点の違いを利用

もとで、その中間原料となる高純度テレフタル酸
（PTA）
の需要が増

した晶析法が用いられてきた。

加しており、2006 年〜 2010 年をピークとして世界各地において PTA

晶析法によるPX 精製設備に関しては、
当社においても過去に1981の需要増が予測されている。それに伴い、PTA の原料となる PX〜 84 年に 6 万トン / 年・設備
（3系列）、
1994 年に 4 万トン / 年・設の増産も必須であり、経済産業省の統計データ 1）によれば、2002 年

備（能力増強）
を納入している。これらはいずれも間接冷却方式によの段階で 1870 万トンであった PX の世界需要は、2008 年には 2780

る掻取結晶缶と結晶の洗浄・溶融精製（melt purification）
を行う精万トンと推定されており、2002 〜 2008 年における年平均伸び率は製塔を組み合わせた当社独自のプロセスである 4C プロセス（図1）6.8% と試算されている。

が採用されている。これら各設備の製品純度・生産量ともに顧客要

特に中国、台湾、インドを中心とするアジア圏では 2008 年におい求を充分満足させた非常に優れたプロセスである。

て 150 万トンの供給不足が予測されており、2005 年にアメリカで発しかし、この 4C プロセス は、1990 年代以降に数多く建設さ生した大型ハリケーンの影響に伴うキシレンの輸出量減少（2004年

れた年産数十万トンクラスの大型 PX 精製設備に対しては、次第

比で半減）も相まって、今後もアジアにおける PX 需給はタイトバラにその競争力を失ってゆくことになる。これは、 4C プロセス にンスで推移するものと見られる。2007 年以降はアジア圏を中心に各おける間接冷却式の掻取結晶缶および精製塔の大型化が困難であ地で 10 〜 80 万トン規模の新設 / 設備増強が計画されてはいるが、り、
より大規模生産（mass production）に効率的な吸着プロセスに、

オマーン国営石油（ 8 0 万トン）やKARO（クウェート：82万トン）など

精製方式がシフトしていったことが主たる要因として挙げられる。

の大型プロジェクトの計画延期が続いており、アジア域内において

間接冷却方式で採用している掻取結晶缶を大型化するには、生依然としてひっ迫状態が続くものと見られる。2）

産量増加に比例して胴側面上の冷却面積を大きくする必要がある。

結晶缶
No.2

結晶缶
No.1

精製塔
液体サイクロン

原液

精製塔

シャフト

残渣

清澄ゾーン
製品

スクレッパー

冷媒

冷媒

図1 4Cプロセス フロー
Fig.1 Process ﬂow of 4C Process

18 TSK 技報 2007

溶融熱源

New Purification Process “PX-Flash” for p-Xylene Mass Production using Adiabatic Cooling Crystallization

しかし、それに伴う問題点として、結晶缶の体積、すなわち余液の冷却が行われないエリア（無効容積）

剰な無効容積も冷却面積の増加割合以上に増え、缶内の均質混合が困難となる（図2）。
また、精製塔は、重力沈降により結晶の充填層（ベッド）を形成し、下部から結晶の融液を還流させることで結晶の洗浄・精製を行う機構であるが、塔径が大きくなると還流液のショートパスや結晶ベッドのバックミキシングなどが発生し、結晶ベッドが不安定となり、充分な精製効果が得られなくなる（図3）。
従って、従来型の 4C プロセス をその機器構成のまま大型化

スケールアップ

することについては、設計・製作上の問題もさることながら、上記に伴い、製品品質の確保が困難となる問題がある。一方、最適な機器サイズをベースに、機器点数を増やすことで生産量増加に対応する場合、機器の材料費や製作費、建設費、運転費など経済性の面で優位性を失う。
これらの問題を解決し、設備費および運転費が安価で大量生産に適用可能な PX 精製プロセスを市場に提供すべく、筆者らは断液の冷却に寄与するエリア（缶壁近傍部）

熱冷却晶析ならびに結晶洗浄塔を用いた PX-Flash の開発に取り組んでいる。

図 2 結晶缶スケールアップに伴う無効容積の増加
Fig.2 Increasing of useless volume arose from the scale-up of crystallizer

4 PX 新精製プロセス PX-Flash
4.1 プロセスの概要

結晶ベッドのバックミキシング

安定した
結晶ベッド
均質な
還流液の流れ精製されない結晶ベッド

図 4 に現在開発中の PX-Flash のフローを示す。
本プロセスは冷媒ガス加圧用のコンプレッサー、吸収コンデンサー、
プレフラッシュタンク、結晶缶、液体サイクロン、プロパンストリッパー、および PX の結晶を精製するための結晶洗浄塔から構成されている。
原料の混合キシレンは No.1 吸収コンデンサーに導かれ、冷媒であるプロパンガスを高圧条件下で吸収し、所定の温度に調整された後、No.1 プレフラッシュタンクに供給される。ここで所定の圧力まで放圧されることにより、溶解したプロパンの一部が気化す

径が大きくなるとることで熱が奪われ、混合キシレンは所定の温度まで冷却される。
その後、混合キシレンは常圧下で運転される No.1 結晶缶に導かれる。ここでさらにプロパンの蒸発が起こり、その断熱冷却効果により混合キシレン中に PX の結晶が析出する。得られた PX の結晶を含むスラリーは、結晶洗浄塔にて母液と PX の結晶に分離され、分離された結晶は精製操作を経て製品として排出される。

還流液のショートパス

洗浄塔において分離された母液は、No.2 吸収コンデンサーに導かれ、上述の工程と同様にガス吸収、プレフラッシュを経て常圧で運転
不均質な還流液の流れされる No.2 結晶缶に送られる。No.2 結晶缶における晶析操作は No.1
結晶缶の操作温度よりも低い温度で行われ、PX を結晶として析出させ、可能な限り PX を回収する。得られた結晶スラリーは No.1 結晶缶

理想的な精製操作

大型化による問題点

図 3 精製塔大型化に伴う問題点
Fig.3 Negative effects caused by scale-up of puriﬁer

付属の液体サイクロンに導かれ、濃縮されたスラリーは No.1 結晶缶へ、清澄液はプロパンストリッパーへ送られる。プロパンストリッパーにおいて清澄液中のプロパンが脱気され、残りは残渣として排出される。
各結晶缶、プレフラッシュタンクおよびプロパンストリッパーで発生するプロパンガスは、コンプレッサーで再加圧され、冷媒ガスとして循環使用される。

2007 TSK 技報

19

特集 3

パラキシレン新精製プロセス PX-Flash −断熱冷却晶析による大規模溶融精製プロセスの開発−

フィード
プロパンガス
コンプレッサー

コンプレッサーNo.2
吸収コンデンサー

液体
サイクロン

M

プロパン
ストリッパー

No.1
吸収コンデンサー

M

結晶洗浄塔
製品

No.2
結晶缶

No.2
プレフラッシュタンク

M
No.1
プレフラッシュ
タンク

No.1
結晶缶

残渣

※便宜上、コンプレッサーが 2 基記載されているが、実際は 1 基で併用可能である

図 4 PX-Flash プロセスフロー
Fig.4 Process Flow Diagram of PX-Flash

各機器の操作条件は原料中の PX 濃度や要求される回収率によっ

上記 4.1 項では冷媒ガスとしてプロパンを使用した例を紹介していて異なる。例えば、冷媒ガスとしてプロパンを使用し、原料中の PXる。PX 以外の成分濃度により影響されるが、例えば PX 濃度 90%

濃度が 92wt％の場合、吸収コンデンサーによる冷媒ガス吸収圧力程度の混合キシレンに対して 0.8MPaG，30℃の飽和条件下でプロを 0.7 〜 1.0MPa 、No.1 および No.2 結晶缶の温度をそれぞれ− 5パンを吸収させた吸収液を大気圧下で放圧すれば、全重量に対し〜 5℃および− 25℃〜− 15℃とすることで、99.7wt% 以上の PX 製て 40 〜 50wt% の PX 結晶を得ることができる。今回、検証ベー

品純度と、90% 以上の PX 回収率が得られる。

スとしてプロパンを使用しているのは、石油リファイナリー設備において比較的容易に得られ、高圧ではキシレンに適度な溶解度を4.2 プロセスの特徴と原理
PX-Flash の主たる特徴は、①結晶を得るための冷却方式として、
混合キシレンに溶解させた冷媒ガスを気化させることによる断熱冷有しながら常圧下で容易に気化し、オレフィン類（炭素二重、三重結合を有する不飽和炭化水素類：有機物に対して反応活性を有することが多い）と比較して安定した物性を有しているためである。

却方式を採用していること、および②結晶精製方式として、機械的純粋な PX の結晶化点は 13.3℃であるが、混合キシレン系ではに結晶ベッドを形成させる結晶洗浄塔を採用していることである。

PX 以外の不純物濃度が大きくなるほど結晶化点は低くなる。図 6

以下に、これら 2 つの利点と原理について説明する。

は PX −混合キシレン系の固液平衡線図の一例である。

4.2.1 冷媒ガスを用いた断熱冷却晶析 3）,4）
冷媒ガス

混合キシレンから PX の結晶を得る場合、PX 濃度に応じた結晶化点まで液を冷却する必要がある。間接冷却方式の場合、ジャケッ

熱

高圧

常圧

ト付きの結晶缶などを用い、外部より混合キシレンを冷却することで PX の結晶を得るが、析出した結晶が缶体の冷却面に付着するため、それらを除去して常に一定の伝熱係数を得るための掻取機
構（スクレッパー）が必要となる。これに対し、今回 PX-Flash で放圧採用した断熱冷却方式による晶析法においては、溶解したプロパンの蒸発潜熱により液を冷却するため、掻取機構を必要としない。この断熱冷却晶析のシステムを、図 5 に示す。まず、高圧下で混合キ
シレン中に冷媒ガスを溶解させる（図5 ①）。それを常圧下に供することで混合キシレン中に溶解している冷媒ガスが蒸発し、蒸発潜熱により液が冷却され、結晶が析出するシステムである（図5 ②）。
PX-Flash に使用しうる冷媒ガスの条件は、混合キシレンに適当な溶解度を持つこと、加圧状態で溶解したガスが常圧下で容易に気化すること、混合キシレンに対して不活性な物質であることであり、以上の条件を満たせばプロパンに限らず使用可能である。

20 TSK 技報 2007

PX結晶
①冷媒ガス吸収操作②冷媒ガス蒸発操作

図 5 断熱冷却晶析の原理
Fig.5 Principle of adiabatic cooling crystallization

New Purification Process “PX-Flash” for p-Xylene Mass Production using Adiabatic Cooling Crystallization（3）式中 Hm は融解熱［J・K/mol］、R は気体定数［J/（mol・K）］、

20
間接冷却実測値
断熱冷却実測値

1510

理想系推算値
Wilson補正式推算値

5

これら
（2）
および
（3）
式を用いて、系を理想気体および理想溶液からなるものと仮定してプロパン - 混合キシレン系の常圧下における気液固平衡データを算出し、プロットしたものが図 6 中に示す理想
系推算値
（▲）
である。

0
温度［℃］

Tm は融点［K］、T は平衡状態における温度［K］である。

しかし、実際の系においては各成分間に分子間相互作用が働くた-5

め、理想系における平衡関係からは「ずれ」が生じる。そこで、
（4）
式に

-10

表す多成分系 Wilson 式により、各成分について組成・温度・圧力-15［−］を算出し、各条件における気液平衡関係なにおける活量係数 γi-20

らびに固液平衡関係を
（5）
式および
（6）
式により算出した。活量係数 γ-25は理想系からの「ずれ」の程度を表し、理想系においては γ=1 である。

-30
-35
0%

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
母液中PX重量濃度［wt%］（プロパン不含想定）
図6 PX−混合キシレン系固液平衡線図
Fig.6 Solid-Liquid equilibrium (PX-mixed xylene system)

図中×で示されたプロットは間接冷却晶析を行った際の実測値である。また、図中■で示されたプロットは断熱冷却晶析を行った際の実測値である。その他のプロット（図中▲◆）
はプロパンが溶解している混合キシレン系の常圧下における固液平衡線図の推ここで、n は成分数、i 、j 、k は成分を表す。なお、Λ は Wilson

算値であり、▲が理想系の推算値、◆が Wilson 式を用いて γ 補

パラメータ
［−］
であり、固液平衡が存在する温度範囲で活量係数正を行った推算値である。図は縦軸が温度、横軸が母液中 PX 濃を精度良く表現するために、温度の関数として次式にて表される。

度を示している。間接冷却以外のプロパンが溶解している系については、溶解しているプロパンを除く混合キシレン系における PX
重量濃度をプロットしている。すなわち、図中の PX 濃度は次式にて表される。

［m3/mol］
であり、これらは対象操
なお、Vl は純液体のモル容積
なお、◆および▲で示された推算値は次のように求めている。

作範囲で一定と見なした。また、λij−λii は i, j 成分をペアとした

2 成分以上の物質が混在する系において、分子間の相互作用がWilsonパラメータ［J/mol］
であり、AL および BL は表 2に示す Wilson

全くなく、分子体積をゼロと仮定した理想系における気液平衡関パラメータである。

係は Raoult 則により
（2）式で表される。

（2）
式および
（5）
式における純物質の蒸気圧 Ps の算出にあたっては、次に示す Wagner 式を用いた。なお、
τは Wagner 式のパラメー
タ
［−］
であり、
Tr は換算温度［K］
である。

ここで P は全圧［kPa］、yi および xi はそれぞれ成分 i の気相モ
［kPa］
ル分率
［−］
と液相モル分率［−］、Ps は純物質の飽和蒸気圧
である。
また、固液平衡関係が単純共晶系で固相が純物質であると仮定
すると、次式（3）が成り立つ。

2007 TSK 技報

21

特集 3

パラキシレン新精製プロセス PX-Flash −断熱冷却晶析による大規模溶融精製プロセスの開発−

ここで VP は表 3 に示す各成分における蒸気圧パラメータ、Tc

かった。PX 濃度が 50 〜 70wt% の領域では、理想系推算値
（▲）
は実測値
（■）
にほぼ一致しているが、70 〜 90wt% の領域では実

は臨界温度
［K］
である。
各平衡関係および活量係数の算出には、式中の各物性値やパラ測値（■）
が理想系推算値（▲）と非理想系推算値（◆）の中間値程度の値をとっている。ただ、実測値、推算値ともに溶解度曲線は類メータについて次の表 1, 2, 3 に示す値を用いた。

似のカーブを示しており、混合キシレンにプロパンが溶解した際
表1 純物質の物性値
Table1 Physical properties of pure componentsの溶解度の傾向は確認することができた。今後実測値データを補完することにより、実測値と推算値の差を補正していく。

Vl［m3/mol］

Tc［K］

0.0000757

369.8

Pc
Hm
Tm
［kPa］ ［J・K/mol］ ［K］

4.2.2 結晶洗浄塔の基本原理
本プロセスにおいては、結晶精製装置として Freez Tec 社製ピストン駆動式結晶洗浄塔（以下、
FT洗浄塔と称す）を採用している。

プロパン

4,250

―

85.50

図 7 に FT 洗浄塔のフローを、図 8 にこの FT 洗浄塔の動作機構をそれぞれ示す。

MX

0.000123

617.1

3,540

11,600225.30PX

0.000123

616.2

3,510

17,108286.40

ピストン
スラリー
ろ液

表 2 Wilsonパラメータ（2成分マトリックス）
Table2 Wilson parameters matrix for the propane + binary eutectic systems

排出
プロパン

MX

PX

プロパン
ALij［J/mol］

0-19,370-149.1

BLij［J・K/mol］

04,912,000

384,500

MX
ALij［J/mol］-12,2700-4,010BLij［J・K/mol］

7,162,000

0407,800

PX
ALij［J/mol］-521.34425

0BLij［J・K/mol］

340,000-497,300

0

フィルター

結晶
ベッド
ポンプ
P

M
メルター

表 3 純物質蒸気圧算出のためのパラメータ
Table3 Calculation parameters for vapor pressure of pure components

VPa
［−］

VPb
［−］

VPc
［−］

VPd
［−］

プロパン

-6.722190

1.332360-2.138680-1.385510

MX-7.592220

1.394410-3.227460-2.403760

製品

M スクレパー

図7 FT洗浄塔フローFig.7 Process Flow Diagram of FT wash column

スラリー
ろ液

PX

-7.634950

1.507240-3.196780-2.787100

ピストン
動作

これら
（4）
〜
（11）
式を用いて、気相を理想気体と仮定してプロパ
ン - 混合キシレン系の気液固平衡データを算出し、プロットしたものが図 6 中に示す Wilson 補正式推算値（ ◆）である。
図 6 より、間接冷却実測値（×）と断熱冷却実測値
（■）
には一定

洗浄液
（融液）

製品PX

の温度差が生じている。これは、断熱冷却晶析ではプロパンが溶解しているため、間接冷却と比較して不純物量が多く、凝固点降下が起きているためと考えられる。また、断熱冷却を想定したいずれの推算値（ ▲ ◆ ）も実測値（■）と完全に一致するには至らな

22 TSK 技報 2007

M

M

図 8 FT洗浄塔動作機構
Fig.8 Operation mechanism of FT wash column

New Purification Process “PX-Flash” for p-Xylene Mass Production using Adiabatic Cooling Crystallization

FT 洗浄塔は主に結晶ベッドを圧密するピストンと、ピストン前
結晶表面微細孔に入った不純物面に設置されたフィルター、ピストンのシャフトを通じてカラム内にスラリーを供給するフィードパイプ、結晶ベッドを掻き取るスク
レッパー、掻き取られた結晶を溶融するメルター、および融液を結晶ベッド内に洗浄液として圧入するためのポンプから構成されて

洗浄液

いる。
FT 洗浄塔の動作機構は次の通りである。

置換洗浄効果不純物拡散効果①ピストンが上昇しながらフィードパイプよりカラム内にスラリーを受け入れる。この際、余剰な母液はフィルターを通じ

不純物て系外に排出され、カラム内では結晶が濃縮される。
②ピストンが上端に達するとフィードが停止され、ピストンが下結晶降を開始する。
③ピストンは下降しながらスラリーを圧搾し、結晶ベッドを形成

溶解度の差による発汗効果（Sweating）

する。圧搾により母液は系外に排出される。
④結晶ベッドは圧密されると同時に、下部のメルトループより供

図 9 結晶洗浄塔における精製機構
Fig.9 Puriﬁcation mechanism in the wash column

給される高純度の製品融液により洗浄される。
⑤結晶ベッドが圧密され、所定時間が経過するとスクレッパー
T1が起動し、製品融液により洗浄された結晶ベッドを掻き取る。

Wash Front⑥掻き取られた結晶はメルトループ内のメルターにて溶融された後、一部が洗浄液としてカラム内に供給され、残りは製品として排出される。
⑦結晶ベッドの掻き取りと製品の排出により、ピストンが下端にT2達すると、ピストンは再び上昇しスラリーのフィードが開始される。
上記①〜⑦はあくまで説明のために簡略化した主要部位の動作
シーケンスであり、これ以外にも温度・圧力および各種設定値にFT洗浄塔実機におけるWash Frontの写真

洗浄液の
流れ

ベッド内温度

図10 結晶ベッド内温度分布
Fig.10 Temperature distribution in the packed crystal bed

より制御される流入 / 排出バルブシーケンスが組み合わされて、高純度の結晶精製が行われる。
結晶ベッド内で行われている洗浄・精製は主に「洗浄融液による母液の置換洗浄」「結晶表面微細孔内の不純物拡散」「発汗現象（Sweating）」の 3 つの作用による（図9）。発汗現象とは、結晶内に取り込まれた不純物が、製品結晶との溶融温度の差により結晶内より溶出してくる現象である。
通常の洗浄液を用いた洗浄操作においては、洗浄に供された洗浄液はその後母液とともに不純物側に排出される。FT 洗浄塔においては高純度融液が浸透するにつれ、母液を含む結晶ベッドの温度勾配により再結晶化し、「Wash Front 」と呼ばれる特殊な界面が
形成される
（図10）
。
FT 洗浄塔においては、洗浄液として製品結晶の融液を用いているため、融液は結晶ベッド内で熱を奪われ Wash Front において再結晶される（図11）。
したがって、FT 洗浄塔内では、見かけ上、融液が母液側へ排出されず、FT 洗浄塔に供給された結晶の全量が製品として排出される。つまり、FT 洗浄塔は製品結晶の融液を洗浄液として用いても、洗浄操作における製品ロスが無く（見かけ上の還流比がゼロ）、プロセスメリットが高い装置であると言える。

図11 Wash Frontにおける再結晶機構
Fig.11 Recrystallization mechanism at Wash Front2007 TSK 技報

23

特集 3

パラキシレン新精製プロセス PX-Flash −断熱冷却晶析による大規模溶融精製プロセスの開発−

表 4 PX-Flash と 4Cプロセス の経済性比較
Table4 Economic comparison between PX-Flash and 4C Process
算定ベース
生産量
トン / 年
製品純度
原料供給 PX 組成
製品回収率
主要機器構成結晶缶型式、基数
精製機構
ユーティリティー消費量
スチーム
kg/h
冷却水
トン /h
結晶缶冷却負荷kJ/h
電力消費量
コンプレッサー
kWh/h
その他電力
kWh/h
Total
kWh/h
コスト比率（ PX-Flash 建設費を1とした）プラント建設費−
年間ランニングコスト−
総費用（建設費 + 運転費）
（15 年）−
総費用（建設費 + 運転費）
（5 年）−
総費用（建設費 + 運転費）
（3 年）−
総費用（建設費 + 運転費）
（1 年）−

PX-Flash
300,000
99.8%
90.0%
95.0%

4C プロセス
300,000
99.8%
90.0%
95.0%

DP 結晶缶 2 基
FT 洗浄塔 4 基

掻取結晶缶 10 基
溶融精製塔 12 基

3,600
800
16,242,000

5,700
1,000
17,163,000

2,000
700
2,700

−
2,800
2,800

1
0.08
2.27
1.42
1.25
1.08

1.24
0.10
2.80
1.76
1.55
1.34

3
PX-Flash
4C Process

2.5

総
費
用
﹇
コ 2
ス
ト
比
率
﹈ 1.5

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15

経過年度［年］＊0年時が建設費、以降運転費を毎年追加して、総費用として算出している。
（表4参照）

図12 PX-Flash と 4Cプロセス の経済性比較
Fig.12 Economic comparison between PX-Flash and 4C Processには結晶に由来する PX が存在する。よって、生産量より多くの結5 プロセスの経済性

晶を析出・溶融させる必要があること、および結晶缶への還流液のPX-Flash について、
従来法である 4C プロセス のシミュレー

流入により、精製塔において加えられた熱を結晶缶に戻すことにな

ション結果との経済性の比較を行った。その比較表を表 4 に示す。

るため、結晶缶の冷却負荷が増大する。従って、プロセス全体の消

各プロセスは年産 30 万トン規模のプラントについて比較したもの

費エネルギーが高くなる。これに対し、 PX-Flash では析出した結である。表中の PX-Flash のデータはプロセスシミュレーション

晶はすべて製品として排出され、結晶缶への融液および熱の戻りがを行い算出したものである。なお、4C プロセス におけるユーティ

ないため、運転費用の面でも優位性を有する。

リティー使用量は結晶洗浄融液量などを実績ベースで仮定し、シミュレーションを行い算出したものである。

6 パイロットプラントによるテスト結果

これらの結果より、4Cプロセス より PX-Flash は 2 割程度建本プロセスの開発にあたり、当社研究所内にパイロットプラント

設費が安価であり、かつ運転費用においても年間で 2 割程度安価を建設し、実証テストを行った。図 13, 14 にパイロットプラントのであり、コスト優位性が見られる（図12）。

フローと設備の写真を示す。

従来の 4C プロセス の場合、精製塔から結晶缶への還流液中

プロパンメークアップ

FT洗浄塔

冷却水入
冷却水出

フレアスタック
PICA

吸収コンデンサー

M
混合キシレンタンク
コンプレッサー

PICA

結晶缶

M

冷却水入
冷却水出

FIC

吸収液タンク

母液
タンク
S

プレフラッシュタンク
図13 パイロットプラントフロー
Fig.13 Process Flow Diagram of pilot plant

24 TSK 技報 2007

S

LIC

スチーム

New Purification Process “PX-Flash” for p-Xylene Mass Production using Adiabatic Cooling Crystallization

レーションおよびパイロットテストを通じて、 PX-Flash の経済的な優位性を確認することができた。すでに本開発のプロセス構
築は最終段階に来ており、テストデータの充実およびそれらのデータに基づくシミュレーションの補正を行い本格的な販促活動を開始する。今後のポリエステル市場の拡大に伴うPX の増産に向けて、本開発新 PX 精製プロセス技術が市場で評価され、商業設備納入に繋がるべく注力していく。
特許
特開 2006-272300 有機化合物の断熱冷却式晶析方法及び装置
特開 2006-272301 有機化合物の断熱冷却式晶析方法及び装置
特開 2006-272302 有機化合物の断熱冷却式晶析方法及び装置
特開 2006-273825 有機化合物の断熱冷却式晶析方法及び装置

図14 パイロットプラント写真
Fig.14 Pilot plant photo

パイロットプラントはコンプレッサー、吸収コンデンサー、プレフラッシュタンク、結晶缶、FT 洗浄塔および各セクションにおける液を貯蔵するタンクから構成されており、ガス吸収条件の検証
をはじめ、商業設備（図4参照）
における No.1 結晶缶および No.2 結晶缶の想定条件における晶析テストおよび FT 洗浄塔の精製能力検証ができるシステムとなっている。なお、当社にて実施したパイ
ロットテストでは、プロパンを冷媒ガスとして用いている。
晶析条件の検証においては、図 6 に示した固液平衡データのとおり、推算値データと実測値データが類似の傾向を示すことが確認された。表 4 にて紹介した経済性比較においては、 PX-Flashのプロセスデータを理想系における推算ベースでシミュレーションしている。しかし、パイロットテストでの実測データにおいては、
理想系よりも同一 PX 組成において高い温度での晶析操作の可能性が判明した。したがって、今後予定されている実測データを反映したシミュレーションにおいては、事前検証ベースのシミュレーションよりプロセスのエネルギー使用量および機器構成の面で経済的に有利な方向にシフトした結果が得られると予測される。
一方、FT 洗浄塔の精製能力の検証においては、今回のテストにおける目標値（生産量：12 トン /m2/hr 、製品 PX 純度：99.7wt%以上）を達成し、目標値以上の精製能力において 3 時間以上の連続運転を確認している。FT 洗浄塔の精製能力は生産量および前段の結晶缶操作温度に大きく影響されるため、今後は設備の運転安定性をはじめ、各段の結晶缶操作温度やそれらに適合する機器構成など、プロセストータルでのメリットが創出できるように、プ
ロセスの商業化に向けて最終段階の調整を行う。

参考文献
1）経済産業省 : 世界の石油化学製品の今後の需給動向（2006年3月24日）, pp12〜15（2006）
2）重化学工業通信社 : アジアマーケットレビュー 2006.12/1号,vol.18, No.21, pp12

7 おわりに〜13（2006）
3）前田光治, 長浜邦雄 : キシレン異性体2成分系および液化ガスを含む3成分系

本 稿では当社が 新規に開発した PX 新精製プロセスであるの気液平衡, 化学工学論文集, 第18巻, 第5号, pp.714-722（1992）
4）前田光治, 乗富秀富, 加藤覚, 長浜邦雄 : 液化ガスを用いた2成分系共晶有機混

PX-Flash について、その特徴と基本的な原理ならびに現在進合物の晶析分離-結晶粒径およびろ過挙動-, 化学工学論文集, 第19巻, 第6号,

行しているパイロットテストの結果概要について報告した。シミュ

pp.1096-1104（1993）2007 TSK 技報

25

技術紹介

1

新しい気液接触装置
Newly developed gas-liquid contact system

Abstract
The gas-liquid contact tower is widely used for distillation, stripping, absorption and other chemical processes.
Tsukishima Kankyo Engineering Ltd. developed new packed
tower which has an excellent advantage for gas-liquid separation inlarge Henry constant system.
The inside structure of it is very unique to prevent falling of the
upward gas from huge amount of downward liquid, and it is very
suitable and economical for many applicable fields.
This paper shows the concept for high efficiency of the newly
developed packed tower, and the following applications. First purification of digestion gas from municipal wastewater sludge. CO2
is absorbed and removed, accordingly CH4 is purified and concen-

久保 大樹

結城 智博

Daiki KUBO

Tomohiro YUKI

月島環境エンジニアリング株式会社
技術本部
プロセス設計第1部

月島環境エンジニアリング株式会社
技術本部
開発研究部

trated effectively. Second is production of ultra-high concentrationozone water. Third is VOC(Volatile Organic Compound) removal
plant.
キーワード：充填塔、吸収、放散、蒸留塔
Keyword: Packed Tower, Absorber, Stripper, Distillation column

1 はじめに
化学プロセス、排水処理などのプラントでは、様々な気液接触

2 新規開発充填塔の基本概念
2.1 ガスの逆流現象と防止効果装置が採用されている。気相、液相のどちらを分散相とするかで蒸留や吸収・放散に使用される気液接触装置である充填塔や棚装置の内容も変化してくるが、装置の高性能化を求めるには気液

段塔のガス及び液のおおよその操作量は、塔の構造的な特性によ

接触面積を増大させることが共通のテーマとなる。また、上昇ガ

り大きく変わるが、図 1 に示した充填塔および棚段塔の範囲で行

スに対し吸収液を流下させ気液を接触させる場合、ガスに対してわれることが多い。

大量の液を流下させるとガスが液に押され逆流を起こし、効果的充填塔が吸収操作に使用される場合、液 / ガス操作量は平衡

な気液接触を得られない問題もある。この問題を解決するために、からの乖離を考慮して経済的な範囲として、mGM/LM = 0.5 〜0.8

ガスの逆流防止板を挿入した充填塔を開発した。

程度の範囲で決められることが多い。従って、扱う物質が水に溶

この充填塔の開発によって、消化ガスの CH4 精製設備では装置解しにくくヘンリー定数 m が大きい場合、処理する液量に対しのコンパクト化、オゾン水製造設備では超高濃度オゾン水の製造

ガス量が非常に小さい状態となる。例えば、ヘンリー定数が 1000が可能となる。また、廃水中からの VOC（揮発性有機物）除去では、以上あるような場合、ガス量は液量の 1/1200［mol/mol］
以下にな

少量の蒸気を用いることで大気中に VOC を放散させずに回収するる。このとき、液とガスを向流接触させると、塔内では流下液流ことが可能である。

れによる上昇ガスの同伴が起きる。流れ方向でガスが混合される

本稿では、この充填塔の基本概念と、システムについての実施
例を紹介する。

26 TSK 技報 2007

結果、ガス側濃度の均一化が起こり、向流接触の効果が激減してしまう。

このことより、式（1）は積分することができ、一段長さ z 内で
すなわち

として

1000

100

すなわち

2

L ton/(m h)﹈
充填塔

新規開発充填塔

10式（3）を多段に展開し、実験により得られる HOL を用いることで、﹇

1各段の組成および塔頂、塔底の組成が得られる。

棚段塔
0.1
0.1

1

10

100
2
G［kg/(m h)］

1000

10000

100000＜ 記 号 ＞
G

：ガスの空塔質量速度 ［kg/m2h］

GM：ガスの空塔モル速度 ［kmol/m2h］

HOL：液相基準総括 H.T.U. ［m］

KLa：液相基準総括物質移動係数 ［L/h］

そこで、m が非常に大きい、つまり L/G が非常に大きな処理時

L：液の空塔質量速度 ［kg/m2h］にはガスの逆流を防止することが有効である。この特殊な充填塔

LM：液の空塔モル速度 ［kmol/m2h］には塔内部にガス逆流防止板が複数挿入されており、効果的な液m：ヘンリー定数 ［−］ガスの向流接触を得ることが出来る。

NOL：液相基準総括物質移動単位数 ［−］x, y：液相中、気相中の溶質・ガス成分のモル分率 ［−］2.2 基本モデル式

z：1 段高さ ［m］

ρM：モル密度 ［kmol/m3］

図1 充填塔・棚段塔操作範囲
Fig.1 Range of operation (Packed Tower, Plate column)

通常の微分型気液接触装置では、G 、L が一定と見なされる系
で以下の式（液側基準）が用いられている。

（添字）
i
：段番号
*

ここで、
G が L に比べ非常に小さく、ガスの逆混合が予想される系では、ガス及び液をピストンフローと見なせる通常の微分型気液接触装置と比べ、ガス側の混合による濃度の均一化が無視できなくなり、その結果、見かけの物質移動係数が小さく見積もられることになる。
新規開発充填塔では、このガスの逆混合を防止する逆混合防止板を流れ方向に複数段設置している。そこで、図 2 に示すように
ガス逆流防止板にはさまれた一段内のガス組成を完全混合
（ガス組
成は一定）
と見なす。

：平衡

3 新規開発充填塔の実施例と利用法
3.1 消化ガスの精製
3.1.1 利用の目的
下水汚泥を嫌気性消化処理することにより発生する消化ガスには、
4程度）、CO（352〜 40%）、その他（数％以下）
が含まれている。
CH（60%

消化ガスは CO2 を多く含有するため発熱量が低い。そこで、CH4 とCO2 を効率よく分離することができれば、CH4 をより多く含むことによる消化ガスのカロリーアップにつながるほか、CO2 も別途利用が見y i-1

込まれる。効率よく分離するには消化ガス中から CO2 を除く方法が

x i-1

考えられ、その手段として吸収法が有効であるが、通常の吸収塔を用いて水を吸収液とすると、CO2 の特性から液ガス比を大きくする

zyi

操作となり、流下する吸収液に上昇ガスが同伴してしまい、塔内での上下方向でのガス混合が起きる。そこで、先に挙げたガスの逆流xi防止機構を有する充填塔を利用することとした。

y i+1
図 2 段内概念図
Fig.2 Concept chart in steps

なお、3.1.2 項及び 3.1.3 項に示す内容は、横浜市公募型共同研
究のテーマ及び研究内容「消化ガスの高品質化と高濃度 CO2 の有効利用の研究」に基づく試験として実施されたものである。

2007 TSK 技報

27

技術紹介 1 新しい気液接触装置＊

1

高濃度CH4T-2排ガスT-2
0.2MPaG

供給水

高濃度CO2T-1
0.8MPaG
T-3
常圧

消化ガス
CO2

＊

1

排水
図 3 消化ガス精製概略フロー
Fig.3 Flow sheet of digestion gas reﬁnement system

3.1.2 処理システム

従来設備との比較の観点から新潟県 N市での消化ガス精製の例

試験装置の概略フローを図 3 に示す。

を示す。N市では都市ガスへの消化ガス利用が積極的に進められて

吸収塔
（T-1）
及び調整塔
（T-2）
は前述したガスの逆流防止機構をおり、同実証プラントにおいて、常圧、25 〜 27℃で消化ガスを用い有する充填塔であり、塔径 200A 、充填物はテラレット S-0 を用いた脱炭酸処理を行っており、塩ビ製 2inラシヒリング状の充填物を

た。また、
放散塔
（T-3）
は塔径 200A の充填塔で、充填物はラシヒスー

用いた充填高さ 7mの従来型吸収塔により、処理ガス量 26 〜 34m3/

パーリング #0.5 を用いた。

（m2・h）において、供給ガス中の CO2 濃度 23%程度を 2%まで減じ

消化ガスと供給水は T-1 内に導入し、0.8MPaG 下で向流接触る性能を得ている。また、KLaとしては 10 〜 30［L/h］が報告されさせ、CO2 を水に吸収させることにより、CH4 濃度を上昇させ。一方、新規開発充填塔を用いた今回の実験により得られたている 1）た。CO2 が溶け込んでいる水は T-1 より低い圧力で維持されてNOL 、HOL から KLaに換算すると 70 〜 95［L/h］であり、非常に大きいる T-2（0.2MPaG）
へ送られ、溶存ガス（CH4及びCO2の一部）をな差となって現れた。このことから、本実験では新規開発充填塔の放出させた。水はさらに大気圧の T-3 に送られ、溶存ガス（CO2）特性である逆混合の抑止効果が大きく働いたと考えられ、従来に比を放出させた。なお、T-2 排出ガスをリサイクルする実験につべて装置をコンパクトにできることが確認された。

いても行った。

3.2 超高濃度オゾン水の製造

3.1.3 結果及び考察

3.2.1 利用の目的得られた結果を表 1 に示す。
表 1に示す条件に対し、消化ガス中の CH4 ガス濃度は T-1排出ガ

オゾン水の酸化力は塩素水より強く、オゾンは静置により自己分

スで 95%以上まで達成された。また、CO2 ガス濃度は T-3排出ガス

解して酸素になることから、環境に優しい物質として、塩素に代わで 94%以上まで達成された。

る上水やプール、食品容器の殺菌、パルプ漂白、樹脂及び金属材
料の表面改質、半導体分野での洗浄やレジスト剥離などへの利用

表1 実験結果
Table1 Experiment resultが図られている。

吸収水

T-2
消化ガス T-2供給CO2 T-1排出ガス T-3排出ガス流量
CH4濃度
CO2濃度 排出ガス
温度
流量
流量
m3（m
/ 2h） ℃ Nm3（m
/ 2h）
vol%
vol%
リサイクル
/ 2h） Nm3（m
30

17

159

0

99.9

94.4

なし

30

16

178

9

99.8

98.7

あり

50

21

271

0

99.3

96.2

なし

オゾン水はオゾンガスを水と接触させ、溶解して作られる。本来オゾンは水に溶けにくい物質であり、その溶解濃度に応じ 10 〜
20ppm 以下程度のものを単にオゾン水、数十 ppm 程度のものを
高濃度オゾン水、100ppm を超えるものを超高濃度オゾン水と呼んでいる。
従来のオゾン水の製造方法は、エジェクターや膜などを用い、気泡の細分化、撹拌効果の増大、接触面積の増大などを利用し

50

2228 TSK 技報 2007

306

11

97.8

99.0

あり

て高濃度・高回収率を図ってきた。しかし、これらの方法はいNewly developed gas-liquid contact system

わゆる一段の操作であり、得られるオゾン水の濃度とオゾン回3.2.3 結果

収率の両者を満足するものではなかった。ちなみに、従来型の本システムにより、超高濃度オゾン水（100〜200ppm）の製造がオゾン水製造設備では、数十 ppm のオゾン水を製造する際のオ可能である（最大 234ppm（世界最高レベル））。
更に、オゾンガス回

ゾン回収率は 50% 以下である。また、オゾン水製造に吸収塔が収率が高く、これまでの 50% に対して、例えば 100ppm を超える見られないのは、オゾンのヘンリー定数が非常に大きいため、オゾン水を製造するとき、90% 以上の回収率を達成できる。その効率の良い L/G 比にすると G が非常に小さくなり、塔内での逆ため、廃オゾンガス分解に関わる設備等を大幅に削減することが流による濃度の均一化が起き、向流操作が満足に行えないため可能である。

と考えられる。
そこで、先に挙げたガスの逆流防止機構を有する充填塔を利用することにした。本設備の特徴としては以下の点が挙げられる。

3.3 廃水中の VOC除去
3.3.1 利用の目的

・ガスの逆流防止機構を採用することで十分な向流接触を得る

廃水中に溶けている VOC 類は揮発性が高く、放散塔で処理すことができ、入口ガス平衡に近い高濃度オゾン水製造が可能

る場合、理論的には処理液に対しごく少量の放散ガスで処理するである。

ことが可能である。しかし、従来型の充填塔を用い処理すると、・出口ガスは純水との平衡になるので、十分低いガス濃度であり、塔上部より流下する処理液が多量であるために上昇する放散ガス

後段の残留オゾン分解触媒の大きさを十分小さくすることがが撹拌され、ガス側での逆流が発生し、ガス側濃度の均一化が生可能である。

じるために十分な処理能力が得られなかった。その結果、多量の・連続相がガス相、分散相が液相であるため、オゾンの吸収は放散ガスが必要となり、VOC を含んだ多量のガスを大気中に排出

液側律速と考えると、逆相であるエジェクターや膜に比べ、しないようにするには、焼却処理や活性炭吸着処理が必要となっ速い吸収速度が得られる。

た。しかし、前者は多量の燃料が必要となり、後者は活性炭層が本システムを用いることにより、効果的な向流操作を実現し、高濃度のオゾン水を高効率で製造することが可能となった。

廃水から蒸発した水分によって早期に飽和に達してしまうため、実用的には困難であった。
また、蒸留によってこれら有機物を廃水中から除去するには、

3.2.2 処理システム
概略のフローを図 4 に示す。

十分な蒸気と濃縮段による VOC の濃縮が必要であり、本設備に供給水はガスの逆流防止機構を有した塔頂部に供給され、供給比べ、濃縮段及び多量の蒸気が必要となる。

水が塔内を流下するに従って、塔底から供給されるオゾンガスを吸収して超高濃度オゾン水となり、塔底部から排出される。

そこで、この問題を解決するために本システムを利用し、少量の蒸気による蒸留操作を可能とした。

廃オゾンガス分解設備

供給水
O2

N2
新規開発充填塔

オゾンガス
オゾナイザー
超高濃度オゾン水図 4 超高濃度オゾン水製造概略フロー
Fig.4 Flow sheet of ultra-high concentration ozone water manufacturing system

2007 TSK 技報

29

技術紹介 1 新しい気液接触装置

表 2 ジクロロメタン処理における経済比較
Table2 Economic comparison (VOC (Dichloromethane) removal plant system)

3.3.2 処理システム
概略のフローを図 5 に示す。

VOC
除去設備

廃水はまず加熱器で予熱され、ガスの逆流防止機構を有する充曝気法
曝気法（常温） （加温）填塔に送られる。塔内では上昇蒸気によって廃水中の微量成分が除去され、処理水は塔の下部から排出される。塔内の上昇蒸気は

m3/h

18

18

18

wt ppm

2,000

2,000

2,000

℃

100

約25

50

wt ppm

0.02

2

0.02

回収有機物量

kg/h

36

0

0

大気への放散量

kg/h

0

36

36

kg/h

210

0

280

冷却水使用量 m3/h

2.3

0

0

電気使用量

2

4

4

廃水量

次第に有機物濃度が高くなり、塔頂部を出た後、凝縮器で冷却され液化する。使用する蒸気量が非常に少量なので、この液を分離

廃水有機物濃度器にて有機物相と水相に容易に分離することができる。水相は塔に戻して再処理することができ、有機物相はそのまま混合溶剤な

操作温度どとして回収することができる。
処理水有機物濃度

凝縮器

回収溶剤
用役量

蒸気使用量

分離器
新規開発充填塔
処理水

加熱器
水蒸気

kW

廃水

処理水ポンプ
図 5 VOC除去設備概略フロー
Fig.5 Flow sheet of VOC removal plant system

3.3.3 成果
ジクロロメタンを含む廃水を本システムで処理した場合と、曝表 3 実機での性能確認結果
Table3 Performance (VOC removal plant system)

項目

廃水濃度

処理水濃度

環境基準

（入口）

（出口）

基準値

mg/L

mg/L

mg/L

ジクロロメタン3.3

0.00120.02

トリクロロエチレン

96.4＜0.00120.03

テトラクロロエチレン

25.60.00190.01

気法処理した場合との経済比較を表 2 に示す。
曝気法では、温度が低いと廃水中の有機物は充分に除去できな
いため、必要な温度まで加温する必要がある。本システムにて処理した方法は、加温型曝気法に比べ、用役量は同程度あるいはそれ以下であり、大気への放散はほぼゼロに抑えられる。表 3 に実機での性能確認結果を示す。
表 3 に示したように VOC 成分が含まれた廃水において環境基準値以下を達成することができ、さらに少量の蒸気を用いて大気に放出することなく回収することができた。
このことから、この設備は今後さらに要求されるであろう VOC 類のより厳しい環境保全に大きく貢献できる技術であると考えられる。

30 TSK 技報 2007

Newly developed gas-liquid contact system

4 実績
3.2 項及び 3.3 項に示したシステムにおける実績を表 4.1 、4.2 に示す。また、VOC 除去設備を図 6 に示す。
（なお、3.1 項の消化ガス精製設備については現在、試験機にて試験中である。
）
表 4.1 実績表（高濃度オゾン水製造）
Table4.1 Supply record (Ultra-high concentration ozone water manufacturing system)

NO.

完成年度

納入先

納入場所

オゾン水濃度
mg/L

処理量
L/min

1

2001

a社

愛知

180

2

2

2002

b社

長崎

100

20

3

2004

c社

愛知

140

6

表 4.2 実績表
（廃水中の VOC除去設備）
Table4.2 Supply record (VOC removal plant system)

NO.

完成年度

納入先

納入場所

発生源又は
対象物

処理量
m3/h

1

2003

A社

千葉

Groundwater

50

2

2003

B社

千葉

Fine Chemical

15

3

2007

C社

茨城

Groundwater30

5 まとめと今後の展望
L/G が極端に大きい場合の気液接触設備の実用と適用について述べた。このシステムにより、本来水に溶けにくい物質であるオゾンを高濃度で利用したり、廃水中の汚染物質（VOC）を外部に放出

図6 VOC除去設備
Fig.6 VOC removal plant system

することなく極限まで除くことが可能となった。
今後もさらにガスの逆流防止機構を有する新規開発充填塔の利用が見込まれると考えられる。

参考文献
1）長部恵介：長岡市における消化ガスの精製による都市ガス原料化について、下水道協会誌、第37巻、第447号、
pp. 13-19（2000）

2007 TSK 技報

31

技術紹介

2

下水流動焼却設備の運転支援システム
Operation Support System of Sludge Fluidized Bed
Incineration Plant
Abstract
Efficient support system using computer is increasing in
demand for maintenance of fluidized bed sewage sludge incineration plants to obtain fuel-efficiency, reduction of emergency
repair costs and other needs. As a response, a system wasdeveloped integrating both operation support and equipment
diagnostic functions.

Operation support function calculates

optimum operating conditions such as fuel efficiency and green-

西山 守

上野 勇

Mamoru NISHIYAMA

Isamu UENO

研究開発部
開発企画グループ

月島テクノメンテサービス株式会社
ITシステム部

環境システム計測制御学会員

環境システム計測制御学会員

1 はじめにhouse gas reduction based on simulations using actual operating data. Equipment diagnostic function detects abnormal signsof equipment, and displays measures for failures based on various equipment data.
キーワード：運転支援、設備診断、シミュレーション、ライフサイクルコスト
Keyword: Operation support, Equipment diagnosis, Simulation, Life Cycle Cost

ライフサイクル全般におけるソリューションビジネスに活路を見出し、利益創出型包括モデルの実現を図ることが必要となってくる。

月島機械は月島テクノメンテサービス（TTMS）と共同で「下水流これらのニーズに応えるべく、本システムは下水焼却として最も普動焼却設備の運転支援システム」（以下、本システム）を開発し、実及している流動焼却設備を対象に、省エネ対策とライフサイクル・

炉でのフィールドテストを経て今春から新設の焼却設備とともに稼ビジネスの両面で活用できるツールとして開発を行った。

動を開始する。本システムは、運転シミュレーション機能により設備の省エネ運転を支援するとともに、設備の異常兆候の把握機能を

3 運転支援とその効果

用いて、設備の最適な運転・補修計画の立案を容易にすることを目的としたコンピュータソフトである。

本システムは、主に次の特徴がある。
＜運転シミュレーション機能＞

2 開発の背景

①低燃費運転：運転状態に応じてより低燃費で運転するための方法をガイダンス表示し、フィールドテストにおいて従来比10%以上

環境省の「21世紀環境立国戦略」策定や京都議定書の約束達成に向け、規制強化が進んでいる。改正省エネ法により焼却設備を有する下水処理場の多くが一層の省エネを求めれらると共に、昨年改の補助燃料低減を確認した。
②シミュレーション：次に示す機能により、日々変化する脱水ケー
キ発生量や性状等に応じたより適切な運転・操業計画に役立つ。

正された「地球温暖化対策の推進に関する法律」により、下水処理
2
2O 、CH4 等含む）の年間排出量の報告が本年場などからの CO（N

主なシミュレーション機能から義務化された。下水処理プロセスの中では焼却設備のエネル

地球温暖化ガス排出量低減

地球環境配慮の運転条件算出

最大ケーキ投入量演算
低負荷時のケーキ投入量演算

他の炉が補修中などケーキ投入量が多い
時、もしくはケーキ発生量が少なく他の炉との配分比率を求めるときに役立つ

自燃点算出・ケーキ水分変化とランニングコスト等計算

脱水工程を含めた全体最適検討用

ギー消費量は比較的多く、なおかつ最近では地球温暖化係数が高い N2Oの排出低減のため高温燃焼が推進されており、運転改善による燃費向上に対するニーズは一段と高まっている。
一方で、公共事業の縮減の中、包括的民間委託 *1）が急速に広まり、
月島機械グループの水環境事業（TTMS含む）においては、設備の32 TSK 技報 2007

説明

＜設備診断機能＞断」の 2つのプログラムにて情報連携して処理を行う構成である。

③異常兆候診断：診断ルールをもとに設備の異常兆候を診断す「運転支援」プログラムでは、実際の焼却設備の挙動を物質収支・熱ることで突発故障を未然防止し、補修計画立案時にも利用すること

収支にもとづく化工計算式と、過去から蓄積されたデータをもとにでライフサイクルコストの低減が行える。

モデル化（以下、数式モデル）している。数式モデルとデータベース

これらの機能と特徴を以下に説明し、ライフサイクル・ビジネスにおける発展した使い方を 8 〜 9章にて説明する。

を用いることで、目的に応じたシミュレーション計算が可能になり、より適した運転条件を求めることができる。ここで計算された値は、プロセスデータとともに「設備診断」プログラムに渡され、診断ルー
ルを用いて異常兆候の自動診断が行われる。

4 システム構成

既存設備への適用を容易にするため、設備に特別なセンサや装本システムの構成を図1に示す。プロセスデータなどの中央監視置を追加せず、中央監視にて収集されるプロセス信号をもとに演算にて得られる情報をデータベースに集約し、「運転支援」と「設備診を行う仕組みである。計算に必要だが自動測定できない情報のう
ち、変動の大きいケーキ性状の情報は、自動で推定値を求める手法

プロセス
データ

日報等
データ

日常管理データ（ケーキ水分量等）

試運転時
測定データ

オンライン時（連続取得）

オフライン時定期入力

初期値

最適運転法表示

事前測定の結果を数式モデルに組み込んだ。
自社開発のソフトウェアであるが、当社では十数年前から同様のデータベース
運転支援プログラム
︵
理論計算
物
（現在値）
質数
収式
シミュレーション支モ
・焼却量Max運転
・
熱デ・低燃費運転収ル
・温暖化ガス削減
支・運転等︶を開発し、変動の少ない放熱量等の項目は、測定方法を明確化して取り組みを行っており、幾度の改良を加え今日に至っている。これ
設備診断プログラム
︵
異
常診
兆断
候ル
検ー
出ル
部
︶

まで、元々誤差が含まれるプロセスデータを用いた数値演算におい診断結果表示て、実用に耐えうる計算精度と信頼性をどのように確保するかが最

グデ
ラー
フタ
化推
移

大の課題であった。この度、設備の定常状態の統計情報をもとに、

表関
示連
情
報

異常兆候・対処法表示

図1 運転支援システムのプログラム構成
Fig.1 Program module diagram

実設備の各状態量と計算上の値が適合するよう、計算上のパラメー
タを自動補正する仕組みを考案した。他の炉への適用を容易に行うための汎用性の仕組みも加え、実用化の目処がついた。図 2に本システムの表示画面を示す。

図 2 運転支援システムの表示画面
Fig.2 Display images of this operation support system

2007 TSK 技報

33

技術紹介 2 下水流動焼却設備の運転支援システム

5 低燃費運転
本システムを用いると、次に示す方法により省エネ運転が可能となる。
流動焼却炉内に供給するのは、「脱水ケーキ」、「流動空気」、「補助燃料」である。当社製設備の標準的な制御方法の概念を図 3に示す。
脱水ケーキと流動空気はオペレータが所定量を設定し、炉内フリーボード部の温度が設定値になるように補助燃料使用量を自動制御する構成である。省エネ運転とは、流動空気量を必要最小限の値にすることで、燃焼に寄与しない空気の加温に使われる余分な燃料使用量を減らす方法であり、考え方を図 4に示す。
本システムでは、従来難しいとされていた必要空気量を自動演算することで低燃費運転を行う。図 5に演算ロジックを示す。現在の運転データをもとに、炉内温度上下限などの制約条件を満たす中

図 3 流動焼却炉の制御概念図
Fig.3 Control diagram of ﬂuidized bed incinerator

自動実行

燃焼反応
脱水ケーキ
可燃分
補助燃料

完全燃焼に必要な空気量はケーキ性状変動等により変化
供給空気（流動空気＋α）

燃焼ガス

低燃費優先

前提条件
チェック

約850℃
流動空気

余剰空気
（燃焼に不要な空気）

自動実行
（定周期）
・制約条件（データベース）
・定常状態判定（炉内温度等の推移自動解析）
・ケーキ性状変動有無判定（ケーキ発熱量推測）

補助燃料
量低下

制約条件 Y
制限値
N

不完全燃焼になり排ガスが環境問題になる。

流動空気が多すぎの場合
余剰空気を約850℃に加温するために余分な熱量（補助燃料）が消費され燃焼悪化。

［計算パラメータ］
・ケーキ性状・伝熱係数等シミュレーション繰返し計算

流動空気
量低下

流動空気が少なすぎの場合

データベース［制約条件］

フリーボード砂層

多変量解析を自動実行し計算値と実際が適合す
るよう補正

状態予測
機能

温度

最適運転
ガイダンス表示

計算
パラメータ
自動補正

温度制約条件

運転指示値

Tfc
Tsc

（繰返し計算）

流動空気量
補助燃料量
運転変更後

・予測値との比較判定

安全運転 ・異常兆候診断（運転ガイダンスの予測と実際の設備挙動が判定

炉内温度、流動空気量、補助
燃料使用量の変化を予測（予測結果例は図6に示す）

万が一異なるときに運転操作を戻すよう指示）

従来方式（流動空気一定）

運転支援有（流動空気最適化）

ケーキ性状の変動を考慮し、不完全燃焼にならないよう、流動空気は高めの一定値に設定。

燃焼に必要な流動空気量を運転デー
タとともに推論計算で算出。最適値で運転を行う。

→燃費よりも安定燃焼を優先。

→低燃費と安定燃焼が両立でき、
ケーキ性状が変動してもシステムが自動追随する。

図 4 流動空気の調整と燃費の関係
Fig.4 Relations of combustion air control and fuel-efﬁciency

34 TSK 技報 2007

項目

制約条件（例）

流動空気量

砂層空塔速度設計値 以上
流動ブロワ能力限界 以下

排ガス量

誘引ファン能力限界

砂層水分負荷率

設計条件以下

炉熱負荷率

設計条件以下

以下

フリーボード温度 Tf

800℃以上、850℃以下

砂層温度 Ts

660℃以上

空気比 m

1.3以上

図 5 低燃費運転の演算ブロックと制約条件
Fig.5 Calculation logic of minimizing fuel comsumption

Operation Support System of Sludge Fluidized Bed Incineration Plant

で、仮に流動空気量を変化させて補助燃料をさらに下げることが可

炉内温度分布や物質収支から、多変量解析を用いてケーキ性状を能かシミュレーション演算により求めている。運転上の設定変更が近似的に求める手法を開発した。

必要な場合には、図 2中央に示すガイダンス画面に表示され、オペレータはその指示に従って運転操作を行う。

シミュレーション演算においては最初に、計算結果と実際のプロ
セスデータの値が適合するケーキ性状を推論計算にて求める。次低燃費運転のフィールドテストの結果を、図6に示す。最初に図6（A）
点にて低燃費運転のシミュレーション計算を行った。その結果、流動空気量を 400Nm3/h低下することで、補助燃料使用量を低減できるに、運転シミュレーション機能を用いて、オペレータが入力した目
的や条件に応じて演算結果を運転指示やグラフとして表示する。
シミュレーションの一例として、最も低燃費となる複数の運転条ことが予測された。次に流動空気量を予測通り低下させる運転操作を件の中から、地球温暖化ガスの発生量が最小となるポイントを求め行い、補助燃料を段階的に下げた運転を行った。
図6-（B）点、（C）点のる。地球温暖化ガスの排出量を最小化するためには、低燃費運転にプロットが炉内温度の予測値、実線が実際の値の推移であり、双方が加えて、排ガス中の N2O（温暖化係数が CO2 の 310倍）を最小化す

ほぼ一致しているため、本システムによる運転指示が正しいことを示ることが有効であり、炉内フリーボード部で高温燃焼を行う必要がしている。
なお、テスト時には炉内温度一定制御は行わず、補助燃料使ある。低燃費と高温燃焼の一見相反する目的から、シミュレーショ

用量は本システムから出力された予測値をもとに手動で設定した。

ン・グラフを用いて最適点を求めた経過を図 7に示す。

このとき、補助燃料（都市ガス）を 12Nm3/h 低減させることが本システムの特徴として、炉内の砂層部とフリーボード部を分離

でき、直前の燃料使用量の 18%相当を低減できることを確認した。

したモデルを採用しており、各部の温度条件や運転条件を指定しこの手法により、従来比10％以上の燃料低減効果を見込んでいる。

て、目的に応じた最適解を求められるものとなっている。

6 シミュレーション
縦軸：フリーボード部温度（℃）

炉の物質収支・熱収支にもとづいたシミュレーション計算を行う

860

ためには、燃焼物である脱水ケーキの発熱量等の性状把握が必要と850なる。本システムでは過去の工業分析結果などの統計情報と現在の840

運転温度範囲（制約条件）

830
820

800

（A）

（B）

フリーボード温度 実測値（制約条件 フリーボード部上限温度）

（C）

810
3300

● 、▲ 印は低燃費運転計算の温度予測値

700
炉内温度（℃）

8000

7000

実測値

（制約条件

砂層部下限温度）

600
400Nm3/h

流動空気量7Nm3/h低減

3600

640

5000

500

3500

3700
3800
横軸：流動空気量（Nm3/h）

650

6000
砂層部温度

3400

縦軸：砂層部温度（℃）

4000

流動空気量（Nm3/h）

900

制約条件 630 ℃以上

630
620
縦軸：補助燃料使用量（L/hr）
200190
燃費最小かつ温度制約
条件内の範囲

180
170

400

3000
補助燃料使用量

縦軸：温暖化ガス排出量計算値（t/日）
40

5Nm3/h低減

燃費最小かつ温暖化ガス
排出量最小点

30

300

2000
10:00

13:30

14:30

15:20

time
図6 低燃費運転時の流動空気量と燃料使用量の推移
Fig.6 Combustion air and fuel trend graph of energy saving mode

20
3300

3400

3500

3600

3700

3800

図7 シミュレーショングラフ例（燃費最小の運転範囲から温暖化ガス排出量最小点を求める）
Fig.7 Simulation graph
注: 温暖化ガス排出量は「温室効果ガスの排出量の算定に関する省令（H18改正）」にて規定された換算係数を使用し、N20の CO2 換算係数は通常燃焼を 800℃、高温燃焼を 850℃とみなし直線回帰計算。

2007 TSK 技報

35

技術紹介 2 下水流動焼却設備の運転支援システム

7 異常兆候診断

8 本システムの水平展開について

異常兆候診断とは、プロセス値をもとに異常兆候を自動検出し、①新設、更新、の設備建設に付加した展開（新設フィールド）異常の原因と対処法を可能性の高い順に表示する機能であり、複合

燃料使用量の低減ニーズは以前にも増して高まっているが、N2O的な判断が行えるよう FTA（fault tree analysis）形式の診断ルール

削減のための高温焼却（850℃）が普及した場合、燃料使用量の増加を用いている。例として 熱交換器異常 の診断概要を図 8に示す。

が懸念され、これを抑制するために、より一層の省エネ運転が求めルール内の各項目には上下限値や比較条件等の判定式を設定してられる。発注形態がイニシャルコスト一辺倒の価格競争から、技術

おり（図のＡ部）、診断に必要なデータはデータベース部（図の C部）

力による差別化が可能な総合評価方式に移行する兆しがある中、本を参照する。図の A部で異常と判定された場合は、Bの項目へ移行

システムを設備に付加して提案しオンラインで組込み活用することし、推定される異常原因を含む診断結果をガイダンス表示する。異で、高温焼却と省エネを同時に実現し、付加価値向上を図れる。

常原因として複数項目考えられる場合には、もっとも重要度が高いと判定されたものを 主原因 として表示する。
設備の中央監視による警報は単純なプロセスデータをもとにした上②包括委託に付加した展開（包括フィールド）レベル 2以上の性能発注 *2) においてはユーティリティの管理が下限判断であるが、本システムでは数式モデルから導き出される計算重要となる。日常運転においてシミュレーションによる最適運転ポ結果をもとに、設計値との比較など細かい判断が行えるようになっていイントを見出し実行することにより燃料の低減が図れる。またシる。空気予熱器の例では、総括伝熱係数や圧力損失などを自動計算し、ミュレーションによる自燃ケーキ水分の算出や複数炉の効率的な

その経時変化をもとに補修の必要性の判定に活用することができる。

並列運転にも活用できる。また、他の情報ツールと組み合わせることにより、設備情報を相互に連携させ、業務の効率化や本システムの活用促進が期待できる。

熱交換器診断③補修工事の顧客対応（補修フィールド）補修工事を含めたレベル 3の性能発注 *2) が進むと補修コスト削減のため工事の分割発注が進み、プラントメーカ系による補修工事
規模の縮小が懸念される。このためメーカ系補修の優位性を維持す

A①実測値と理論計算値との比較②経時変化の傾向管理による判定

条件：熱交換器出口温度実測値と理論計算値を比較
比較：差が許容誤差を逸脱

条件：総括伝熱係数の傾向管理異常有無＆圧力損失の確認
比較：設計許容上限

るために、一層の付加価値向上が求められている。
従来、時間基準保全（TBM）により一定期間毎に行っていた補修を、当システムの診断機能を用いた状態基準保全（CBM）に変えることで、オーバーメンテナンスの防止による補修費の低減が見込める。
設備のリスクを正確に把握し補修計画時に利用することで、コスト・質ともに優れた補修が行えるようになる。この補修計画支援につい

管板又はチューブにてリークの可能性有。
原因特定の方法を表示。
（O2リーク測定など）

B

診断データ
（データベース）

C①熱交換器出口温度 比較
プロセスデータ : △△△℃
理論演算値
: ○○○℃ては、まだシステムの完成度が十分ではなく、実際の補修計画でのテスト的な適用を経て、今後ブラッシュアップしていきたい。
④顧客への改善提案（ソリューション・ビジネスの一環）②演算データ 傾向管理
総括伝熱係数 : 増加傾向判定
圧力損失: 設計許容範囲

診断結果の表示画面例を図2右下に示す

顧客の運転日報等をもとに、シミュレーションによる運転状況の解析や異常兆候の診断を行い、顧客にフィードバックする技術サポートを行なう。補修計画時の付加価値向上の一環として、あるいは省エネ提案などのソリューションとして取組み、本システムを用いることで

図 8 診断ルール例（熱交換器診断の一部）
Fig.8 Example of a diagnosis rule

36 TSK 技報 2007

従来よりも解析・診断作業の効率化を図ることができる。
さらに、顧客
打ち合せなどで顧客の要望をもとに、その場でシミュレーションを行

Operation Support System of Sludge Fluidized Bed Incineration Plant

包括委託や DBO*3) などが進むと、より効率的な設備管理が不可欠

い結果を可視化して示すことにより、よりきめ細かく具体的な提案が可能になる。このような改善提案や業務支援は、顧客とのラインを深である。特に今後急増する包括委託において本システムを使用する

くし当社のプライオリティを向上させるとともに、改善提案が新たなと、自社グループの設備情報管理システム（PM3）他と組み合わせて仕事に繋がる可能性もある。
「月島機械グループは顧客の立場に立っ効果の最大化が期待できる。情報を有効活用し、効率化とサービス事た提案をする」このようなイメージが醸成できたら良いと感じる。

業展開に結びつける会社が生き残っていく時代、本システムが水環境事業のソリューソンビジネス展開の一翼を担えることを期待する。

9

最後に〜将来展開と活用〜

運転支援システムは、設備建設後のユーティリティ費低減、補修費低減に寄与するツールであり、運転や維持管理の効率化を図ることが可能である。

＊1）

包括的民間委託（包括委託）とは運転管理や維持管理を民間企業の裁量に任せる性能発注による委託方式であり、委託期間は複数年契約が可能。民間企業の運転管理ノウハウの活用による業務の効率化、コスト縮減、公共人件費の削減などの効果を見込む。

ライフサイクル・ビジネスの中での本システムの位置付けを図 9に示す。ライフサイクルコスト（LCC）を最小化し、資産価値を最大＊2）性能発注とレベル
レベル１：運転管理のみの性能発注
レベル２：運転管理＋ユーティリティ（電気、燃料、薬品など）の性能発注
レベル３：運転管理＋ユーティリティ＋補修の性能発注化するためには、設備の建設、運転管理、補修、ユーティリティを含めたトータルコストを縮減し、設備を延命化することが必要となる。
またこれらの情報を設備設計に反映させより完成度の高い設備へ

＊3）

DBOとは
Desing Build operate 公設民営方式の意味と PDCAを廻し続けることが重要である。

設備ライフサイクル全般での活用
目的：ライフサイクルコスト（ＬＣＣ）の最小化
従来のカーブ

更新
設備価値
LCC低減

LCC最小化によるカーブ

維持管理費の総計
・燃料・電気費低減
・補修費最小化 等

LCC低減により設備延命化
経年

ライフサイクル・ビジネス
計画・設計

試運転

引渡し

運転・維持管理・試運転データ解析／
報告書作成支援

低燃費運転支援

下水処理場（運転支援システム調整）

・低燃費運転・操業計画支援
・改善運転シミュレーション

異常兆候診断・安定燃焼診断・突発故障防止情報連携

運転支援システム

本社／支社

更新／廃棄

補修

・省エネ診断・ソリューション提案

・遠隔監視と異常対応
・24hコールセンター

・設備診断（状態基準）

設備／運転 改善提案

遠隔監視サポート

補修計画支援機器情報／補修履歴、
設計情報
設備診断情報／点検情報

主に月島機械の仕事

情報連携、
フィードバック

主に月島テクノメンテサービスの仕事
共有情報
図中、点線矢印は将来予定の機能

図 9 本システムとライフサイクル・ビジネス展開
Fig.9 Life-Cycle business and solutions

2007 TSK 技報

37コークス炉装入炭用乾燥調湿設備
製品紹介

Coal Moisture Control plant
Abstract
Steam Tube Dryer (STD), an indirect heating rotary dryer is one of Tsukishima Kikai’s core products evaluatedhighly with over 450 installations overseas and in Japan. The dryer is applied in many industrial fields including
general chemistry, steel, nonferrous metals, ceramics, foods, fishing, pulp & paper, environment and other fields.
This paper describes the adoption of the STD for coal drying at steel plants before charging coal into the cokeoven. It allows stable preliminary coal drying and moisture control by reduced moisture content from 10% to 6%
that leads to decreased heat consumption of coking, improved coke strength, expanded use of low-quality coal,large-volume treatment, and stable-continuous operation.

野口 隆行

キーワード: 乾燥機、間接加熱、石炭

Takayuki NOGUCHI

Keyword: dryer, indirect heating, coal

産業事業本部
産業機械計画部
乾燥グループ1 はじめに
月島機械の主力機器であるスチームチューブドライヤ（STD）は、
1957年の技術導入以来、数々の改良、改善を重ね、2007年1月現在
で世界各国へ 450基以上の納入実績がある。適用分野は一般化学
をはじめ、鉄鋼、非鉄、窯業、食品、水産、紙・パルプ、環境等数多くの工業分野で用いられ、同時に適用処理物としては、石炭をはじめとする鉱石類、テレフタル酸・ポリカーボネート・ポリエチレン等の樹脂類、コーンファイバー・コーンジャーム等の飼料食品関連、焼却灰・汚泥等のリサイクル関連と多岐に渡っている。本稿ではテレフタル酸乾燥設備と並んで STDの代表的な適用例であるコークス

図1 コークス炉石炭用乾燥調湿設備
Fig.1 photo of CMC

炉装入炭用乾燥調湿設備（CMC：Coal Moisture Control plant）についての概要、特徴について紹介する。

（3）コークス炉での生産性のアップ

2 設備概要し、調湿炭の水分を安定させることで、操業の省力化が図れる。

2.1 CMC導入のメリット

2.2 CMCで STDが採用される理由

コークス炉内での乾燥工程を炉外で行うことで炉の生産性が向上

従来、製鉄所のコークス炉に装入される石炭は、ヤードで野積み

CMCの乾燥機選定に関して、経済性は当然のこと、設備の特性

された状態から直接投入し、コークスを製造していた。CMC導入に上、大量処理・連続安定操業・運転の容易性が要求される。容器回転・あたり水分を約10%から約 6%へ安定的に予備乾燥、調湿を行うこ

間接加熱型の STDが採用されたのは、STDがまさしくこれらの特とで、次のメリットが実証されている。

徴を持つからである。

（1）低位品質炭の利用拡大
調湿炭水分の低減によりコークス炉装入時の石炭の嵩密度が上

図 2に STDの構造図示す。回転する STD本体の全長にわたって、同心円状に多数の加熱管が配列されており、加熱管を通じて間接的昇し、コークス強度が向上する。そのため安価な低位品質炭の利用に伝熱させ乾燥する、いわゆる間接加熱型乾燥機である。その本体割合を高めることができる。

を回転支持するために 2つのタイヤ、ローラーを備えており、本体の（2）熱エネルギーの削減
STD熱源の蒸気は、工場内での廃熱回収から得られたものを利用できるため、大幅な省エネルギーが図れる。

38 TSK 技報 2007

回転は、本体駆動用の電動機からピニオンギア、ガースギアを介して行われる。原料供給部は一般的にスクリューコンベアを、製品排出部はシュートを採用している。

エア入口
原料入口

スチームヘッダー
タイヤ

ガースギヤ
エア出口

排出シュート
加熱管

タイヤ
スチーム入口ピニオンギヤローラー

ドレーン出口

本体駆動用電動機

製品出口

ローラー
図 2 スチームチューブドライヤ構造図
Fig.2 Structure of Steam Tube Dryer＜ STDの特徴＞（1）大容量処理が可能
構造上、多数の加熱管を配列できるため単位容積あたりの伝熱量

工水

ボイラー

排気ガス

原料炭
蒸気

バグフィルタは、回転乾燥機では最大である。ロータリーキルンと比較すると単位容積あたりの伝熱面積が約 3 〜 6倍となる。さらに構造がシンプ
スチームチューブドライヤ

ルであり、大型化しやすいので大容量処理が可能である。

ダスト混錬機（2）排ガス量が少ない
間接加熱型のため、キャリアガスは蒸発水量の排気に必要な量の

排気ファン

空気予熱器

みを供給すればよい。そのため、直接加熱型の排気量を 100とすると、STDでは 20 〜 30と少なくすることができる。従って、集塵機等の排ガス処理設備をコンパクトにすることが出来る。
（3）運転制御が容易
乾燥機入口の処理量、水分の変化・変動に対する制御項目は、基本的に加熱源温、キャリアガス流量、排気ガス圧力の 3点であり、いドレン

キャリアガス

調湿炭

押込ファン
フラッシュタンク

ドレンタンク

コークス炉

図 3 CMCフロー
Fig.3 Process Flow of CMC

づれも外からの単独操作ができるため、運転調整が容易である。
（4）熱効率が高い
間接加熱型のため熱源として蒸気を用いることが多いが、ドレン

リューフィーダで STDに投入され、STD胴体の回転と傾斜により下流側に運ばれ、胴体下流端に設けられた開口部より排出される。

回収等を行うことで熱効率が 80 〜 90%となる。
（ 直接加熱型では蒸発水分は、並流（処理物の流れと同方向）で流されたキャリアガス

一般的に 50 〜 60%である）

によって系外に排出される。キャリアガスを並流とする理由は、
CMCの運転範囲では乾燥特性が恒率乾燥区間のみであること及び

2.3 設備フロー

STD入口部で結露による付着を防止するためである。また、キャリ

図 3は、CMCに適用される STD廻りの一般的な設備フローであアガスに同伴されたダストは、バグフィルタにて集塵するが、低水

る。STDの熱源は工場内の廃熱を回収した蒸気を使用し、ドレンは分の微粉であり、非常に発塵しやすいため、ダスト量に応じた加水

キャリアガスの予熱用として更に熱回収される。原料炭は、スク制御を行い、混練して、調湿炭ラインに戻している。

2007 TSK 技報

39

技術紹介 2 コークス炉装入炭用乾燥調湿設備

表1 設備能力
Table1 Capacity

2.4

設備能力、設備仕様

表 1，表 2に CMC納入実績例として、設備能力、主設備仕様を示す。本実績例の STD仕様は、水蒸気加熱管付きの容器回転型乾燥機としては世界最大級のものである。STDの主材質は、原料炭
銘柄毎の腐食因子や各原料炭のブレンド後の乾燥加熱時に発生する特殊な腐食媒介物等を考慮して、特に慎重に決定する必要が

対象処理物

コークス炉装入用石炭

設備処理量

530ton-Wet Solid/h

原料炭水分Nor.10%調湿炭水分Nor.6%ある。最近では、耐摩耗性や将来的な低位品質炭の導入の流れも
表 2 主設備仕様
Table2 Speciﬁcation of main equipment

踏まえて、2 相ステンレス系を採用することが多い。

主仕様

機器名

3 設備の特徴
CMC では、全体設備の関係性及び石炭の持つ物性から以下の特徴がある。

3.1

主寸法：径4.2m×長さ35.5m

STD

ドライヤ水分制御対策

伝熱面積：3480m2 本体電動機：550kW

バグフィルタ

処理風量：1300m3/min.

押込みファン

容量：600m3/min.

電動機：22kW

排気ファン

容量：1300m3/min.

電動機：132kW

調湿炭水分が過乾燥状態になると、コークス炉へ搬送中のベ
表 3 制御の基本的な考え方
Table3 Basic control logic

ルトコンベア等にて発塵が起こり、環境問題となる。特に発塵は、水分が約 5％以下になると顕著になる。更に、コークス炉で装入

考え方

制御項目

1.原料炭供給量・水分値・温度、及び目標調湿炭水分値を基に、昇温・乾燥に必要な熱量を算出する。

炭の嵩密度が過度に上昇し、コークス排出時に炉体煉瓦の損傷が起きやすくなる。また、水分変動が大きい場合、コークス炉の操蒸気圧力

2.必要熱量、STD固有の総括伝熱係数・伝熱面積を踏まえて、
目標蒸気温度を算出し、飽和温度に相当する蒸気圧力を制御する。

業上、熱バランス調整が必要となり、運転が煩雑となる。これらの点を考慮し、CMCプロセスでは水分は完全自動制御とし、設定
水分±0.3％程度の範囲で運転制御している。制御方式は STD 内の石炭滞留時間が長いことから、基本的にフィードフォワード方

キャリアガス量式を用いる。
表 3に制御に関する基本的な考え方をまとめた。

排気ガス圧力1.原料炭供給量・水分値・及び目標調湿炭水分値を基に、蒸発水量を算出する。
2.蒸発水量により、
目標ガス露点となるために必要なキャリア
ガス量を制御する。
1.排気ファンのダンパー開度を調整し、系外からの漏込み空気量が最低限となるように、排気ガス圧力を制御する。

蒸気

蒸気圧力制御水分計

重量計

排気ガス圧力制御

圧力計

温度計

原料炭

排気ガス
圧力計
目標調湿炭
水分
M

キャリアガス量制御

ドレン
水分計

キャリアガス

ガス流量計
押込ファン

調湿炭

図 4 制御フローFig.4 Control ﬂow for moisture control

40 TSK 技報 2007

換気ファン

Coal Moisture Control plant

表 4 安全対策項目
Table4 Safety measure for operation

参考文献

項目

目的

酸素濃度
監視

1.運転立上げ時：STDへ原料炭供給する前に、各ラインよりN2パージを行い系内O2濃度を13vol%以下とする。
粉塵爆発防止
2.定常運転時：常時O2濃度を測定し、13vol%以上で警報、
自動N2パージ実施する。

調湿炭の
温度監視

内容

着火防止

1）笠岡玄樹、本間道雄：コークス炉配合炭の調湿技術、川崎製鉄技 報、Vol 25、
No.4、
pp. 1-6（1993）
2）伊藤正康、
小池恒夫 ：スチームチューブドライヤ、
月島機械100年の技術、
pp.118-125（2005）

STDの排出口にて調湿炭の温度測定を行う、緊急時には散水も可能である。

爆発放散口
機器保護 排気ガスライン、バグフィルタに爆発放散口を設置する。
の設置

3.2 安全対策
粉塵爆発性を持つ石炭とそのダストが、高温にて系内に大量に存在するため、系内の酸素濃度監視等の特有の安全対策が必要となる。安全対策を表 4にまとめた。

4 納入実績
2007年 1月までの CMCの納入実績を表 5にまとめた。国内・海外合わせて 5社の実績がある。
表 5 CMC納入実績表
Table5 Reference list

顧客名称

建設場所

国内 A

九州地方

国内 B

中国地方

海外

C

中国

海外

D

韓国

海外

F

台湾

5 おわりに本稿で紹介した CMCは、最近の鉄鋼業界の活況を受け、特にアジア地域（中国、台湾等）の鉄鋼メーカーから問い合わせがある。今後、これらの案件に対して、今まで得られた技術的なフィードバッ
クをより精査するともに、最新のコンピューター解析（FEMによる応力解析、FLUENTによる伝熱解析等）の導入、部材の海外調達等による包括的なコストダウン及び更なる STDの大型化検討を進めて、受注拡大に努めていきたいと考える。尚、CMCの技術、経験をベースにした STDの新たな適用例として、改質褐炭や銅鉱石用乾燥機があり、これらも積極的に展開していきたい所存である。

2007 TSK 技報

41

設備紹介

大型電子ビーム溶接装置とその適用事例についてTechnical Report of Large sized Electron Beam Welding
Machine and its applications
Abstract
Since installation of the first Electron Beam Welding (EBW) machine in 1973, Tsukishima Kikai has been
involved with a number of welding applications both in and outside the company for over 30 years. EBW iseffectively applied to large welding structures as well as welding of dissimilar metals, allowing welding not possible with normal arc welding, and leading to significant cost reductions and quality improvement of joints.
In November 2006, the fourth machine started operation. This report describes the overview of Tsukishima
Kikai’s 30-year history of electron beam welding with introductions of welding equipment and techniques.
キーワード: 電子ビーム溶接、電子銃、真空チャンバー、アルミニウム合金、異材継手

真庭 健一

Keyword: Electron beam welding (EBW), Electron beam gun, Vacuum chamber, Aluminum alloy, Dissimilar material joint

Kenichi Maniwa
月島テクノマシナリー株式会社
製造技術部

1 はじめにている。水平ガンの採用理由は、当時早急に施工技術を確立する必要のあった、アルミ合金厚板の完全溶込み溶接を行うためである。

月島機械は 1973年に電子ビーム溶接装置 1号機を導入以来、数

EBWにおける深溶込み溶接部では、底部にスパイクと呼ばれる独多くの製品・受託加工品の溶接を手掛け、2006年11月には通算 4号

特の溶込み状態が見られ、これに起因するポロシティやコールド機の稼働を開始した。本稿は、30年余にわたる月島機械の電子ビー

シャットなどの欠陥が残存してしまう。これらを防止するために、一ム溶接の歴史を概観し、溶接装置および溶接技術の紹介を行うもの

つは裏当て金を設けて当該部分を裏当て部に追いやって製品部分である。

に欠陥を残さない方法と、もう一つはウラナミ溶接を行いこれら欠陥が発生しないようにする方法が考えられる。100mm あるいはそ2 電子ビーム溶接装置概要

れを超える厚板の下向き溶接では、前者は溶接サイクル（金属の溶融凝固現象）が重力の影響を受けるため、安定性を保持することが電子ビーム溶接（EBW:Electron Beam Welding ）装置の主な構成

困難になってくるという問題、後者は、同じく重力の影響で著しい要素としては、電子銃（ガン）、高電圧発生装置、加工室（真空チャン

溶融金属の溶け落ちが発生し、必要な接合断面積を確保できないとバー）、ワーク駆動装置（XYテーブル、回転テーブルなど）、真空排気いう問題が生じる。これに対して、横向き溶接を採用することによ装置、制御盤、操作盤などがある。ここでは、その代表的なパーツとり、多少の工夫が必要となるものの、これら問題点を回避でき、十分なる電子銃と真空チャンバーに関して、装置の特徴を以下に述べる。

実用に供しうる品質の溶接部が得られる。

2.1 電子銃
電子銃はいずれも 150kV高電圧タイプのものを採用している。1号機では NEC製 6kW機、その後は独シュタイガーバルト社製のものを選定し、
出力は 2号機が 15kW 、3号機では 30kW（その後 60kWに増強）
、4号機は 60kWである。低電圧タイプ（〜 60kV）のものと比較すると、ビームを細く収束できるため、EBWに特有な深溶込み
溶接において同一パワーでも、よりビード幅の狭い、より溶込みの
深い溶接部を得ることができる。これにより溶接変形を小さく抑えられ、溶融範囲や熱影響部が狭く精細な溶接が可能となり、様々なアプリケーションにおいて優位性を持っている。
1、2号機では、下向きガンのみであったが、3、4号機ではそれに加えて水平ガン（図1）も装備させ、いわゆる 2ガン仕様の装置とし

42 TSK 技報 2007

図1 水平ガンFig.1 The horizontal Gun

アルミの厚板溶接においては、さらに十分なアーキング対策を施3号機（図 2）は、1、2号機の老朽化による代替機としての必要性

す必要があるため、集束レンズを 2式装備し、電子銃は屈曲部を持と、液晶パネル製造装置用アルミチャンバーの大型化への対応を考たせている（電子ビームがガンの中で電磁的に曲げられて照射され慮して、1号機の平面積と 2号機の高さを合わせ持つ超大型チャンる）。これにより、溶接中に大量に発生する金属蒸気が電子ビーム発

バー（W3.8m×L8.5m×H2.9m（有効高さは 2.3m））となった。排気系

生部にまでたどり着くことを防止でき、電子銃内部の真空度が悪化

は月島機械独自の機器構成による高速排気システムであり、粗引きすることにより発生するアーキング（ガン内放電）を減少させ、安定は大型油回転ポンプおよびメカニカルブースター 2台を直列に接続したアルミ厚板溶接を実現させることが可能となっている。それでした排気ラインを 2系列、また主排気としては大型クライオポンプ

もなお、多少のアーキングが発生することは避けられないが、その2台を備えている。本システムにて、溶接可能となる 7×10-2Paまで際の溶接部への影響度を数十ケースで確認した結果、アーキングにの排気時間は 20分未満となっている。3号機導入からわずか 3年後

よる極短時間の熱源遮断が起きても、それに起因する顕著な欠陥発の 2006年、アルミチャンバーの増産、さらなる大型化要求に応え、生のないことを非破壊検査などで検証している。
また、2ガン仕様であることの副次的な効果として、万一片方のガ

また、新たなアプリケーションを強力に見出していくことを目的として導入された 4号機（図 3）は 3号機よりもさらに大型（W4.8m×ンが故障して生産ラインから長期離脱を余儀なくされた場合でも、

L9.7m×H3.1m（有効高さは 2.4m））となった。
容積が 3号機のほぼ 1.5

もう一方のガンと入れ替えて使用することにより、設備ダウンリス

倍となったため、排気系も粗引き 3系列、主排気 3台を装備し 3号機

クの回避が可能である。

と同等の排気能力を持たせてある。いずれのチャンバーもワーク駆
動用に CNC制御の XYテーブルや回転テーブル、そして水平ガン

2.2

真空チャンバー

真空チャンバー（ワーク駆動装置も含む）はすべて自社製である。1 号機導入当時においては真空チャンバーの製造に関する知駆動用のスライダーを持ち、電子銃のパラメータと合わせて溶接作業はすべてプログラム運転で実施されていて、複雑な溶接形状にもフレキシブルに対応可能である。

識があまりなかったため、なかなか所定の真空度に到達させるこ

前述した水平ガンの駆動機構となる、上下ストローク1mのガンとが出来ず、相当な苦労があった。その後、1986 年に導入した 2

スライダーは、新規開発による自社設計・製作品であり、本チャン号機では 1 号機の問題点の多くが改良され、また 1994 年には現バーにおける最大の特徴である。Oリングを用いて真空シールを行

在の排気系の基本となる排気システムへの改造工事なども行っ

い、スライド動作中も一定の真空度を維持して溶接が可能である。

ている。2003 年に導入された 3 号機以降の設備仕様においては、

なお、電子ビーム溶接に係わる作業エリアはクラス100,000のクリー

これらの経験が生かされると共に、新規開発案件も豊富に盛り込

ンルームとなっており、半導体産業やエネルギー関連など、クリー

まれている。

ンな作業環境への要求にも十分応えられるものである。

図 2 電子ビーム3号機（新1号機）注）Fig.2 No.3 EBW machine (new No.1)

図 3 電子ビーム4号機（新 2号機）注）Fig.3 No.4 EBW machine (new No.2)

2007 TSK 技報

43

設備紹介

3

大型電子ビーム溶接装置とその適用事例について

電子ビーム溶接の実績紹介

出来た。液晶パネル製造装置用途としては、Al-Mg 系の 5000 番台の材料（A5052 や A5083）が使用されている。すでにチャンバー

本項では、過去社内外にわたって取り組んできた様々な分野

素材として 500 台以上を出荷しており、総溶接長さは 5km を優での案件を説明しながら、材質毎に整理して電子ビーム技術を紹に超える。当初は 30kW の電子銃にて生産していたが、出力不足介する。

に起因する欠陥が少なからず発生し、その補修に相当なコストが掛かっていた。100mm 以下の板厚であれば、30kW でも十分貫ステンレス鋼通可能であったが、100mm を超えてくると貫通能力が不足し、そ月島機械の製品においては、最も適用例が多い。1号機導入当初

れにより安定したビームホールが得られず、板厚底部（ビーム抜

より、フィルタープレス用ろ板の溶接を手掛け、1980年代前半より

け側・ルーﾄ部）への熱伝達が不十分となり、前述したコールド

インクラインドディスクドライヤーのディスクの製作を開始した。

シャットとそれに伴うポロシティーやボイドが発生しやすくな

本部品は第二種圧力容器（二圧）に該当するが、当時電子ビーム溶るものと考えられた（図 4 、および 4（a））。60kW に出力アップし接は二圧に採用された実績がなかったため、継手性能に関して機たことによりルート部溶込み状態が非常に安定し、大幅に欠陥減

械強度や組織写真など様々なテストデータを監督官庁へ提出し、少が図られ溶接品質が格段に向上した（図 4（b））。

特別認可を受領した。2号機導入後は、デカンターの回転体（ボウル、コンベア）、EW分離機のバスケットなどにも EBW適用を拡大

銅および銅合金した。304や 316などのオーステナイト系のステンレス鋼がメイン

銅および銅合金は熱伝導度が非常に大きく、通常のアーク溶で、板厚範囲は 4mmから 50mmまでであった。3号機導入前まで

接などではすぐに熱が逃げてしまい母材が十分に溶融してくれ

は下向き溶接に限られていたが、出力がアップし、また横向き溶接ないため、予熱が必須となるが、EBW ではエネルギー密度がアーの対応が可能となったことから、さらに厚板への適用が期待され

ク溶接の数千倍にも及ぶことから、予熱なしでも容易に溶接するており、今後、精力的にテストを進めていく予定である。

ことが可能であり、適用メリットが高い材質の一つである。月島機械の製品としては、研究開発用途として無酸素銅製プラズマ溶

アルミニウム合金

融炉（溶込み深さ 30mm 程度）の製造実績がある。受託加工品と研究開発用途として A6061 合金（Al-Mg-Si 系）での真空チャンバーの製造実績 1）がある。この材料は、化学成分的に溶接割れ感

しては、冷却板やブスバー、導波管など多くの製品を手掛けてきた。取扱量としては、アルミ、ステンレスに次いで多い。

受性の高い材料であり、特に溶接材料を使用しない EBW においては溶接困難な部類に入るが、試行錯誤の上、完成させることがチタンおよびチタン合金
チタンは溶接性の良い材料であるが、活性が高いため溶接中に酸素や窒素と容易に反応し溶接部の品質が劣化する。したがって、溶接部は十分、不活性ガスによるシールドを行わなければならない。一方、EBW においては、すべての作業が真空下にて行われるため、面倒なガスシールドを省略出来る。一般に使用されるシールド用のアルゴンガス純度 99.98% に対して、EBW における

図 4 131mm厚アルミ合金 EBW溶接部（30kW機）
Fig.4 The cross section of aluminum alloy joint weldedby 30kW EBW machime (131mm thick)

1.3×10-2Pa の真空中の不純物は、0.000013%程度 2）であり、酸化や窒化の問題は完璧に回避することが可能である。過去の実績としては、月島機械の製品で は、P-100 EW 分離機の洗浄バスケッ
ト（純チタン、10t）などがあり、受託品も何点か手掛けている。チタンや類似金属であるジルコニウムなどの活性金属の溶接には
EBW は非常に適していると言える。
ニッケルおよびニッケル合金（a）不安定凝固部（上写真白枠部）（a）Unstable solidiﬁcation(portionen closed by white line in Fig.4)

44 TSK 技報 2007（b）安定凝固部（60kW機）（b）Stable solidiﬁcation welded by
60kW EBW machine

ニッケルおよびニッケル合金は、様々な種類の合金が実用化されているが、一般的には溶接性は良好である。ニッケルは不純Technical Report of Large sized Electron Beam Welding Machine and its applications

物（リンや硫黄など）と高温時に低融点化合物を形成するため高

4

おわりに

温割れを発生し易い材料である。従って、EBWに限らず溶接直前における開先およびその近傍のクリーニングが非常に重要とな電子ビーム溶接技術に関して、ハード、ソフト両面から紹介をる。製品実績として、核燃料用キルン（ハステロイ X 、6t）やカー行った。EBWはもちろん万能とは言えないが、適材適所に採用するペンター 20合金（80t 、両側溶接）などがある。

ことにより、大幅なコスト削減や、継手品質の向上が可能であり、ま異材継手ん優れた接合方法である。最近は電子ビーム溶接に関する引き合いた通常のアーク溶接では実現不能な溶接も可能にするなど、たいへ
物理的あるいは化学的性質が大きく異なるような金属同士をも非常に多くなってきており、また一つ一つが新しいアプリケー

溶接接合する際は、電子ビーム溶接特有の狭幅ビードや低入熱にションで難易度も高く、それらの試作、実用化に向けて多忙の毎日

より接合の可能性が拡がる。実績としては、受託加工品の真空容が続いている状況であるが、今後も電子ビーム溶接を核とした生産器で、溶込み深さ 3mm 程度の銅 +SUS 異材継手があり、またサ

技術のブラッシュアップを継続していきたいと考えている。最後に、ンプル的には 30mm までの接合を実現している（図5）。その他、

電子ビーム溶接が様々な分野へ広く適用されていくことを期待し、銅 +アルミなどを初めとして、様々な組合せの引き合いも頂戴しその際に本稿が多少なりとも参考となれば幸いである。

ており、今後異材継手の需要は、益々増えていくものと思われる。
以上

参考文献
1）
高橋善則：アルミ真空チャンバーの製造技術、
TSK技報創刊号、
p36（2004）
2）
橋本達哉：電子ビーム溶接、溶接便覧第2版、
p321（1973）
注）
1、2号機は現在、その長年にわたる役目を終え撤去される。
今後は現3号機、4号
機をそれぞれ新1号機、新2号機としてEBW事業を引き継いでいく予定である。

図 5 銅 +SUS異材継手（30mm、右手が銅）
Fig.5 Dissimilar material joint of Copper (righthand side)and Stainless steel (30mm thick weld)

2007 TSK 技報

45

ティーブレイク

今更ですが「水の科学」
日常生活に溢れかえっている水ですが、様々な性質を持っています。そして、その性質も様々な場面で見ているのですが、あまりにも日常過ぎて水の性質だということを忘れている場合が多くあります。ここでは、今更ですが、その水の性質をご紹介していきたいと思います。

科学① 虹の元「水」
ありふれた絵のような気もしますが、図1虹のある風景では間違っているところが一箇所だけあります。分かりますか？

また、虹は良くみると二重に見えることもあります。これは目の錯覚ではなく、
れっきとした水滴による光の反射作用です。水滴で反分かったという方も多いと思いますが、正解は「太陽と虹が同じ射した光は、一度に全ての光を反射する訳ではなく、光の一部は水方向に出ている」ことです。虹は太陽の光を空気中の水蒸気が反滴内で反射を繰り返しています。この反射光がうっすらとした二つ目射するために起きる現象なので、反射光を見ようとすると、太陽と逆の虹を作ります。

の方向を向かなければなりません。

現在は高いビルなどが乱立し、虹を見ること自体が難しいですが、機会に恵まれたらじっくりと観察してみてください。

虹1
虹2
図1 虹のある風景

図2 水滴での光の反射イメージ

科学② 浮く水、沈む水

一番重い状態！

1.000000
最近は地球温暖化のせいなのか、あまり見かけなくなりましたが、冬になると池や水溜まりの表面に氷ができます。でも、なぜ氷は水

0.999950

なり、一番重い状態になります。しかし、約4℃より高くても低くても0.999900
水0.999850の密
0.999800度〔g/cm3〕 0.999750

密度は小さくなり、軽い状態となります。つまり、水が氷になる直前

0.999700の0〜4℃の間では冷たいほど軽い状態なので水面に上り、水面か

0.999650

底にできず、表面にできるのでしょうか？
地面や土より空気の温度が低いからというのもありますが、それよりも水の密度が関係しています。水は約4℃の時に密度が最大とら凍っていくという現象が起きます。
この性質は水を始めとした少数物質特有のもので、エタノール等の一般的な物質では冷たくなるほど密度が小さくなり、重くなる性質を持っています。

46 TSK 技報 2007

0

2

4 6 8
温度〔℃〕

図3 水の密度と温度の関係

10

なぜ、約4℃の時に水の密度が高くなるのか？

密度は分子の凝集状態を表しています。分子と分子が接近し結合により、隙間の多いきれいな格子状態になっています。このていれば密度は高く、遠ければ遠いほど密度が小さいことになり状態から温度が上昇すると分子は動くようになり、やがて格子はます。水分子には分子同士を結びつける力として水素結合とい崩れ始めて液体になります。さらに温度が上昇すると分子が活う力を持っているのですが、この力が影響し、約4℃の時に密度発に動き、分子と分子の距離は遠くなります。格子が崩れ始め、が最大となります。

格子の隙間に分子が入り込んだ状態が一番分子が密集してい

水は液体よりも個体（氷）のほうが密度が小さくなる性質を持っる状態なのですが、その時の温度が4℃と考えられています。

ているのですが、氷を分子レベルで見ると、分子と分子が水素

科学③ 一瞬で凍る水
テレビなどでペットボトルに入っていた水が一瞬で凍る手品を見かけたことはありませんか？これは水の過冷却の性質を利用したものです。

〜手順〜

水は0℃で氷になるというのが常識ですが、氷になるためには「氷の核」①ペットボトルをきれいに洗います。

が必要となります。この氷の核ができるためには、核となる不純物が②ペットボトルに市販されている精製水か、浄水器の水を1/3程必要だったり、核が生じるための振動が必要になります。つまり、きれ度入れます。

いな水をゆっくりと冷やしていくと0℃以下になっても氷にはなりにくい※汚れている容器、水だと不純物により氷の核ができてしまい過冷却の性質を持っています（この状態を過冷却と言います）。一瞬で氷ができる手品はこの性質を利用したものです。
何度か失敗は繰り返しますが、コツを掴めば簡単にできます。是非、お試しください。

状態になりません。

③ペットボトルの蓋をしないまま冷凍室に入れ、1〜2時間ほど冷やします。
※冷やし過ぎると氷になってしまうので、冷却時間は適時調整してください。

④ペットボトルの水が凍ってないことを確認し、静かに冷凍室から取り出したら、ペットボトルを強く振ると一瞬で氷になります。

科学④ 生命に不可欠な水
人体の約60〜70%は水と言われています。体内の水は、赤血球化の元になる窒素やリン、有害な重金属なども溶解させ、湖沼や海や細胞に必要な栄養素など、人体に必要な様々なものを溶かしこみ、など自然界の隅々にまで運んでいきます。その結果、日本の各地で体の隅々まで運んでいます。様々な物質を溶解させるという性質も水質汚染が起きており、閉鎖性水域から悪臭が発生する、小川で水の特長の一つですが、
これも水素結合が強く影響しています。物

メダカがいなくなったなどの問題が発生しています。汚染源としては、質は分子と分子と引きつけるファンデルワールス力などのように、様々

下水、排水も考えられますが、庭や土に埋めたゴミに汚染物質が含な化学結合をしているのですが、この中には水素結合より弱い結

まれていれば、やがて地下を通りいたるところに運ばれていきます。

合力もあります。水素結合より弱い力で結合している物質が水のこのまま汚染が続けば、安全な天然水がなくなり、飲める水道水、中に入ると、水素結合の力を持った水分子によってバラバラに引き

作物に撒ける水をつくるのに莫大な費用を要するという日が来るか離され、水に溶解することになります。もちろん、金属結合のようにも知れません。

水素結合よりも強く、水に溶解しにくい物質もありますが、水ほど多くの物質を溶解させるものはありません。
しかし、水が溶解させるのは人体に必要な物だけでなく、富栄養

日本では水が潤沢にあるだけに様々なものを水で洗い流してしまいますが、水の流れる先を見つめて、流すものを見つめ直してはいかがでしょうか。

2007 TSK 技報

47

会社概要
名称

月島機械株式会社 TSUKISHIMA KIKAI CO.,LTD.

取締役社長

山田 和彦

創業

明治３８年８月

設立

大正６年５月

資本金

６６億４６８０万円

従業員数

725名（平成19年2月現在）

売上高

562億円（平成18年3月期）

詳しくはwww.tsk-g.co.jpにアクセスお願いいたします。

事業所
本社〒104-0051 東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6511 FAX.03-5560-6591

東京支社〒104-0051東京都中央区佃2-17-15
TEL.03-5560-6541

大阪支社

市川事業所（工場）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354（研究所）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-359-1651 FAX.047-359-1661

FAX.03-5560-6593〒541-0043 大阪市中央区高麗橋3-5-12（東京海上日動ビル）
TEL.06-6229-1331 FAX.06-6229-1415

札幌支店〒060-0807 札幌市北区北七条西1-1-2（SE山京ビル）
TEL.011-726-0510 FAX.011-726-0520

仙台支店〒980-0014 仙台市青葉区本町1-11-2（SK小田急ビル）
TEL.022-227-9267 FAX.022-223-0316

横浜支店〒231-0015 横浜市中区尾上町4-47（リスト関内ビル）
TEL.045-651-7331 FAX.045-664-5086

名古屋支店〒045-0003 名古屋市中村区名駅南1-17-29（広小路ESビル）
TEL.052-581-2378 FAX.052-581-1624

広島支店〒730-0015 広島市中区橋本町10-10（広島インテス）
TEL.082-227-3093 FAX.082-223-8771

福岡支店〒810-0001 福岡市中央区天神2-8-41（福岡朝日会館）
TEL.092-741-5736 FAX.092-761-4806

新潟営業所〒950-0087 新潟市中央区東大通1-7-10（新潟セントラルビル）
TEL.025-245-9351 FAX.025-245-9383

和歌山営業所〒640-8343 和歌山市吉田432（シティビル太田）
TEL.073-427-6085 FAX.073-427-6085

沖縄営業所〒901-2131 沖縄県浦添市牧港1-5-12
TEL.098-874-5793 FAX.098-874-5793（環境プロセス〒272-0011 千葉県市川市高谷新町6-4

開発センター）

TEL.047-328-8761

FAX.047-328-8789〈海外〉
ＴＳＫジャカルタ駐在員事務所
TSUKISHIMA KIKAI CO., LTD. JAKARTA REPRESENTATIVE OFFICE≪TJO≫
22nd Floor, Plaza DM, Jl. Jend. Sudirman Kav. 25, Jakarta 12920, Indonesia
TEL. +62-21-526-7732/7734 FAX. +62-21-526-7790
ＴＳＫハノイ駐在員事務所
TSUKISHIMA KIKAI CO., LTD. HANOI REPRESENTATIVE OFFICE≪THO≫
Unit202, V-Tower, 649 Kim Ma Street Ba Dinh District, Hanoi
TEL. 84-4-7669965,7,8 FAX. 84-4-7669969
TSK上海駐在員事務所
TSUKISHIMA KIKAI CO., LTD. SHANGHAI REPRESENTATIVE OFFICE
Rm.908 The Nanzheng Building, No.580 Nanchin Rd.(W) Shanghai 200041,CHINA
TEL. +86-21-6267-8800 FAX. +86-21-6218-8855
TSKムンバイ在駐員事務所
TSUKISHIMA KIKAI CO., LTD. MUMBAI LIAISON OFFICE
138A 1st floor Shaheed Bhagat Singh Colony JB Nagar Andheri(East) Mumbai 400 059 India
TEL. +91-22-2831-4596 FAX. +91-22-2825-6265

連結会社及び主な関連会社
月島テクノメンテサービス（株）〒104-0052 東京都中央区月島4-8-14
TEL.03-3533-6272 FAX.03-3533-2588

月島エンジニアリングシンガポール（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING SINGAPORE PTE. LTD. ≪TES≫

月島テクノマシナリー（株）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12
TEL.047-397-6111 FAX.047-397-3354

月島環境エンジニアリング（株）〒104-0033 東京都中央区新川2-12-15（パトライトビル）
TEL.03-6386-3964 FAX.03-3537-8764

月島エンジニアリングマレーシア（株）
TSUKISHIMA ENGINEERING MALAYSIA SDN. BHD. ≪TEM≫
SUITE16, 04-05, 16th Floor, Wisma Mca,
163 Jalan Ampang, 50450 Kuala Lumpur, Malaysia
TEL. +60-3-2162-8679 FAX. +60-3-2162-8377

サンエコサーマル（株）〒322-0017 栃木県鹿沼市下石川737-55
TEL.0289-72-0371 FAX.0289-72-0381

月島テクノソリューション
（株）〒272-0127 千葉県市川市塩浜1-12（市川事業所）
TEL.047-701-0221 FAX.047-397-6201

寒川ウォーターサービス（株）〒253-0106 神奈川県高座郡寒川町宮山4058-6（事業所）
TEL.0467-72-0862 FAX.0467-72-0863

48 TSK 技報 2007

TSKエンジニアリングタイランド（株）
TSK ENGINEERING (THAILAND) CO., LTD. ≪TET≫
United Center Building 14th Floor, Room1404,
323 Silom Road,Bangrak,Bangkok 10500,Thailand
TEL. +66-2-231-1726〜30 FAX. +66-2-231-1731
TSKエンジニアリング台湾（株）
TSK ENGINEERING TAIWAN CO., LTD. ≪TETA≫
6th Floor,No.24,Min Sheng,W.Road,Taipei,Taiwan R.O.C.
TEL. +886-2-2523-6975〜6 FAX. +886-2-2521-1429

Shanghai

Hanoi

TAIWAN

MumbaiTHAILANDMALAYSIASINGAPORE

札幌

Jakarta

仙台
新潟
沖縄

東京
名古屋
広島
福岡

市川

横浜

大阪
和歌山

2007 TSK 技報

49

営業品目
■ 上下水道設備および機器
Ⅰ設備② 下水・し尿関係

ポンプ場機械設備、沈砂・沈澱池設備、曝気設備、汚泥濃縮設備、汚泥消化設備、メ

縮ベ ルト 型 濃 縮 機

トルネードプレス脱 水 機

消化ガス貯留・発電設備、薬品注入設備、汚泥脱水設備、汚泥乾燥・焼却設備、汚スクリュープレス脱水機

ＤＣフィルタ（横形加圧脱水機）

プレスロールフィルタ（ベルトプレス型脱水機）

泥溶融・結晶化設備、脱臭設備、高度処理設備、汚泥有効利用設備、脱水ケーキ

スーパープレスロールフィルタ

セントリホープ（遠心濃縮機） セントリエース（遠心脱水機）

貯留・搬送設備オ ート サ ンド フ ィ ル タ

ウク ラ イ ナ フィル タ

インクラインドディスク型ドライヤ

流炉

回転炉床式焼却炉

旋

タ

ン

動

濃

焼

却

回

溶

融

炉

Ⅱ 機器類

結

炉

ＤＰ 型 ク ラ リ フ ァ イ ヤ

超微細気泡散気装置

晶化① 上水道・工業用水道関係

オールプラスチック製リンクベルト

オールプラスチック製円形掻寄機

ロ ー プ 式 掻 寄 機

ＤＣフィルタ（横形加圧脱水機） ＤＭフィルタ（横形加圧脱水機） ＴＭフィルタ（横形加圧脱水機）

沈 砂 掻 寄 装 置

振動スクリーン式沈砂洗浄機

デュアルエース（自動水分・濃度測定装置）

オ ート サ ンド フ ィ ル タ

ウク ラ イ ナ フィル タろ機

汚 泥 攪 拌 装 置

特 殊 型 定 量 フ ィー ダ

活 性 炭 再 生 装 置

フ ロ キ ュ レ ー タ

リンクベルト式汚泥掻寄機

水 没 式クラリファイヤ

薬品注入用各種機器

嫌 気 性 消 化 槽

鋼板製卵型消化槽

消石灰空気輸送装置

薬品注入用各種機器

鋼 板 製 配 水 タンク

ストレージエース（大型ケーキ貯槽・定量供給設備）

ハイ・メタ・ダイジェスタ（バイオリアクター）

脱水ケーキ用ダブルピストンポンプ（TSK-GEHOポンプ）

ドライ粉末活性炭注入設備

膜

高効率流動焼却炉

焼 却 灰 溶 融 炉

ろ

過

設

過

濃

縮

備

■ 産業用設備および機器
Ⅰ設備

Ⅱ 機器

① 化学肥料① ろ過機

硫安、塩安、硝安、過燐酸石灰、尿素、高度化成肥料製造プラント② 合成繊維
ＤＭＴ、
カプロラクタム、
その他各種溶剤、副生化成品製造プラント③ 合成樹脂ビスフェノールA、ポリカーボネード、
テレフタル酸製造プラント④ 鉄鋼、金属
高炉水砕スラグ処理、
コークス原料炭調湿、有効金属回収プラント

水 平 ベ ルト フ ィ ル タ

ロータリープレッシャフィルタ

ベ ル ト フ ィ ル タ

高炉水砕インバフィルタ

プ リ コ ート フ ィ ル タ

ト レ イ フ ィ ル タ

ド ラ ム フ ィ ル タ

プレスロ ー ル フィル タ

ＤＣフィルタ（横形加圧脱水機）

ディワキシング（脱ろう）フィルタ

ク リ ケ ット フ ィ ル タ

セ ラ ミッ ク フ ィ ル タ

ＥＷ 押 出 式 遠 心 分 離 機

コニカル 型 遠 心 分 離 機

コニックス型遠心分離機

吊下型遠心分離機

バ ー ド デ カ ン タ

ＧＭＰ対応遠心分離機（横型）② 遠心分離機③ 乾燥機⑤ 石油化学工業
エチレン、
ブチレン、
スチレンその他およびそれらの誘導体プラント⑥ 石油および瓦斯工業
原油、石油分留、ガソリンベーパー回収装置、
メタノール、
ホルマリン、各種貯槽

スチームチューブドライヤ

ホ ッ パ ード ラ イ ヤ

インクラインドディスク型ドライヤ

流 動 層 乾 燥 機

ろクリ ー ン フ ラッシ ュ

外

熱

キ

ル

過

乾

操

機

ン

④ 蒸留・晶析⑦ 工業薬品硫酸、燐酸、苛性ソーダ、ソーダ灰、染料中間体、過酸化物、蓚酸製造プラント⑧ 食品工業
製糖、製塩、グルタミンソーダ、
コーンスターチ、
でんぷん、食用油プラント

キューニー型規則充填物（ロンボパック）

蒸缶

連続溶融精製装置

Ｄ Ｐ 型

掻 取 型 晶 出 機

成長型（オスロ型）晶出機

晶

出

機

発

間接冷却式晶出機⑤ 精製・クロマト分離⑨ 製紙、パルプ

ア イ セ ッ プ（ＩＳＥＰ ） シ ー セップ（ ＣＳＥＰ ）連続苛性化、黒液蒸発、
白水回収、酸素漂白プラント⑩ 製薬⑥ ＦＡ機器

局方糖、抗生物質、医薬品⑪ 原子力工業

自 動 計 量システム

ポリ袋 挿 入・シール 機

自薬液自動充填装置

ドラム反転計量システム

減容フローティングルーフタンク

固 定 屋 根 式 タンク

球形

ドライシールガスホルダ

高

開

袋
装

機
置

設 備 保 全システム

放射性廃棄物の処理プラント⑦ 貯槽⑫ 各種廃水および廃酸処理装置
工場排水、工業用水、チタン廃酸、
ピックリング廃酸プラント⑬ 廃ガス処理装置

圧サ

イ⑧ 混合・成形

スよりのＳＯ２吸収およびそのあと処理プラント

ＭＴＩユニバーサルミキサ

ＭＴＩ竪 型 高 速 ミキ サ

ＳＭＣスーパーインプリ

真 空・圧 空 成 形 機⑭ ＦＡシステム
粉体、液体、樹脂成形物等ハンドリングプラント

タ

ン

ク

ロ

ＣＯＧまたは脱硫ガスのアンモニア回収、重油ボイラ、回収ボイラ、その他各種排ガ

Ｍ ＴＩ 横 型 ミ キ サ⑨ 振動機械
ボールトン 振 動 研 磨 機■ 焼却設備動

ボールトン 振 動 ふるい

ボ ー ルト ン 振 動 ミ ル■ 真空設備■ バイオ設備

活性炭、石膏、水酸化マグネシウム等、各種物質の焙焼・真空成膜装置、超高真空装置、光学膜成膜装置、
スパッ

バイオマスエタノール製造設備、メタンガス製造・貯蔵設

焼パルプ、紙工場汚泥等各種物質の焼却プラント

タ装置、真空チャンバー、プラズマ重合装置、プラズマモ

備、消化ガス貯蔵設備

焼却設備

焼却炉
旋回流廃液燃焼炉、堅型廃液燃焼炉、高速流動焼却炉、多目的焼却炉、溶融キルンシステム

50 TSK 技報 2007

ニター

事業内容
●以下の各種機械・装置の計画、設計、製造、据付工事、修理、賃与、並びに保守管理（産業用機械、化学機械、動力
機械、運搬機械／廃水・汚泥・排ガス用の処理装置／化学プラント／医薬製造装置、食品加工機械／廃棄物処理機
械・装置／合成樹脂・石材の成形装置・加工機械／半導体製造装置、真空成膜装置、及び関連機器／その他各種機
械・装置、及びそれらの関連機器・装置）●工業溶炉・焼却炉・溶融炉の設計、設計、製造、建設、据付工事、修理、保守管理並びに廃棄物の処理事業●土壌汚染・地盤環境の調査、診断、コンサルティング並びに土壌浄化の計画、設計、施工●油槽・ガスホルダー・鉄構工作物の計画、設計、製造、建設、据付工事、並びに保守管理●土木・建築・機械・電機・計装・配管等の各種設計・工事、並びに関連機器の保守管理、修理●工業薬品、各種機械、装置の輸入販売、輸送、梱包、保管●各種公害防止機械、各種産業用機械、化学機械に関する試験・研究、並びに科学研究分析●人材派遣による廃棄物の処分、上下水の処理、及びそれらの設計、試験又は研究●電子計算機のプログラムの設計、保守管理、並びにデータ通信事業及び関連機器の賃与

連結会社及び主な関連会社
月島テクノメンテサービス（株）
上下水道処理設備の運転・保守管理並びに補修改善工事、工業薬品の販売、環境設備に関する機器・備品の販売

月島テクノマシナリー（株）
産業用機器の製造請負、選別機・研磨機・ろ過機の設計製造、射出成形機・ガスインジェクション装置・研磨材の販売、
電子ビーム溶接受託加工

月島テクノソリューション
（株）
各種実験・試験評価サービス、解析・技術コンサルティングサービス、検査サービス

月島環境エンジニアリング（株）
環境改善および各種化学工業・一般産業装置・機器の設計、製造、販売

サンエコサーマル（株）
産業廃棄物、一般廃棄物の中間処理業（焼却）寒川ウォーターサービス（株）
寒川浄水場排水処理施設等の事業運営

編集後記

Editor's Note西田 克範 総責任者
例年より早い桜の開花に心のなごみを感じながら、
また、新コミュニケーションを深めることができるものと確信しております。

TSK技報 NO.7 2007
年2回（4月・10月）発刊

年度のスタートに気が引き締まるなか、
ＴＳＫ技報第７号を予定

そしてTSKの技術にさらに磨きが掛かり、技術で社会に貢献

発行：月島機械株式会社 技報編集委員会

通り、発刊することができました。そして念願がかない、本号よ

できれば望外の喜びです。読者の皆様には技術内容についりお客様をはじめとして社外へ配布することに致しました。

てはもちろん、
ご意見ご要望を是非ともお願いしたいと思います。

これまでの多くの執筆者の方々、新旧の編集委員ほか、関

本号ではＴＳＫグループの新しい技術を意識的に集めて特係者の尽力のもと、 04年春の創刊号から６号まで３年間社集と致しました。年に２回の発刊でまだまだ未熟なレベルの技内用に発刊してきましたが、本号でやっと帆を揚げ、大海原へ報ですが、技術陣、編集委員ともども、精一杯努力して参ります。

初めて出航する新船の気持ちに似て、感慨深いものがあります。
今後、本技報を通じ、社内外の皆様と技術を軸に一層の今後ともどうぞよろしくお願いします。

総 責 任 者：西田 克範
編集委員長：吉越 昭雄
編 集 委 員：高橋 正純
荒井

健

和泉 俊彦
迎

崇博

佐藤 教子
栄川

満

千代島 有里山口 彩子
07042300NA

2007 TSK 技報

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w w w. ts k -g . c o . j p