JP2002249781A - 炭素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、本来廃棄処分しなければならない
有機質原料を低温で炭化し、農業用資材として極めて有
用な炭素材、および木酢液を大気汚染を引き起こすこと
なく安価に製造しかつ発生する可燃性ガスを捕集して有
効利用することを課題とする。 【解決手段】有機質原料に添着薬品として、リン酸、リ
ン酸塩、植物灰、貝殻粉、骨粉の単独または二種以上を
混合することにより、４００℃以下の低温で短時間の炭
化を実現し、同時に加熱処理中に発生する蒸発成分は全
て捕集し、煙等の大気汚染物質を防止して有用な木酢液
を回収すると共に発生する可燃性ガスを燃料、化学原料
等に利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば水耕栽培用培
地や土壌改良資材として有用な炭素材の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の炭化法は有機質原料としての木質
原料を、炭化炉内温度が最終的に黒炭の場合で５００〜
６００℃、白炭の場合で１０００℃程度の温度で焼成
し、炭化時間は３日〜１週間で行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような加熱処理
（炭化）は炭窯で行われているが、通常有機質原料から
炭に至る歩留りは２５％程度であり、加熱処理中に発生
する煙は大気汚染の原因となっている。一般の炭窯でも
一部の排煙を回収して木酢液を採取しているが、排煙の
全量を回収していないので、全面的な排煙公害は解決さ
れていない。また一般の炭窯で得られる木酢液はタール
分を大量に含むので、木酢液採取後タール部分を分離し
なければならないこと、木酢液中に発ガン性原因物質ベ
ンツピレンを含むので、その除去を行わなければならな
い等の後処理が必要である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来の課題
を解決するための手段として、有機質原料に添着薬品と
してリン酸、リン酸塩類、植物灰、貝殻粉および骨粉の
単独または二種以上を混合付着させ、密閉容器で４００
℃以下の温度で加熱して炭化せしめる場合、２５０℃に
至るまでの蒸気成分は木酢液として回収し、２５０℃以
上の加熱温度において発生する可燃性ガスは燃料または
化学原料として利用する炭素材の製造方法を提供するも
のである。該添着薬品は木酢液に溶解して有機質原料に
混合付着せしめられることが望ましい。更に上記工程中
に発生する蒸発成分はコンデンサーで冷却液化して木酢
液として捕集することが望ましい。また該有機質原料は
植物廃棄物および／または廃水の活性汚泥処理工程より
排出され余剰汚泥であるか、あるいは有機物をメタン発
酵せしめた後の脱水残渣であることが望ましい。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明を以下に詳細に説明する。
図１〜図８には本発明の方法に使用される加熱処理装置
(1) の一実施例が示される。該加熱処理装置(1) は基台
(1A)に据付けられ耐熱金属材料からなる外筒(2) と、該
外筒(2) 内に回転可能に軸支され耐熱耐蝕性金属からな
る内筒(9) とからなり、該外筒(2) の底部には内筒(9)
を加熱するためのバーナー(3) が挿着されており、また
バーナー(3) の燃焼ガスを排気するための排気筒(4) が
接続している。そして前面には窓(5A)付きの扉(5) がヒ
ンジ(6,6) により開閉可能に取付けられており、該扉
(5) はロック(7) によって閉状態でロックされるように
なっている。更に該扉(5) には把手(8) が取付けられて
いる。

【０００６】一方内筒(9) の後部には回転軸(10)が挿着
されており、図５に示すように該回転軸(10)の根端部は
リブ(11)で補強されている。該回転軸(10)の内部には内
筒(9) 内に開口する蒸発成分排出パイプ(12)が挿入され
ており、該内筒(9) の内周には複数個の案内板(13)が取
付けられており、更に該内筒(9) の先端にはキャップ(1
4A) 付きの薬品注入口(14)が設けられている。該回転軸
(10)の根端部は該外筒(2) の外側において台(15)上の一
対の軸受(16,16) に軸支され、該回転軸(10)の根端には
プーリー(17)が取付けられ、該プーリー(17)はエンドレ
スベルト(18)を介して台(15)に支持されている減速機(2
0A) 付きモーター(20)の軸のプーリー(19)に接続してい
る。

【０００７】該内筒(9) は密閉式であるが、内筒(9) の
扉(5) 側の端面上部には図７に示すように把手付き蓋(2
1)が取付けられている開口部(22)が設けられており、該
蓋(21)はボルト(23)によって内筒(9) の本体に固定され
ている。

【０００８】(24)はコンデンサーであって上端にはＴ字
導入管(25)が接続されており、該Ｔ字導入管(25)はスイ
ベル(26)および排出管(27)を介して内筒(9) の回転軸(1
0)の蒸発成分排出パイプ(12)の端末に接続し、該コンデ
ンサー(24)の下端には受器(28)が接続している。図６に
示すように、該排出管(27)には三方弁(29)を介して可燃
性ガス捕集管(30)が分岐されており、該可燃性ガス捕集
管(30)の先端は水槽(31)内の水Ｗ中に浮かべられている
ガスホルダー(32)内に連絡している。

【０００９】本発明に使用する有機質原料はセルロース
成分等の炭素化合物を含む含炭素有機質であり、該有機
質原料として特に望ましいものは、トマト、キュウリ、
ナス、ジャガイモ、サツマイモ等の野菜類、イチゴ、ス
イカ、メロン等の果実類、モミ殻、花卉類等の葉、茎、
根等の植物残渣であるが、間伐材、街路樹や庭木の剪定
屑、草刈り残渣等の植物廃棄物、建築木材の廃材チッ
プ、おが屑等の木材廃棄物、砂糖黍の搾りかすであるバ
ガス、ビール搾りかす、おから、コーヒーかす等の食品
工業における廃棄物、更に食品工業や化学工業における
廃水の活性汚泥処理工程より排出される余剰汚泥、また
更には生ごみ、家畜糞尿等の有機物をメタン発酵処理し
た場合に発生する残渣を脱水した脱水残渣等を有機質原
料として用いてもよい。該植物廃棄物や汚泥、あるいは
脱水残渣は従来は投棄するか、あるいは発酵またはその
まゝ堆肥として使用するか、あるいは焼却処理されてい
るが、特に有効な処理方法がいまだ見つかっておらず、
これら植物廃棄物や汚泥の発生現場ではこれら植物廃棄
物や汚泥の処理に頭を悩ませているのが現状である。

【００１０】本発明では該有機質原料に添着薬品として
リン酸、リン酸塩、木灰、ワラ灰等の植物灰、貝殻粉、
骨粉の単独または二種以上が添加混合添着される。上記
リン酸塩としてはリン酸アンモニウム、リン酸ナトリウ
ム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム等が例示され
る。上記リン酸、リン酸塩は通常水に溶解して添加さ
れ、上記植物灰、貝殻粉、骨粉は望ましくは木酢液に溶
解して添加される。

【００１１】本発明の炭素材を製造するには、加熱処理
装置(1) の内筒(9) の開口部(22)の蓋(21)をはずして該
開口部(22)から有機質原料を投入し、該蓋(21)を取付け
ボルト(23)で固定する。該有機質原料は植物廃棄物の場
合には通常５〜１０cmの長さにカットしておく。また該
有機質原料は通常含水率１５〜５５重量％程度になるよ
うに予め乾燥しておく。

【００１２】有機質原料投入後、モーター(20)で減速機
(20A) を介してプーリー(19)、エンドレスベルト(18)、
プーリー(17)を回転させ、そして内筒(9) の回転軸(10)
を回転させる。このようにして内筒(9) を回転させつゝ
薬品注入口(14)のキャップ(14A) をはずし、添着薬品で
あるリン酸、リン酸塩、植物灰、貝殻粉および骨粉の単
独または二種以上を該薬品注入口(14)から投入し、外筒
(2) の扉(5) を閉鎖する。本発明の添着薬品は通常１０
〜４０重量％水溶液または木酢液溶液とする。本発明の
添着薬品の添加量は原料の性質あるいは得られる炭素材
の用途、更に得られた炭素材を土壌に混合する場合は土
壌のｐＨ等の条件によって異なるが、通常有機質原料
（絶乾状態として）１００重量部に対してリン酸および
／またはリン酸塩の場合は１重量部〜２０重量部程度、
植物灰、貝殻粉、骨粉の場合は３重量部〜２０重量部程
度とする。上記添着薬品と有機質原料とが充分攪拌添着
されたらバーナー(3) に点火して内筒(9) の外側から該
有機質原料を加熱する。火炎の状態は扉(5) の窓(5A)か
ら監視する。

【００１３】上記加熱処理においては、内筒(9) 内の温
度、即ち処理温度は徐々に上昇するが、その最高値は４
００℃以下、望ましくは３００℃以下、更に望ましくは
２５０℃以上とし、上記加熱処理は通常２〜５時間程度
行われる。上記したように処理温度は徐々に上昇する
が、２５０℃に至るまでは有機質原料中に含まれている
蒸発成分が蒸発して回転軸(10)の排出パイプ(12)からコ
ンデンサー(24)に導入され冷却液化されて、木酢液とし
て受器(28)に備蓄される。有機質原料に含まれているヘ
ミセルロース成分の分解が始まり、処理温度が２５０℃
を越えると２７５℃をピークとして有機質原料中のセル
ロース成分が激しく分解して非凝縮性の可燃性ガスが発
生するから三方弁(29)を切換えて該可燃性ガスを可燃性
ガス捕集管(30)を介してガスホルダー(32)内に捕集す
る。そして処理温度が略３００℃になると、セルロース
成分の分解が略終了して該可燃性ガスの発生が終了する
ので、この時点で上記加熱処理を終了するが、更に炭化
度を進めたい場合には、４００℃まで温度を上昇して加
熱処理を終了する。

【００１４】上記加熱処理において、添着薬品であるリ
ン酸および／またはリン酸塩は該有機質原料を難燃化し
かつ脱水作用を有し、また植物灰、貝殻粉、および骨粉
は、有機質原料表面に不揮発分として付着することによ
って該有機質原料を難燃化し、かつ低温でも炭素含有物
質の炭化を促進するので、上記したような低温短時間の
条件で有機質原料の炭化を可能ならしめる。その結果、
上記加熱処理中に有機質原料から蒸発する２５０℃以下
の蒸発成分中にはタールやススが殆んど混在せず、得ら
れる木酢液は純度の高いものとなる。また有機質原料の
炭素が内筒(9)内の酸素によって酸化されることが防が
れ歩留りが向上する。更に有機質原料に付着している細
菌も殺菌される。

【００１５】更に本発明の加熱処理は４００℃以下の低
温処理であり、タール発生温度以下の２５０℃までの温
度では従来の炭窯における高温焼成の場合のようなター
ルの発生量は少なく、本発明ではこのような２５０℃ま
での温度で生成する木酢液を捕集するので、この木酢液
はタール分離等の工程を要さない。

【００１６】上記木酢液は次回の炭化工程において本発
明の添着薬品を分散溶解せしめるための溶媒、あるいは
製造された炭素材に混合して使用されるが、炭窯から得
られた従来の精製木酢液と同様に有機農業の無農薬栽培
の各種病害予防のための浸種液、葉面散布液、土壌消毒
液、土壌改良材、苗の活着用、雑草の発芽抑制用等にも
利用出来る。上記木酢液中にはポリフェノール成分を含
むので、これが作物の防衛機能を高める作用をする。更
には天然物であるため、環境にやさしく、土中短時間で
分解変化し、微生物に利用されるので、合成薬剤と異な
り残留薬害を起こさない。

【００１７】一方本発明で製造される炭素材製品は殺菌
されており、水耕栽培用の有機培地あるいは土壌改良
材、あるいは美容塗布剤等として極めて有用なものであ
り、作物の連作障害も防ぐことができる。木酢液を混合
した炭素材製品は、植物の根の廻りの土壌の有用微生物
の繁殖にも役立つ。また内筒(9) 内温度２５０℃以上で
ガスホルダー(32)内に捕集された可燃性ガスの組成は、
通常ＣＯ：３０〜３８％、炭化水素：０．３〜１．５
％、ＣＨ₄ ：２．０〜４．５％、Ｈ₂ ：０．７〜１．４
％、ＣＯ₂ ：５４〜６５％であり、燃料として利用され
る他、各成分に分離してあるいは分離することなく化学
原料としても使用される。特に該可燃性ガスは上記した
ようにＣＯを多量含むので、アルデヒドやケトンを合成
する場合のＣＯ源として有用である。

【００１８】更に本発明では密閉状態で加熱処理し、２
５０℃以下で発生する蒸気成分は木酢液として捕集し、
２５０℃以上４００℃以下で発生する可燃性ガスは燃料
や化学原料等として回収するので、従来の炭窯のように
煙等の有害ガスは発生せず、大気汚染の心配はない。

【００１９】本発明の加熱装置にあっては、可燃性ガス
捕集管(30)を図８に示すように直接燃焼装置(33)に導入
し、燃焼させて発生する熱エネルギーを加熱、乾燥、焼
却等の工程に利用してもよい。また内筒(9) 内に温度セ
ンサーを挿着し、三方弁(29)を電磁式にして該温度セン
サーによる温度検出値を該三方弁(29)の制御装置にイン
プットし、処理温度が２５０℃に達すると三方弁(29)が
自動的に切換わるようにしてもよい。また内筒(9) を固
定して攪拌機を内挿し回転攪拌してもよい。また加熱
は、一般に灯油や天然ガスを燃料として行なうが、上記
加熱処理中に発生する可燃性ガスを捕集管(30)から直接
バーナー(3) に導入して燃料としてもよく、木材の廃材
等を燃料として使用することも出来、更に隣接する工
場、農場等の設備から発生する余熱や排熱を利用しても
よい。更に電熱方式等が適用されてもよい。

【００２０】〔実施例１〕上記加熱処理装置(1) を使用
し、有機質原料としてトマト残枝を５〜８cmの長さにカ
ットし、含水率５２．８重量％に乾燥したものを７２０
kgを用いる。添加するリン酸は３５重量％水溶液であ
り、添加量は１５２kgとする。上記加熱処理は５時間行
われ、処理温度が２５０℃に至るまでに１６０kgの木酢
液が得られた。２５０℃になったら三方弁(29)を切換え
て発生する可燃性ガスをガスホルダー(32)内に捕集し
た。その後処理温度２５０℃に維持し、可燃性ガスの発
生がみられなくなった時点で加熱処理を停止した。捕集
された可燃性ガスは燃料、化学原料等に利用される。上
記処理によって２００kgの炭素材が得られた。該炭素材
の水分含有量は９．０重量％であり、収率は正味５３．
５重量％、該木酢液はタールを含まずｐＨは２．３２で
あった。

【００２１】〔実施例２〕実施例１と同じトマト残枝で
含水率を２１．３重量％にまで乾燥したもの５２０kgを
有機質原料として使用し、リン酸塩としてはリン酸第１
アンモニウム塩の２０重量％水溶液３０７kgを添加し
た。処理温度が２５０℃に至るまでに３１１kgの木酢液
が得られ、２５０℃になったら三方弁(29)を切換えて発
生する可燃性ガスを燃焼装置(33)内に導入し燃焼させ
た。この際の熱エネルギーは加熱工程、乾燥工程、焼却
工程等に利用される。その後処理温度が２８０℃になっ
た時点で可燃性ガスの発生がみられなくなり、加熱処理
を終了した。加熱処理は３時間行われ、３０５kgの炭素
材が得られた。該炭素材の水分含有量は２．３重量％で
あり、収率は正味７２．８重量％、該木酢液はタールを
含まずｐＨは５．２７であった。本実施例の場合はリン
酸塩を使用したために実施例１のようなアンモニア水溶
液の添加は当然不要である。

【００２２】〔実施例３〕上記加熱処理装置(1) を使用
し、有機質原料として水分含有量１４重量％のモミ殻１
０３kgを用いる。添加する木灰は１０kgを木酢液５０kg
に溶解する。加熱処理は２時間行われ、処理温度が２５
０℃に至るまでに６７kgの木酢液が得られた。２５０℃
になったら三方弁(29)を切換えて発生する可燃性ガスを
ガスホルダー(32)内に捕集した。その後処理温度が３２
０℃になった時点で可燃性ガスの発生がみられなくな
り、加熱処理を終了した。捕集された可燃性ガスは実施
例１と同様に燃料、化学原料等に利用される。上記処理
によって５７kgの炭素材が得られた。該木酢液はタール
を含まずｐＨは４．３７であった。

【００２３】〔実施例４〕実施例１と同じモミ殻１０３
kgを有機質原料として使用し、かき殻粉１０kgを木酢液
５０kgに溶解したものを添加した。処理温度が２５０℃
に至るまでに７０kgの木酢液が得られた。２５０℃にな
ったら三方弁(29)を切換えて発生する可燃性ガスを燃焼
装置(33)内に導入し燃焼させた。この際の熱エネルギー
は実施例２と同様加熱工程、乾燥工程、焼却工程等に利
用される。その後処理温度が３３０℃になった時点で可
燃性ガスの発生がみられなくなり、加熱処理を終了し
た。加熱処理は２時間行われ、５８kgの炭素材が得られ
た。該木酢液はタールを含まずｐＨは４．０２であっ
た。上記炭素材と上記木酢液とを当量混合した製品のｐ
Ｈは７．５０であった。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、加熱処理時に煙等の大気汚
染物質が発生することなく、従来の木炭よりもはるかに
安価に提供出来、しかも土壌改良材等として従来の木炭
よりも高性能であり、化学肥料や農薬汚染によって劣化
した土壌に添加すれば、該土壌は大巾に改善されて生き
た土壌となり、地球を救う土地作りに大きな貢献をす
る。更に本発明では加熱処理中に発生する可燃性ガスを
捕集して燃料等に使用するので、資源の有効利用が効率
良く行われる。

【図面の簡単な説明】

図１〜図８は本発明の一実施例を示すものである。

【図１】斜視図

【図２】側面図

【図３】主要部側断面図

【図４】縦断面図

【図５】回転軸根端部分斜視図

【図６】ガスホルダー説明図

【図７】内筒斜視図

【図８】燃焼装置説明図

【符号の説明】

1 加熱処理装置 2 外筒 9 内筒 10 回転軸 24 コンデンサー 28 受器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 17/02 Ｃ０９Ｋ 17/02 Ｈ 17/32 17/32 Ｈ Ｃ１０Ｂ 53/02 Ｃ１０Ｂ 53/02 Ｃ１０Ｌ 3/06 Ｃ０９Ｋ 101:00 // Ｃ０９Ｋ 101:00 Ｃ１０Ｌ 3/00 Ａ Ｆターム(参考） 2B314 MA70 PC18 PC25 4D004 AA01 AA02 AA36 BA03 BA04 CA26 CA27 CB34 CC11 CC20 DA02 DA03 DA06 4D059 AA05 BA12 BB05 CC01 CC03 DA39 DA56 4H012 HA02 JA03 JA09 JA13 4H026 AA01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機質原料に添着薬品としてリン酸、リン
   酸塩類、植物灰、貝殻粉および骨粉の単独または二種以
   上を混合付着させ、密閉容器で４００℃以下の温度で加
   熱して炭化せしめる場合、２５０℃に至るまでの蒸気成
   分は木酢液として回収し、２５０℃以上の加熱温度にお
   いて発生する可燃性ガスは燃料または化学原料として利
   用することを特徴とする炭素材の製造方法
2. 【請求項２】該添着薬品は木酢液に溶解して有機質原料
   に混合付着せしめられる請求項１に記載の炭素材の製造
   方法
3. 【請求項３】上記炭化工程において、発生する蒸発成分
   はコンデンサーで冷却液化して木酢液として捕集する請
   求項１または２に記載の炭素材の製造方法
4. 【請求項４】該有機質原料は植物廃棄物および／または
   廃水の活性汚泥処理工程より排出され余剰汚泥である請
   求項１または２または３に記載の炭素材の製造方法
5. 【請求項５】該有機質原料は有機物をメタン発酵せしめ
   た後の脱水残渣である請求項１〜４に記載の炭素材の製
   造方法