JP2004277465A - 有機物含有汚泥の炭化処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】下水汚泥を炭化処理して得た炭化製品が貯蔵中などに自己発熱などによって燃え出すのを未然に防止することのできる炭化処理装置を提供する。
【解決手段】乾留処理容器としての筒状のレトルト２２を内部に備えた炭化炉を有し、有機物含有汚泥を軸方向一端側の入口からレトルト２２内に入れてレトルト２２内を移動させ、加熱下に炭化させた上で出口２１から排出する炭化処理装置において、レトルト２２の出口側の部分を安定化ゾーンＣとなして、そこに到った汚泥の炭化物を低酸素条件の下で非燃焼酸化処理する。
【選択図】 図４
【解決手段】乾留処理容器としての筒状のレトルト２２を内部に備えた炭化炉を有し、有機物含有汚泥を軸方向一端側の入口からレトルト２２内に入れてレトルト２２内を移動させ、加熱下に炭化させた上で出口２１から排出する炭化処理装置において、レトルト２２の出口側の部分を安定化ゾーンＣとなして、そこに到った汚泥の炭化物を低酸素条件の下で非燃焼酸化処理する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は下水汚泥で代表される有機物含有汚泥を乾留処理により炭化する炭化処理装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
家庭等から排出される有機物含有の排水は一般に下水処理施設で活性汚泥法等により排水処理される。
この排水処理に伴って有機汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに有機汚泥の発生量も年々増加し、その処理処分が大きな問題になっている。
【０００３】
有機汚泥を処分するに際し、その有機汚泥には９９％程度の水が含まれていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。
しかしながら汚泥を焼却或いは溶融処理すると多量のエネルギーを消費し、処理コストが高いものとなる。
そこでエネルギー消費の少ない有機汚泥の減量化処理の１つの方法として、汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。
【０００４】
この炭化処理は、汚泥が基質中に炭素分を４５重量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。
下記特許文献１〜４にはそのための装置、即ち有機物含有汚泥の炭化処理装置が提案されている。
【０００５】
例えば特許文献４には、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキを受入ホッパーに受け入れ、そしてこの汚泥ケーキを定量供給装置で乾燥炉に送ってそこで所定の含水率例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理した上、その乾燥後の汚泥をコンベヤで炭化炉に搬送して、そこで乾留処理により汚泥の炭化をなすようにした炭化処理装置が開示されている。
【０００６】
図８はこの特許文献４に開示された炭化炉の構成を示したものである。
同図において２００は炭化炉２０２における炉体で、内部に円筒形状の回転ドラムから成るレトルト２０４が配設され、このレトルト２０４が駆動モータ２０６にて回転駆動されるようになっている。
前段の乾燥炉で乾燥処理された汚泥は、入口２０８からレトルト２０４内に投入され、先ず炉体２００内部に配設された助燃バーナによる雰囲気加熱によって加熱される。
【０００７】
すると汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２０４に設けた吹出パイプ２１２から雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して以後は汚泥から抜け出した可燃ガスの燃焼によってレトルト２０４内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２１０は燃焼停止される。
【０００８】
レトルト２０４内部の汚泥は、図中左端の入口２０８からレトルト２０４の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２０４には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２０４の図中右端の出口２１４から排出される。
【０００９】
炉体２００の内部は、外熱室２１６と排ガス処理室２１８とに仕切られており、外熱室２１６内の排ガスが通孔２２０を通じて排ガス処理室２１８へと流入し、そこで未燃ガスが２次燃焼バーナ２２２にて燃焼させられた上で排気口２２４から排出される。
【００１０】
この炭化処理装置にて得られた炭化製品は、物性的には木炭に近い性状を有するものであり、現在園芸用土壌，融雪剤等に利用されている。
このようにして製造された炭化製品は、一旦貯蔵所に貯蔵される。
ところがその貯蔵中に炭化製品が燃え出してしまうことのあることが判明した。
その理由は、炭化製品が自己発熱性を有し、貯蔵中にその自己発熱によって炭化製品が温度上昇し、その温度が一定温度を超えることによって燃焼が生じるものと考えられる。
【００１１】
炭化製品は上記のように木炭に近い性状を有するものであり、将来様々な用途の拡大が期待されるものであるが、そのためには貯蔵中に燃え出すようなことがあってはならず、その問題を解決することが必要である。
【００１２】
そこで本発明者等は、炭化製品における自己発熱の原因を究明すべく様々な研究を行った。
その結果以下の事実が判明した。即ち
▲１▼炭化製品は処理条件によって炭化度合いが様々であり、そして特に炭化度合いの低いものの自己発熱性が高いこと
▲２▼炭化製品は酸化反応に対して活性の高い活性基（表面官能基）を有しており（主として芳香環に結合したアルキル基）、炭化度合いの低いものほどその活性基を多く含有し、その活性基が自己発熱性を大きくしていること
▲３▼自己発熱は２００℃以下の低温でも生じること
▲４▼その低温での自己発熱は燃焼反応とは別の反応であって、活性基の空気酸化反応によるものであると考えられること
▲５▼その低温での自己発熱は、炭化製品の低温酸化雰囲気での保持下で次第に反応収束して行くこと、即ち活性点（活性基）が次第に消失して最終的に安定して行くこと
等の事実が判明した。
【００１３】
本発明者等は、この知見に基づいて有機物含有汚泥の処理方法を発明し、下記特許願（特願２００３−６４３４９号：未公開）においてこれを提案している。
【００１４】
尚、炭化炉における汚泥の炭化処理工程においては、温度に応じて以下のような様々な成分が分離する。
【００１５】
【表１】
【００１６】
上に示しているように〜７００℃でメタン，エチレン，一酸化炭素が盛んに発生し、それが十分に行われている炭化製品が炭化度合いの高い炭化製品となる。
【００１７】
図９は上記特許願（特願２００３−６４３４９号：未公開）において提案した内容の一部を抜粋して示したもので、この図９に示すグラフは炭化処理装置で炭化処理した３種の炭化製品の酸素吸収（酸化反応）の挙動を調査した結果を示している。
図９の結果から明らかなように、何れの炭化製品についても時間とともに空気中の酸素濃度が減少し、炭化製品の重量が増加している。即ち６０℃の低温でも酸素吸収（酸化反応）は明らかに起っている。
また同時にＣＯ２の発生が実質的に確認されなかったことから、炭化製品表面の酸化反応であると考えられる。
【００１８】
尚、時間の経過に伴い酸素吸収は収まって来る。石炭の場合の酸化反応は燃焼反応であることが一般的に知られている。燃焼反応の場合は時間経過とともに酸素吸収量が増加し、またこれと併せてＣＯ２の発生量が増加する。
よって炭化製品の発熱現象は燃焼反応でないと考えることができる。
【００１９】
以上の他の詳しい点については上記の特許願（特願２００３−６４３４９号：未公開）に詳しく開示されているので、ここでは更なる詳しい説明は割愛する。
【００２０】
ところで、炭化炉で炭化した後の炭化製品を低温酸化処理することで炭化製品を安定化できるのであれば、炭化炉の後工程として、即ち炭化炉の後段に低温酸化処理炉を設置して炭化処理装置を構成するといったことが考えられる。
【００２１】
しかしながら、低温酸化処理炉を別に設置するとなるとそのための設置コストがかかり、また低温酸化処理炉を設置することで炭化処理装置の設置スペースがそれだけ広くなり、また低温酸化処理炉のランニングコストが余分にかかるため、全体として炭化処理装置のランニングコストがより高価となってしまう等の問題が生ずる。
【００２２】
【特許文献１】
特開平１１−３７６４４号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３５９９号公報
【特許文献３】
特開平１１−３７６４５号公報
【特許文献４】
特開平１１−３７６５６号公報
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機物含有汚泥の炭化処理装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、乾留処理容器としての筒状のレトルトを内部に備えた炭化炉を有し、有機物含有汚泥を軸方向一端側の入口から該レトルト内に入れて該レトルト内を移動させ、該汚泥を加熱下に該レトルト内で乾留処理により炭化させた上で、該レトルトの軸方向他端側の出口から排出するようになした有機物含有汚泥の炭化処理装置において、前記レトルトの出口側の部分を所定軸方向長に亘って、前記汚泥の炭化物を非燃焼酸化反応処理して安定化する安定化処理ゾーンとして構成し、該安定化処理ゾーン内部の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段による検出結果に基づいて該安定化処理ゾーンの酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御する酸素濃度制御手段を設け、前記レトルト内を移動して該安定化処理ゾーンに到った前記汚泥の炭化物を、該安定化処理ゾーンにおいて低酸素条件の下で非燃焼酸化処理するようになしたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２のものは、請求項１において、前記汚泥が排水処理で生じた有機汚泥であることを特徴とする。
【００２５】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記安定化処理ゾーンの酸素濃度を１０％の設定濃度以下に制御することを特徴とする。
【００２６】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによって該レトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、該大気遮断に際しての噴霧水量の調節により該出口からの該レトルト内への侵入空気量を制御することで、前記安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を前記設定濃度以下の低酸素状態に保持するようにし、該噴霧水量の調節装置をもって前記酸素濃度の制御手段となしたことを特徴とする。
【００２７】
請求項５のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによって該レトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、該大気遮断に際しての噴霧水量の調節により該出口からの該レトルト内への侵入空気量を制御することで、前記安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を前記設定濃度以下の低酸素状態に保持するようにし、該噴霧水量の調節装置をもって前記酸素濃度の制御手段となしたことを特徴とする。
【００２８】
【作用及び発明の効果】
上記のように炭化製品が貯蔵中に燃え出してしまうのは、炭化製品における表面活性基の低温での空気酸化反応による自己発熱が原因するものと考えられ、またその低温での空気酸化反応は活性点（表面活性基）が次第に消失することで反応収束して行くことを考えると、炭化製品を安定化する（貯蔵しても燃え出さないようにする）ためには、予め低温酸化反応（例えば６０〜２００℃程度での酸化反応）を事前に済ませておくことが有効な手段と考えられる。
【００２９】
而してこの発想に基づく限り、炭化炉とは別にそのための処理炉、即ち低温酸化処理炉を設け、炭化炉から排出された炭化製品をそこで別に処理することが必要となる。
炭化炉の温度は７００〜８００℃程度、低くても５００℃以上の高温であるからである。
【００３０】
そこで本発明者等がその後研究を進めた結果、雰囲気の酸素濃度を一定以下の低酸素濃度に制御すれば、高温条件下でも炭化製品を燃焼に到らせないで酸化反応（非燃焼酸化反応）させることが可能であるとの知見を得た。
【００３１】
そうだとすれば、炭化炉の内部においても条件制御によっては炭化製品を非燃焼酸化反応させて、これを安定化することが可能と考えられる。
【００３２】
そこで本発明者等は次に炭化炉において炭化製品の安定化処理の可能性を追及すべく研究を進めた結果、出口側においてレトルト内部の雰囲気を酸素濃度が一定以下の低酸素状態に制御することで、炭化製品をそこで安定化処理できるとの知見を得た。
【００３３】
本発明はこのような知見の下になされたもので、レトルトの出口側の部分を所定軸方向長に亘って安定化処理ゾーンとなし、同部分の酸素濃度を酸素濃度検出手段にて検出するとともに、その検出結果に基づいて酸素濃度制御手段により酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御し、レトルト内を移動して安定化処理ゾーンに到った汚泥の炭化物をその安定化処理ゾーンにおいて低酸素条件の下で非燃焼酸化処理するようになしたものである。
【００３４】
かかる本発明により、炭化炉から出た炭化製品のその後の自己発熱を抑制できることが確認された。
このような本発明によれば、炭化製品の安定化処理のために炭化炉とは別途に低温酸化処理炉を設けるといった必要をなくすことができ、これによりその低温酸化処理炉の設置コスト及び低温酸化処理炉のランニングコストを削減でき、炭化製品の製造コストを安価となすことができるとともに、併せて炭化処理装置の設置スペースを小スペース化することができる。
【００３５】
本発明は、有機物含有の様々な汚泥の炭化処理装置として適用可能なものであるが、特に排水処理で生じた有機汚泥に対する炭化処理装置として好適に適用することができる（請求項２）。
【００３６】
本発明では、上記安定化処理ゾーンの酸素濃度を１０％（ｖｏｌ％）以下の低酸素状態に制御しておくことが望ましい（請求項３）。
但し酸素濃度があまり低いと炭化製品の非燃焼酸化反応が進行し難いことから、安定化処理ゾーンの酸素濃度は１％以上となしておくことが望ましい。
【００３７】
本発明においては、レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによってレトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、その大気遮断に際しての噴霧水量の調節により出口を通じてレトルト内に侵入する空気量を制御し、以って安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御するようになすことができる（請求項４）。即ち噴霧水量の調節装置をもって、酸素濃度の制御手段となすことができる。
【００３８】
このようにすることで、安定化処理ゾーンの酸素濃度を容易に設定濃度以下の低酸素状態に制御することができる。
【００３９】
本発明においては、その一態様として上記レトルトを、汚泥がその内部に１時間以上滞留するように構成しておくことができる（請求項５）。
従来の炭化炉の場合、レトルト内部における汚泥の滞留時間は１５分程度の短時間である。これに対して請求項５は、レトルト内部で汚泥が１時間以上滞留するようにレトルトを構成するもので、このようにすることでレトルト内部、詳しくは出口側の安定化処理ゾーンにおいて長い時間をかけて炭化物を安定化処理することができ、炭化炉から排出された炭化製品の安定化度を効果的に高めることができる。
【００４０】
この場合において円筒形状をなすレトルトのＬ／Ｄを９以上となしておくことができる。ここでＬはレトルトの有効長、Ｄはレトルトの直径である。
【００４１】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例である有機物含有汚泥、ここでは活性汚泥法による下水の排水処理で生じた有機汚泥の炭化処理装置の全体構成を示したもので、図中１０は受入ホッパであり、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキがこの受入ホッパ１０に先ず受け入れられる。
ここに受け入れられた汚泥ケーキは、定量供給装置１２にて乾燥炉１４へと送られ、そこで所定の含水率、例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理される。
尚この乾燥炉１４では、汚泥ケーキの乾燥と併せてその粉砕が行われる。
【００４２】
乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥は、続いてコンベヤ１６により炭化炉１８へと搬送され、そこで乾留処理により汚泥の炭化が行われる。
この炭化炉１８には、図２にも示しているように炉体２０の内部に乾留容器としての円筒形状の回転ドラムから成るレトルト２２が設けられており、前段の乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥がコンベヤ１６により、更にはレトルト２２の前端部（図中左端部）位置に設けられたスクリューフィーダー（図示せず）によりレトルト２２内部に投入される。
【００４３】
レトルト２２内部に投入された汚泥は、先ず炉体２０内部に配設された助燃バーナ（外熱室用バーナ）２４による外熱室２６内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２２に設けられた吹出パイプ２８を通じて外熱室２６の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して、以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト２２内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２４は燃焼停止される。
【００４４】
図２に示しているように炉体２０の内部には外熱室２６と仕切られた排ガス処理室３０が設けられており、外熱室２６からの排ガスはここに導かれる。
この排ガス処理室３０には排ガス処理室用バーナ３２が設けられており、排ガス処理室３０内に導かれた排ガス中の未燃ガスがこの排ガス処理室用バーナ３２にて燃焼される。
【００４５】
レトルト２２内部の汚泥は、図中左端からレトルト２２の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２２には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２２の図中右端の出口２１、つまり炭化炉１８から排出される。
【００４６】
図１において、３４は乾燥炉１４に供給する熱風を発生させるための熱風炉で、ここでは供給された燃料が燃焼空気の供給の下で燃焼させられて熱風を発生する。
尚ここではパイロットバーナ用にＬＰＧが用いられ、燃焼バーナ用に灯油が用いられている。
【００４７】
熱風炉３４で発生した熱風は乾燥炉１４に供給され、更にこれを通過して、その後段の集塵機３６を通ってそこで集塵され、再び熱風炉３４に戻されるようになっている。
即ち熱風炉３４で発生した熱風は、乾燥炉１４，集塵機３６を通る循環路３８を循環ファン４０により循環流通させられるようになっている。
この循環系では、乾燥炉１４においてリークエアが循環する熱風中に入り込む。
【００４８】
一方で熱風炉３４には燃焼空気が定量供給されており、そのためここでは熱風の一部を抜き取るべく、熱風炉３４の下流部において分岐路４２が設けられており、熱風炉３４から出た熱風の一部がこの分岐路４２を通じて外部に取り出されるようになっている。
【００４９】
この分岐路４２に取り出された熱風は高温状態（約７００℃程度）にあり、そこで分岐路４２に取り出された熱風が、循環路３８上に設けられた熱風炉熱交換器４４で熱交換され、更に空気取入口４８から取り入れられた外気により希釈及び冷却された上で、排ガスファン４６により排気路５０，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。
ここで分岐路４２に取り出された熱風の、熱風炉熱交換器４４で熱交換された後の温度は約４００℃程度であり、そして空気取入口４８からの外気の取入れによる希釈・冷却により、排ガスファン４６の下流部で温度は約２００〜２５０℃程度となる。
【００５０】
尚、空気取入口４８からの空気の取入量は調整弁５４によって調整される。
また循環路３８を循環流通する熱風は、熱風炉熱交換器４４で熱交換されることによりそこで温度上昇させられた上、熱風炉３４の入口に戻される。
【００５１】
上記炭化炉１８からは、その排ガスを排出するための排気路５６が延び出している。
この排気路５６に取り出された炭化炉１８からの排ガスは、温度が８００〜１０００℃程度の高温度であり、そこで先ず空気取入口６２からの外気の取入れによって希釈及び冷却された上で、循環路３８上に設けられた炭化炉熱交換器５８で熱交換され、そこで温度降下された後、更に炭化炉熱交換器５８の下流部において、空気取入口６３からの外気の取入れにより再び希釈・冷却された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。
【００５２】
尚炭化炉１８から排出された排ガスは、空気取入口６２からの外気の取入れによる希釈・冷却により、その温度は約７００℃程度となり、そして炭化炉熱交換器５８における熱交換、更に空気取入口６３からの外気の取入れによる冷却によって２００〜２５０℃程度の温度まで温度降下された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じ煙突５２から外部に放出される。
この炭化炉１８にはＬＰＧ，灯油等の燃料が燃焼空気とともに供給される。ここでＬＰＧはパイロットバーナの燃焼用として用いられ、また灯油は燃焼バーナ用の燃料として用いられる。
【００５３】
炭化炉１８における上記レトルト２２の内部は、図３に示しているように入口側のＡゾーンが水分蒸発ゾーンとなっている。このＡゾーンは、前段の乾燥炉１４で乾燥後、スクリューフィーダ６４でレトルト２２内部に投入された汚泥中の水分が活発に蒸発して蒸気が充満した状態となり、その蒸気によってレトルト２２の入口側の内部を大気と遮断するバリアゾーンとなっている。汚泥中に含まれている水分はこのＡゾーンで実質その全体が蒸発し、汚泥の含水率はここで４０％から実質０％まで減少する。
【００５４】
尚、レトルト２２の内部は入口から出口にかけて均等な温度で、ここでは７００〜８００℃程度の高温度である。
続くＢゾーンは実質的無酸素状態の炭化ゾーンで、このＢゾーンにおいてメタン，エタン等の乾留ガスが活発に発生し、汚泥は主としてこのＢゾーンの炭化ゾーンで炭化される。
【００５５】
炭化製品を排出する出口２１側の最後のＣゾーンは、Ｂゾーンの炭化ゾーンで炭化された炭化製品の安定化処理ゾーンである。
このＣゾーンでは、雰囲気の酸素濃度が１０％以下の低酸素状態に制御保持されており、この低酸素状態の下で炭化製品の表面活性基が高温度の下で酸化反応（非燃焼酸化反応）せしめられ、表面活性基が次第に消失して行く。
この安定化処理ゾーンであるＣゾーンを通った炭化製品は、続いてスクリューコンベヤ６６により図中右方向に移送された後、出口２１から排出される。
【００５６】
この出口２１側のスクリューコンベヤ６６は、軸方向の前，後端が閉鎖された大径のパイプ６８を回転体として、その外周面にスパイラル状の羽根７０を設けたもので、Ｃゾーンで安定化処理された炭化製品は、このスパイラル状の羽根７０による送り作用で出口２１側に送られてそこから排出される。
【００５７】
図４に示しているように、レトルト２２にはその後端部から二重管７２が内部に向けて軸方向に挿入されている。
二重管７２の外管７４は水の蒸気噴霧管を成すもので、内管７６との間に蒸気通路７８を有しており、ここを流通した蒸気が先端部のノズル８０からＣゾーンに噴霧されるようになっている。
【００５８】
安定化処理ゾーンとしてのＣゾーンは、このノズル８０からの蒸気噴霧によって大気と遮断される。
但しこのＣゾーンにはスクリューコンベヤ６６を通じて出口２１から外部の空気が侵入する。その空気の侵入量は蒸気の噴霧量、詳しくは噴霧水量によって制御される。ここではＣゾーンの酸素濃度が設定濃度以下、ここでは１０％（ｖｏｌ％）以下の低酸素状態となるように、ノズル８０からの噴霧水量が制御される。
【００５９】
８２は水ポンプであって、この水ポンプ８２により通路８４を通じて水が送られる。通路８４上にはボイラ８６が設けられており、ここで水が蒸気とされた上で蒸気通路７８に導入され、その先端のノズル８０からＣゾーンへと噴霧される。
この水の通路８４上には噴水流量計８８が設けられている。
【００６０】
上記内管７６は酸素濃度計９０の一部を成しており、測定部９２が内管７６を通ってＣゾーン内部に露出させてある。
【００６１】
この例では、測定部９２においてＣゾーン内の雰囲気の酸素濃度が測定され、その結果を受けて蒸気通路７８に送られる噴霧水の流量が、噴霧水流量計８８による流量計測に基づいて制御される。即ちノズル８０から噴霧される蒸気の水量が制御される。これによりＣゾーン内部の酸素濃度が１０％以下の低酸素状態に保持される。
この実施の形態では噴霧水流量計８８及び水ポンプ８２が噴霧水量を調節する調節装置を成している。
【００６２】
この実施例では、図３の炭化ゾーンとしてのＢゾーンで乾留即ち炭化された後の炭化製品が、Ｃゾーンを通過する過程で一定時間高温且つ低酸素状態の下におかれることとなり、そこにおいて炭化製品の非燃焼酸化反応が促進される。これにより炭化製品が安定化処理される。
【００６３】
炭化製品を十分に安定化させるためには、Ｃゾーンを通過する時間をできるだけ長くするのが望ましい。
本例では、汚泥を１時間以上かけてレトルト２２を通過させることで、即ち汚泥をレトルト２２内部に１時間以上滞留させることでＣゾーンにおける炭化製品の滞留時間を十分に長くでき、これにより炭化製品の安定化処理を十分に行い得ることを確認している。
【００６４】
ここでレトルト２２内の汚泥の滞留時間は、レトルト２２の有効長（炉幅）をＬ（図３参照）とし、レトルト２２の直径をＤ，レトルト２２の傾斜角をθ，レトルト２２の回転数をＮとしたとき、滞留時間＝ａ×Ｌ／（Ｄ×Ｎ×θ）によって制御できる。但しａは係数である。
特に滞留時間はレトルト有効長Ｌとレトルト径Ｄとによって大きく影響され、本実施例ではそのＬ／Ｄを９以上、特に１２程度とするのが良好であることが確認された。
【００６５】
本例によれば、炭化製品の安定化処理のために炭化炉とは別途に低温酸化処理炉を設ける必要が無く、これによりその低温酸化処理炉の設置コスト及び低温酸化処理炉のランニングコストを削減でき、炭化製品の製造コストを全体として安価となすことができるとともに、炭化処理装置の設置スペースを小スペースとなすことが可能となる。
【００６６】
［試験例］
＜試験１＞
レトルト温度約５５０℃の条件の下で、汚泥をレトルト２２内にそれぞれ１５分，１時間，２時間滞留させ、炭化製品を製造して自己発熱性試験を１６０℃雰囲気条件の下で行った。
その結果が表２及び図５に示してある。
尚各レトルト滞留時間を１５分，１時間，２時間としたときの各精錬度が表２に併せて示してある。
【００６７】
【表２】
【００６８】
＜試験２＞
レトルト温度約７００℃の条件の下で同様にして炭化製品を製造し、その自己発熱性試験を同様の条件の下で行った。その結果が表３及び図６，図７に示してある。尚図７は図６の要部を拡大して示したものである。
【００６９】
【表３】
【００７０】
このレトルト温度約７００℃の下での炭化製品の製造及び自己発熱性試験はレトルト滞留時間１５分，１時間，２時間それぞれを２回ずつ行って、それぞれの結果を表１及び図６，図７に示している。
尚レトルト２２のＣゾーンの酸素濃度は試験１，試験２ともに約５％である。
【００７１】
上記試験１では、レトルト滞留時間が１５分の炭化製品は自己発熱性試験で発火に到った。
一方レトルト滞留時間１時間の炭化製品の場合、２０〜３０℃の温度上昇が見られたが発火には到らなかった。他方レトルト滞留時間２時間の炭化製品の場合４〜６℃の温度上昇が見られたが発火には到らなかった。
【００７２】
この結果から、レトルト滞留時間を長くすると、特に１時間以上に長くすると、炭化製品は表面活性基の酸化反応がレトルト２２内部で進行し、その結果として自己発熱性試験において空気酸化反応による発熱が少なくなっていることが分った。
【００７３】
尚表２に示しているように、炭化製品の精錬度は試験１の場合、レトルト滞留時間を変えても４．５〜５．５でほぼ同程度であった。
この結果は、炭化製品の精錬度が同じであってもレトルト滞留時間を長くすることによって、炭化製品の自己発熱性を抑制できることを意味している。
【００７４】
一方試験２においては、レトルト滞留時間１５分の炭化製品は７．５〜９．０℃の温度上昇が見られた。
一方レトルト滞留時間１時間の炭化製品は、自己発熱性試験において３〜４℃の温度上昇が見られ、またレトルト滞留時間２時間の炭化製品は、自己発熱性試験において２．５〜３．５℃の温度上昇が見られた。
【００７５】
この試験２においても、レトルト滞留時間を長くすること、詳しくは１時間以上に長くすることで、炭化炉から排出された炭化製品のその後の自己発熱性を抑制できることが分った。
【００７６】
尚この試験２においてもレトルト滞留時間１５分，１時間，２時間の下で炭化製品は何れも精錬度が３〜４でほぼ同程度であった。
【００７７】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明においては安定化処理ゾーンとしてのＣゾーンの酸素濃度を窒素パージによって制御するといったことも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の炭化処理装置を示す図である。
【図２】図１における炭化炉を示す図である。
【図３】図２のレトルト内部における汚泥の処理状況を示す説明図である。
【図４】図２のレトルトの要部を周辺部とともに示す図である。
【図５】本発明の実施例に従って製造した炭化製品の自己発熱性試験の結果を表す図である。
【図６】図５とは異なる条件で製造した炭化製品の自己発熱性試験の結果を示す図である。
【図７】図６の要部を拡大して示す図である。
【図８】従来の炭化処理装置における炭化炉の構成を示す図である。
【図９】本発明において炭化炉に安定化処理ゾーンを設けることの意味を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１８ 炭化炉
２１ 出口
２２ レトルト
８０ ノズル
９０ 酸素濃度計
９２ 測定部
Ａ バリアゾーン
Ｂ 炭化ゾーン
Ｃ 安定化処理ゾーン
【発明の属する技術分野】
この発明は下水汚泥で代表される有機物含有汚泥を乾留処理により炭化する炭化処理装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
家庭等から排出される有機物含有の排水は一般に下水処理施設で活性汚泥法等により排水処理される。
この排水処理に伴って有機汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに有機汚泥の発生量も年々増加し、その処理処分が大きな問題になっている。
【０００３】
有機汚泥を処分するに際し、その有機汚泥には９９％程度の水が含まれていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。
しかしながら汚泥を焼却或いは溶融処理すると多量のエネルギーを消費し、処理コストが高いものとなる。
そこでエネルギー消費の少ない有機汚泥の減量化処理の１つの方法として、汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。
【０００４】
この炭化処理は、汚泥が基質中に炭素分を４５重量％程度含んでいることから、焼却，溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解（炭化）することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物（炭化製品）として生成させるものである。
下記特許文献１〜４にはそのための装置、即ち有機物含有汚泥の炭化処理装置が提案されている。
【０００５】
例えば特許文献４には、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキを受入ホッパーに受け入れ、そしてこの汚泥ケーキを定量供給装置で乾燥炉に送ってそこで所定の含水率例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理した上、その乾燥後の汚泥をコンベヤで炭化炉に搬送して、そこで乾留処理により汚泥の炭化をなすようにした炭化処理装置が開示されている。
【０００６】
図８はこの特許文献４に開示された炭化炉の構成を示したものである。
同図において２００は炭化炉２０２における炉体で、内部に円筒形状の回転ドラムから成るレトルト２０４が配設され、このレトルト２０４が駆動モータ２０６にて回転駆動されるようになっている。
前段の乾燥炉で乾燥処理された汚泥は、入口２０８からレトルト２０４内に投入され、先ず炉体２００内部に配設された助燃バーナによる雰囲気加熱によって加熱される。
【０００７】
すると汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２０４に設けた吹出パイプ２１２から雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して以後は汚泥から抜け出した可燃ガスの燃焼によってレトルト２０４内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２１０は燃焼停止される。
【０００８】
レトルト２０４内部の汚泥は、図中左端の入口２０８からレトルト２０４の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２０４には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２０４の図中右端の出口２１４から排出される。
【０００９】
炉体２００の内部は、外熱室２１６と排ガス処理室２１８とに仕切られており、外熱室２１６内の排ガスが通孔２２０を通じて排ガス処理室２１８へと流入し、そこで未燃ガスが２次燃焼バーナ２２２にて燃焼させられた上で排気口２２４から排出される。
【００１０】
この炭化処理装置にて得られた炭化製品は、物性的には木炭に近い性状を有するものであり、現在園芸用土壌，融雪剤等に利用されている。
このようにして製造された炭化製品は、一旦貯蔵所に貯蔵される。
ところがその貯蔵中に炭化製品が燃え出してしまうことのあることが判明した。
その理由は、炭化製品が自己発熱性を有し、貯蔵中にその自己発熱によって炭化製品が温度上昇し、その温度が一定温度を超えることによって燃焼が生じるものと考えられる。
【００１１】
炭化製品は上記のように木炭に近い性状を有するものであり、将来様々な用途の拡大が期待されるものであるが、そのためには貯蔵中に燃え出すようなことがあってはならず、その問題を解決することが必要である。
【００１２】
そこで本発明者等は、炭化製品における自己発熱の原因を究明すべく様々な研究を行った。
その結果以下の事実が判明した。即ち
▲１▼炭化製品は処理条件によって炭化度合いが様々であり、そして特に炭化度合いの低いものの自己発熱性が高いこと
▲２▼炭化製品は酸化反応に対して活性の高い活性基（表面官能基）を有しており（主として芳香環に結合したアルキル基）、炭化度合いの低いものほどその活性基を多く含有し、その活性基が自己発熱性を大きくしていること
▲３▼自己発熱は２００℃以下の低温でも生じること
▲４▼その低温での自己発熱は燃焼反応とは別の反応であって、活性基の空気酸化反応によるものであると考えられること
▲５▼その低温での自己発熱は、炭化製品の低温酸化雰囲気での保持下で次第に反応収束して行くこと、即ち活性点（活性基）が次第に消失して最終的に安定して行くこと
等の事実が判明した。
【００１３】
本発明者等は、この知見に基づいて有機物含有汚泥の処理方法を発明し、下記特許願（特願２００３−６４３４９号：未公開）においてこれを提案している。
【００１４】
尚、炭化炉における汚泥の炭化処理工程においては、温度に応じて以下のような様々な成分が分離する。
【００１５】
【表１】
上に示しているように〜７００℃でメタン，エチレン，一酸化炭素が盛んに発生し、それが十分に行われている炭化製品が炭化度合いの高い炭化製品となる。
【００１７】
図９は上記特許願（特願２００３−６４３４９号：未公開）において提案した内容の一部を抜粋して示したもので、この図９に示すグラフは炭化処理装置で炭化処理した３種の炭化製品の酸素吸収（酸化反応）の挙動を調査した結果を示している。
図９の結果から明らかなように、何れの炭化製品についても時間とともに空気中の酸素濃度が減少し、炭化製品の重量が増加している。即ち６０℃の低温でも酸素吸収（酸化反応）は明らかに起っている。
また同時にＣＯ２の発生が実質的に確認されなかったことから、炭化製品表面の酸化反応であると考えられる。
【００１８】
尚、時間の経過に伴い酸素吸収は収まって来る。石炭の場合の酸化反応は燃焼反応であることが一般的に知られている。燃焼反応の場合は時間経過とともに酸素吸収量が増加し、またこれと併せてＣＯ２の発生量が増加する。
よって炭化製品の発熱現象は燃焼反応でないと考えることができる。
【００１９】
以上の他の詳しい点については上記の特許願（特願２００３−６４３４９号：未公開）に詳しく開示されているので、ここでは更なる詳しい説明は割愛する。
【００２０】
ところで、炭化炉で炭化した後の炭化製品を低温酸化処理することで炭化製品を安定化できるのであれば、炭化炉の後工程として、即ち炭化炉の後段に低温酸化処理炉を設置して炭化処理装置を構成するといったことが考えられる。
【００２１】
しかしながら、低温酸化処理炉を別に設置するとなるとそのための設置コストがかかり、また低温酸化処理炉を設置することで炭化処理装置の設置スペースがそれだけ広くなり、また低温酸化処理炉のランニングコストが余分にかかるため、全体として炭化処理装置のランニングコストがより高価となってしまう等の問題が生ずる。
【００２２】
【特許文献１】
特開平１１−３７６４４号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３５９９号公報
【特許文献３】
特開平１１−３７６４５号公報
【特許文献４】
特開平１１−３７６５６号公報
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機物含有汚泥の炭化処理装置はこのような課題を解決するために案出されたものである。
而して請求項１のものは、乾留処理容器としての筒状のレトルトを内部に備えた炭化炉を有し、有機物含有汚泥を軸方向一端側の入口から該レトルト内に入れて該レトルト内を移動させ、該汚泥を加熱下に該レトルト内で乾留処理により炭化させた上で、該レトルトの軸方向他端側の出口から排出するようになした有機物含有汚泥の炭化処理装置において、前記レトルトの出口側の部分を所定軸方向長に亘って、前記汚泥の炭化物を非燃焼酸化反応処理して安定化する安定化処理ゾーンとして構成し、該安定化処理ゾーン内部の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段による検出結果に基づいて該安定化処理ゾーンの酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御する酸素濃度制御手段を設け、前記レトルト内を移動して該安定化処理ゾーンに到った前記汚泥の炭化物を、該安定化処理ゾーンにおいて低酸素条件の下で非燃焼酸化処理するようになしたことを特徴とする。
【００２４】
請求項２のものは、請求項１において、前記汚泥が排水処理で生じた有機汚泥であることを特徴とする。
【００２５】
請求項３のものは、請求項１，２の何れかにおいて、前記安定化処理ゾーンの酸素濃度を１０％の設定濃度以下に制御することを特徴とする。
【００２６】
請求項４のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによって該レトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、該大気遮断に際しての噴霧水量の調節により該出口からの該レトルト内への侵入空気量を制御することで、前記安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を前記設定濃度以下の低酸素状態に保持するようにし、該噴霧水量の調節装置をもって前記酸素濃度の制御手段となしたことを特徴とする。
【００２７】
請求項５のものは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによって該レトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、該大気遮断に際しての噴霧水量の調節により該出口からの該レトルト内への侵入空気量を制御することで、前記安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を前記設定濃度以下の低酸素状態に保持するようにし、該噴霧水量の調節装置をもって前記酸素濃度の制御手段となしたことを特徴とする。
【００２８】
【作用及び発明の効果】
上記のように炭化製品が貯蔵中に燃え出してしまうのは、炭化製品における表面活性基の低温での空気酸化反応による自己発熱が原因するものと考えられ、またその低温での空気酸化反応は活性点（表面活性基）が次第に消失することで反応収束して行くことを考えると、炭化製品を安定化する（貯蔵しても燃え出さないようにする）ためには、予め低温酸化反応（例えば６０〜２００℃程度での酸化反応）を事前に済ませておくことが有効な手段と考えられる。
【００２９】
而してこの発想に基づく限り、炭化炉とは別にそのための処理炉、即ち低温酸化処理炉を設け、炭化炉から排出された炭化製品をそこで別に処理することが必要となる。
炭化炉の温度は７００〜８００℃程度、低くても５００℃以上の高温であるからである。
【００３０】
そこで本発明者等がその後研究を進めた結果、雰囲気の酸素濃度を一定以下の低酸素濃度に制御すれば、高温条件下でも炭化製品を燃焼に到らせないで酸化反応（非燃焼酸化反応）させることが可能であるとの知見を得た。
【００３１】
そうだとすれば、炭化炉の内部においても条件制御によっては炭化製品を非燃焼酸化反応させて、これを安定化することが可能と考えられる。
【００３２】
そこで本発明者等は次に炭化炉において炭化製品の安定化処理の可能性を追及すべく研究を進めた結果、出口側においてレトルト内部の雰囲気を酸素濃度が一定以下の低酸素状態に制御することで、炭化製品をそこで安定化処理できるとの知見を得た。
【００３３】
本発明はこのような知見の下になされたもので、レトルトの出口側の部分を所定軸方向長に亘って安定化処理ゾーンとなし、同部分の酸素濃度を酸素濃度検出手段にて検出するとともに、その検出結果に基づいて酸素濃度制御手段により酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御し、レトルト内を移動して安定化処理ゾーンに到った汚泥の炭化物をその安定化処理ゾーンにおいて低酸素条件の下で非燃焼酸化処理するようになしたものである。
【００３４】
かかる本発明により、炭化炉から出た炭化製品のその後の自己発熱を抑制できることが確認された。
このような本発明によれば、炭化製品の安定化処理のために炭化炉とは別途に低温酸化処理炉を設けるといった必要をなくすことができ、これによりその低温酸化処理炉の設置コスト及び低温酸化処理炉のランニングコストを削減でき、炭化製品の製造コストを安価となすことができるとともに、併せて炭化処理装置の設置スペースを小スペース化することができる。
【００３５】
本発明は、有機物含有の様々な汚泥の炭化処理装置として適用可能なものであるが、特に排水処理で生じた有機汚泥に対する炭化処理装置として好適に適用することができる（請求項２）。
【００３６】
本発明では、上記安定化処理ゾーンの酸素濃度を１０％（ｖｏｌ％）以下の低酸素状態に制御しておくことが望ましい（請求項３）。
但し酸素濃度があまり低いと炭化製品の非燃焼酸化反応が進行し難いことから、安定化処理ゾーンの酸素濃度は１％以上となしておくことが望ましい。
【００３７】
本発明においては、レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによってレトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、その大気遮断に際しての噴霧水量の調節により出口を通じてレトルト内に侵入する空気量を制御し、以って安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御するようになすことができる（請求項４）。即ち噴霧水量の調節装置をもって、酸素濃度の制御手段となすことができる。
【００３８】
このようにすることで、安定化処理ゾーンの酸素濃度を容易に設定濃度以下の低酸素状態に制御することができる。
【００３９】
本発明においては、その一態様として上記レトルトを、汚泥がその内部に１時間以上滞留するように構成しておくことができる（請求項５）。
従来の炭化炉の場合、レトルト内部における汚泥の滞留時間は１５分程度の短時間である。これに対して請求項５は、レトルト内部で汚泥が１時間以上滞留するようにレトルトを構成するもので、このようにすることでレトルト内部、詳しくは出口側の安定化処理ゾーンにおいて長い時間をかけて炭化物を安定化処理することができ、炭化炉から排出された炭化製品の安定化度を効果的に高めることができる。
【００４０】
この場合において円筒形状をなすレトルトのＬ／Ｄを９以上となしておくことができる。ここでＬはレトルトの有効長、Ｄはレトルトの直径である。
【００４１】
【実施例】
次に本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は本発明の一実施例である有機物含有汚泥、ここでは活性汚泥法による下水の排水処理で生じた有機汚泥の炭化処理装置の全体構成を示したもので、図中１０は受入ホッパであり、含水率８０％程度まで脱水された汚泥ケーキがこの受入ホッパ１０に先ず受け入れられる。
ここに受け入れられた汚泥ケーキは、定量供給装置１２にて乾燥炉１４へと送られ、そこで所定の含水率、例えば４０％程度の含水率まで乾燥処理される。
尚この乾燥炉１４では、汚泥ケーキの乾燥と併せてその粉砕が行われる。
【００４２】
乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥は、続いてコンベヤ１６により炭化炉１８へと搬送され、そこで乾留処理により汚泥の炭化が行われる。
この炭化炉１８には、図２にも示しているように炉体２０の内部に乾留容器としての円筒形状の回転ドラムから成るレトルト２２が設けられており、前段の乾燥炉１４で乾燥処理された汚泥がコンベヤ１６により、更にはレトルト２２の前端部（図中左端部）位置に設けられたスクリューフィーダー（図示せず）によりレトルト２２内部に投入される。
【００４３】
レトルト２２内部に投入された汚泥は、先ず炉体２０内部に配設された助燃バーナ（外熱室用バーナ）２４による外熱室２６内部の雰囲気加熱によって加熱される。
すると汚泥中に含まれていた可燃ガスが、レトルト２２に設けられた吹出パイプ２８を通じて外熱室２６の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して、以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト２２内部の汚泥の加熱が行われる。
この段階では助燃バーナ２４は燃焼停止される。
【００４４】
図２に示しているように炉体２０の内部には外熱室２６と仕切られた排ガス処理室３０が設けられており、外熱室２６からの排ガスはここに導かれる。
この排ガス処理室３０には排ガス処理室用バーナ３２が設けられており、排ガス処理室３０内に導かれた排ガス中の未燃ガスがこの排ガス処理室用バーナ３２にて燃焼される。
【００４５】
レトルト２２内部の汚泥は、図中左端からレトルト２２の回転とともに漸次図中右方向に移って行き（レトルト２２には若干の勾配が設けてある）、そして最終的に乾留残渣（炭化製品）がレトルト２２の図中右端の出口２１、つまり炭化炉１８から排出される。
【００４６】
図１において、３４は乾燥炉１４に供給する熱風を発生させるための熱風炉で、ここでは供給された燃料が燃焼空気の供給の下で燃焼させられて熱風を発生する。
尚ここではパイロットバーナ用にＬＰＧが用いられ、燃焼バーナ用に灯油が用いられている。
【００４７】
熱風炉３４で発生した熱風は乾燥炉１４に供給され、更にこれを通過して、その後段の集塵機３６を通ってそこで集塵され、再び熱風炉３４に戻されるようになっている。
即ち熱風炉３４で発生した熱風は、乾燥炉１４，集塵機３６を通る循環路３８を循環ファン４０により循環流通させられるようになっている。
この循環系では、乾燥炉１４においてリークエアが循環する熱風中に入り込む。
【００４８】
一方で熱風炉３４には燃焼空気が定量供給されており、そのためここでは熱風の一部を抜き取るべく、熱風炉３４の下流部において分岐路４２が設けられており、熱風炉３４から出た熱風の一部がこの分岐路４２を通じて外部に取り出されるようになっている。
【００４９】
この分岐路４２に取り出された熱風は高温状態（約７００℃程度）にあり、そこで分岐路４２に取り出された熱風が、循環路３８上に設けられた熱風炉熱交換器４４で熱交換され、更に空気取入口４８から取り入れられた外気により希釈及び冷却された上で、排ガスファン４６により排気路５０，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。
ここで分岐路４２に取り出された熱風の、熱風炉熱交換器４４で熱交換された後の温度は約４００℃程度であり、そして空気取入口４８からの外気の取入れによる希釈・冷却により、排ガスファン４６の下流部で温度は約２００〜２５０℃程度となる。
【００５０】
尚、空気取入口４８からの空気の取入量は調整弁５４によって調整される。
また循環路３８を循環流通する熱風は、熱風炉熱交換器４４で熱交換されることによりそこで温度上昇させられた上、熱風炉３４の入口に戻される。
【００５１】
上記炭化炉１８からは、その排ガスを排出するための排気路５６が延び出している。
この排気路５６に取り出された炭化炉１８からの排ガスは、温度が８００〜１０００℃程度の高温度であり、そこで先ず空気取入口６２からの外気の取入れによって希釈及び冷却された上で、循環路３８上に設けられた炭化炉熱交換器５８で熱交換され、そこで温度降下された後、更に炭化炉熱交換器５８の下流部において、空気取入口６３からの外気の取入れにより再び希釈・冷却された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じて煙突５２から外部に放出される。
【００５２】
尚炭化炉１８から排出された排ガスは、空気取入口６２からの外気の取入れによる希釈・冷却により、その温度は約７００℃程度となり、そして炭化炉熱交換器５８における熱交換、更に空気取入口６３からの外気の取入れによる冷却によって２００〜２５０℃程度の温度まで温度降下された上で、排ガスファン６０により排気路６１，５１を通じ煙突５２から外部に放出される。
この炭化炉１８にはＬＰＧ，灯油等の燃料が燃焼空気とともに供給される。ここでＬＰＧはパイロットバーナの燃焼用として用いられ、また灯油は燃焼バーナ用の燃料として用いられる。
【００５３】
炭化炉１８における上記レトルト２２の内部は、図３に示しているように入口側のＡゾーンが水分蒸発ゾーンとなっている。このＡゾーンは、前段の乾燥炉１４で乾燥後、スクリューフィーダ６４でレトルト２２内部に投入された汚泥中の水分が活発に蒸発して蒸気が充満した状態となり、その蒸気によってレトルト２２の入口側の内部を大気と遮断するバリアゾーンとなっている。汚泥中に含まれている水分はこのＡゾーンで実質その全体が蒸発し、汚泥の含水率はここで４０％から実質０％まで減少する。
【００５４】
尚、レトルト２２の内部は入口から出口にかけて均等な温度で、ここでは７００〜８００℃程度の高温度である。
続くＢゾーンは実質的無酸素状態の炭化ゾーンで、このＢゾーンにおいてメタン，エタン等の乾留ガスが活発に発生し、汚泥は主としてこのＢゾーンの炭化ゾーンで炭化される。
【００５５】
炭化製品を排出する出口２１側の最後のＣゾーンは、Ｂゾーンの炭化ゾーンで炭化された炭化製品の安定化処理ゾーンである。
このＣゾーンでは、雰囲気の酸素濃度が１０％以下の低酸素状態に制御保持されており、この低酸素状態の下で炭化製品の表面活性基が高温度の下で酸化反応（非燃焼酸化反応）せしめられ、表面活性基が次第に消失して行く。
この安定化処理ゾーンであるＣゾーンを通った炭化製品は、続いてスクリューコンベヤ６６により図中右方向に移送された後、出口２１から排出される。
【００５６】
この出口２１側のスクリューコンベヤ６６は、軸方向の前，後端が閉鎖された大径のパイプ６８を回転体として、その外周面にスパイラル状の羽根７０を設けたもので、Ｃゾーンで安定化処理された炭化製品は、このスパイラル状の羽根７０による送り作用で出口２１側に送られてそこから排出される。
【００５７】
図４に示しているように、レトルト２２にはその後端部から二重管７２が内部に向けて軸方向に挿入されている。
二重管７２の外管７４は水の蒸気噴霧管を成すもので、内管７６との間に蒸気通路７８を有しており、ここを流通した蒸気が先端部のノズル８０からＣゾーンに噴霧されるようになっている。
【００５８】
安定化処理ゾーンとしてのＣゾーンは、このノズル８０からの蒸気噴霧によって大気と遮断される。
但しこのＣゾーンにはスクリューコンベヤ６６を通じて出口２１から外部の空気が侵入する。その空気の侵入量は蒸気の噴霧量、詳しくは噴霧水量によって制御される。ここではＣゾーンの酸素濃度が設定濃度以下、ここでは１０％（ｖｏｌ％）以下の低酸素状態となるように、ノズル８０からの噴霧水量が制御される。
【００５９】
８２は水ポンプであって、この水ポンプ８２により通路８４を通じて水が送られる。通路８４上にはボイラ８６が設けられており、ここで水が蒸気とされた上で蒸気通路７８に導入され、その先端のノズル８０からＣゾーンへと噴霧される。
この水の通路８４上には噴水流量計８８が設けられている。
【００６０】
上記内管７６は酸素濃度計９０の一部を成しており、測定部９２が内管７６を通ってＣゾーン内部に露出させてある。
【００６１】
この例では、測定部９２においてＣゾーン内の雰囲気の酸素濃度が測定され、その結果を受けて蒸気通路７８に送られる噴霧水の流量が、噴霧水流量計８８による流量計測に基づいて制御される。即ちノズル８０から噴霧される蒸気の水量が制御される。これによりＣゾーン内部の酸素濃度が１０％以下の低酸素状態に保持される。
この実施の形態では噴霧水流量計８８及び水ポンプ８２が噴霧水量を調節する調節装置を成している。
【００６２】
この実施例では、図３の炭化ゾーンとしてのＢゾーンで乾留即ち炭化された後の炭化製品が、Ｃゾーンを通過する過程で一定時間高温且つ低酸素状態の下におかれることとなり、そこにおいて炭化製品の非燃焼酸化反応が促進される。これにより炭化製品が安定化処理される。
【００６３】
炭化製品を十分に安定化させるためには、Ｃゾーンを通過する時間をできるだけ長くするのが望ましい。
本例では、汚泥を１時間以上かけてレトルト２２を通過させることで、即ち汚泥をレトルト２２内部に１時間以上滞留させることでＣゾーンにおける炭化製品の滞留時間を十分に長くでき、これにより炭化製品の安定化処理を十分に行い得ることを確認している。
【００６４】
ここでレトルト２２内の汚泥の滞留時間は、レトルト２２の有効長（炉幅）をＬ（図３参照）とし、レトルト２２の直径をＤ，レトルト２２の傾斜角をθ，レトルト２２の回転数をＮとしたとき、滞留時間＝ａ×Ｌ／（Ｄ×Ｎ×θ）によって制御できる。但しａは係数である。
特に滞留時間はレトルト有効長Ｌとレトルト径Ｄとによって大きく影響され、本実施例ではそのＬ／Ｄを９以上、特に１２程度とするのが良好であることが確認された。
【００６５】
本例によれば、炭化製品の安定化処理のために炭化炉とは別途に低温酸化処理炉を設ける必要が無く、これによりその低温酸化処理炉の設置コスト及び低温酸化処理炉のランニングコストを削減でき、炭化製品の製造コストを全体として安価となすことができるとともに、炭化処理装置の設置スペースを小スペースとなすことが可能となる。
【００６６】
［試験例］
＜試験１＞
レトルト温度約５５０℃の条件の下で、汚泥をレトルト２２内にそれぞれ１５分，１時間，２時間滞留させ、炭化製品を製造して自己発熱性試験を１６０℃雰囲気条件の下で行った。
その結果が表２及び図５に示してある。
尚各レトルト滞留時間を１５分，１時間，２時間としたときの各精錬度が表２に併せて示してある。
【００６７】
【表２】
＜試験２＞
レトルト温度約７００℃の条件の下で同様にして炭化製品を製造し、その自己発熱性試験を同様の条件の下で行った。その結果が表３及び図６，図７に示してある。尚図７は図６の要部を拡大して示したものである。
【００６９】
【表３】
このレトルト温度約７００℃の下での炭化製品の製造及び自己発熱性試験はレトルト滞留時間１５分，１時間，２時間それぞれを２回ずつ行って、それぞれの結果を表１及び図６，図７に示している。
尚レトルト２２のＣゾーンの酸素濃度は試験１，試験２ともに約５％である。
【００７１】
上記試験１では、レトルト滞留時間が１５分の炭化製品は自己発熱性試験で発火に到った。
一方レトルト滞留時間１時間の炭化製品の場合、２０〜３０℃の温度上昇が見られたが発火には到らなかった。他方レトルト滞留時間２時間の炭化製品の場合４〜６℃の温度上昇が見られたが発火には到らなかった。
【００７２】
この結果から、レトルト滞留時間を長くすると、特に１時間以上に長くすると、炭化製品は表面活性基の酸化反応がレトルト２２内部で進行し、その結果として自己発熱性試験において空気酸化反応による発熱が少なくなっていることが分った。
【００７３】
尚表２に示しているように、炭化製品の精錬度は試験１の場合、レトルト滞留時間を変えても４．５〜５．５でほぼ同程度であった。
この結果は、炭化製品の精錬度が同じであってもレトルト滞留時間を長くすることによって、炭化製品の自己発熱性を抑制できることを意味している。
【００７４】
一方試験２においては、レトルト滞留時間１５分の炭化製品は７．５〜９．０℃の温度上昇が見られた。
一方レトルト滞留時間１時間の炭化製品は、自己発熱性試験において３〜４℃の温度上昇が見られ、またレトルト滞留時間２時間の炭化製品は、自己発熱性試験において２．５〜３．５℃の温度上昇が見られた。
【００７５】
この試験２においても、レトルト滞留時間を長くすること、詳しくは１時間以上に長くすることで、炭化炉から排出された炭化製品のその後の自己発熱性を抑制できることが分った。
【００７６】
尚この試験２においてもレトルト滞留時間１５分，１時間，２時間の下で炭化製品は何れも精錬度が３〜４でほぼ同程度であった。
【００７７】
以上本発明の実施例を詳述したがこれはあくまで一例示であり、本発明においては安定化処理ゾーンとしてのＣゾーンの酸素濃度を窒素パージによって制御するといったことも可能であるなど、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた形態で構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の炭化処理装置を示す図である。
【図２】図１における炭化炉を示す図である。
【図３】図２のレトルト内部における汚泥の処理状況を示す説明図である。
【図４】図２のレトルトの要部を周辺部とともに示す図である。
【図５】本発明の実施例に従って製造した炭化製品の自己発熱性試験の結果を表す図である。
【図６】図５とは異なる条件で製造した炭化製品の自己発熱性試験の結果を示す図である。
【図７】図６の要部を拡大して示す図である。
【図８】従来の炭化処理装置における炭化炉の構成を示す図である。
【図９】本発明において炭化炉に安定化処理ゾーンを設けることの意味を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１８ 炭化炉
２１ 出口
２２ レトルト
８０ ノズル
９０ 酸素濃度計
９２ 測定部
Ａ バリアゾーン
Ｂ 炭化ゾーン
Ｃ 安定化処理ゾーン
Claims (5)
- 乾留処理容器としての筒状のレトルトを内部に備えた炭化炉を有し、有機物含有汚泥を軸方向一端側の入口から該レトルト内に入れて該レトルト内を移動させ、該汚泥を加熱下に該レトルト内で乾留処理により炭化させた上で、該レトルトの軸方向他端側の出口から排出するようになした有機物含有汚泥の炭化処理装置において
前記レトルトの出口側の部分を所定軸方向長に亘って、前記汚泥の炭化物を非燃焼酸化反応処理して安定化する安定化処理ゾーンとして構成し、該安定化処理ゾーン内部の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段による検出結果に基づいて該安定化処理ゾーンの酸素濃度を設定濃度以下の低酸素状態に制御する酸素濃度制御手段を設け、前記レトルト内を移動して該安定化処理ゾーンに到った前記汚泥の炭化物を、該安定化処理ゾーンにおいて低酸素条件の下で非燃焼酸化処理するようになしたことを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。 - 請求項１において、前記汚泥が排水処理で生じた有機汚泥であることを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
- 請求項１，２の何れかにおいて、前記安定化処理ゾーンの酸素濃度を１０％の設定濃度以下に制御することを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによって該レトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、該大気遮断に際しての噴霧水量の調節により該出口からの該レトルト内への侵入空気量を制御することで、前記安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を前記設定濃度以下の低酸素状態に保持するようにし、該噴霧水量の調節装置をもって前記酸素濃度の制御手段となしたことを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
- 請求項１〜３の何れかにおいて、前記レトルトの出口側において水の蒸気噴霧を行い、スチームカーテンによって該レトルトの出口側を大気遮断するようになすとともに、該大気遮断に際しての噴霧水量の調節により該出口からの該レトルト内への侵入空気量を制御することで、前記安定化処理ゾーンにおける酸素濃度を前記設定濃度以下の低酸素状態に保持するようにし、該噴霧水量の調節装置をもって前記酸素濃度の制御手段となしたことを特徴とする有機物含有汚泥の炭化処理装置。
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