JP2004300199A - Carbonization system and method for producing carbonized material - Google Patents

Carbonization system and method for producing carbonized material Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbonization system designed to simply produce a carbonized material such as bone charcoal having high added value from an organic material such as a livestock carcass at a low cost without using a fossil fuel as much as possible. <P>SOLUTION: The organic material such as the livestock carcass is charged into a carbonization furnace 10 and placed on a shelf part 11a. When a heating medium heated by sunlight with a collecting plate 20 is fed into the shelf part 11a, the carrying surface of the shelf part 11a becomes high temperatures. An oil component contained in the organic material melts and exudes. The oil components flow down through openings 111 provided in the shelf part 11a and is recovered in an oil storage part 30 and fed to a burner 40 with an oil component feeding line 31. Carbonization of the carbonized material produced in the shelf part 11a in the topmost stage further proceeds while successively dropping the carbonized material from the openings 111 to the shelf parts 11b and 11c in the following positions by rotation of a paddle 15a. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化システムに関し、詳細には、太陽エネルギー(太陽熱、太陽光)を利用して家畜屠体を含む有機性廃棄物などから炭化物を製造する炭化システムおよび炭化物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、わが国ではBSE(牛海綿状脳症)への対策として、家畜屠体由来の肉骨粉等を飼料へ添加することが禁止された結果、家畜屠体由来の有機物の大部分は廃棄処理せざるを得ない状況になっている。特にBSEに罹患した疑いのある家畜については、肉や脂肪も含めて廃棄処分しなければならない。その際、BSEの原因となる異常プリオンを環境へ放出することは避ける必要があるため、肉骨粉やその原料となる骨や肉、さらにそれらを含んでいる家畜屠体を安全に処理する方法の開発が緊急の課題となっている。
【0003】
このため、家畜屠体に由来する有機物を焼却してセメント原料化する方法が検討されているが、焼却には補助燃料として大量の化石燃料が必要となる。また家畜屠体は、セメント原料とするには発熱量やカルシウム量が十分でない一方、家畜屠体中にはリンなどの有用成分が豊富に含まれているにもかかわらず、セメント原料化すると、その有効利用を図ることが出来なくなってしまうという問題がある。
【0004】
また、畜産の盛んな国や地域では、食肉消費に伴い大量の家畜屠体が生じており、その有効活用が望まれている。その一方、畜産地では大量の家畜生産が原因で牧草地土壌がやせるという問題が生じており、引き続き安定的な畜産活動を行うためには、牧草地の確保と再生が重要な課題となっている。
【0005】
ところで、家畜糞尿、都市の一般ごみ、汚泥などの有機性廃棄物の処理方法として、これを炭化処理し、炭化物として再資源化する方法が採用されている(例えば、特許文献1〜3)。特に、家畜屠体由来の有機物を炭化させた炭化物として骨炭が知られている。この骨炭は、家畜屠体由来の有機物を酸素遮断条件下、高温で加熱処理することによって炭化させたものであり、肥料や飼料添加物、排水処理用の活性炭等として有用性が高い上、異常プリオン等の有害物質が残存する危険性もない。従って、家畜屠体有機物の処理を図る上で炭化処理はセメント原料化よりも有利であると考えられる。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−154728号公報
【特許文献2】
特開平6−32608号公報
【特許文献3】
特開平10−202298号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、家畜屠体等の有機物から骨炭を製造することにより、肥料や土壌改良剤として牧草地等へ散布、還元することができる。しかしながら、骨炭の製造には専用の炭化設備(炭化炉)が必要であり、また少なくとも初期段階では化石燃料を用いて加熱を行う必要がある。畜産地域から家畜屠体等を一旦運び出して他の場所で炭化処理する方法では、移送の費用がかさみ、経済的に見合わない。また、加熱に使用する化石燃料の費用も畜産地域での骨炭製造を困難なものにする。
【0008】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、なるべく化石燃料を使用せず、家畜屠体等の有機物から簡易に、かつ低コストで付加価値の高い骨炭等の炭化物を製造できる炭化システムを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第1の態様に係る炭化システムは、有機物から分離した油分を回収する油回収装置と、回収された前記油分を燃焼させる燃焼装置とを具備し、炉内に収容した有機物を加熱して炭化させる炭化炉と、太陽光を集めて熱として前記炭化炉に供給する太陽熱供給装置と、を備えたことを特徴とする。
【0010】
この第1の態様の炭化システムは、太陽熱供給装置により与えられる熱によって有機物中の油分を分離させ、これを燃料として炉内を昇温させて炭化物を製造することが可能であるため、太陽熱を利用した自立型のシステムとして構築可能なものである。よって、太陽エネルギーの有効利用と低コスト化が図られるほか、システム構成も簡易であることから、大規模な炭化設備の設置が困難な畜産地域等でも容易に設置できる。
【0011】
本発明の第2の態様に係る炭化システムは、第1の態様において、前記炭化炉の内部に、生成する炭化物を順次重力を利用して落下させて集める炭化物回収手段を備えたことを特徴とする。
【0012】
この第2の態様の炭化システムは、重力を利用した炭化物回収手段を備えているので、生成する炭化物が順次落下して速やかに回収されていく。その結果、第1の態様と同様の作用に加え、炭化効率がさらに高まるとともに、均質な炭化物が得られる。
【0013】
本発明の第3の態様に係る炭化システムは、第2の態様において、前記炭化物回収手段は、有機物の載置面から反対側の面へ連通する複数の開口部を有する載置部材と、前記載置部材の載置面に沿って回動することにより、生成した炭化物を前記開口部を介して落下させる回動部材と、を含むことを特徴とする。
【0014】
この第3の態様の炭化システムによれば、第2の態様と同様の作用に加え、開口部を有する載置部材と回動部材という簡易な機構と少ない動力によって、炭化物を落下させながら回収を行うことが可能になる。
【0015】
本発明の第4の態様に係る炭化システムは、第3の態様において、前記載置部材の内部に、前記太陽熱供給装置により供給される加熱された熱媒体を流通させるようにしたことを特徴とする。
【0016】
この第4の態様に係る炭化システムによれば、太陽熱を利用して加熱された熱媒体を載置部材内に導入して有機物を加熱することにより、油分を分離させる。このように、熱媒体により加熱することで、第3の態様と同様の作用に加え、加熱が速やかに行われるとともに熱損失も小さくなり、効率良く油分を回収することが可能になる。
【0017】
本発明の第5の態様に係る炭化システムは、第3の態様または第4の態様において、前記載置部材と前記回動部材が対をなし、重畳的に設けられた多段構造であることを特徴とする。
【0018】
この第5の態様に係る炭化システムによれば、第3の態様または第4の態様と同様の作用に加え、多段構造を採用することによって、上部の載置部材から下部の載置部材に移行していくに従い炭化を進行させる処理が可能になり、短時間でのバッチ処理が可能になるだけでなく、連続的な処理も可能になり、炭化を効率的に実施することができる。
【0019】
本発明の第6の態様に係る炭化システムは、第1の態様から第5の態様のいずれか1つにおいて、太陽光発電装置を備え、所要電力を太陽光発電により賄うことを特徴とする。
【0020】
この第6の態様の炭化システムでは、太陽光発電によって所要電力の全てあるいは殆どを賄うことにより、第1の態様から第5の態様のいずれかと同様の作用に加え、太陽エネルギーを最大限有効利用した自立型、低コストの炭化システムとして、特に年間日照時間の長い畜産地域等において有利に活用できる。
【0021】
本発明の第7の態様に係る炭化物の製造方法は、太陽熱を利用して有機物を加熱し、油分を分離する工程と、分離された油分を燃焼させて有機物を炭化する工程と、を含むことを特徴とする。この特徴によれば、立ち上げ時に太陽熱を利用して油分を回収し、炭化工程では回収した油分を燃料とすることによって、炭化物の製造の自立的稼動が可能となるとともに、太陽エネルギーの有効活用と家畜屠体等の有機物資源の有効利用が可能になる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る炭化システム100の概略構成を模式的に示す図面である。この炭化システム100は、主要な構成として炭化炉10、太陽熱供給装置としての集熱板20および熱媒体循環ライン21、太陽光発電装置としての太陽電池50を備えている。
【0023】
炭化炉10は、中空円筒状の外筒容器を備え、油回収装置としての油貯留部30、燃焼装置としてのバーナー40(40a,40b,40c)を備えている。炭化炉10の外筒容器内部には、載置部材としての棚部11(11a,11b,11c)と、該棚部11に沿って回転可能に設けられた回動部材としてのパドル15(15a,15b,15c)が配備されている。この棚部11とパドル15は炭化物回収手段を構成する。
【0024】
棚部11とパドル15は、棚部11の載置面(図2、図3参照)にパドル1の底面が近接するように、一対ずつが組みになって配備されている。つまり、棚部11aとパドル15a、棚部11bとパドル15b、棚部11cとパドル15cとが、それぞれ対になり、ここでは3対が重畳的に積層配備されている。
【0025】
棚部11aとパドル15aとの位置関係を拡大して図2および図3に示す。パドル15aは、中心において回転軸13により軸支されており、この回転軸13はモータ12に連結されている。これにより、パドル15aは、棚部11aの載置面Sに沿ってその近傍で回動することが可能に構成されている。棚部11b,11cとパドル15b,15cとの位置関係も同様である。
【0026】
棚部11は、熱伝導性の材料で構成され、内部には熱媒体が流通できるような空間が形成されている。棚部11の内部は、後述する熱媒体循環ライン21と連通している。
【0027】
また、棚部11には、多数の開口111が設けられている。これらの開口111は、棚部11の載置面Sから裏面まで貫通して形成されている。
【0028】
炭化炉10の内部には、酸素濃度検知手段としての酸素センサー19が配備されている。また、炭化炉10には、図示しない空気導入部が設けられ、例えば毎分1〜5リットルの空気を導入できるように構成されている。そして、酸素センサー19によって炉内の酸素濃度をモニターし、制御しながら炭化を進めることによって、炭化物の物理的および化学的性状を調整し、付加価値を与えることが可能になる。この点については、以下に詳述する。
非酸素条件(還元雰囲気)で加熱し炭化を進めた場合、有機物中に含まれるリンの多くは水素化物の形で生成ガス中に放散してしまう。特に、有機物が家畜屠体由来のものである場合には、本来リンが豊富に含まれているにもかかわらず、炭化過程で多くが放散し、失われてしまうことになる。また、非酸素条件での炭化では、炭化物の表面積があまり増大しないため、活性炭として使用する場合の吸着能力も十分に高めることができない。このため、得られる骨炭の肥料や吸着材としての価値が減失してしまい、付加価値化が困難となる。
【0029】
これに対して、炉内が所望の酸化状態になるように酸素(空気)を導入し、酸素濃度を制御して炭化を行うことにより、還元雰囲気で生じるリンの放散を抑え、骨炭をはじめとする炭化物中に残存させることが可能になる。また、炭化過程で所定の酸素条件を作り出すことによって、炭化物を多孔質化して表面積を増大させることが可能になる。このように、酸素濃度を制御することにより、リンの損失が抑えられ、かつ吸着性能に優れた炭化物が得られる。この炭化物は、原料有機物が特に家畜屠体である場合には、リンを豊富に含むため肥料としての価値が高いものとなるほか、吸着材としても活性炭と同様の用途で使用することができる。
【0030】
集熱板20には、太陽光を受け、これを熱エネルギーとして熱媒体を加熱する既知の機構が採用されている。本実施形態の炭化システム100において、熱媒体を加熱するために必要な熱量は、例えば、面積約7m程度の集熱板で賄うことが可能となる。
【0031】
熱媒体は、熱媒体循環ライン21により炭化システム100内を循環する。熱媒体循環ライン21は、分岐して、前記したように炭化炉10の棚部11a、11b、11cと接続している(図2および図3参照)。従って、集熱板20で加熱された熱媒体は、各棚部11a、11b、11cの内部に流通し、伝熱性素材で構成される載置面Sを昇温する。
【0032】
油貯留部30は、各棚部11a、11b、11cに設けられた開口111を介して滴下してくる油分を1箇所に集めることが可能な形状として、例えば漏斗状に構成されており、炭化炉10内で生成した油分を底部から回収する。油貯留部30によって回収された油分は、油分供給ライン31を介して移送され、分岐して各バーナー40a、40b、40cへ供給される。油分供給ライン31の分岐ラインには、弁33a、33b、33cが設けられており、油分の供給を必要に応じて遮断したり、供給量を調節したりすることが可能になっている。なお、有機物が油分を豊富に含む家畜屠体である場合、油分は燃料として使用する量を超えて回収可能であるため、貯留したり、他の用途に転用したりすることも可能である。
【0033】
バーナー40(40a,40b,40c)は、供給された油分を燃料として燃焼させ、炭化炉10内を加熱する。
【0034】
太陽電池50は、太陽光を受けて電力を発生させる既知の機構により、例えば日照時には2kW程度の発電が可能になるように、20m程度の面積の集光部(図示せず)を備えている。これにより、外部電力に依存せず、太陽エネルギーだけでモータ12、酸素センサー19のほか、熱媒体循環ライン21および油分供給ライン31に使用するポンプ(図示せず)などの電力を賄うことができる。
【0035】
以上の構成の炭化システム100を太陽光のみを利用する自立型のシステムとする場合は、原料となる有機物として、例えば畜産廃棄物などの油分を豊富に含む原料を用いることが好ましい。ここで畜産廃棄物としては、家畜の屠体および/またはその加工品が挙げられ、より具体的には牛、羊、山羊、ニワトリ等の家畜の屠体、そこから分離された骨、肉、脂肪、内蔵、血液、脳、眼球、皮、蹄、角などのほか、例えば肉骨粉、肉粉、骨粉、血粉などに代表される家畜屠体の破砕物や、血液などを乾燥した乾燥物も含まれる。
【0036】
家畜屠体等の有機物は、炭化炉10に投入され、棚部11aに載置される。この状態で集熱板20により太陽光で加熱された熱媒体が棚部11aの内部に供給される。内部を高温の熱媒体が流通することによって、棚部11aの載置面Sは高温になり、有機物中に含まれる油分が、融解、滲出等してくる。この油分は、棚部11aに設けられた開口111を介して流下し、油貯留部30に貯留される。
【0037】
油貯留部30に回収された油分は油分供給ライン31内を図示しないポンプにより移送され、各バーナー40a、40b、40cへ供給される。バーナー40の燃焼により炭化炉10内はさらに昇温され、より多くの油分が回収されるとともに有機物が徐々に炭化していく。炭化工程では、必要に応じて酸素センサー19で酸素濃度をモニターしながら、空気導入部(図示せず)から外部空気を導入することも可能である。
【0038】
炭化がある程度進んだ状態で、モータ12を駆動してパドル15aを回動させる。前記したように、モータ12は、太陽電池50に蓄えられた電力により駆動される。パドル15aの回転によって、最上段の棚部11aで生成した炭化物には、載置面Sとの間で押し潰されるような押圧力とせん断力が加えられる。これによって炭化物は開口111から次位の棚部11b上に落下する。棚部11bにおいても、バーナー40bの燃焼と、必要に応じ熱媒体による棚部11bの載置面Sの加熱(弁33bを開放した場合)とによって炭化がさらに進行する。生成した炭化物は、パドル15bの回動により押圧力とせん断力が加えられ、開口111を介してさらに次位の棚部11cに落下する。棚部11cでは、さらに同様の過程で炭化が進行し、最終的な炭化物となって炭化炉10の炉底17(床)に落下し、集積していく。炭化炉10の炉底17は斜めに傾斜して形成されているため、落下してくる炭化物の取出しを容易に行うことができる。
【0039】
このように、炭化システム100によれば、有機物中に含まれる油分を太陽熱により取出して燃料とし、加熱を行うとともに、モータ12等の駆動に必要な動力も太陽光発電によって賄うことにより、家畜屠体等の有機物から、太陽エネルギーのみで炭化物を製造することが可能になる。例えば、炭化炉10の外筒容器のサイズを直径700mm、高さ800mmに設定した場合、日照時には毎時約10kgの有機物を炭化することが可能である。
【0040】
このように、本実施形態の炭化システム100では、有機物中に含まれる油分を太陽熱により取出して燃料とし、加熱を行うとともに、モータ12等の駆動に必要な動力も太陽光発電によって賄うことにより、家畜屠体等の有機物から、太陽エネルギーのみで炭化物を製造することが可能になる。この炭化システム100は、装置構成も簡易であり、移動可能な可搬型のシステムとして畜産地域に配備できるため、製造される骨炭等の炭化物を近隣の牧草地等に施用することも容易に行える。
【0041】
<第2実施形態>
図4は、本発明の第2実施形態に係る炭化システム200の概略構成を模式的に示す図面である。この炭化システム200は、並列的に配置された3基の炭化炉210,210,210を備えている。各炉の構成は同じである。各炭化炉210の周囲には、太陽熱供給装置としての半円筒状の集熱板20が備えられている。これらの集熱板20は熱反射板として作用する。
【0042】
また、炭化システム200は、油回収装置としての油貯留部30、燃焼装置としてのバーナー40、太陽光発電装置としての太陽電池50を備えている。
【0043】
炭化炉210は、中空円筒状の外筒容器を備え、下部には、炭化物を取出すための開閉可能な扉213を備えた取出し口を備えている。また、炭化炉210の底部付近には、バーナー40と、エアポンプ70に接続する空気導入部41とが近接して設けられている。さらに、炭化炉210内には、酸素濃度検知手段としての酸素センサー19が配備されている。この酸素センサー19の作用は前記第一実施形態と同様である。
【0044】
炭化炉210内で生成した油分は、底部から抜出して油貯留部30に回収する。油貯留部30によって回収された油分は、オイルポンプ35により油分供給ライン31を介して移送され、分岐して各炭化炉210,210,210のバーナー40へ供給される。本実施形態ではオイルポンプ35により、油分の供給量を調節することにより、バーナー40の燃焼を調節し、炉内温度を制御できる。なお、本実施形態においても、有機物が家畜屠体である場合、油分は燃料として使用する量を超えて回収可能であるため、貯留したり、他の用途に転用したりすることが可能である。
【0045】
太陽電池50は、例えば日照時には1kW程度の発電が可能になるように、所定面積の集光部(図示せず)を備えている。これにより、外部電力に依存せず、太陽エネルギーだけで酸素センサー19、オイルポンプ35、エアポンプ70を駆動できる。本実施形態では、太陽電池50は、バックアップ用バッテリー機能を内臓したシステムコントローラー60と接続しており、計装・電力ライン61を介して各機器に電力供給が行われる。また、システムコントローラー60は、酸素センサー19において検知された酸素濃度に基づきエアポンプ70による空気供給量を制御する。これにより、炭化炉210内の酸化還元状態の調節が容易に行える。つまり、システムコントローラー60とエアポンプ70は、酸素センサー19と協働して酸素濃度制御手段として機能する。
【0046】
本実施形態の炭化システム200を、太陽光のみを利用する自立型のシステムとする場合は、原料となる有機物として、例えば畜産廃棄物などの油分を豊富に含む原料を用いることが好ましい。
【0047】
家畜屠体等の有機物は、頂部の蓋材211を開いて中空の炭化炉210に投入される。日照時には、集熱板20の反射熱によって炭化炉210内が昇温され、有機物中に含まれる油分が、融解、滲出等してくる。この油分は、炭化炉210内を流下し、油貯留部30に貯留される。
【0048】
油貯留部30に回収された油分は、オイルポンプ35により油分供給ライン31内を移送され、各バーナー40へ供給される。バーナー40の燃焼により炭化炉210内はさらに昇温され、より多くの油分が回収されるとともに有機物が徐々に炭化していく。炭化工程では、必要に応じて酸素センサー19で酸素濃度をモニターしながら、エアポンプ70によって所定量の空気を空気導入部41から導入することも可能である。
【0049】
炭化が進行すると炭化物は、炭化炉210の炉底(床)に落下し、集積していく。この炭化物は扉213を開放することによって容易に排出することができる。
【0050】
このように、本実施形態の炭化システム200によれば、有機物中に含まれる油分を太陽熱により取出して燃料とし、加熱を行うとともに、ポンプの駆動に必要な動力も太陽光発電によって賄うことにより、家畜屠体等の有機物から、太陽エネルギーのみで炭化物を製造することが可能になる。この炭化システム200は、例えば日の出後に原料を装填して、装置を立ち上げ、日没までに炭化が終了するバッチ式システムとして稼動させることができる。そして、この炭化システム200は、装置構成も簡易であり、移動可能な可搬型のシステムとして畜産地域に配備できるため、製造される骨炭等の炭化物を近隣の牧草地等に施用することもできる。
【0051】
以上、本発明を種々の実施形態に関して述べたが、本発明は上記実施形態に制約されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、他の実施形態についても適用可能である。
【0052】
例えば第1実施形態の炭化炉100では、熱媒体を利用して棚部11を加熱しているが、このような機構とせず、第2実施形態のように反射熱を利用して炉全体を加熱することも可能である。
【0053】
なお、上記実施形態では、日照時のみの稼動を原則とするが、例えば太陽熱により分離される油分や、太陽光発電による電力を蓄えて置くことにより、悪天候の場合や夜間などにおいても稼動させることが可能である。
【0054】
また、本発明の炭化システムは原則として石油等の化石燃料に依存しない自立型のシステムであるが、立ち上げ稼動時や悪天候などの場合に一時的または臨時的にこれらを使用することは妨げない。
【0055】
【発明の効果】
本発明により、駆動源を太陽電池からの電力、立ち上げ時の熱源を太陽熱とするエネルギー自立型炭化システムが実現できる。すなわち、本発明の炭化システムでは、太陽熱供給装置により与えられる熱によって有機物中の油分を分離させ、これを燃料として炉内を昇温させて炭化物を製造することが可能であるため、太陽熱を利用した自立型のシステムとして構築が可能になる。よって、太陽エネルギーの有効利用と低コスト化が図られるほか、大規模な炭化設備の設置が困難な畜産地域等での利用に適している。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の炭化システムの概要を模式的に示す図面。
【図2】棚部とパドルとの位置関係を拡大して示す図面。
【図3】図2を上方から見た状態を示す図面であり、パドルを仮想線で示す。
【図4】第2実施形態の炭化システムの概要を模式的に示す図面。
【符号の説明】
10 炭化炉
11 棚部
12 モータ
15 パドル
17 炉底
19 酸素センサー
20 集熱板
21 熱媒体循環ライン
30 油貯留部
31 油分供給ライン
33 弁
35 オイルポンプ
40 バーナー
41 空気導入部
50 太陽電池
60 システムコントローラー
70 エアポンプ
100 炭化システム
111 開口
200 炭化システム
210 炭化炉
211 蓋材
213 扉
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a carbonization system, and more particularly, to a carbonization system and a method for producing carbide from organic waste including livestock carcass using solar energy (solar heat, sunlight).
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a measure against BSE (bovine spongiform encephalopathy) in Japan, the addition of meat-and-bone meal derived from livestock carcass to feed has been banned, and most of organic matter derived from livestock carcass has to be disposed It is in a situation where you can not get. In particular, livestock suspected of having BSE must be disposed of, including meat and fat. At this time, it is necessary to avoid releasing abnormal prions that cause BSE to the environment. Therefore, a method for safely processing meat-and-bone meal, bone and meat as raw materials thereof, and livestock carcass containing them is considered. Development is an urgent task.
[0003]
For this reason, a method of incinerating organic matter derived from livestock carcasses and converting it into a raw material for cement has been studied, but incineration requires a large amount of fossil fuel as an auxiliary fuel. Livestock carcass does not have sufficient calorific value and calcium content to be used as a cement raw material. There is a problem that use cannot be aimed at.
[0004]
In addition, in countries and regions where livestock is thriving, a large amount of livestock carcass is produced due to meat consumption, and effective utilization thereof is desired. On the other hand, in livestock production areas, there is a problem that pasture soils become thinner due to the large amount of livestock production, and securing and rehabilitation of pastures is an important issue in order to continue stable livestock production. I have.
[0005]
By the way, as a method of treating organic waste such as livestock manure, municipal garbage, and sludge, a method of carbonizing the waste and recycling it as a carbide has been adopted (for example, Patent Documents 1 to 3). In particular, bone charcoal is known as a carbonized material obtained by carbonizing organic matter derived from a livestock carcass. This bone char is obtained by carbonizing organic matter derived from livestock carcasses by heating at high temperature under oxygen-blocking conditions.It is highly useful as fertilizer, feed additive, activated carbon for wastewater treatment, etc. There is no danger of harmful substances such as prions remaining. Therefore, it is considered that the carbonization is more advantageous than the cement raw material in treating the organic matter of livestock carcass.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-154728 [Patent Document 2]
JP-A-6-32608 [Patent Document 3]
JP-A-10-202298 [0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, by producing bone charcoal from organic matter such as livestock carcasses, it can be spread and reduced on pastures and the like as fertilizers and soil improvers. However, the production of bone char requires a special carbonization facility (carbonization furnace), and at least at the initial stage, it is necessary to perform heating using fossil fuel. The method of once carrying out livestock carcasses and the like from a livestock area and carbonizing them elsewhere increases the cost of transportation and is not economically viable. The cost of fossil fuels used for heating also makes bone char production difficult in livestock areas.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and a carbonization system capable of easily producing a high-value-added carbide such as bone charcoal from organic matter such as livestock carcass without using fossil fuels as much as possible. To provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a carbonization system according to a first aspect of the present invention includes an oil recovery device that recovers oil separated from organic matter, and a combustion device that burns the recovered oil. A carbonization furnace for heating and carbonizing the organic matter contained in the carbonization furnace; and a solar heat supply device for collecting sunlight and supplying it as heat to the carbonization furnace.
[0010]
The carbonization system according to the first aspect is capable of separating the oil component in the organic matter by the heat provided by the solar heat supply device and raising the temperature in the furnace using the oil as a fuel to produce carbide. It can be built as a self-contained system that uses it. Therefore, effective use of solar energy and cost reduction are achieved, and the system configuration is simple, so that it can be easily installed even in a livestock area where it is difficult to install a large-scale carbonization facility.
[0011]
The carbonization system according to a second aspect of the present invention is the carbonization system according to the first aspect, further comprising a carbide recovery means for sequentially dropping and collecting the generated carbide by using gravity in the carbonization furnace. I do.
[0012]
Since the carbonization system of the second aspect is provided with the carbide recovery means using gravity, the generated carbides fall sequentially and are rapidly recovered. As a result, in addition to the same effect as in the first embodiment, the carbonization efficiency is further increased, and a uniform carbide is obtained.
[0013]
In the carbonization system according to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the carbide recovery means may include: a mounting member having a plurality of openings communicating from the mounting surface of the organic material to the opposite surface; A rotating member that rotates along the mounting surface of the writing member to drop the generated carbide through the opening.
[0014]
According to the carbonization system of the third aspect, in addition to the same operation as that of the second aspect, the recovery is performed while dropping the carbide by the simple mechanism of the mounting member having the opening and the rotating member and the small power. It is possible to do.
[0015]
The carbonization system according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the third aspect, the heated heat medium supplied by the solar heat supply device is caused to flow inside the placement member. I do.
[0016]
According to the carbonization system according to the fourth aspect, the heating medium heated by using solar heat is introduced into the mounting member to heat the organic matter, thereby separating the oil. As described above, by heating with the heat medium, in addition to the same operation as in the third aspect, heating is performed quickly, heat loss is reduced, and oil can be efficiently recovered.
[0017]
A carbonization system according to a fifth aspect of the present invention is the carbonization system according to the third aspect or the fourth aspect, wherein the placing member and the rotating member form a pair and have a multi-stage structure provided in an overlapping manner. Features.
[0018]
According to the carbonization system according to the fifth aspect, in addition to the same operation as the third aspect or the fourth aspect, by adopting a multi-stage structure, the upper mounting member is shifted to the lower mounting member. As the process proceeds, it is possible to perform a process of promoting carbonization, and not only batch processing in a short time is enabled, but also continuous processing is enabled, and carbonization can be efficiently performed.
[0019]
A carbonization system according to a sixth aspect of the present invention is the carbonization system according to any one of the first aspect to the fifth aspect, further comprising a photovoltaic power generation device, wherein required power is covered by photovoltaic power generation.
[0020]
In the carbonization system of the sixth aspect, all or most of the required power is covered by the photovoltaic power generation, and in addition to the same operation as any of the first to fifth aspects, the solar energy is used to the maximum extent possible. As a self-supporting, low-cost carbonized system, it can be advantageously used particularly in livestock farming areas with long annual sunshine hours.
[0021]
The method for producing a carbide according to the seventh aspect of the present invention includes a step of heating an organic substance using solar heat to separate an oil component, and a step of burning the separated oil component to carbonize the organic substance. It is characterized by. According to this feature, the oil content is recovered by using solar heat at the time of start-up, and in the carbonization process, the recovered oil content is used as fuel, so that autonomous operation of carbide production is possible and effective use of solar energy And effective use of organic resources such as livestock carcass.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First embodiment>
FIG. 1 is a drawing schematically showing a schematic configuration of a carbonization system 100 according to the first embodiment of the present invention. The carbonization system 100 includes, as main components, a carbonization furnace 10, a heat collecting plate 20 and a heat medium circulation line 21 as a solar heat supply device, and a solar cell 50 as a solar power generation device.
[0023]
The carbonization furnace 10 includes a hollow cylindrical outer cylinder container, an oil storage unit 30 as an oil recovery device, and a burner 40 (40a, 40b, 40c) as a combustion device. Inside the outer cylinder container of the carbonization furnace 10, a shelf 11 (11a, 11b, 11c) as a mounting member and a paddle 15 (15a) as a rotating member rotatably provided along the shelf 11 are provided. , 15b, 15c). The shelf 11 and the paddle 15 constitute a carbide collecting means.
[0024]
The shelves 11 and the paddles 15 are arranged in pairs so that the bottom surface of the paddle 1 is close to the mounting surface (see FIGS. 2 and 3) of the shelves 11. That is, the shelves 11a and the paddles 15a, the shelves 11b and the paddles 15b, and the shelves 11c and the paddles 15c are paired, and here three pairs are stacked and arranged in a superimposed manner.
[0025]
The positional relationship between the shelf 11a and the paddle 15a is enlarged and shown in FIGS. The paddle 15a is supported at its center by a rotating shaft 13, which is connected to the motor 12. Thus, the paddle 15a is configured to be rotatable along the mounting surface S of the shelf 11a in the vicinity thereof. The same applies to the positional relationship between the shelves 11b and 11c and the paddles 15b and 15c.
[0026]
The shelf 11 is made of a heat conductive material, and has a space formed therein so that a heat medium can flow therethrough. The inside of the shelf 11 communicates with a heat medium circulation line 21 described later.
[0027]
The shelf 11 is provided with a large number of openings 111. These openings 111 are formed to penetrate from the mounting surface S to the back surface of the shelf 11.
[0028]
An oxygen sensor 19 as oxygen concentration detecting means is provided inside the carbonization furnace 10. The carbonization furnace 10 is provided with an air introduction unit (not shown), and is configured to be able to introduce, for example, 1 to 5 liters of air per minute. Then, the oxygen concentration in the furnace is monitored by the oxygen sensor 19, and the carbonization is advanced while controlling the oxygen concentration, whereby the physical and chemical properties of the carbide can be adjusted and added value can be given. This will be described in detail below.
When heating is performed under non-oxygen conditions (reducing atmosphere) to promote carbonization, most of the phosphorus contained in the organic matter is released into the product gas in the form of a hydride. In particular, when the organic matter is derived from a livestock carcass, much of the organic matter is diffused and lost in the carbonization process even though phosphorus is originally contained abundantly. In addition, in carbonization under non-oxygen conditions, the surface area of the carbide does not increase so much, so that the adsorption capacity when used as activated carbon cannot be sufficiently increased. For this reason, the value of the obtained bone char as a fertilizer or an adsorbent is lost, and it is difficult to add value.
[0029]
On the other hand, oxygen (air) is introduced so that the inside of the furnace becomes a desired oxidation state, and carbonization is performed by controlling the oxygen concentration, thereby suppressing the emission of phosphorus generated in the reducing atmosphere, and starting with the use of bone charcoal. Can be left in the resulting carbide. Also, by creating a predetermined oxygen condition in the carbonization process, it is possible to make the carbide porous and increase the surface area. Thus, by controlling the oxygen concentration, a loss of phosphorus can be suppressed, and a carbide having excellent adsorption performance can be obtained. When the raw material organic matter is a livestock carcass, the carbonized material is rich in phosphorus and therefore has a high value as a fertilizer, and can be used as an adsorbent in the same application as activated carbon.
[0030]
The heat collecting plate 20 employs a known mechanism that receives sunlight and uses the sunlight as heat energy to heat the heat medium. In the carbonization system 100 of the present embodiment, the amount of heat required to heat the heat medium can be covered by, for example, a heat collecting plate having an area of about 7 m 2 .
[0031]
The heat medium circulates through the carbonization system 100 through the heat medium circulation line 21. The heat medium circulation line 21 branches and is connected to the shelves 11a, 11b, 11c of the carbonization furnace 10 as described above (see FIGS. 2 and 3). Therefore, the heat medium heated by the heat collecting plate 20 flows inside each of the shelves 11a, 11b, 11c, and raises the temperature of the mounting surface S made of a heat conductive material.
[0032]
The oil storage unit 30 is formed in a funnel shape, for example, as a shape capable of collecting oil dropped through the opening 111 provided in each of the shelves 11a, 11b, 11c in one place. The oil generated in the furnace 10 is recovered from the bottom. The oil recovered by the oil storage unit 30 is transferred via an oil supply line 31, branched, and supplied to each of the burners 40a, 40b, 40c. Valves 33a, 33b, and 33c are provided in the branch line of the oil supply line 31, so that the supply of the oil can be shut off or the supply amount can be adjusted as needed. In addition, when the organic matter is a livestock carcass containing abundant oil, the oil can be recovered in excess of the amount used as fuel, and thus can be stored or diverted to other uses.
[0033]
The burner 40 (40a, 40b, 40c) burns the supplied oil as fuel and heats the inside of the carbonization furnace 10.
[0034]
The solar cell 50 is provided with a light-collecting unit (not shown) having an area of about 20 m 2 by a known mechanism that receives sunlight and generates electric power, for example, so that it can generate about 2 kW during sunshine. I have. Accordingly, the electric power of the motor 12 and the oxygen sensor 19, as well as the electric power of the pump (not shown) used for the heat medium circulation line 21 and the oil supply line 31 can be covered by the solar energy alone without depending on the external electric power. .
[0035]
When the carbonization system 100 having the above configuration is a self-supporting system using only sunlight, it is preferable to use a raw material rich in oil, such as livestock waste, as the organic material as the raw material. Here, the livestock waste includes carcasses of livestock and / or processed products thereof. More specifically, carcasses of livestock such as cattle, sheep, goats, chickens, and the like, bones, meat, Includes fat, internal organs, blood, brain, eyeballs, skin, hooves, horns, etc., as well as crushed livestock carcasses represented by meat-and-bone meal, meat meal, bone meal, blood meal, etc. It is.
[0036]
Organic matter such as a livestock carcass is put into the carbonization furnace 10 and placed on the shelf 11a. In this state, the heat medium heated by the sunlight by the heat collecting plate 20 is supplied to the inside of the shelf 11a. When the high-temperature heat medium circulates through the inside, the mounting surface S of the shelf 11a becomes high in temperature, and the oil contained in the organic matter melts and exudes. This oil component flows down through the opening 111 provided in the shelf 11 a and is stored in the oil storage unit 30.
[0037]
The oil recovered in the oil storage unit 30 is transported in the oil supply line 31 by a pump (not shown) and supplied to each of the burners 40a, 40b, and 40c. The temperature inside the carbonization furnace 10 is further increased by the combustion of the burner 40, and more oil is recovered and the organic matter is gradually carbonized. In the carbonization step, external air can be introduced from an air introduction unit (not shown) while monitoring the oxygen concentration with the oxygen sensor 19 as necessary.
[0038]
With carbonization advanced to some extent, the motor 12 is driven to rotate the paddle 15a. As described above, the motor 12 is driven by the electric power stored in the solar cell 50. By the rotation of the paddle 15a, a pressing force and a shearing force are applied to the carbide generated on the uppermost shelf 11a so as to be crushed between the carbide and the mounting surface S. As a result, the carbide falls from the opening 111 onto the next shelf 11b. Also in the shelf 11b, the carbonization further proceeds due to the combustion of the burner 40b and the heating of the mounting surface S of the shelf 11b by the heat medium (if the valve 33b is opened) as needed. The generated carbide is subjected to a pressing force and a shearing force by the rotation of the paddle 15b, and further falls through the opening 111 to the next shelf 11c. In the shelf 11c, carbonization further proceeds in the same process, becomes final carbides, and falls on the furnace bottom 17 (floor) of the carbonization furnace 10 and accumulates. Since the furnace bottom 17 of the carbonization furnace 10 is formed to be obliquely inclined, it is possible to easily remove falling carbides.
[0039]
As described above, according to the carbonization system 100, the oil contained in the organic matter is taken out by the solar heat to be used as fuel, heated, and the power required for driving the motor 12 and the like is covered by the photovoltaic power generation. From an organic substance such as a body, it becomes possible to produce a carbide using only solar energy. For example, when the size of the outer cylindrical container of the carbonization furnace 10 is set to a diameter of 700 mm and a height of 800 mm, it is possible to carbonize about 10 kg of organic matter per hour during sunshine.
[0040]
As described above, in the carbonization system 100 of the present embodiment, the oil contained in the organic matter is taken out by solar heat to be used as fuel, and heating is performed, and power required for driving the motor 12 and the like is covered by solar power generation. From organic matter such as livestock carcasses, it is possible to produce carbide using only solar energy. Since the carbonization system 100 has a simple apparatus configuration and can be deployed in a livestock area as a movable and portable system, it is possible to easily apply a carbonized material such as bone charcoal to a nearby pasture or the like.
[0041]
<Second embodiment>
FIG. 4 is a drawing schematically showing a schematic configuration of a carbonization system 200 according to the second embodiment of the present invention. This carbonization system 200 includes three carbonization furnaces 210, 210, 210 arranged in parallel. The configuration of each furnace is the same. Around each carbonization furnace 210, a semi-cylindrical heat collecting plate 20 as a solar heat supply device is provided. These heat collecting plates 20 function as heat reflecting plates.
[0042]
The carbonization system 200 includes an oil storage unit 30 as an oil recovery device, a burner 40 as a combustion device, and a solar cell 50 as a solar power generation device.
[0043]
The carbonization furnace 210 includes a hollow cylindrical outer cylindrical container, and a lower portion includes an outlet provided with an openable and closable door 213 for extracting carbide. Further, near the bottom of the carbonization furnace 210, a burner 40 and an air introduction part 41 connected to the air pump 70 are provided close to each other. Further, an oxygen sensor 19 as oxygen concentration detecting means is provided in the carbonization furnace 210. The operation of the oxygen sensor 19 is the same as that of the first embodiment.
[0044]
The oil generated in the carbonization furnace 210 is extracted from the bottom and collected in the oil storage unit 30. The oil recovered by the oil storage unit 30 is transferred by an oil pump 35 via an oil supply line 31, branched, and supplied to the burners 40 of the carbonization furnaces 210, 210, 210. In the present embodiment, by controlling the oil supply amount by the oil pump 35, the combustion of the burner 40 can be adjusted, and the furnace temperature can be controlled. In addition, also in this embodiment, when the organic matter is livestock carcass, the oil content can be recovered in excess of the amount used as fuel, so that it can be stored or diverted to other uses. .
[0045]
The solar cell 50 is provided with a light-collecting unit (not shown) having a predetermined area so that, for example, power generation of about 1 kW can be performed in sunlight. Thus, the oxygen sensor 19, the oil pump 35, and the air pump 70 can be driven only by solar energy without depending on external power. In the present embodiment, the solar cell 50 is connected to a system controller 60 having a built-in backup battery function, and power is supplied to each device via an instrumentation / power line 61. Further, the system controller 60 controls the amount of air supplied by the air pump 70 based on the oxygen concentration detected by the oxygen sensor 19. Thus, the oxidation-reduction state in carbonization furnace 210 can be easily adjusted. That is, the system controller 60 and the air pump 70 function as oxygen concentration control means in cooperation with the oxygen sensor 19.
[0046]
When the carbonization system 200 of the present embodiment is a self-supporting system using only sunlight, it is preferable to use a raw material rich in oil, such as livestock waste, as the organic material as the raw material.
[0047]
Organic matter such as livestock carcass is introduced into the hollow carbonization furnace 210 with the top lid 211 opened. At the time of sunshine, the temperature inside the carbonization furnace 210 is increased by the reflection heat of the heat collecting plate 20, and the oil contained in the organic matter is melted or leached out. This oil component flows down in the carbonization furnace 210 and is stored in the oil storage unit 30.
[0048]
The oil collected in the oil storage unit 30 is transferred through the oil supply line 31 by the oil pump 35 and supplied to each burner 40. The temperature inside the carbonization furnace 210 is further increased by the combustion of the burner 40, so that more oil is recovered and the organic matter is gradually carbonized. In the carbonization step, a predetermined amount of air can be introduced from the air introduction unit 41 by the air pump 70 while monitoring the oxygen concentration with the oxygen sensor 19 as necessary.
[0049]
As the carbonization proceeds, the carbides fall to the bottom (floor) of the carbonization furnace 210 and accumulate. This carbide can be easily discharged by opening the door 213.
[0050]
As described above, according to the carbonization system 200 of the present embodiment, the oil contained in the organic matter is taken out by the solar heat to be used as the fuel, and the fuel is heated, and the power required for driving the pump is covered by the photovoltaic power generation. From organic matter such as livestock carcasses, it is possible to produce carbide using only solar energy. The carbonization system 200 can be operated as a batch system in which, for example, raw materials are loaded after sunrise, the apparatus is started up, and carbonization is completed by sunset. Since the carbonization system 200 has a simple device configuration and can be deployed in a livestock area as a movable and portable system, it is possible to apply a carbonized material such as bone charcoal to a nearby pasture or the like.
[0051]
As described above, the present invention has been described with respect to various embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to other embodiments within the scope of the invention described in the claims. It is.
[0052]
For example, in the carbonization furnace 100 of the first embodiment, the shelf 11 is heated using a heat medium. However, such a mechanism is not used, and the entire furnace is heated using reflected heat as in the second embodiment. Heating is also possible.
[0053]
In the above embodiment, the operation is basically performed only in the sunshine. However, for example, by storing the oil separated by solar heat or the power generated by the solar power generation, the operation can be performed even in bad weather or at night. Is possible.
[0054]
In addition, the carbonization system of the present invention is a self-supporting system that does not rely on fossil fuels such as petroleum fuel in principle, but does not prevent temporary or temporary use during startup or in bad weather. .
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize an energy self-supporting carbonization system in which the driving source is electric power from a solar cell and the heat source at the time of startup is solar heat. That is, in the carbonization system of the present invention, it is possible to separate the oil component in the organic matter by the heat given by the solar heat supply device and to raise the temperature in the furnace using this as a fuel to produce carbide, so that the solar heat is utilized. It can be built as a self-sustaining system. Therefore, effective utilization of solar energy and cost reduction can be achieved, and it is suitable for use in livestock farming areas where it is difficult to install large-scale carbonization facilities.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a drawing schematically showing an outline of a carbonization system according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged view showing a positional relationship between a shelf and a paddle.
FIG. 3 is a drawing showing FIG. 2 as viewed from above, and a paddle is indicated by a virtual line.
FIG. 4 is a drawing schematically showing an outline of a carbonization system according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Carbonization furnace 11 Shelf part 12 Motor 15 Paddle 17 Hearth 19 Oxygen sensor 20 Heat collecting plate 21 Heat medium circulation line 30 Oil storage part 31 Oil supply line 33 Valve 35 Oil pump 40 Burner 41 Air introduction part 50 Solar cell 60 System controller 70 Air pump 100 Carbonization system 111 Opening 200 Carbonization system 210 Carbonization furnace 211 Lid 213 Door

Claims (7)

有機物から分離した油分を回収する油回収装置と、回収された前記油分を燃焼させる燃焼装置とを具備し、炉内に収容した有機物を加熱して炭化させる炭化炉と、
太陽光を集めて熱として前記炭化炉に供給する太陽熱供給装置と、
を備えたことを特徴とする、炭化システム。
An oil recovery device that recovers oil separated from organic matter, and a combustion device that includes a combustion device that burns the recovered oil, and a carbonization furnace that heats and carbonizes organic matter stored in the furnace.
A solar heat supply device that collects sunlight and supplies it as heat to the carbonization furnace,
A carbonization system comprising:
請求項1において、前記炭化炉の内部に、生成する炭化物を順次重力を利用して落下させて集める炭化物回収手段を備えたことを特徴とする、炭化システム。2. The carbonization system according to claim 1, further comprising: a carbide recovery unit inside the carbonization furnace, which collects the generated carbides by using gravity to sequentially drop the collected carbides. 請求項2において、前記炭化物回収手段は、有機物の載置面から反対側の面へ連通する複数の開口部を有する載置部材と、
前記載置部材の載置面に沿って回動することにより、生成した炭化物を前記開口部を介して落下させる回動部材と、
を含むことを特徴とする、炭化システム。
In claim 2, a mounting member having a plurality of openings communicating from the mounting surface of the organic material to the opposite surface, the carbide recovery means,
By rotating along the mounting surface of the mounting member described above, a rotating member for dropping the generated carbide through the opening,
A carbonization system, comprising:
請求項3において、前記載置部材の内部に、前記太陽熱供給装置により供給される加熱された熱媒体を流通させるようにしたことを特徴とする、炭化システム。The carbonization system according to claim 3, wherein the heated heat medium supplied by the solar heat supply device is caused to flow inside the placement member. 請求項3または請求項4において、前記載置部材と前記回動部材が対をなし、重畳的に設けられた多段構造である、炭化システム。The carbonization system according to claim 3 or 4, wherein the placing member and the rotating member form a pair and have a multi-stage structure provided in an overlapping manner. 請求項1から請求項5のいずれか1項において、太陽光発電装置を備え、所要電力を太陽光発電により賄うことを特徴とする、炭化システム。The carbonization system according to any one of claims 1 to 5, further comprising a photovoltaic power generation device, wherein required power is covered by photovoltaic power generation. 太陽熱を利用して有機物を加熱し、油分を分離する工程と、
分離された油分を燃焼させて有機物を炭化する工程と、を含むことを特徴とする、炭化物の製造方法。
A step of heating organic matter using solar heat to separate oils;
Burning the separated oil to carbonize the organic matter.
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