JP2006320478A - 化学発熱組成物用の原材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 化学発熱組成物用の新規な原材料を提供すること。
【解決手段】 本発明によれば、有機性廃棄物の熱分解残渣から回収された炭素残渣からなる化学発熱組成物用原料、および有機性廃棄物の熱分解により回収された熱分解ガスを燃焼させて得られる燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物からなる化学発熱組成物用材料が提供される。さらに、これらの化学発熱組成物用原料および／または化学発熱組成物用材料を含む化学発熱組成物が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学発熱組成物用の原料、特に化学カイロの原料に関する。さらに詳しくは、有機性廃棄物の熱分解によって生じる物質の、化学発熱組成物の原料としての利用に関する。

産業廃棄物あるいは家庭ごみなどには有機物が含まれており、これらは一般には焼却処分されている。例えば、乾留ドラム、溶融燃焼装置、および排ガス処理装置を備えた、都市ごみなどの有機性廃棄物の熱分解ガス化溶融燃焼装置がある（特許文献１）。この装置を用いるシステムでは、有機性廃棄物を乾留ドラムで熱分解して、乾留ガスと熱分解残渣とに分け；熱分解残渣を分別・細粒化し；乾留ガスと熱分解残渣とを溶融燃焼炉に送り込んで、高温で燃焼し；燃焼熱を廃熱ボイラで熱回収し；そして、燃焼排ガスを、集塵器および廃ガス処理装置を経て、無機化合物、無機塩素化合物などを除去して、排出する。すなわち、このシステムは、熱分解残渣を細粒と粗大粒とに分別し、炭素を多く含む細粒の一部を溶融燃焼炉に送って燃焼させ、残りは活性炭化してダイオキシンなどの有害物質を吸着させた後、溶融燃焼に供する。したがって、有機性廃棄物の熱分解で生じた炭素をエネルギーとして利用できるので、少ない外部エネルギーで有機性廃棄物を処理できるという優れたシステムである。しかし、溶融燃焼によりスラグの冷却および搬出・貯留設備が必要となること、有機性廃棄物の燃焼によって、地球温暖化の原因物質といわれる二酸化炭素が発生することなどの問題がある。
特開平９−２８０５２３号公報

スラグの発生および二酸化炭素の排出をできるだけ抑制するための新たな方策を開発する必要がある。

本発明者らは、都市ごみなどの有機性廃棄物の有効利用を目的として鋭意検討したところ、溶融燃焼装置を用いる都市ごみの焼却装置において、乾留ドラムで乾留された熱分解残渣中の炭素残渣が化学カイロなどの化学発熱組成物の原料として用いられ得ること、燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物も、化学カイロなどの化学発熱組成物の材料となり得ること、さらに、有機性廃棄物として回収される鉄も化学カイロなどの化学発熱組成物として用いられ得ることを見出して、本発明を完成させた。

本発明は、有機性廃棄物の熱分解残渣から回収された炭素残渣からなる、化学発熱組成物用原料を提供する。

本発明はまた、有機性廃棄物の熱分解により回収された熱分解ガスを燃焼させて得られる燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物からなる化学発熱組成物用材料を提供する。

本発明はさらに、上記化学発熱組成物用原料および／または化学発熱組成物用材料を含む化学発熱組成物を提供する。

本発明によれば、都市ごみなどの有機性廃棄物を処理する熱分解燃焼装置において発生した炭素残渣、および／または発生した燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物を、化学カイロなどの化学発熱組成物の原材料として利用することにより、資源の有効な利用を可能にし、化学カイロで使用されている活性炭、食塩などの天然資源の使用量を低減することができる。また、熱分解残渣を燃焼する必要がないため、二酸化炭素の発生が抑制される。さらに、熱分解ガス化溶融装置において、乾留ガスのみを燃焼すればよいため、スラグが発生しない。そのため、溶融炉およびスラグ排出設備が不要となり、耐火物補修費も削減することができるという副次的効果も生じる。

化学発熱組成物は、金属の酸化熱を利用する発熱組成物であり、いわゆる使い捨てカイロ（化学カイロ）などに利用されている。化学発熱組成物は、一般に、鉄粉、食塩、水、活性炭粉末、保水材などから構成されている。この化学発熱組成物は、鉄粉が水および空気中の酸素と反応して水酸化第二鉄となる過程で発生する反応熱を熱源としている。食塩は鉄の酸化速度の調節のために、活性炭粉末は水分の保持、温度調整、空気中の酸素の保持などのために用いられている。一般的には、化学発熱組成物中、金属粉を５３質量％、食塩を３質量％、活性炭粉末を１５質量％、保水材を１質量％および水分を２８質量％含むように調製されている。

本発明では、熱分解ガス化溶融装置における有機性廃棄物（例えば、都市ごみ）の熱分解により生じる熱分解残渣を分別して得られた炭素残渣が、４０％以上の炭素を含むこと、およびこの炭素残渣には有害物質がほとんど含まれないことから、この炭素残渣を上記活性炭の代替品として用いる。

従来の熱分解ガス化溶融燃焼装置では、燃焼排ガスの処理には、装置の腐食の原因となる塩化ナトリウムの発生を防止するために水酸化カルシウムなどが用いられている。しかし、本発明においては、敢えてナトリウム系反応剤を用い、そして、集塵器を２つ設け、第１集塵器で重金属などの有害物質を除去した後、第１集塵器を通過した燃焼排ガスとナトリウム系反応剤とを反応させることにより、食塩を主成分とする反応生成物を第２集塵器から回収する。このように、有機性廃棄物の熱分解により発生する燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応により得られる反応生成物は、塩化ナトリウム（食塩）が主成分であり、かつ重金属などの有害物を極微量しか含まないため、上記化学発熱組成物の食塩の代替品として使用できる。

本明細書において、有機性廃棄物とは、有機物質を含む廃棄物をいい、例えば、都市ごみ、下水汚泥、集落排水汚泥、し尿汚泥、家畜糞尿（例えば、牛糞、豚糞、鶏糞など）、食品廃棄物（調理くず、残飯など）などが含まれる。

本発明の化学発熱組成物の原材料となる炭素残渣、および燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物は、例えば、図１に示す有機性廃棄物の熱分解燃焼装置１を用いて製造される。熱分解燃焼装置１は、熱分解ドラム２、搬出装置３、熱分解残渣選別設備４、燃焼炉５、ボイラ６、ガス冷却塔７、第１集塵器８ａ、第２集塵器８ｂ、ナトリウム系反応剤添加装置９、触媒反応塔１０、および煙突１１を備えている。この熱分解装置１における各設備の動作あるいは機能は、ナトリウム系反応剤添加装置９を除き、特許文献１に記載されており、その全体の内容は本明細書に援用される。

以下、図１に示す熱分解燃焼装置１を用いて炭素残渣および燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物を製造する方法を例に挙げて、本発明をより詳細に説明する。

（実施例１：炭素残渣からなる化学発熱組成物用原料の製造）
熱分解燃焼装置１において、有機性廃棄物（都市ごみ）Ａを熱分解ドラム２に導入し、熱分解（乾留）する。熱分解は、熱分解ドラム２に、約４００〜６５０℃（通常５３０℃）に加熱された高温空気を供給して、間接的に有機性廃棄物Ａを加熱することによって行われる。高温空気の出口温度を、２５０〜３５０℃（通常３００℃）となるように設定する。この熱分解ドラム２内の有機性廃棄物Ａは、ほぼ酸素が遮断された状態で常温から３００℃〜６００℃、好ましくは４００℃〜５００℃の温度に加熱され、約１時間、回転による攪拌混合を受けながら熱分解ドラム２内に滞留する。その間、有機性廃棄物からは、約７５質量％（ｗｔ％）の熱分解ガスおよび２５ｗｔ％の熱分解残渣が熱分解ドラム２内に生成される。また、生成された熱分解残渣は、熱分解ドラム２内で攪拌・混合されることにより、ほぼ均一の所定の大きさの粒子となる。一般には、粒径がほぼ５ｍｍ以下の細粒と、粒径がほぼ５ｍｍを超える粗大粒とが生成する。

熱分解ドラム２内の熱分解残渣Ｂは、熱分解ドラム２に隣接する搬出装置３内へ排出され、約１００℃の温度にまで冷却された後、熱分解残渣選別設備４に送られる。熱分解残渣選別設備４には、例えば、篩、風力分粒機などが設けられ、熱分解残渣を上記粗大粒と細粒とに分別する。粗大粒には、鉄、アルミニウムなどの金属類、および砂、ガラスなどの無機物質が多く含まれ、細粒には、一般的に、炭素が約３５〜４０％含有される。この細粒部分を炭素残渣Ｃとして用いる。この炭素残渣Ｃは、そのまま化学発熱組成物の活性炭の代替として使用し得るが、さらに、活性化することが好ましい。活性化の方法としては、当業者が通常用いる方法、例えば、炭素残渣に、水蒸気、二酸化炭素、酸素（空気）、これらのガスと燃焼ガスとの混合ガス、燃焼ガスなどを高温で接触反応させる方法、あるいは酸化亜鉛を用いる薬品賦活法などが挙げられる。例えば、特許文献１に記載の活性化装置を用いて、活性化してもよい。

このようにして得られた炭素残渣を、使い捨てカイロ（化学カイロ）の原料として使用できるか否かについて、環境面から検討した。化学カイロとしての原材料の基準は、ＪＩＳ４１００で環境省告示第１３号に有害物質の含有量が定められており、同基準に基づく方法に従って、有害物質の溶出試験を行った。結果を表１に示す。

表１に示すように、上記方法で得られた炭素残渣に含まれる有害物質は、上記環境基準の上限を大きく下回っており、環境基準を満足している。

得られた炭素残渣を用いて、化学カイロを以下のように製造した。炭素残渣を炭素量に換算して１５質量部、金属粉を５３質量部、食塩を３質量部、保水材（高吸水性樹脂）を１質量部、および水分を２８質量部となるように混合した。その結果、この混合物は発熱した。

（実施例２：燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物の製造）
実施例１において、熱分解ドラム２内で発生した熱分解ガスＤは、水分、ＣＯ、ＣＯ₂ 、Ｈ₂および炭化水素を主成分とし、ダストおよびタールを若干含む。この熱分解ガスＤを燃焼炉に送り、燃焼させ、発生した燃焼熱をボイラ６で回収する。燃焼したガス（すなわち燃焼排ガスＥ）をガス冷却塔７で冷却し、集塵器８ａおよび８ｂ（好ましくは、ろ過式集塵器）に導入する。燃焼排ガスＥ中に含まれる有害物質（例えば、重金属類）、飛灰などを、これらの集塵器で回収する。本発明に用いる熱分解燃焼装置１は、図１に示すように集塵器を２つ備えている。第１集塵器８ａでは、燃焼排ガスＥ中の有害物質、飛灰などを捕捉し、除去する。次いで、第１集塵器８ａを通過した燃焼排ガスＥを、ナトリウム系反応剤添加装置９から供給されるナトリウム系反応剤と接触させながら、第２集塵器８ｂに導入する。第２集塵器８ｂを通過した燃焼排ガスＥは、触媒反応塔１０に導入され、さらに有害物質などの除去処理が施された後、煙突１１から排出される。

この第２集塵器８ｂには、燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物Ｆが蓄積されるので、これを回収することにより、目的の反応生成物Ｆが得られる。

燃焼排ガスには、有機性廃棄物中に含まれる塩素から発生した塩素ガスを主成分とする酸性のガスが含まれているので、ナトリウム系の反応剤、例えば、炭酸水素ナトリウム、水酸化ナトリウムなどと反応させることにより、塩化ナトリウムが生成する。したがって、燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物Ｆには、主成分として塩化ナトリウムが含まれ、好ましくは９０質量％以上の塩化ナトリウムが含まれる。この反応生成物Ｆは、第１集じん器８ａを通過した燃焼排ガスとナトリウム系の反応剤との反応生成物であるため、重金属などの有害物質の含有量は極微量であり、有害物質の溶出量は規定値以下となる。実際に実施例１と同様に有害物質の溶出試験を行ったところ、いずれも環境基準を満たしていた。

得られた反応生成物を用いて、以下のように化学カイロを製造した。活性炭を１５質量部、金属粉を５３質量部、得られた反応生成物を食塩に換算して３質量部、保水材（高吸水性樹脂）を１質量部、および水分を２８質量部となるように混合した。その結果、この混合物は発熱した。

なお、本発明においては、実施例１のように熱分解燃焼装置１の熱分解ドラム２で炭素残渣を回収するので、炭素残渣を燃焼させる必要がない。そのため、燃焼炉５は、溶融分解装置を備える必要がない。すなわち、本発明によれば、有機性廃棄物の熱分解による炭素、および燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物を化学発熱組成物の原材料として利用できるというだけでなく、従来用いられている熱分解ガス化溶融燃焼装置（特許文献１参照）において、溶融焼却炉を単に燃焼炉として使用するため、耐火物補修費が削減される。また、炭素残渣の高温燃焼に伴うスラグも発生しないことからスラグ排出設備が不要である。さらに、炭素残渣を燃焼しないので二酸化炭素の排出量も削減される。

本発明によれば、有機性廃棄物を熱分解して得られる炭素残渣および／または燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物を、化学カイロなどの発熱組成物の原材料として利用するので、資源の有効利用に寄与し、かつ残渣や排ガスの排出量が削減される。さらに、熱分解溶融装置において、熱分解残渣を燃焼する必要がないため、二酸化炭素の発生が抑制され、スラグがほとんど発生しない。そのため、溶融炉およびスラグ排出設備が不要となり、耐火物補修費も削減することができるため、有機性廃棄物処理の分野において、有用である。

本発明に用いられる有機性廃棄物の熱分解燃焼装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 熱分解燃焼装置
２ 熱分解ドラム
３ 搬出装置
４ 熱分解残渣選別設備
５ 燃焼炉
６ ボイラ
７ ガス冷却塔
８ａ 第１集塵器
８ｂ 第２集塵器
９ ナトリウム系反応剤添加装置
１０ 触媒反応塔
１１ 煙突
Ａ 有機性廃棄物
Ｂ 熱分解残渣
Ｃ 炭素残渣
Ｄ 熱分解ガス
Ｅ 燃焼排ガス
Ｆ 反応生成物

Claims (3)

1. 有機性廃棄物の熱分解残渣から回収された炭素残渣からなる、化学発熱組成物用原料。
2. 有機性廃棄物の熱分解により回収された熱分解ガスを燃焼させて得られる燃焼排ガスとナトリウム系反応剤との反応生成物からなる、化学発熱組成物用材料。
3. 請求項１の化学発熱組成物用原料および／または請求項２の化学発熱組成物用材料を含む、化学発熱組成物。

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