JP2007022831A - コーヒー粕から活性炭を製造する方法と装置及び集積再生配送システム - Google Patents

Abstract

【課題】コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を集積し炭化・賦活により活性炭を製造する方法と装置を提供する。コーヒー粕排出事業所からコーヒー粕を大量に集積して活性炭に再生させ活性炭利用事業所へと配送する集積再生配送システムを提供する。
【解決手段】水分を約３０％以上含有する状態のコーヒー粕を、水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンの入口側から内部に導入し、高温の含酸素ガスをロータリーキルンの入口側から出口側へと送給し、ロータリーキルン内でコーヒー粕を高温ガスで加熱して炭化させると同時に賦活させ、ロータリーキルンの出口側から排出される炭化・賦活したコーヒー粕を冷却器で冷却し、冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕機で粉砕して微細な粉末状活性炭にする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コーヒーを煎じた後のコーヒー粕から活性炭を製造する方法と装置、及び大量のコーヒー粕を集積し活性炭に再生し活性炭利用事業所へと配送する集積再生配送システムに関する。

コーヒー店やコーヒー抽出事業所（ボトラー）などから排出されるコーヒー粕は産業廃棄物とされているため、その収集・運搬・廃棄には各種の制限が課せられ、最終的には埋め立て又は焼却処理されている。一方、活性炭は吸着性に優れているため、有害排水の処理装置・空気清浄装置・原子力用非常ガス処理装置などに止まらず、ガスマスク・キャニスタ・自動車室内清浄器・冷蔵庫用脱臭剤・使い捨てカイロ・家庭用浄水器などに広く使われるようになっているが、その面倒な製造プロセスのためにコスト高になるという問題点がある。そこで本発明者等は、産業廃棄物として大量に（年間６０万トン）廃棄されているコーヒー粕から活性炭を製造することに着目した。

コーヒー粕を処理する従来技術としては、バイオマス原料にする方法、鶏のフン処理材に利用する方法、発酵肥料にする方法、香味料にする方法などが提案されているが、活性炭に変化させる方法は知られていない。

炭の賦活法には、塩化亜鉛法、炭酸ガス賦活法、水蒸気賦活法、空気賦活法などがあるが、水蒸気賦活法以外の賦活方法は、賦活時間が非常に長いという欠点がある。そこで、コーヒー粕の水分を３０％〜４０％程度に調整して、この水分を賦活するときの水蒸気として使用すれば、水蒸気賦活法を用いて比較的容易に活性炭を製造できることが判明した。コーヒー粕は灰分が固形分に対して１％前後と少ないので、比表面積８００ｍ² 以上、ヨウ素吸着率８００ｍｇ／ｇ以上、ベンゼン吸着率３０％程度の良質な活性炭が得られた。

特開昭６３−３０３０８号「活性炭の製造法」には、複数のロータリーキルンを用いて石炭を炭化・賦活すると共に、賦活排ガスを回収する技術が記載されている。 特公昭５３−４５１９６号「活性炭の製法」には、賦活炉から発生したガスの熱を熱交換器によって回収し、再び使用する方法が記載されている。

１９９７年７月３０日に日刊工業新聞社から発行された「おもしろい活性炭のはなし」８６頁には、活性炭の原料としてコーヒー豆が挙げられている。 １９９６年７月２７日に日刊工業新聞社から発行された「活性炭読本第２版」１３９頁には、活性炭の製造に使用するガス賦活炉の例として、工業用熱風式ロータリーキルンが図示されている。これを添付図面の図２として示す。また、同書の１４０頁には、賦活条件や生成される活性炭の性状などが表として示されている。これを添付図面の図３として示す。

本発明の主たる目的は、コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を集積し炭化・賦活により活性炭を製造する方法と装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、コーヒー粕を大量に集積して活性炭に再生させ活性炭利用事業所へと配送する集積再生配送システムを提供することにある。

前述した課題を解決するため、本発明はその第１の面において、コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を集積し炭化・賦活により活性炭を製造する方法を提供する。この方法は、水分を約３０％以上含有する状態のコーヒー粕を、水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンの入口側から内部に導入し、高温の含酸素ガスを前記ロータリーキルンの入口側から出口側へと送給し、前記ロータリーキルン内でコーヒー粕を高温ガスで加熱して炭化させると同時に賦活させ、前記ロータリーキルンの出口側から排出される炭化・賦活したコーヒー粕を冷却器で冷却し、冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕機で粉砕して微細な粉末状活性炭にすることを特徴としている。

一般に、コーヒー店やコーヒー抽出事業所から排出されるコーヒー粕には６５％程度の水分が含まれている。図２に示す従来のロータリーキルンでは、活性炭の材料である原料粒を入口から投入し、キルン本体内で加熱するが、この際水蒸気などの酸化性ガスを吹き込んで７５０〜１１００℃の温度で接触させる必要がある。しかし、コーヒー粕には最初から水分が含まれているので、従来のガス賦活法のように水蒸気を吹き込む必要がない。ただし、ロータリーキルン内でコーヒー粕を賦活雰囲気とするためには、導入されるコーヒー粕が約３０％以上の水分を含んでいることが必要であることが実験から判明した。

一般に、賦活用のロータリーキルンは図２及び図３の表に示すように、１／１００から１．５／１００程度の小さな角度で傾斜しており、内部に攪拌用の羽根は設けられていない。１台のキルンで乾燥・乾留・賦活の操作を行うので、イニシャルコスト、ランニングコストの低減を図ることができ、安価な活性炭が得られる。

コーヒー粕がロータリーキルンの内部で高温になりすぎると燃焼する恐れがあるので、キルン内部に数本の温度計を設置して燃焼温度が高くなりすぎないように制御する。

乾留や賦活によって発生したガスは、後段に設けた二次燃焼炉で８００℃以上の温度で燃焼処理することができる。この二次燃焼炉での燃焼はガス燃焼であり、少ない過剰空気で効率良い燃焼ができるので二次公害の発生が防止できる。

ロータリーキルンの出口側から排出される炭化・賦活したコーヒー粕は冷却器で冷却する。冷却後の炭化・賦活コーヒー粕は、さらに微粉体を作るために粉砕機で粉砕して微細な粉末状活性炭にする。なお、用途に応じて粒状にすることも可能である。

かくして、本発明の方法によれば、比較的単純な機構とプロセスを用いるだけで、コーヒー粕を集積し炭化させて活性炭を製造することが可能になる。もともとコーヒー粕は産業廃棄物として廃棄されていたものであるから、活性炭を製造するためのコストは、従来の木炭・やしがら・石炭などを用いた場合と比べて大幅に削減されることになる。

本発明の好適な態様として、ロータリーキルンの出口側から排出される高温ガスを二次燃焼炉に導入し、８００℃以上・２秒以上の滞留時間で燃焼させれば、ダイオキシンを排出しないように無害化することができる。
また、この二次燃焼炉に隣接して熱交換器を設けて、排出される高温ガスの熱の一部を再利用すれば、エネルギーの節約になり、システム全体のコストを削減することができる。

本発明はその第２の面において、コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を集積し炭化・賦活により活性炭を製造する装置を提供する。この装置は、水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンと、前記ロータリーキルンの入口側へとコーヒー粕を導入する機構と、高温の含酸素ガスを発生させる機構と、高温の含酸素ガスを前記ロータリーキルンの入口側から出口側へと送給する機構と、炭化・賦活したコーヒー粕を冷却する冷却器と、冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕する粉砕機とを備える。

この装置を用いれば、比較的単純な機構を用いるだけで、コーヒー粕を集積し炭化・賦活させて活性炭を製造することが可能になる。

本発明はその第３の面において、コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を大量に集積して活性炭に再生させ配送する集積再生配送システムを提供する。このシステムは、コーヒー店やコーヒー抽出事業所などから排出されるコーヒー粕を産業廃棄物として集積し、集積したコーヒー粕をコーヒー粕処理プラントへと移送する集積システムと、コーヒー粕を活性炭に再生させる処理プラントと、出来上がった活性炭を活性炭使用事業所へと移送する配送システムとを包含している。前記処理プラントでは、水分を約３０％以上含有する状態のコーヒー粕を、水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンの入口側から内部に導入し、高温の含酸素ガスを前記ロータリーキルンの入口側から出口側へと送給し、前記ロータリーキルン内でコーヒー粕を高温ガスで加熱して炭化させると同時に賦活させ、前記ロータリーキルンの出口側から排出される炭化・賦活したコーヒー粕を冷却器で冷却し、冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕機で粉砕して微細な粉末状活性炭を製造することができるようになっている。

このようなシステムを実現することにより、産業廃棄物としてその廃棄方法や輸送方法が制限されていたコーヒー粕が、水蒸気を送り込む必要のないロータリーキルンにより活性炭に再生されて有効に活用されることになり、リサイクル化によって廃棄物の量が減少し、廃棄物処理スペースが縮小し、環境破壊を防止できるなど、多くの利点が得られることになる。

以下、添付図面の図１に示す実施態様を参照しながら、本発明によるコーヒー粕集積再生配送システムについてさらに説明する。

図１は本発明の好適な実施態様によるコーヒー粕集積再生配送システムの全体を表しており、多数のコーヒー店やボトラーなどのコーヒー粕排出事業所１０から産業廃棄物であるコーヒー粕を、自動車などの輸送手段を用いてコーヒー粕処理プラント２０へと移送し、処理プラント２０内でコーヒー粕を活性炭に再生し、出来上がった活性炭を活性炭利用事業所９０へと移送する。

コーヒー粕処理プラント２０は、その主要部として、コーヒー粕を受け取る原料供給器（ホッパー）２２、コーヒー粕をロータリーキルン側へと移送する原料供給（ベルト）コンベア２４、コーヒー粕を受け取ってロータリーキルン２８内へと送り込む原料供給スクリュー２６、コーヒー粕の炭化・賦活を行う傾斜したロータリーキルン２８、出来上がった活性炭を冷却する冷却スクリュー３０、冷却された活性炭を粉砕して微粉体にする粉砕機３２、活性炭を貯留する貯留タンク３４、活性炭を送り出す排出スクリュー３６などを包含している。

ロータリーキルン２８の胴体部分４０は１／１００程度の小さな角度で傾斜し、タイヤ４２とローラー４４で支持され、胴体部分４０に固定されたギヤー４６を介してモーター４８で回転駆動される。胴体部分４０の原料の入口側には固定した（回転しない）バーナーフード５０が設けられ、出口側には固定した後部フード５２が設けられている。バーナーフード５０にはバーナー５４が固定され、大気を導入する送風機６０からの含酸素ガス（空気）が送り込まれて後部フード５２へと送られ、発生した高温ガスとの接触によりコーヒー粕から活性炭への炭化及び賦活作用を行うようになっいる。すなわち、このロータリーキルン２８ではコーヒー粕の流される方向と含酸素ガスの流される方向とは同一（並流方式）であり、コーヒー粕に含まれる水分は出口側に行くに従って徐々に低下していくので、内部で発火しないように制御できることになる。

バーナー５４にはさらに初期加熱用として、オイルタンク６２から燃料油が導入され、ロータリーキルン２８を起動する際に全体を加熱する働きをするようになっている。

炭化及び賦活作用を終えた高温ガスは、キルン出口付近で７００〜７８０℃程度になるが、公害防止のため二次燃焼炉６４へと送られ、第２のバーナー６６で８００℃以上・２秒以上の滞留時間で加熱され、残存酸素量が１０％以上になるように処理されてダイオキシンの発生を防止する。無害化されたガスは熱交換器６８を通過し、排風機７０によって大気中へと排出される。送風機６０により導入される大気は、熱交換器６８を通過することにより予熱された状態でバーナー５４へと送られる。すなわち、炭化・賦活後の残存熱の一部は熱交換器６８によって回収されることになる。

かくして、この処理プラント２０により、原料供給器（ホッパー）２２がコーヒー粕を受け取り、コンベア２４がコーヒー粕をロータリーキルン側へと移送し、原料供給スクリュー２６がコーヒー粕を受け取ってロータリーキルン２８内へと送り込み、ロータリーキルン２８内で高温の含酸素ガスと接触させられてコーヒー粕の炭化・賦活が行われ、出来上がった活性炭は冷却スクリュー３０によって冷却され、冷却された活性炭は粉砕機３２により粉砕されて微粉体となる。この微粉体はニューマチックファン７４から吸引されるバグフィルター７２を通過させられて、夾雑物が除去される。夾雑物が除去された活性炭が貯留タンク３４内に貯蔵され、排出スクリュー３６によって外部へと排出されることになる。

なお、ロータリーキルン２８の詳細な構造や賦活条件などは、図２及び図３に示した従来技術を参照して設計及び設定をすることができる。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、産業廃棄物としてその廃棄方法や輸送方法が制限されていたコーヒー粕が、水蒸気を送り込む必要のないロータリーキルンにより活性炭に再生されて有効に活用されることになり、リサイクル化によって廃棄物の量が減少し、廃棄物処理スペースが縮小し、環境破壊を防止できるなど、その技術的効果には極めて顕著なものがある。

本発明によるコーヒー粕集積再生配送システムの回路図。 従来技術によるロータリーキルンの正面図。 従来技術によるロータリーキルンの賦活条件等を示す表。

符号の説明

１０ コーヒー粕排出事業所
２０ コーヒー粕処理プラント
２８ ロータリーキルン
３０ 冷却器
３２ 粉砕機
５４ バーナー
６０ 送風機
６４ 二次燃焼炉
６６ バーナー
９０ 活性炭利用事業所

Claims (5)

1. コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を集積し炭化・賦活により活性炭を製造する方法であって、
   水分を約３０％以上含有する状態のコーヒー粕を、水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンの入口側から内部に導入し、
   高温の含酸素ガスを前記ロータリーキルンの入口側から出口側へと送給し、
   前記ロータリーキルン内でコーヒー粕を高温ガスで加熱して炭化させると同時に賦活させ、
   前記ロータリーキルンの出口側から排出される炭化・賦活したコーヒー粕を冷却器で冷却し、
   冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕機で粉砕して微細な粉末状活性炭にすることを特徴とするコーヒー粕から活性炭を製造する方法。
2. 前記ロータリーキルンの出口側から排出される高温ガスを二次燃焼炉で燃焼させる請求項１記載の方法。
3. 前記二次燃焼炉に隣接させた熱交換器で前記排出される高温ガスの熱の一部を再利用する請求項２記載の方法。
4. コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を集積し炭化・賦活により活性炭を製造する装置であって、
   水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンと、
   前記ロータリーキルンの入口側へとコーヒー粕を導入する機構と、
   高温の含酸素ガスを発生させる機構と、
   高温の含酸素ガスを前記ロータリーキルンの入口側から出口側へと送給する機構と、
   炭化・賦活したコーヒー粕を冷却する冷却器と、
   冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕する粉砕機とを備えることを特徴とするコーヒー粕から活性炭を製造する装置。
5. コーヒーを煎じた後のコーヒー粕を大量に集積して活性炭に再生させ配送する集積再生配送システムであって、
   コーヒー店やコーヒー抽出事業所などから排出されるコーヒー粕を産業廃棄物として集積し、集積したコーヒー粕をコーヒー粕処理プラントへと移送する集積システムと、
   コーヒー粕を活性炭に再生させる処理プラントと、
   出来上がった活性炭を活性炭使用事業所へと移送する配送システムとを包含し、
   前記処理プラントでは、
   水分を約３０％以上含有する状態のコーヒー粕を、水平に対し小さな角度で傾斜させたロータリーキルンの入口側から内部に導入し、
   高温の含酸素ガスを前記ロータリーキルンの入口側から出口側へと送給し、
   前記ロータリーキルン内でコーヒー粕を高温ガスで加熱して炭化させると同時に賦活させ、
   前記ロータリーキルンの出口側から排出される炭化・賦活したコーヒー粕を冷却器で冷却し、
   冷却後の炭化・賦活コーヒー粕を粉砕機で粉砕して微細な粉末状活性炭を製造することができるようになっていることを特徴とするコーヒー粕集積再生システム。
   

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