JP2007112880A - 燃料化装置及び燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 生ゴミとプラスチック廃棄物を含む有機廃棄物から発熱量の高い粉末燃料を効率良く製造可能な燃料化装置及び燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】 廃棄物１００を収容し、廃棄物１００を水中で処理する処理容器１と、処理容器１００の内部に水を供給し、処理容器１００の内部の圧力を１．５５ＭＰａ以上の処理圧力に、温度を２００℃以上の処理温度に制御する温度圧力制御手段５と、廃棄物１００及び水を撹拌する撹拌手段２とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料化装置及び燃料の製造方法に係り、特に、生ゴミとプラスチックを含有する有機廃棄物の燃料化装置及び燃料の製造方法に関する。

資源の有効利用と環境保全の観点から、ゴミ等を利用したバイオマス廃棄物等の応用技術が注目されている。例えば、コンビニエンスストアやスーパーマーケット等から排出される売れ残りの食品廃棄物は腐敗しやすく、さらに生ゴミと共にプラスチック容器や包装フィルムが混在しているため、処理が困難で、大部分が焼却処理されている。しかし、生ゴミは含水率が高いことから、焼却処理することにより焼却炉内の温度を下げ、ダイオキシン類を発生させる問題が懸念されている。そのため、生ゴミとプラスチックとが混在する廃棄物をそのまま資源化或いは燃料化する技術の確立が求められている。

生ゴミとプラスチックとが混在する廃棄物の処理方法としては、プラスチック製品が混入する生ゴミを加熱水蒸気により処理する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、プラスチック製品と生ゴミとの混合物を加熱水蒸気で処理することにより生ゴミは脱水され炭化されると共に、プラスチックは溶融して互いに融着するので、生ゴミ由来のもろい固形物とプラスチック製品由来の樹脂状溶融固形物とが不均一に混ざり合った混合物が生成される。生成された混合物を再利用するためには、生ゴミ由来の炭化物とプラスチック製品由来の樹脂状溶融固形物とを分離しなければならないため、処理が煩雑となる。

一方、生ゴミ、下水汚泥、魚残渣、家畜ふん等の含水率の高いバイオマス廃棄物のみを１．５〜２ＭＰａ、１６０〜２１５℃の水蒸気の分解力により微細化し、燃料に変換する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、水蒸気の分解力のみではプラスチックを微細化することが困難なため、この方法をバイオマス廃棄物とプラスチックが混在する廃棄物に適用すると、粒径の比較的小さなバイオマス由来の粉末と粒径の大きい樹脂状溶融固形物の混合物が生成される。この混合物の最短辺でも１ｃｍ以上の、所謂「ダマ」となるため、樹脂状溶融固形物を粉末化し、燃料として利用するためには、更に破砕工程及び乾燥工程を必要とする。そのため、処理が複雑化し、生ゴミとプラスチック廃棄物との混合物を効率良く燃料化することはできない。

無酸素状態において、１５０〜９００℃の高温過熱水蒸気を用いて有機廃棄物等を炭化処理することにより燃料を製造する方法も知られている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、プラスチックの溶融による燃料の不均一化に伴う品質の低下への対処法、生ゴミとプラスチックとが混在する廃棄物の燃料化方法の具体策については、何ら開示されていない。
特開２００１−１３７８０６号公報 特許第３６１３５６７号公報 特開２００１−１２３１７５号公報

本発明は、生ゴミとプラスチック廃棄物を含む有機廃棄物から発熱量の高い粉末燃料を効率良く製造可能な燃料化装置及び燃料の製造方法を提供する。

本願発明の第１の態様によれば、廃棄物を収容し、廃棄物を水中で処理する処理容器と、処理容器の内部に水を供給し、処理容器の内部の圧力を１．５５ＭＰａ以上の処理圧力に、温度を２００℃以上の処理温度に制御する温度圧力制御手段と、廃棄物及び水を撹拌する撹拌手段とを備える燃料化装置が提供される。

本願発明の他の態様によれば、廃棄物を、圧力１．５５ＭＰａ以上、温度２００℃以上の水中で溶融及び加水分解し、粉末燃料を製造する燃料の製造方法が提供される。

本発明によれば、生ゴミとプラスチック廃棄物とを含む有機廃棄物から、発熱量の高い粉末燃料を効率良く製造可能な燃料化装置及び燃料の製造方法が提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る燃料化装置は、図１に示すように、廃棄物１００を収容し、廃棄物１００を水中で処理する処理容器１と、処理容器１の内部に水を供給し、処理容器１の内部の圧力を１．５５ＭＰａ以上の処理圧力に、温度を２００℃以上の処理温度に制御する温度圧力制御手段５と、廃棄物１００及び水を撹拌する撹拌手段２とを備える。

処理容器１の上部には、投入口１１が配置されている。投入口１１には、廃棄物供給手段６が接続されている。廃棄物供給手段６としては、例えばホッパ等に接続されたベルトコンベア、スクリューコンベア、ピストンによる押し込み、重力を利用した自由落下、重力と振動を利用した落下、圧縮空気等のガスによる押し込み、水流ジェット等による押し込み等が利用可能である。廃棄物供給手段６には、処理対象となる廃棄物１００、例えば、生ゴミ等の有機物とポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレン等のプラスチックとが混在する廃棄物１００が収容される。処理対象となる廃棄物１００は、操作者が直接投入口１１から投入することもできる。

処理容器１の下部には、排出口１２が配置されている。排出口１２からは、処理が終了した後の水、水蒸気、燃料等が取り出し可能になっている。投入口１１及び排出口１２の位置は、図１に示す位置に限定されず、処理容器１の形状、特性等に応じて適宜変更可能である。

温度圧力制御手段５は、処理容器１の処理圧力を測定する圧力計３、処理温度を測定する温度計４、水の圧力を１．５５ＭＰａ以上の供給圧力に、温度を２００℃以上の供給温度に制御する制御装置５５、供給圧力及び供給温度の水を収容する圧力容器７１、及び圧力計３を用いて処理容器１の内部圧力を測定しながら圧力容器７１から処理容器１の内部へ水を供給する圧力制御装置（レギュレータ）７２を有する。

圧力計３、温度計４及び圧力制御装置７２は、処理容器１に接続されている。制御装置５５は、圧力計３及び温度計４及び圧力容器７１に接続されている。制御装置５５は、圧力制御装置７２に接続されていてもよい。なお、図１では、圧力制御装置７２の出力は、投入口１１を介して処理容器１に接続されているが、これに限られない。投入口１１以外の専用導入ポートを介して、圧力容器７１から処理容器１に圧力制御装置７２を介して水を供給するようにしてもよい。圧力容器７１には、少なくとも温度２００℃以上の供給温度で、圧力１．５５ＭＰａ以上の供給圧力の水蒸気が収容されている。制御装置５５は、圧力計３及び温度計４の測定結果に基づいて、処理容器１に投入された廃棄物１００の燃料化に好適な温度範囲及び圧力範囲に設定する。

例えば、処理容器１内の処理温度が２００℃以上で処理圧力が１．５５ＭＰａを下回る場合には、制御装置５５は、処理温度と同程度の供給温度で１．５５ＭＰａより十分に高圧の供給圧力の水を処理容器１内に供給するように圧力容器７１を制御する。処理圧力が１．５５ＭＰａを下回り、且つ処理温度が２００℃を下回る場合には、制御装置５５は、供給圧力が１．５５ＭＰａ以上で供給温度が２００℃以上の水を処理容器１内に供給するように、圧力容器７１を制御する。処理温度が２００℃を下回り、処理圧力が１．５５ＭＰａ以上の場合は、制御装置５５は、処理圧力と同程度の供給圧力で、供給温度が２００℃より十分に高い水を処理容器１に供給するように圧力容器７１を制御する。

撹拌手段２は、処理容器１の外部に配置された駆動モータ２０と、駆動モータ２０に接続され、処理容器１の長手方向に水平に挿入された軸２１と、軸２１に接続された撹拌翼２２とを少なくとも備える。撹拌翼２２は、軸２１を介して駆動モータ２０の回転駆動が伝えられるため、軸２１を中心とした回転駆動が可能である。撹拌翼２２としては、パドル型、タービン型、プロペラ型、イカリ型、らせん軸型等の翼を用いることができる。

図２に、各種プラスチックの溶融粘度の温度依存性の例を表す。縦軸は溶融粘度（Ｐａ・ｓ）、横軸は溶融温度（℃）を示す。例えば、図中のＰＯＭはポリアセタール、ＰＡはポリアミド（ナイロン）、ＰＣはポリカーボネート、ＰＢＴＰ（ＧＦ３０）はポリブチレンテレフタレート、ＰＥＴＰ（ＧＦ３０）はポリエチレンテレフタレート、ＰＡＲはポリアリレート、ＰＯＢはポリオキシペンジレン、ＰＴＦＥはフッ素樹脂、ＰＥＩはポリエーテルイミドを示す。各プラスチックとも、温度が上昇するにつれて粘度が低くなる。例えば、ＰＯＭでは、温度が２００℃から２５０℃に上昇すると、溶融粘度が１／２〜１／３程度に低下する。

図３に、弁当容器や包装フィルム等の食品廃棄物中に混在する各種プラスチックの軟化点と、廃棄物の燃料化処理に好適な処理温度及び処理圧力の例を示す。食品廃棄物中に含まれるプラスチックは、１種類のプラスチックのみが含まれているとは限らず、数種類のプラスチックが混在する場合がある。そのため、処理容器１内の処理温度としては、図３に示すプラスチックの全てが溶融可能な２００℃以上、処理圧力１．５５ＭＰａ以上に設定することが好ましい。

図４に、飽和水蒸気圧下における生ゴミの加水分解率（％）と温度（℃）との関係の例を示す。生ゴミの加水分解率は、２００℃では約２０％、２５０℃では約４０％であり、温度が上がるにつれて加水分解率が高くなる。生ゴミは、温度が上がるにつれて分解生成物が水に溶解して失われていくため、生ゴミとプラスチックを含む廃棄物１００から高い発熱量を有する燃料を生成する場合には、処理容器１内の温度を２５０℃以下にするのが好ましい。

図５に、処理容器１に収容される水の飽和蒸気圧曲線を示す。縦軸は飽和蒸気圧（ＭＰａ）、横軸は処理温度（℃）を示す。図３より、気相中で２００℃以上に加熱されたプラスチックは溶融し、撹拌により若干粒子状に分散するが、その粒径は大きく、更に再融着して固まりになりやすい。このため、気相の水蒸気中で生ごみとプラスチックの混合した廃棄物を加熱処理すると、プラスチック成分は粒径の大きい樹脂状溶融固形物になってしまう。一方、生ごみとプラスチックの混合廃棄物を２００℃以上の液相の水中で加熱・攪拌処理すると、液相の水中で溶融したプラスチックは微粒子化し、その後ただちにその表面を水分子や生ごみ由来の粉末固形物が覆い、微粒子化したプラスチック同士が直接接触することを抑制するために、プラスチック微粒子の再融着が回避され、粒径の小さい生ごみ由来の固形物とプラスチック微粒子が混合した粉末状の固形物が生成する。そのため、処理容器１内の条件としては、気相の水蒸気と液相の水とが混在する飽和蒸気圧以上の圧力、即ち温度２００℃以上では圧力１．５５ＭＰａ以上に設定するのが好ましい。

処理容器１内が２００℃以上、１．５５ＭＰａ以上であっても、処理容器１内の水の量が多すぎると、生成物中に液相の水分が残ってしまう。多くの水分を含む生成物から粉末状の固形燃料を得るためには、燃料中の水分を蒸発又は除去しなければならないため、多くの熱エネルギーを必要とする。このため、処理容器１内の水の容積は、処理容器１内の水分を一定量以下に抑えることが好ましい。よって、処理容器１内の条件としては、気相と液相の水が混在する飽和水蒸気圧曲線に沿った温度及び圧力に設定する、又は飽和水蒸気圧曲線よりやや上方の液相の水が生成される領域に設定することが好ましい。

例えば、図５の飽和水蒸気圧曲線においては、特定の処理温度に対し、飽和水蒸気圧より０．５ＭＰａ程度高い領域で処理すればよい。より好ましくは、飽和水蒸気圧より０．３ＭＰａ程度高い領域で処理すればよい。図４に示すように、生ゴミを含む廃棄物を燃料化する場合に、より高い発熱量の燃料を得るためには、生ゴミの加水分解を抑制する２５０℃以下に設定することが好ましい。このため、処理容器１内の温度を２５０℃とする場合は、圧力を約３．９８ＭＰａとするのが好ましい。

以上を考慮すると、処理容器１内の条件は、温度２００〜２５０℃で圧力１．５５〜３．９８ＭＰａとするのが好ましく、好ましくは、飽和水蒸気圧曲線に沿って、飽和水蒸気圧曲線上の圧力から飽和水蒸気圧よりも０．５ＭＰａ程度高い領域、より好ましくは飽和水蒸気圧から０．３ＭＰａ程度高い圧力領域までが好ましい。

図１に示す燃料化装置によれば、生ゴミとプラスチックとを含む廃棄物１００が、高温高圧の処理容器１内で水中処理される。廃棄物１００に含まれるプラスチックが、水中に浸漬され、溶融した状態で撹拌されることにより、プラスチックの微粒子が水中に分散する。水中に分散したプラスチックの微粒子に水分子及び生ゴミ由来の粉末固形物が付着することにより、プラスチック微粒子の再融着を抑制できるため、例えば、三軸平均径で粒径０．０１〜５ｍｍ程度の粉末状の燃料を得ることができる。更に、処理容器１内の温度を２５０℃以下にすることにより、生ゴミの加水分解を抑制できるため、発熱量の高い粉末燃料を効率良く製造可能な燃料化装置が提供できる。

次に、第１の実施の形態に係る燃料の製造方法の一例を図６のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１１において、処理容器１を密閉する。圧力制御装置７２により、圧力計３を用いて処理容器１の内部圧力を測定しながら、処理容器１の投入口１１から処理温度（２００〜２５０℃）より少し高めの供給温度に加熱した水蒸気を処理圧力（１．５５〜３．９８ＭＰａ）と同程度、若しくは少し高めの供給圧力に加熱した水蒸気を目的とする処理温度及び処理圧力となるように制御しながら加圧注入し、処理容器１の内部を加熱する。撹拌手段２の駆動モータ２０を駆動させ、撹拌翼２２を回転させる。処理容器１内の温度を温度計４により確認し、処理容器１の内部の温度が処理温度に到達した後に、ステップＳ１２において撹拌翼２２の回転を停止させ、処理容器１内の水蒸気と凝縮した水を排出口１２から排出する。

ステップＳ１３において、廃棄物供給手段６を介して、廃棄物１００を投入口１１から処理容器１内へ投入する。廃棄物１００としては、例えば、生ゴミに加えて、コンビニエンスストア等で販売される弁当の容器、おにぎり、サンドイッチ等を包装するプラスチック製の包装紙、場合によってはおがくず等を処理容器１内へ投入する。ステップＳ１４において、処理容器１内を撹拌手段２により撹拌しながら、目的とする処理圧力と同程度又は少し高めの供給圧力で、処理温度より少し高めの供給温度に加熱した水蒸気を圧力制御装置７２を介して処理容器１内へ注入する。撹拌速度は、廃棄物１００の微粒子化を促進するために、例えば１０〜１００ｒｐｍとすることができる。

処理容器１内の温度及び圧力を温度計４及び圧力計３により確認し、制御装置５５により制御する。目的とする処理温度及び処理圧力に到達した後、ステップＳ１５において、処理容器１内の廃棄物１００を撹拌しながら処理容器１中の水と接触させて２０〜６０分間処理する。処理が完了した後、ステップＳ１６において、処理容器１内の水及び水蒸気を排出口１２から排出させる。その後、ステップ１７において、撹拌手段２による撹拌を停止させ、処理容器１内に残存する生成物を排出口１２から回収する。

第１の実施の形態に係る燃料の製造方法によれば、生ゴミとプラスチックとを含む廃棄物１００を処理容器１中で凝縮した水と接触させて処理することにより、三軸平均径で定義した粒径０．０１〜２ｍｍ程度の粉末状の固形燃料が生成できる。生成された固形燃料は、生ゴミ由来の生成物とプラスチック由来の生成物とが均一に混合しており、プラスチックの不完全な分解又は溶融による粒径の大きな溶融固形物は存在しないため、破砕等をする必要がなく、取り扱いが容易である。また、処理容器１中の水の量を処理容器１の内容積の１／１００〜１／３とすることにより、生成された固形燃料の含水率を大幅に低減し、更に水分が飛びやすいので自然乾燥するだけでそのまま燃料として利用可能となる。また、廃棄物１００を２００〜２５０℃で処理することにより、廃棄物１００に含まれる生ゴミの加水分解を抑制できると共に、発熱量が大きなプラスチックが微粒子として混合しているので、全乾ベースで発熱量５５００〜７０００ｋｃａｌ／ｋｇの高カロリー燃料を生成できる。

（実施例）
容積が０．３ｍ₃の処理容器１を準備した。処理容器１内に２０５℃に加熱した水蒸気を注入し、処理容器１の内部を加熱しながら、撹拌手段２により処理容器１内を撹拌した。処理容器１内の温度が２０５℃に到達した後、撹拌手段２による撹拌を止め、注入した水蒸気と凝縮した水を処理容器１の外部へ放出した。その後、駆動モータ２０により、撹拌翼２２を回転数１０〜６０ｒｐｍで回転させながら、廃棄物１００を８５ｋｇ、処理容器１内へ投入した。廃棄物１００としては、弁当容器及び包装フィルム等のプラスチック廃棄物に入ったままの生ゴミ及びおがくずを投入した。おがくずは、処理容器１中の水分量を調整するために添加した。おがくずの含水率は、２５〜４５％であった。

廃棄物１００を投入し、処理容器１を密閉した後、水供給手段７より、２０５℃に加熱した水蒸気約２０ｋｇを処理容器１の投入口１１に投入した。処理容器１の温度が２０５℃、圧力が２ＭＰａに到達した後、処理容器１内を撹拌しながら、廃棄物１００を処理容器１内の水と接触させ３０分間処理した。その後、処理容器１内の水と水蒸気を排出口１２から排出し、生成物を取り出した後、しばらく乾燥した。この結果、三軸平均径で定義した粒径０．０１〜２ｍｍ、含水率２５％、全乾ベースで６６００ｋｃａｌ／ｋｇの発熱量を有する粉末状の燃料を製造することができた。

（第１の変形例）
第１の実施の形態の第１の変形例に係る燃料化装置は、図７に示すように、処理容器１内に配置された浸漬板１３を有する点が、図１に示す燃料化装置と異なる。他は、図１に示す燃料化装置と実質的に同様である。浸漬板１３は、例えば、厚さ５ｍｍ程度の長方形状の金属板等を用いることができる。浸漬板１３は、例えば、長方形の板の面が回転方向に垂直、もしくは、垂直より１０〜１５°傾いた角度となるように、溶接、一体成形、或いはねじ止め等により処理容器１の内部に固定される。浸漬板１３の形状としては、回転方向に対して凹となるパドル状や棒状でもよい。

図７に示す燃料化装置によれば、廃棄物１００が浸漬板１３により水中へ強制的に浸漬されるため、廃棄物１００の水中への分散、攪拌による微粒子化と融着の抑制が効果的に行われる。この結果、三軸平均径で定義した粒径０．０１〜５ｍｍ程度の微細な粉末状の固形燃料を効率良く生成できる。

（第２の変形例）
第１の実施の形態の第２の変形例に係る燃料化装置は、図８に示すように、タンデムに多段接続された第１の処理容器１Ａ、第２の処理容器１Ｂ、第３の処理容器１Ｃ、・・・を含む。多段接続される第１〜第３の処理容器１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、・・・、の段数はいくつでもよいが、実用上は、２〜７段程度になるであろう。

第１の処理容器１Ａは、第１の処理容器１Ａの上部に配置された投入口１１Ａ、下部に配置された排出口１２Ａ、第１の処理容器１Ａ内の圧力を測定する圧力計３Ａ及び第１の処理容器１Ａ内の温度を測定する温度計４Ａを有する。第２の処理容器１Ｂは、第２の処理容器１Ｂの上部に配置された投入口１１Ｂ、下部に配置された排出口１２Ｂ、第２の処理容器１Ｂ内の圧力を測定する圧力計３Ｂ及び第２の処理容器１Ｂ内の温度を測定する温度計４Ｂを有する。第３の処理容器１Ｃは、第３の処理容器１Ｃの上部に配置された投入口１１Ｃ、下部に配置された排出口１２Ｃ、第３の処理容器１Ｃ内の圧力を測定する圧力計３Ｃ及び第３の処理容器１Ｃ内の温度を測定する温度計４Ｃを有する。

第１の処理容器１Ａの排出口１２Ａは、配管５０Ａを介して第２の処理容器１Ｂの投入口１１Ｂに接続されている。第２の処理容器１Ｂの排出口１２Ｂは、配管５０Ｂを介して第３の処理容器１Ｃの投入口１１Ｃに接続されている。配管５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃには、それぞれ複数の弁５１Ａ、５２Ａ，５１Ｂ、５２Ｂ、５１Ｃが設けられている。投入口１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃには、図１に示す燃料化装置と同様に、図示しない廃棄物供給手段及び水供給手段が接続されている。

図８の燃料化装置によれば、第１の処理容器１Ａの加熱において用いられた水蒸気を、配管５０Ａ、５０Ｂを介して第２及び第３の処理容器１Ｂ、１Ｃに送気できる。また、第１の処理容器１Ａの反応処理生成物を第２の処理容器１Ｂに送り、更に第３の処理容器１Ｃに送り、連続的に再処理することもできる。このため、第１〜第３の処理容器１Ａ，１Ｂ，１Ｃをそれぞれ独立に運転させる場合に比べて、第２及び第３の処理容器１Ｂ、１Ｃの加熱に必要な熱エネルギーを節約できる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る燃料化装置は、図９に示すように、温度圧力制御手段５として、処理容器１の内容積を考慮し、液体及び気体の状態方程式から決まるモル数の水を処理容器１の内部に供給する水供給手段７、処理圧力を測定する圧力計３、処理温度を測定する温度計４、処理容器１の内部の廃棄物１００及び水を加熱するヒータ（加熱手段）９９と、温度計４の出力を帰還しヒータ９９の出力を制御することにより、処理温度において処理圧力を実現する制御装置５５を備える。処理容器１には、処理容器１内の水位を測定する水位計３１が配置されていてもよい。

ヒータ９９としては、例えば電気ヒータが好適であるが、赤外線加熱装置や電磁波を用いた加熱装置でもよく、特に限定されるものではない。ヒータ９９は、制御装置５５に接続されている。水供給手段７は、配管等を介して投入口１１に接続されている。他は、図１に示す燃料化装置と実質的に同様である。

図９に示す燃料化装置によれば、ヒータ９９により処理容器１の外部から処理容器１を加熱するため、処理容器１内の処理温度を適正な温度に維持でき、処理容器１内の水分管理も容易となる。

図９に示す燃料化装置を用いた燃料の製造方法の一例を図１０に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２１において、廃棄物供給手段６を介して、生ゴミとプラスチック容器を含む廃棄物１００を投入口１１から処理容器１内へ投入する。この時、水供給手段７により一定量の水を水位計３１で確認しながら投入口１１から注入する。即ち、処理容器１の内容積に対し、液体及び気体の水の状態方程式によって決まる処理温度における処理圧力が与えられるモル数の水の量を計算し、計算した結果得られた一定量の水を投入口１１から投入する。

ステップＳ２２において、処理容器１を密封し、図９のヒータ９９により処理容器１を処理温度（２００〜２５０℃）に加熱する。撹拌手段２の駆動モータ２０を駆動させ、撹拌翼２２を回転数１０〜６０ｒｐｍで回転させる。ステップＳ２３において、処理容器１内の温度が処理圧力に到達したかを温度計４により確認する。このとき、水の状態方程式で決まる処理圧力に到達しているはずであるが、この処理圧力を圧力計３により確認する。処理容器１の内部の状態が目的とする処理温度、処理圧力に到達し、維持されていることを確認しながら、１０〜６０分間、廃棄物１００を処理する。処理完了後、ステップＳ２４において、処理容器１内の水及び水蒸気を排出口１２から排出させる。ステップＳ２５において、撹拌を停止させ、処理容器１内に残存する生成物を排出口１２から回収する。

第２の実施の形態に係る燃料の製造方法によれば、処理容器１をヒータ９９により加熱制御しながら生ゴミとプラスチックとを含む廃棄物１００を水中処理することにより、三軸平均径で定義した粒径０．０１〜２ｍｍ程度の微細な粉末状の固形燃料が生成できる。生成された固形燃料は、生ゴミ由来の生成物とプラスチック由来の生成物とが均一に混合しており、プラスチックの不完全な分解による粒径の大きな溶融固形物が存在しない。このため、破砕等をする必要がなく、取り扱いが容易である。また、廃棄物１００を２００〜２５０℃で処理することにより、生ゴミの過度の加水分解を抑制することができるので、全乾ベースで発熱量５５００〜７０００ｋｃａｌ／ｋｇの高カロリー燃料を生成することができる。

（実施例）
容積が０．２Ｌの処理容器１を準備した。処理容器１内に生ゴミとプラスチック容器を重量比８５：１５で約１００ｇ、投入口１１から処理容器１内に投入した。この時、常温（２５℃）の水を約５ｇを処理容器１に注入した。処理容器１を密封し、処理容器１内を駆動モータ２０により撹拌翼２２の回転数１０〜６０ｒｐｍで回転させた。ヒータ９９により処理容器１の内部を２０５℃になるまで加熱した。その後、処理容器１内の廃棄物１００を処理容器１内の水相と接触させながら、温度２０５℃、圧力２ＭＰａで１０分間処理した。処理容器１内の水相と水蒸気を排出口１２から排出し、燃料を取り出し、乾燥した。この結果、三軸平均径で定義した粒径０．０１〜２ｍｍ、含水率２０％、全乾ベースで６４００ｋｃａｌ／ｋｇの発熱量を有する粉末状の固形燃料が製造できた。

（比較例）
容積が０．２Ｌの処理容器１で処理容器１内の温度を１５０℃とし、圧力を０．５ＭＰａとして、廃棄物１００を処理した。この結果、生ゴミ由来の固体粉末と粒径の大きなプラスチックの溶融固形物とが混在する生成物が得られた。この生成物を粉末燃料として用いるためには、溶融固形物の除去又は粉砕が必要となり、取り扱いが困難であった。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

図１１に示すように、その他の実施の形態に係る燃料化装置は、温度圧力制御手段５として処理圧力を測定する圧力計３、処理温度を測定する温度計４、処理容器１の内部の廃棄物１００及び水を加熱するヒータ（加熱手段）９９、１．５５ＭＰａ以上の供給圧力及び２００℃以上の供給温度の水を収容する圧力容器７１、圧力計３を用いて処理容器１の内部の圧力を測定しながら圧力容器７１から処理容器１の内部へ水を供給する圧力制御装置７２、及び温度計４の出力を帰還してヒータ９９の出力を制御することにより、処理温度において処理圧力を実現する制御装置５５を備えてもよい。これにより、処理温度が目標とする温度より低い場合には、制御装置５５によりヒータ９９の出力を制御できるため、処理容器１の内部を廃棄物１００の処理に好適な処理温度に維持できる。

図１に示す処理容器１の形状は、図１２に示すような縦型の容器を用いてもよい。この場合、駆動モータ２０は処理容器１の上部に配置され、軸２１は処理容器１の底面に対して垂直に挿入される。ヒータ９９は、例えば処理容器１の側面に配置される。図１２において、投入口１１は処理容器１の上部、排出口１２は処理容器１の底部に配置されているが、投入口１１及び排出口１２の位置は特に限定されない。

あるいは、例えば、図１３に示すように、処理容器１の内部に浸漬板１３を配置することもできる。これにより、廃棄物１００を強制的に水中に浸漬させた状態で、撹拌手段２の撹拌により、粒子の微細化と融着の抑制を実現できるので、三軸平均径で定義した粒径０．１〜５ｍｍ程度の粉末状の燃料を生成することができる。

更に、図１４に示すように、燃焼室（加熱手段）９５を処理容器１の底部又は側面に配置し、燃焼室９５の燃料として、処理容器１における処理で生成された燃料を利用することもできる。燃焼室９５としては、粉体燃料を燃焼可能なバーナ等が利用可能である。燃焼室９５には、例えば、排出口１２から排出された燃料を収容するためのホッパ９１が接続されて、加熱システム９を構成することができる。加熱システム９は更に、ホッパ９１に接続され、燃料を燃焼室９５運搬するスクリューコンベア９２、スクリューコンベア９２に接続され空気等を送出するポンプ９３、及びポンプ９３からの送風ダクトに接続された弁９４が備えられる。弁９４を介して送風ダクトから燃焼室９５に空気が送られる。排出口１２から排出された燃料は、ホッパ９１に収容され、燃焼室９５において、ポンプ９３から送られた空気と混合して燃焼される。このため、図１３に示す燃料化装置においては、加熱システム９の燃焼室９５で加熱するためのエネルギーを外部から供給しなくても済む。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料化装置の一例を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る燃料化装置に投入されるプラスチックの溶融粘度と温度との関係の一例を示すグラフである。 食品廃棄物に含まれるプラスチックの軟化点、処理温度及び処理圧力の関係を示す表である。 飽和水蒸気圧条件下における生ゴミの分解率の温度依存性の一例を示すグラフである。 飽和水蒸気圧曲線を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態に係る燃料化装置を用いた燃料の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に第１の変形例に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。 本発明の第１の実施の形態に第２の変形例に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料化装置を用いた燃料の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明のその他の実施の形態に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。 本発明のその他の実施の形態に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。 本発明のその他の実施の形態に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。 本発明のその他の実施の形態に係る燃料化装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…処理容器
２…撹拌手段
３…圧力計
４…温度計
５…温度圧力制御手段
６…廃棄物供給手段
７…水供給手段
９…加熱システム
１１…投入口
１２…排出口
１３…浸漬板
２０…駆動モータ
２１…軸
２２…撹拌翼
３１…水位計
５５…制御装置
７１…圧力容器
７２…圧力制御装置
９１…ホッパ
９２…スクリューコンベア
９３…ポンプ
９４…弁
９４…燃焼室９４
９５…燃焼室
９９…ヒータ
１００…廃棄物

Claims (14)

1. 廃棄物を収容し、該廃棄物を水中で処理する処理容器と、
   前記処理容器の内部に水を供給し、前記処理容器の内部の圧力を１．５５ＭＰａ以上の処理圧力に、温度を２００℃以上の処理温度に制御する温度圧力制御手段と、
   前記廃棄物及び前記水を撹拌する撹拌手段
   とを備えることを特徴とする燃料化装置。
2. 前記温度圧力制御手段は、
   前記処理圧力を測定する圧力計と、
   前記処理温度を測定する温度計と、
   水の圧力を１．５５ＭＰａ以上の供給圧力に、温度を２００℃以上の供給温度に制御する制御装置と、
   前記供給圧力及び前記供給温度の水を収容する圧力容器と、
   前記圧力計を用いて、前記処理容器の内部圧力を測定しながら前記処理容器の内部へ前記水を前記圧力容器から供給する圧力制御装置
   とを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料化装置。
3. 前記温度圧力制御手段は、
   前記処理容器の内容積を考慮し、液体及び気体の状態方程式から決まるモル数の水を前記処理容器の内部に供給する水供給手段と、
   前記処理圧力を測定する圧力計と、
   前記処理温度を測定する温度計と、
   前記処理容器の内部の前記廃棄物及び前記水を加熱する加熱手段と、
   前記温度計の出力を帰還し前記加熱手段の出力を制御することにより、前記処理温度において前記処理圧力を実現する制御装置
   とを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料化装置。
4. 前記温度圧力制御手段は、
   前記処理圧力を測定する圧力計と、
   前記処理温度を測定する温度計と、
   前記処理容器の内部の前記廃棄物及び前記水を加熱する加熱手段と、
   １．５５ＭＰａ以上の供給圧力及び２００℃以上の供給温度の水を収容する圧力容器と、
   前記圧力計を用いて前記処理容器の内部の圧力を測定しながら前記処理容器の内部へ前記水を前記圧力容器から供給する圧力制御装置と、
   前記温度計の出力を帰還して前記加熱手段の出力を制御することにより、前記処理温度において前記処理圧力を実現する制御装置
   とを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料化装置。
5. 前記廃棄物は、生ゴミとプラスチックとを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料化装置。
6. 前記処理容器の内部の水の容積が前記処理容器の内容積の１／１００〜１／３であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料化装置。
7. 前記廃棄物を前記水中に浸漬させるための浸漬板を前記処理容器の内部に備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料化装置。
8. 前記廃棄物を２００〜２５０℃、１．５５〜３．９８ＭＰａで処理することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料化装置。
9. 廃棄物を、圧力１．５５ＭＰａ以上、温度２００℃以上の水中で溶融及び加水分解し、粉体燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
10. 前記廃棄物は、処理容器内に前記水と共に投入され、前記処理容器内で撹拌されながら、前記水中で処理されることを特徴とする請求項９に記載の燃料の製造方法。
11. 前記廃棄物は、生ゴミとプラスチックとを含むことを特徴とする請求項９又は１０に記載の燃料の製造方法。
12. 前記水の容積は、前記処理容器の内容積の１／１００〜１／３であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の燃料の製造方法。
13. 前記処理容器の内部に配置された浸漬板を用いて前記廃棄物を水中に浸漬させることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の燃料の製造方法。
14. 前記廃棄物を２００〜２５０℃、１．５５〜３．９８ＭＰａで処理することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の燃料の製造方法。
    

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