JP2011068824A - 有機性含水廃棄物の炭化設備 - Google Patents

Abstract

【課題】有機性含水廃棄物の水分率を低下させる乾燥装置から発生する乾燥ガスの脱臭や無害化処理を設備コストを増大させることなく行うことができる有機性含水廃棄物の炭化設備及び炭化方法を提供する。
【解決手段】乾燥装置と、乾留装置と、乾留ガス燃焼装置とを備えている。これらの装置は、ガス配管で連結され、かつこれらの装置間に、コンベアやローダなどの固形物の搬送装置が設けられている。乾燥装置で発生した乾燥ガスは、総て乾留ガス燃焼装置で燃焼ないし熱分解され、燃焼ガスとして乾留ガス燃焼装置から排出される。乾留ガスの脱臭や無害化が乾留ガス燃焼装置４で行われると同時に、乾燥装置１で発生する多量の水蒸気を含んだ乾燥ガスの脱臭や無害化も乾留ガス燃焼装置で行われる。
【選択図】図１

Description

この発明は、下水汚泥、家畜の糞尿、食物残渣などの多量の水分を含んだ有機性廃棄物（バイオマス）の炭化方法及び装置に関するものである。

下水汚泥や食物残渣などの有機性廃棄物は、従来、焼却や埋立によって処理されることが多かったが、近年、廃棄物の減量化や再利用の観点から、これらの廃棄物を脱水、乾燥及び乾留処理により炭化して再利用する技術が提案されている。

有機性廃棄物の炭化（乾留）処理においては、乾留装置としてロータリーキルンを用いており、乾留の際に発生する乾留ガスを乾留ガス燃焼炉（二次燃焼炉）で燃焼して、その燃焼ガスを廃棄物の乾燥や乾留の際の補助熱源として用いることが提案されている（特許文献１〜３）。特許文献２に記載の発明は、ロータリーキルンの前段部で乾燥を行い、後段部で乾留を行うものであるが、特許文献１及び３に記載の発明では、乾燥装置を乾留装置とは別置きで設けている。

すなわち、特許文献１記載の発明では、乾燥キルン中に乾留ガス燃焼炉からの乾留ガスが送入され、乾燥キルンに送り込まれた活性汚泥は、攪拌されながら乾留ガスの熱により乾燥され、次に炭化キルン中へ送入される。乾燥キルンにおいて乾燥に供されたガスは、サイクロンセパレータ及び集塵式フィルタにより除塵された後、脱臭炉で加熱されて脱臭されてから、大気中に排気される。

また、特許文献３記載の発明では、有機性廃棄物が乾燥機で乾燥された後、造粒装置で造粒され、ロータリーキルンにおいて炭化される。ロータリーキルンで発生する乾留ガスは、乾留ガス燃焼炉で燃焼された後、その一部が乾燥機の熱源として使用され、残りは熱交換器で熱交換される。乾燥機からの排ガス及び熱交換器で熱交換された排ガスは、減温塔、バグフィルター、脱臭装置などを備えたガス処理設備にて処理され、その後大気中へ排出される。

なお、特許文献３には、有機性廃棄物を燃料として有効利用するためには、発熱量を確保し、臭気を除去する必要があることが示されている。

また、特許文献４には、脱水した汚泥に植物系廃棄物を混合してコンポスト化し、その後、炭化・賦活して活性汚泥を得るという下水汚泥の活性炭化処理方法が提案されている。

特開平５‐１０４０９７号公報 特開平９‐２４３９２号公報 特開２０００‐２６５１８６号公報 特開昭５７‐１５６０９７号公報

下水汚泥や食品残渣のように、水分を多量に含んでいる有機性含水廃棄物は、乾留処理を行う前に廃棄物の水分率を低下させる乾燥処理が必要である。特許文献１及び３に記載の発明では、乾燥処理を乾留キルンとは別置きで設置した乾燥用キルンないし乾燥炉で行っているので、廃棄物の種類や含水率に応じて乾留装置と乾燥装置をそれぞれ最適な状態で運転できるという利点があると考えられる。

しかし、これらの廃棄物炭化設備では、乾燥装置を通った排ガスを直接ガス処理設備を経由して大気排出している。乾燥装置から発生する乾燥ガス中には、水蒸気の他に、汚泥中に含まれている揮発性の化学物質のガスが含まれており、これらの中には悪臭の原因となる物質や有害物質、あるいは有害物質に変化する化学物質が含まれている。

そこで乾燥装置から排出された乾燥ガスを大気放出する前に浄化する装置が必要となるが、有機性含水廃棄物の乾燥においては、乾燥ガス中に種々の悪臭物質や有害物質が含まれている可能性が高く、かつ乾燥ガス（殆どが水蒸気）の量が多量になるため、排ガス処理設備として大容量の多種類の装置を設ける必要があり、廃棄物処理設備に付属する排ガス処理設備が高価になるという問題があった。

更に有機性含水廃棄物の炭化設備においては、廃棄物中の水分を蒸発・乾燥するのに多量の熱エネルギーを必要とし、乾留時に廃棄物から発生する熱及び乾留ガスの燃焼熱だけでは熱量が不足する。そのため、例えば特許文献２の発明では、廃棄物焼却炉を設けてその熱を廃棄物を乾燥するための熱源としている。また、特許文献４記載の発明においては、廃棄物をコンポスト化するときに発生する熱で水分率が低下することが考えられる。しかし、前者では、廃棄物燃焼装置の排ガスを浄化する必要があり、炭化設備の排ガス処理設備で処理できるにしても、設備が大型化することは避けられない。また、後者の方法では、コンポスト化するために長い時間が必要で、大量の廃棄物を処理しようとすると、大容量のコンポスト化装置が必要となり、設備コストが非常に高くなるという問題が生ずる。

この発明は、上記のような従来の有機性含水廃棄物の炭化設備が有する問題点を解決するためになされたもので、乾留装置と乾燥装置とを別置きで備えた有機性含水廃棄物の炭化設備において、乾燥装置から発生する乾燥ガスの脱臭や無害化処理を設備コストを増大させることなく行うことができる有機性含水廃棄物の炭化設備を得ること、及び、当該設備を用いて有機性含水廃棄物を定常状態では外部熱源を用いることなく炭化することが可能な方法を提供することを課題としている。

この発明の有機性含水廃棄物の炭化設備は、乾燥装置１と、乾留装置２と、乾留ガス燃焼装置４とを備えている。これらはそれぞれ独立した装置で、これらの装置は、ガス配管２７〜２９、３１、３２で連結され、かつこれらの装置間には、固形物を搬送するコンベアやローダなどの搬送装置１１〜１４が設けられている。

有機性含水廃棄物は、乾燥装置１に投入されて乾燥処理され、水分率が低下した乾燥済廃棄物は、搬送装置１２で乾留装置２へ搬送される。乾留装置２には、乾燥済廃棄物と籾殻などの水分率の低い有機性材料（ドライバイオマス）とが供給され、これらの材料（乾燥済の廃棄物及びドライバイオマス）が乾留装置２内で炭化されて再利用製品としての炭化物が得られる。

乾留装置２で発生した乾留ガスは、乾留ガス燃焼装置４で高温燃焼され、その燃焼ガスは、外気導入や熱交換によって温度が下げられて乾燥装置１の熱源として利用される。必要があれば、乾留ガス燃焼装置４で生じた燃焼ガスの一部を乾留装置２に導いて乾留時の補助熱源として用いることができる。

外気導入や熱交換によって温度低下した乾留ガス燃焼装置の燃焼ガスは、乾燥装置１に導かれ、乾燥装置１内の有機性含水廃棄物を間接乾燥する。ここで言う間接乾燥は、燃焼ガスと廃棄物とが直接接触することのない乾燥であって、燃焼ガスは乾燥装置１のジャケットや加熱管を通過して、当該ジャケットや加熱管の壁面からの輻射や伝熱により、乾燥装置１内の廃棄物を乾燥する。

一方、燃焼ガスの一部は、乾燥装置１内の廃棄物を直接乾燥するのに用いられる。すなわち、燃焼ガスの一部が乾燥装置１内の乾燥室２１に直接吹き込まれて、当該乾燥室に投入されている廃棄物２２と直接接触することにより当該廃棄物を乾燥する。乾燥室２１に吹き込まれた燃焼ガスは、廃棄物から蒸散した水蒸気及びその他の化学物質のガスと共に乾留ガス燃焼装置４に送られ、当該燃焼装置内の高温に晒されて脱臭及び可燃ガスの燃焼、有害化学物質の熱分解などが行われる。

この発明の有機性含水廃棄物の炭化設備では、乾燥装置１で発生した乾燥ガスは、総て乾留ガス燃焼装置４で燃焼ないし熱分解され、燃焼ガスとして乾留ガス燃焼装置４から排出される。この発明の炭化設備では、排ガス処理設備３０に送られるガスは、乾留ガス燃焼装置４の燃焼ガスのみであり、従って排ガス処理設備３０の構造の単純化及び小容量化が実現できる。すなわち、この出願の発明によれば、乾留装置２で発生する乾留ガスの脱臭や無害化が乾留ガス燃焼装置４で行われると同時に、乾燥装置１で発生する多量の水蒸気を含んだ乾燥ガスの脱臭や無害化も乾留ガス燃焼装置４で行われることとなり、炭化設備に付属する排ガス処理設備３０の構造の単純化と小容量化を実現することができる。

有機性含水廃棄物を処理する際の上記構造の炭化設備の運転に際しては、乾留装置２に乾燥装置１で乾燥した乾燥済廃棄物に籾殻などの炭化材料を混合して投入する。すなわち、乾燥済廃棄物に既に乾燥している（含水率の低い）籾殻などの炭化材料を混合して乾留することにより、これらの材料の炭化と有機性含水廃棄物の乾燥・炭化とに必要な熱量を確保して、重油燃焼装置や廃棄物燃焼装置などの他の熱源装置を設けることなく、有機性含水廃棄物の炭化処理を可能にしている。

この発明によれば、水分を多量に含んだ下水汚泥や生ごみなどの有機性廃棄物を、
（１）設備の始動時を除き、化石燃料を使用せずに、乾燥、炭化、脱臭を行え、
（２）補助材料として、籾殻などのドライバイオマスを利用するが、ドライバイオマスの使用量を少なくでき、
（３）乾燥時（外熱乾燥）に発生する臭気は、乾留ガスの二次燃焼で熱分解させるので、完全な脱臭ができる。

すなわち、この発明の装置では、乾燥装置１で発生した異臭成分や有害成分を含むおそれのある乾燥ガスを乾留ガス燃焼装置４の高温に晒して脱臭及び無害化処理を行って大気開放するようにしており、排ガス処理設備３０での脱臭及び有害ガス処理の負担を軽減している。

また、この発明の炭化処理方法では、乾燥処理した下水汚泥に籾殻などの水分率の小さい植物性廃棄物を炭化物の原料として加えて乾留処理を行うことによって炭化設備全体としての熱収支をバランスさせ、重油燃焼機や廃棄物燃焼機のような外部熱源を不要にしている。

処理する廃棄物の種類や含水率が変化したとき、当該廃棄物を乾燥して得られた乾燥廃棄物と籾殻等との混合割合を調整することにより、設備全体の熱収支をバランスさせることができ、多様な廃棄物の炭化処理を単純化された装置で外部熱源や大気中への無駄な熱放出を伴うことなく、炭化することができる。

この発明の一実施例を示すブロック図

図１は、この発明の一実施例を示すブロック図である。図において、１は乾燥機、２はロータリーキルン（乾留装置）、３はロータリーキルン２に付属の材料投入用スクリューフィーダ、４は乾留ガス燃焼機、５は乾燥機１内に配置された加熱配管、６はブロア、７、８及び９はダンパ（流量調整弁）、１０は攪拌機、１１は乾燥機１に下水汚泥を搬送及び投入するローダ、１２は乾燥機１から乾燥済汚泥を取り出してスクリュフィーダ３に搬送するローダ、１３は籾殻をスクリュフィーダ３に搬送投入するローダ、１５は炭化物のストッカ、１４は炭化物を搬出するローダである。図には固形物の搬送経路が太い実線で示されており、ガスパイプが細い実線で示されている。なお、図１にはスクリュフィーダ３が２個描かれているが、同じ装置であり、材料の流れを理解しやすくするために２個描いたものである。

乾燥機１は、乾燥室２１内に投入された下水汚泥２２の乾燥を、乾燥室２１を密閉して行うバッチ式の乾燥装置である。乾燥室２１には、加熱管５が配置されている。図の加熱管５は、乾燥室２１を通って床面下に導かれている。乾燥室２１内の下水汚泥２２は、乾燥室２１内に配設された加熱管５及び床面からの輻射ないし伝熱により乾燥される。乾燥室２１の天井は、太陽光２３の熱エネルギーを乾燥に利用できるように、透明天井とされている。

ロータリーキルン２は、炭化物の原料となる乾燥済み下水汚泥及び籾殻を混合して投入するスクリュフィーダ３を備え、材料排出口２４の下に炭化物２５のストッカ１５が配置されている。

ロータリーキルン２で発生した乾留ガスは、乾留ガス配管２７で乾留ガス燃焼機４に送られる。乾留ガス燃焼機４で発生した燃焼ガスは、燃焼ガス配管２８で乾燥機の加熱管５に送られる。加熱管５の燃焼ガスは、ブロア６で吸引されて排ガス配管２９で排ガス処理設備３０に送られた後、排出される。排ガス配管２９から分岐した分岐配管３１は、乾燥機の乾燥室２１に開口しており、ダンパ７、８の開度調整により、排ガスの一部が乾燥室２１に導かれる。

乾燥室２１に導かれた排ガス及び乾燥処理によって下水汚泥２２から発生した多量の水蒸気を含む乾燥ガスは、乾燥ガス配管３２で乾留ガス燃焼機４に導かれている。乾燥ガス配管３２には、乾留ガス燃焼機４への乾燥ガスの流れを補助するためのファン３４が設けられている。

乾留ガス燃焼機４の燃焼ガス配管２８には、ダンパ９を備えた空気導入管３３が接続されており、ダンパ９の開度調整により、加熱管５に供給される燃焼ガスの温度を低下させ、高温加熱によって下水汚泥２２が焼結するのを防止している。乾燥室２１には、攪拌機１０が設けられて、下水汚泥２２を攪拌して均一な乾燥が行われるようにしている。なお、この乾燥機として、ロータリーキルン型の乾燥機を用いることも可能である。

図の実施例においては、８０重量％の水分を含む下水汚泥２２が乾燥機１に投入されている。乾燥機１の処理能力は４、２００ｋｇ／ｈｏｕｒであり、乾燥により水分率１７重量％の乾燥済下水汚泥が１、００８ｋｇ／ｈｏｕｒの割合で排出される。ロータリーキルン２には、この乾燥済下水汚泥と、水分率１５重量％の籾殻７００ｋｇ／ｈｏｕｒとが、スクリュフィーダ３により混合されて投入される。すなわち、ロータリーキルン２では、１,７０８ｋｇ／ｈｏｕｒの原料が乾留処理（炭化処理）され、４２０ｋｇ／ｈｏｕｒの炭化物２５が製造される。ロータリーキルン２からは、２、９４０、０００ｋｃａｌ／ｈｏｕｒの熱量を持った乾留ガスが発生し、乾留ガス燃焼機４で燃焼され、毎分１８９ｍ³の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスに空気導入管３３から二次空気を導入することにより、乾燥機の加熱管５には、毎分７５６ｍ³の加熱ガスが供給され、排ガス処理設備３０を経て大気排出される。排ガスの一部は、分岐配管３１を通って乾燥室２１内に直接導入され下水汚泥２２を直接乾燥し、多量の水蒸気を含む乾燥ガスが３、１９２ｋｇ−Ｈ₂Ｏ/ｈの割合で乾留ガス燃焼機４に送られ、高温環境下で脱臭及びダイオキシンの発生防止などの無害化処理が行われる。

１ 乾燥装置
２ 乾留装置
４ 乾留ガス燃焼装置
５ 加熱管
21 乾燥室
27 乾留ガス配管
28 燃焼ガス配管
31 分岐配管
32 乾燥ガス配管

Claims (3)

1. 乾燥装置(1)と、乾留装置(2)と、乾留ガス燃焼装置(4)と、乾留装置で発生した乾留ガスを乾留ガス燃焼装置(4)に導く乾留ガス配管(27)と、乾留ガス燃焼装置(4)の燃焼ガスを乾燥装置(1)に導く燃焼ガス配管(28)と、乾燥装置(1)で発生した多量の水蒸気を含む乾燥ガスを乾留ガス燃焼装置(4)に導く乾燥ガス配管(32)とを備えている、含水有機性廃棄物の炭化設備。
2. 乾燥装置(1)は、含水有機性廃棄物を投入する乾燥室(21)と、この乾燥室を加熱する加熱管(5)とを備え、前記燃焼ガス配管(28)が加熱管(5)に接続され、この加熱管を通過した排ガスの一部を前記乾燥室に導く分岐配管(31)を備えている、請求項１記載の有機性含水廃棄物の炭化設備。
3. 乾燥装置(1)で乾燥した有機性廃棄物と籾殻その他の乾燥した炭化材料とを混合して乾留装置(2)に投入し、その乾留ガスを乾燥装置から排出される乾燥ガスと共に乾留ガス燃焼装置(4)に導いて燃焼し、この燃焼ガスを乾燥装置(1)に導いて当該乾燥装置の乾燥室(21)に投入した有機性含水廃棄物を乾燥し、乾燥室(21)で発生する多量の水蒸気を含んだ乾燥ガスを前記乾留ガスと共に乾留ガス燃焼装置で燃焼させることを特徴とする、有機性含水廃棄物の炭化方法。

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