JP2011168694A - 固形燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塩素の含有量を従来より大きく低減可能な固形燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】ゴミ収集ピット２、一次破砕選別手段１７、乾燥炉８、二次破砕選別手段１８を順次経て、乾燥、粉砕、選別された粉状のゴミを成形機１２に供給し、圧縮して所定形状の固形燃料の製造方法を改良した。その方法は、ゴミの回収を可燃ゴミとプラスチック・ゴミとで分別回収すると共に、以下の３つの手段を適切に付与し、固形燃料の塩素含有量を０．３質量％以下にするものである。手段１：市中から分別回収したプラスチック・ゴミから塩化ビニールを事前除去する、手段２：前記ゴミ収集ピットに付属する汚水ピットに溜まった汚水をオフ・ラインで別途加熱処理する、手段３：ゴミにバイオマス燃料を混合する
【選択図】図１

Description

本発明は、固形燃料の製造方法に係わり、詳しくは、一般家庭から廃棄された生ゴミを含む所謂「都市ゴミ」を主な原材料にして製造される固形燃料から、それが含有する塩素量を低減し、ユーザーが塩素による障害を懸念せずに安心して利用できる固形燃料とする技術に関する。

都市ゴミを処理し、それをリサイクル再利用する技術に、該都市ゴミを破砕、乾燥、分別してから成形し、クレヨン状の固形燃料（通称：「ＲＤＦ」ともいう）とする技術がある。この技術で製造した固形燃料には、従来、多少の臭気が残るという問題があった。そこで、防臭対策として、主原材料の都市ゴミに脱臭・防腐材を添加したり、製造工程に脱臭装置を多数設置して、現在では臭気問題の解決がほぼなされている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

その具体的な製造工程の一例を図３に示すが、この固形燃料の製造は、市中より回収され、水分が４０〜５０質量％含有する主原材料としての都市ゴミ１を、トラック２７で搬送してから、ゴミ収集ピット２に装入することから始まる。該ゴミ収集ピット２では、一次的にゴミを貯留し、生ゴミ中の水分が除かれる。その水分は、ゴミ収集ピット２に付設された汚水ピット３に集められる。そして、ゴミ収集ピット２で水分を減らした都市ゴミ１（以下、単に「ゴミ」とも称する）は、クレーン４を介してゴミ・ホッパ５に集められる。このゴミ・ホッパ５から切り出したゴミ１は、一次破砕選別手段１７としての磁選機６を備えた破砕機７（例えば、二軸式特殊カッタ）を通過させて５０〜１００ｍｍ程度のサイズに破砕すると同時に、磁気を有する鉄スクラップ系やアルミニウム系等のゴミを除外する。この一次破砕されたゴミ１は、ロータリー・キルン方式の乾燥炉８に全量送られ、熱風炉２３で重油バーナ等を利用して発生させた熱風を用いて５００〜６００℃に加熱され、水分の除去が行われる。この乾燥炉８には、通常、乾燥温度調整用とするために前記汚水ピット３に溜まった汚水９も供給され、処理される。なお、この段階で乾燥されたゴミの水分含有量は１０質量％以下である。

次いで、乾燥されたゴミ１は、二次破砕選別手段１８として重力差を利用する風選機１０を備えた破砕機７（例えば、高速回転式カッタ）に送られ、破砕と不適物の選別を行う。この段階で主原材料として適切な状態にされたゴミ１は、２０〜３０ｍｍ程度のサイズになっている。引き続き、その適切なゴミ１には、必要に応じて、防腐、脱臭の役割を果たす消石灰１１が添加された後、定量供給機２５を介して秤量され、ダイスで圧縮する方式の成形機１２に定量供給されてクレヨン状に成形した後、冷却機２６で冷却して最終製品である固形燃料１３となる。その最終製品のサイズは、平均して直径が１５ｍｍ程度、長さが５０〜６０ｍｍ程度である。ここで、使用する成形機１２は特に限定しないが、低速で回転するローラと固定された円盤状のダイスの間に適切なゴミを挟みこみ、最高２００ｋｇ／ｃｍ^２の高圧力と摩擦による反応熱の作用で固形化するものを利用するのが良い。

なお、これら製造工程の必要な位置には、脱臭装置１４、集塵機１５、熱交換器１６等が配設されている。また、このような固形燃料１３の主な利用先（ユーザー）としては、バイオマス燃料が化石燃料の使用より地球温暖化対策となり、安価・安定供給が可能であるとの観点から、製紙会社やＲＤＦ発電所等である。

ところが、最近、当該固形燃料１３をユーザーがボイラーの燃料として使用すると、「ボイラー管が腐食して、その寿命が短くなってしまう」という問題が多発している。その後の調査では、０．６〜１．０質量％もの塩素が製品としての固形燃料１３に含まれており、その塩素がボイラー管素材の鉄鋼材料を腐食する要因であることが判明した。ユーザー側としては、この塩素分を０．３質量％以下に低減すれば、上記ボイラー管の寿命が大きく改善されるので、好ましいと主張している。

特許第３５４５５０４号公報 特許第２８６５５４１号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、塩素の含有量を従来より格段に低減可能な固形燃料の製造方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。すなわち、本発明は、ゴミ収集ピット、一次破砕選別手段、乾燥炉、二次破砕選別手段を順次経て、乾燥、粉砕、選別された粉状のゴミを成形機に供給し、圧縮して所定形状の固形燃料とするに際して、ゴミの回収を可燃ゴミとプラスチック・ゴミとで分別回収すると共に、以下の３つの手段から選ばれた１つ又は２つ以上の手段を施し、固形燃料の塩素含有量を０．３質量％以下に低減すること特徴とする固形燃料の製造方法である。

手段１：市中から分別回収したプラスチック・ゴミを前記ゴミ収集ピットへ投入する前に、該プラスチック・ゴミから塩化ビニールを除去する
手段２：前記ゴミ収集ピットに付属する汚水ピットに溜まった汚水を、乾燥炉に供給せずにオフ・ラインで別途加熱処理する
手段３：ゴミにバイオマス燃料を混合する
また、本発明では、前記手段１の塩化ビニールの除去を、該塩化ビニールとそれ以外のゴミとを赤外線照射で識別し、識別された塩化ビニールだけを空気で吹き飛ばして分別したり、あるいは前記手段３のゴミへのバイオマス燃料の混合量を、質量で２０〜５０％とするのが好ましい。さらに、前記バイオマス燃料にヤシ殻を用い、その混合を前記二次破砕選別手段で行うと良い。

本発明によれば、製造工程に塩素の低減手段を取り入れ、塩素の含有量が０．３質量％以下の固形燃料が安定して製造できるようになる。その結果、製紙会社やＲＤＦ発電所ばかりでなく、固形燃料の使用先が従来より拡大するものと期待できる。

本発明に係る固形燃料の製造方法を実施する工程を示すブロック図である。 本発明に係る固形燃料の製造方法で利用する塩化ビニールの分別装置の一例を示す模式図である。 従来の固形燃料の製造工程を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

まず、発明者は、製品の固形燃料に含まれる塩素の量を調査した。その結果、平均すると０．６〜１．０質量％も含まれていることが判明した。その原因は、固形燃料の原材料である都市ゴミの中には、多量の塩化ビニールが混入していること及び生ゴミ中に塩分が含まれていることにあり、塩素の低減対策としては、製造前にできるだけ塩化ビニール及び生ゴミ中の塩分を含む汚水を除去する必要があると考えられる。市町村によっては、塩化ビニール及び生ゴミを分別回収する所もあるが、完全な分別回収は期待できないのが現状である。

現在行われている分別手段は、多数の作業者を用いて、肉眼観察で塩化ビニールを識別し、手で取り除くことが主体である。本発明では、改良の一手段（手段１）としては、そのような手選でも、とにかく塩化ビニールを除去できれば良いと考えた。当該手選で、都市ゴミに混入している塩化ビニールのうちの１０〜２０質量％程度は除去できるからである。

しかしながら、塩素含有量がユーザの希望する０．３質量％以下の固形燃料を安定して製造するには、除去手段のさらなる改良が望まれる。そこで、発明者は、作業者の能力に頼らずに、選別の効果を高めることを模索した。その結果、混合プラスチックから所望品種のプラスチックを選別する技術を利用することを着想した。

それは、図２に示すように、水平走行するベルト・コンベア１９上に別途事前に破砕・乾燥したゴミ１を供給し、該ゴミ１の流れに上方に設置したセンサ２０から赤外線を照射する。そして、ゴミ１の表面から反射してくる光を同センサ２０で受光して、その光の波長毎に強度を測定し、グラフ化する。そのグラフは、横軸の波長に対応し光の強度を縦軸にプロットした一定の波形を呈する。その波形は、反射対象の物質の種類に応じて異なるので、塩化ビニール２１からの波形とそれ以外のゴミ１からの波形で差が生じる。つまり、予じめ塩化ビニール２１が示す波形をセンサ２０に記憶させておけば、それ以外のゴミ１との識別ができるのである。識別された塩化ビニール１２は、ゴミ１より軽いので、空気ノズル２２を備えた吹き飛ばし部(空気噴出しノズル２２を備えた)で圧力と流量を適切に調整された空気２９によって吹き飛ばされて除去される。この技術の試行によれば、都市ゴミ１が含有する塩化ビニール２１のおおよそ７０〜９０質量％は除去できることが分かった。

そこで、発明者は、この技術を従来のゴミ収集ピット２、一次破砕選別手段１７、乾燥炉８、二次破砕選別手段１８及び成形機１２等からなる製造工程に入る前に、ゴミの回収を可燃ゴミとプラスチック・ゴミとで分別回収して取り入れることを、手段１として加えることにした。具体的な例として、プラスチック・ゴミと可燃ゴミとの分別回収に対処できるように、図３の製造工程を改良したものを図１に示す。市中から可燃ゴミ（生ゴミ、紙ゴミ等）３１とプラスチック・ゴミ３２とを分別回収し、可燃ゴミ３１はゴミ収集ピット２へ直接投入するが、プラスチック・ゴミ３２は別の受け入れホッパ３３に投入するようにした。そして、当該プラスチック・ゴミ３２は磁選機６を備えた予備破砕機３４を経由させて金属等の不適切物を除いてから新たに設けた塩化プラスチック選別装置３５を介して塩化ビニール２１を除去した後、ゴミ収集ピット２へ搬入するようにしたのである。

次に、従来の製造工程では、図３に示したように、ゴミ収集ピット２には、ゴミ１の含
有する水分が分離して溜まる汚水ピット３が付設されている。そこに溜まった汚水９は従来、直接乾燥炉８に送られ、乾燥温度調整用に利用して蒸発処理していた。ところが、この汚水８には、約０.１〜０．５質量％程度の塩素が含まれていたので、蒸発に際してゴミ１の表面に吸着して濃縮し、ゴミ１の塩素量を０．６質量％以上に高めている１つの要因であることが分かった。

そこで、発明者は、汚水ピット３に溜まった汚水９を乾燥炉８に供給せずに、図１に示すように、汚水９をトラック２７でオフ・ラインに搬送し、別途加熱処理すれば、製品の塩素量を低減できると考え、このことを手段２として本発明に加えるようにした。なお、その加熱処理の方法については、本発明では特に限定しない。

さらに、発明者は、固形燃料１３の塩素含有量を低減するには、乾燥処理を経た都市ゴミ１に塩素分を含まないバイオマス燃料３０を加えて塩素分を希釈すれば良いと着想し、図１に示すように、二次破砕選別手段１８の前に手段３として本発明に加えることにした
のである。バイオマス燃料３０としては、ヤシ殻、下水汚泥、木クズ等、種々のものが存在するが、本発明ではヤシの実からパーム油を採取した後に残るヤシ殻を使用することを推薦する。その場合、前記手段３のバイオマス燃料へのバイオマス燃料の混合量を、質量で２０〜５０％とするのが好ましい。２０質量％未満では、希釈効果が小さく、５０質量％超えでは、都市ゴミ１の使用量が減少し、好ましくないからである。

バイオマス燃料３０の混合は、本発明では、一体の固形燃料とする必要性から二次破砕選別手段１８の前としたが、バイオマス燃料の粒径が大きい場合には、ユーザーが固体燃料１３を使用する際に配合しても良い。

市中から分別回収した都市ゴミ１を処理し、固形燃料１３を製造した。利用した製造工程は、図１に示した通りのものであるが、この実施例を実施するに際しては、塩素の低減効果を確認するため、図３に示した従来の製造方法による場合（従来例）も行った。なお、乾燥炉８の内部雰囲気温度は５００〜６００℃、成形機１２の条件は最高加圧力２００ｋｇ／ｃｍ^２、都市ゴミ１の一次破砕選別後のサイズは５０〜１００ｍｍ、二次破砕選別後のサイズは２０〜３０ｍｍである。その他の主な製造条件及び製造結果を表１に一括して示す。バイオマス燃料３０としては、ヤシ殻を使用した。

表１より、本発明に係る固形燃料１３の製造方法を適用すると、手段１と３の場合は従来より最終製品の固形燃料１３に含まれる塩素含有量が低減し、ユーザーの希望値０．３質量％以下となることがあきらかである。さらに手段２を併用すると、ユーザーが安心して使用できる低塩素濃度の固形燃料１３の製造が確認できた。

１ 都市ゴミ
２ ゴミ収集ピット
３ 汚水ピット
４ クレーン
５ ゴミ・ホッパ
６ 磁選機
７ 破砕機
８ 乾燥炉
９ 汚水
１０ 風選機
１１ 消石灰
１２ 成形機
１３ 固形燃料
１４ 脱臭装置
１５ 集塵機
１６ 熱交換器
１７ 一次破砕選別手段
１８ 二次破砕選別手段
１９ ベルト・コンベア
２０ センサ
２１ 塩化ビニール
２２ 空気噴出しノズル
２３ 熱風炉
２４ スクリーン
２５ 定量供給機
２６ 冷却機
２７ トラック
２８ 信号
２９ 空気
３０ バイオマス燃料
３１ 可燃ゴミ
３２ プラスチック・ゴミ
３３ 別の受け入れホッパ
３４ 予備破砕機
３５ 塩化プラスチック選別装置

Claims (4)

1. ゴミ収集ピット、一次破砕選別手段、乾燥炉、二次破砕選別手段を順次経て、乾燥、粉砕、選別された粉状の都市ゴミを成形機に供給し、圧縮して所定形状の固形燃料とするに際して、ゴミの回収を可燃ゴミとプラスチック・ゴミとで分別回収すると共に、以下の３つの手段から選ばれた１つ又は２つ以上の手段を施し、固形燃料の塩素含有量を０．３質量％以下に低減すること特徴とする固形燃料の製造方法。
   手段１：市中から分別回収したプラスチック・ゴミを前記ゴミ収集ピットへ投入する前に、該プラスチック・ゴミから塩化ビニールを除去する
   手段２：前記ゴミ収集ピットに付属する汚水ピットに溜まった汚水を、乾燥炉に供給せずにオフ・ラインで別途加熱処理する
   手段３：ゴミにバイオマス燃料を混合する
2. 前記手段１の塩化ビニールの除去を、該塩化ビニールとそれ以外のゴミとを赤外線照射で識別し、識別された塩化ビニールだけを空気で吹き飛ばして分別することを特徴とする請求項１記載の固形燃料の製造方法。
3. 前記手段３のゴミへのバイオマス燃料の混合量を、質量で２０〜５０％とする請求項１又は２記載の固形燃料の製造方法。
4. 前記バイオマス燃料にヤシ殻を用い、その混合を前記二次破砕選別手段で行うことを特徴とする請求項３記載の固形燃料の製造方法。

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