JP2017225939A - 材料変換処理システムおよび材料変換処理方法並びに前記システムもしくは方法により処理された材料から成型される発熱成型体。 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼により発生する有害な物質を発生させずに、短時間で廃棄物などの材料を安全に処理し、小型化も可能であり、しかも処理した材料を発熱成型体として再利用するのに好適な材料変換処理システムを提供する。
【解決手段】耐圧容器内に設けられ、前記投入口から投入された材料を攪拌しながら移送する攪拌移送手段と、前記耐圧容器内の材料に対して高温の水蒸気を注入する高温水蒸気注入手段と、前記耐圧容器内の圧力を開閉弁により調節する圧力調節手段と、前記攪拌移送手段による攪拌移送時間、前記高温水蒸気注入手段から注入される水蒸気温度および前記圧力調節手段による前記圧力の調節を制御する制御手段とを具備しており、処理後の材料の比電気抵抗が２９００Ω・ｍ以上となるように、前記制御手段は、当該材料の性状に応じて耐圧容器内の温度および圧力を所定値に保持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、廃棄物その他の一般材料を発熱成型体として再利用できるように処理するための材料変換処理システム、材料変換処理方法並びに前記変換処理システムもしくは前記変換処理方法により処理された材料から成型される発熱成型体に関するものである。

近年、ポリ塩化ビニル・ポリエチレン・ポリプロピレンおよびポリスチレン等のプラスチック類や、生ゴミや汚泥等の各種廃棄物を再利用可能に処理するための様々な技術が提案されている。例えば、特開２００３−４７４０９号公報（特許文献１）に、食品残渣や木や紙等の原料を飼料や肥料に加工するための原料加工方法が開示されている。この発明は、食品残渣等の原料を処理釜に投入し、この処理釜の内部温度を飽和水蒸気により保持し、原料を攪拌するとともに所定の圧力で飽和水蒸気を導入する。そして、処理釜内の圧力が所定値になったときに水蒸気を排出し、前記原料を攪拌すると、加水分解、熱分解、乾燥および炭化されて、飼料や肥料に加工されるようになっている。

特開２００３−４７４０９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発明においては、食品残渣、木、または紙等の原料から有害物質を発生させずに飼料や肥料を作成することを目的としており、その適正な処理条件を求めている。しかし、必ずしも飼料や肥料以外の目的で再利用する最適条件とは限らない。むしろプラスチック、生ゴミ、汚泥など、そもそも処理対象物である廃棄物の性状によっても適正な処理条件は異なるし、特に、高温域での処理や高圧力下での処理は性状を大きく変化させるため、再利用の目的によって個々に適正に定められなければならない。

また、処理した廃棄物を再利用するには、単に無害にするだけでは足りず、より高付加価値のある性状に処理するのが好ましい。さらに再利用に要するコストを考慮すると、できる限り利用目的に適した性状にしたい。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、燃焼により発生するダイオキシン等の有害な物質を発生させることなく、短時間で廃棄物などの材料を安全に処理することができ、小型化も可能であり、しかも処理した材料を発熱成型体として再利用するのに好適な材料変換処理システム、材料変換処理方法およびこれらによる処理済みの材料から成型される発熱成型体を提供することを目的としている。

本発明に係る材料変換処理システムの特徴は、材料の投入口および排出口を備えた耐圧容器と、この耐圧容器内に設けられ、前記投入口から投入された材料を攪拌しながら移送する攪拌移送手段と、前記耐圧容器内の材料に対して高温の水蒸気を注入する高温水蒸気注入手段と、前記耐圧容器内の圧力を開閉弁により調節する圧力調節手段と、前記攪拌移送手段による攪拌移送時間、前記高温水蒸気注入手段から注入される水蒸気温度および前記圧力調節手段による前記圧力の調節を制御する制御手段とを具備しており、処理後の材料の比電気抵抗が２９００Ω・ｍ以上となるように、前記制御手段は、当該材料の性状に応じて耐圧容器内の温度および圧力を所定値に保持するように制御する点にある。

また、本発明では、圧力調整手段をスプリングの付勢力によって内部圧力を調節する開閉弁を備えた構造にしてもよい。この場合、機械的な動作によって耐圧容器内の圧力を調整保持するため、制御手段により電気的に制御する必要はなくなる。

また、材料を短時間で処理し、所望の比電気抵抗を有する処理済み材料にするために、材料の性状に応じた処理が必要である。そこで、本発明では、材料が生ゴミの場合、耐圧容器内の温度を２１０〜２５０℃に保持し、その耐圧容器内の圧力を２．０５〜２．６５ＭＰａに保持するとともに、処理時間が８０〜９０分であることが好ましい。生ゴミは、主として家庭や店舗の台所から出る肉・魚・野菜などの屑や食べ残しなどの水分を多く含んだゴミである。

また、本発明では、材料が医療廃棄物の場合、耐圧容器内の温度を１９０〜２６０℃にし、その耐圧容器内の圧力を１．７０〜３．００ＭＰａに保持するとともに、処理時間が５０〜９０分であることが好ましい。医療廃棄物は、例えば紙オムツや点滴袋、チューブ等、ポリ塩化ビニルを主原料とする製品である。

さらに、本発明では、材料がポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂またはポリエチレンテレフタラート等のプラスチックの場合、耐圧容器内の温度を２００〜２３０℃に保持し、その耐圧容器内の圧力を１．５５〜２．６５ＭＰａに保持するとともに、処理時間が６０〜９０分であることが望ましい。

また、本発明では、材料がポリスチレン、いわゆる発泡スチロールの場合、耐圧容器内の温度を１９０〜２４０℃に保持し、その耐圧容器内の圧力を１．５０ＭＰａ〜２．０６ＭＰａに保持するとともに、処理時間が７０〜９０分であることが好ましい。

さらに、本発明では、材料が汚泥の場合、耐圧容器内の温度を１９０〜２３０℃に保持し、その耐圧容器内の圧力を１．５５〜２．６５ＭＰａに保持するとともに、処理時間が９０〜１２０分であることが望ましい。汚泥は、例えば下水道や河川に溜まるヘドロや上水道処理工場の処理済汚泥である。

また、本発明では、効率的で簡単に所定の高温水蒸気を供給するため、高温水蒸気注入手段は、高温空気を発生させて送風する高温空気発生器と、水蒸気を発生させて供給する水蒸気発生器とを有しており、前記高温空気発生器と耐圧容器とを送風管で連通し、この送風管の途中に軸線方向に対して３０度の角度で水蒸気を吹き込むように水蒸気の供給管を連結し、前記水蒸気を所定の温度の高温水蒸気に生成して耐圧容器内に供給するのが好ましい。

さらに、前記高温水蒸気注入手段は、７００℃の高温空気と、１２０℃以上の水蒸気とを混合して各性状の材料に適正な高温水蒸気を生成することが望ましい。

さらにまた、本発明では、より耐圧容器を小型化するために、耐圧容器を上下複数段の処理層に分割し、各処理層を区分けする仕切板の端部には下段へと処理の進行した材料を移送する移送穴が形成されており、各処理層に設けられた撹拌移送手段は、処理層の長手方向に水平回動軸を軸支し、この水平回動軸にスクリュー羽根が取り付けられており、その水平回動軸を正逆回転させることによって材料を反復処理させながら高温水蒸気を噴射して処理を進行させるようにしてもよい。また、該反復処理において、該水平回動軸の回転速度が２０〜４０回転／分であることが好ましい。

さらにまた、処理後の材料を乾燥させるための乾燥手段を具備しても良い。

また、本発明に係る材料変換処理方法の特徴は、耐圧容器の投入口から投入された材料を攪拌しながら移送する撹拌移送工程と、この撹拌移送される材料に対して高温水蒸気注入手段から高温水蒸気を噴射する高温水蒸気注入工程と、処理後の材料の比電気抵抗が２９９０Ω・ｍ以上となるように、当該材料の性状に応じて耐圧容器内の温度および圧力を所定値に保持するように高温水蒸気注入手段および圧力調節手段を制御する処理条件保持工程とを有する点にある。

さらにまた、処理後の材料を乾燥させるための乾燥工程を具備しても良い。

そして、本発明に係る発熱成型体の特徴は、特許請求の範囲の各請求項に記載の材料変換処理システムまたは材料変換処理方法により処理された材料に、カーボン粒子および接着材を加えて混練してなる組成物を型枠に入れて形成する点にある。

本発明によれば、熱分解はさせないので、ダイオキシン等の燃焼により発生する有害な物質を発生させることなく短時間で材料の性質を変換処理することができる。また処理容器を小型化することが可能であり、しかも処理した材料を発熱成型体として再利用できる。

本発明に係る材料変換処理システムの第１実施形態を示す概略図である。 本発明に係る材料変換処理システムの第２実施形態における圧力調節手段を示す概略図である。 本発明に係る材料変換処理システムの第３実施形態を示す概略図である。 第１実施形態における実施例１から実施例５の処理条件および処理結果を示す表である。 第１実施形態における実施例６の処理条件および比電気抵抗を示す表である。

以下、本発明に係る材料変換処理システムの実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る材料変換処理システムの第１実施形態の材料変換処理システム１Ａを示す概略図である。本第１実施形態の材料変換処理システム１Ａは、材料を収容して処理するための耐圧容器２と、この耐圧容器２に投入された材料を攪拌しながら移送するための攪拌移送手段３と、耐圧容器２内の材料に対して高温の水蒸気を注入するための高温水蒸気注入手段４と、耐圧容器２内の圧力を調節するための圧力調節手段５Ａと、撹拌移送手段３、高温水蒸気注入手段４および圧力調節手段５Ａを制御するための制御手段６とから構成されている。

本実施形態で変換処理する材料は、廃棄処理の問題が生じている各種廃棄物を用いており、家庭や飲食店から排出される野菜や魚肉等の生ゴミ、医療機関等から排出される紙おむつや点滴袋等のポリ塩化ビニルを主原料とする医療廃棄物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂およびポリエチレンテレフタラート等のプラスチック類、発泡スチロール等のポリスチレン系廃棄物、さらには下水や河川における汚泥等が挙げられる。

本実施形態の各構成部についてより詳細に説明すると、耐圧容器２は、耐圧性および耐食性を備えた金属材料により中空体に形成されており、その内部で廃棄物を処理するようになっている。また、耐圧容器２の上部には廃棄物の投入口２１が設けられるとともに、下部には排出口２２が設けられている。これら投入口２１および排出口２２は、廃棄物を処理する際に耐圧容器２内の圧力を保持し得る密閉構造にされている。また、耐圧容器２には、温度センサ２３および圧力センサ２４が備えられており、耐圧容器２内の温度および圧力を検出するようになっている。

つぎに、撹拌移送手段３は、耐圧容器２内の長手方向に水平回動軸３１に軸支されており、この水平回動軸３１にらせん形状のスクリュー羽根３２を取り付けて、スクリューコンベア３が構成されている。水平回動軸３１には、これを正逆回動させる駆動モータ３３が連結されている。スクリューコンベヤ３は、投入された廃棄物を攪拌しつつ移送するようになっており、投入口２１から排出口２２まで延在している。一方、駆動モータ３３は正逆回転自在なモータであり、廃棄物が所望の性状に炭化処理されるまで耐圧容器２内で往復動させる。なお、当該処理において、水平回動軸３１は、回転速度を２０〜４０回転／分とするのが望ましい。当該回転速度が２０回転／分未満であると、加水分解処理や炭化処理が十分になされず、４０回転／分以上の場合当該処理の効率はさほど上がらない。

つぎに、高温水蒸気注入手段４は、高温空気を発生させて送風する電気ヒータ等から構成される高温空気発生器４１と、水蒸気を発生させて供給するボイラ等から構成される水蒸気発生器４２とを有している。高温空気発生器４１と耐圧容器２とは送風管４３で連通されており、この送風管４３は、前記耐圧容器２に対して水平回動軸３１よりも上方位置であって略水平方向に連結されている。また、この送風管４３の途中には、水蒸気発生器４２の水蒸気供給管４４が連結されている。この水蒸気供給管４４は、送風管４３の軸線方向に対して約３０度（許容範囲±０．５°位）の角度で交差するように連結されている。これにより、前記水蒸気を所定の温度の高温水蒸気に生成して耐圧容器２内に供給するようになっている。

高温空気の送気管４３と水蒸気供給管４４との混合角度は試行錯誤の結果決定されている。仮に３０度を越えて連結すると、水蒸気が高温空気の送気管４３側へ逆流するおそれがある。一方、３０度未満の角度で連結すると、水蒸気の流入が先行し、最適な混合が行われず必要な温度が得られなくなる。したがって、高温空気の送気管４３に対して水蒸気供給管４４を約３０度で連結させるのが好ましい。本実施形態では、高温空気を約７００℃まで加熱して送風し、約１２０度以上の水蒸気を水蒸気供給管４４から吹き入れて、約２００℃にまで高められた高温水蒸気を耐圧容器２内に注入するようになっている。

なお、高温空気の送気管４３は、耐圧容器２の水平中心線よりも上方に設けるようになっているが、これは、耐圧容器２内の廃棄物が堆積して圧力を受けていない状態、つまり、撹拌されて中空に浮き、処理物に覆い被さる直前に高温水蒸気を当てるのが最適であり、高い処理効率が得られるからである。

つぎに、圧力調節手段５Ａは、電気制御方式のバルブから構成されており、耐圧容器２内の圧力が設定した圧力を越えるとバルブを開放し、耐圧容器２内の圧力を抜いて所定の圧力に保持するようになっている。このバルブがいわゆる開閉弁の役割を果たす。また、バルブのシート面には、圧力を安定的に保持するとともに、安全に連続使用し得るように特殊繊維のシール材を採用している。さらに、圧力調整手段５Ａには、図示しない消音器が取り付けられており、市街地などに設置する場合の騒音対策が施されている。

つぎに、制御手段６は、撹拌移送手段３、高温水蒸気注入手段４および圧力調節手段５Ａと電気的に接続されており、これらを制御するようになっている。この制御手段６は、駆動モータ３３の回転方向や回転速度を制御して、耐圧容器２内における廃棄物の撹拌移送時間を制御する。また、耐圧容器２内における温度および圧力が低下した場合には、高温水蒸気注入手段４からの高温水蒸気を増加させて温度および圧力を上昇させ、逆に、耐圧容器２内の温度および圧力が上昇した場合には、圧力調節手段５Ａのバルブを開放して温度および圧力を低下させる。なお、制御手段６は、耐圧容器２内の温度センサ２３および圧力センサ２４と電気的に接続されており、これらの検出結果に基づいて耐圧容器２内の温度および圧力を所定の値で保持するようにフィードバック制御している。

また、制御手段６は、処理済み廃棄物を発熱成型体として再利用する条件を考慮して、処理後の廃棄物の比電気抵抗が２９００Ω・ｍ以上となるように、各種の廃棄物の性状に応じて耐圧容器２内の温度および圧力を所定値に保持するようになっている。

以上述べた構成でも、本発明の第１実施形態に係る材料変換処理システム１Ａは成立する。しかしながら前記材料変換処理システム１Ａで処理済みの廃棄物、特に汚泥類などは、含水率が高く、場合によっては比電気抵抗が２９００Ω・ｍ未満になることがたまにあり、また特有の臭気が残るといったことがある。こういったことを改善する目的で、乾燥手段（図示せず）を設けても良い。ちなみに、この乾燥手段については、圧力調節手段５Ａ、高温空気発生器４１（但し水蒸気供給管４４は使用せず。）および送風管４３を代用するか、それらとは別個に既知の乾燥空気発生器（図示せず）を送風管４３と同等の管（図示せず）を用いて耐圧容器２に連通させたものを乾燥手段として用いてもいずれかで構わない。なお、後者の手段を用いた場合、圧力調節手段５Ａの役割を持つものとして、圧力調節コック等の手段を該管に設置すればよい。

つぎに、第１実施形態の材料変換処理システム１Ａによる材料変換処理方法について説明する。

まず、発熱成型体として再利用しようとする廃棄物を各性状に分別して投入口２１から耐圧容器２内に投入する。このとき、制御手段６に対して廃棄物の種類に応じた処理後の比電気抵抗が２９００Ω・ｍ以上となるような耐圧容器２内の温度および圧力、撹拌移送時間を予め設定しておく。

耐圧容器２内に投入された廃棄物は、スクリュー羽根３２によって攪拌されながら排出口２２方向側へ移送される。そして、廃棄物が排出口２２近傍まで移送されると、制御手段６が駆動モータ３３を逆方向に反転させて、廃棄物を再び投入口２１側へと移送させる。この反復動作を繰り返すことにより、小さい耐圧容器２であっても充分な撹拌時間を得ることができる。

また、この移送の際、耐圧容器２の水平回動軸３１よりも上方に取り付けた送気管４３から高温の水蒸気が注入される。このため、廃棄物はスクリュー羽根３２の攪拌により水平回動軸３１の上方で浮いた状態に飛散されたときに、高温の水蒸気が吹き付けられる。これにより、処理が進行するにつれて細分化される個々の物質や粒子に対して高温水蒸気を効果的に吹き付けられる。なお、圧力調節手段５Ａは、設定された圧力値を保持するように、開閉して耐圧容器２内の圧力変動が最小となるように調節している。

廃棄物が攪拌されている間、制御手段６は、温度センサ２３および圧力センサ２４の検出結果に基づき、当該廃棄物用に設定された処理条件を保持するように、高温水蒸気注入手段４および圧力調整手段５Ａを制御する。

以上述べた工程で、本発明に係る材料変換処理方法は成立する。しかしながら処理済みの廃棄物、特に汚泥類などは、含水率が高く、場合によっては比電気抵抗が２９００Ω・ｍ未満になることがたまにあり、また特有の臭気が残るといったことがある。そこで乾燥手段を設けても良いということを先述した。そこで、該乾燥手段を使用した処理済みの廃棄物を乾燥するための乾燥工程について説明する。

先ず、廃棄物の乾燥に関しては、当該廃棄物の処理後に行う。その方法としては、先述のように乾燥空気を用いることにより行う。乾燥空気を用いる目的としては、乾燥手段を用いて、高圧の乾燥空気を当該容器内に送入することで、いわゆるパスカルの原理により乾燥空気を、表面だけでなく、内部の保有水にも浸透・接触させ、その後、圧力を低下させることにより、内部の水分を保有する固体が、表面の気流乾燥と同等の条件となり、乾燥時間に大きく影響する内部保有水の固体表面へ移動時間に相当する時間を大幅に短縮して乾燥効率の向上を図ることである。

なお、乾燥空気の温度は凡そ１００〜３５０℃くらいのものを指す。また、当該乾燥前には、耐圧容器２内の圧を一旦低く（ほぼ常圧）しておく。

また廃棄物の乾燥に用いる、乾燥空気の圧力は、０．１〜１ＭＰａくらいが望ましい。ここで言う圧力とは、耐圧容器内で維持する圧力のことを言う。その圧力が０．１ＭＰａ以下であると、廃棄物の含水率が下がらない。そして１ＭＰａ以上であっても設備投資の金額が増える割には、乾燥時間の短縮に効果が少ないことと、また耐圧容器内で廃棄物の含水率は下がるものの、一般の廃棄物の加水分解性能は必ずしも改良されず、加水分解処理廃棄物の再利用（例えば肥料や燃料）を考慮した場合に高温での劣化が心配されるため適切ではない。ここで、乾燥空気の圧力について、０．１〜１ＭＰａくらいが望ましい、としているが、この圧力については、圧力調節手段５Ａで若しくは先述した圧力調整コック（図示せず）で適宜調節すればよい。

次に、乾燥空気の耐圧容器内での保持（維持）時間であるが、１分〜３分が望ましい。その保持（維持）時間が１分以下であると、乾燥空気の圧力が安定しない。また、その保持（維持）時間が３分以上であると、乾燥空気の圧力は安定しても、乾燥の効率はさほど上がらないし、また逆に乾燥されすぎて、却って廃棄物の比電気抵抗に影響が出る（例えば２９００Ω・ｍ未満になる）といったことがある。

そして、本発明に係るシステムにおいては、乾燥空気の耐圧容器内での保持（維持）時間を設けた後に、耐圧容器内の圧力を常圧（１気圧）に戻すための圧力開放時間を設けることが重要である。なお、圧力開放、即ち耐圧容器内の圧力を常圧に戻すには、例えば図１においては圧力調節手段５Ａを使用して開放すればよい。

ちなみに、圧力開放時間であるが、１〜２分程度が望ましい。その圧力開放時間が１分以下であると、耐圧容器内の廃棄物が散乱して場合によっては、本発明のシステムの作動に影響が出る可能性がある。また、その圧力開放時間が２分以上であると、空気中の水分を取り込んで廃棄物の含水率が下がらなくなるといったことや、廃棄物の比電気抵抗に影響が出る（例えば２９００Ω・ｍ未満になる）といったことがある。

つぎに、本発明に係る材料変換処理システムの第２の実施形態について、図２を参照しつつ説明する。なお、本第２実施形態の構成のうち、前述した第１実施形態の構成と同一もしくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。

本第２実施形態における材料変換処理システム１Ｂの特徴は、圧力調節手段５Ｂが、ブリーダー方式のバルブにより構成されている点にある。図２に示すように、耐圧容器２には、内圧を調整する開口部２１が形成されており、この開口部の周辺には弁座２２が設けられている。本第２実施形態における圧力調節手段５Ｂは、耐圧容器２に設けられた弁座２２の近傍に立設された複数の支持軸５１と、この支持軸５１の軸方向へ摺動自在に支持され前記弁座２２に当接して開口部２１を開閉する弁体５２と、前記支持軸５１の回りに巻回され、前記弁体５２を前記弁座２２に押圧する圧力調整スプリング５３と、前記支持軸５１に螺合され、前記圧力調整スプリング５３の押圧力を調整するための圧力調整ナット５４とから構成されている。圧力調整ナット５４を伸縮させて押圧力を調整し、耐圧容器２の内圧に合わせて調整される。

これにより、弁体５２は、耐圧容器２内の圧力が圧力調整スプリング５３の押圧力より高くなると、図２の（Ｂ）に示すように、その押圧力に抗して上昇し、耐圧容器２内の圧力を放散する。そして、内圧が下がると、図２の（Ａ）に示すように、圧力調整スプリング５３の押圧力によって弁体５２が下がり、密封状態に戻る。このようにして電気制御式よりもタイムラグが少ない圧力調整が可能となる。

なお、先述した乾燥手段については、第１実施形態と変更点はないので説明を割愛する。

つぎに、本発明に係る材料変換処理システムの第３の実施形態について、図３を参照しつつ説明する。なお、本第３実施形態の構成のうち、前述した第１実施形態の構成と同一もしくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。

図３に示すように、本第３実施形態における材料変換処理システム１Ｃの特徴は、耐圧容器７が上下に２段の第１処理層７１と第２処理層７２とに分割されている点にある。上方に配置される第１処理層７１の端部の上部には、投入口２１が設けられている。第１処理層７１と第２処理層７２とを区分けしている仕切板７３には、投入口２１と反対側に両処理層を連通する移送穴７４が形成されている。この移送穴７４は、第１処理層７１で処理した材料を第２処理層７２へ移送するものである。各処理層７１，７２には、正逆回転可能に軸支された水平回動軸３１が設けられており、その軸線上にスクリュー羽根３２が螺旋状に取り付けられ、スクリューコンベア３が構成されている。このスクリューコンベア３によって材料が反復されながら撹拌され、高温水蒸気によって処理される。

以上の構成により、材料が耐圧容器２内に投入されると、まず第１処理層７１内のスクリューコンベヤ３が材料を往復動させながら攪拌し、高温水蒸気によって加水分解処理される。この第１処理層７１内で所定時間処理された後、材料を移送穴７４から第２処理層７２へ移送する。これと同時に、投入口２から新たな材料が投入されて、第１処理層７１での処理が継続される。第２処理層７２では、第１処理層７１から移送された材料をスクリューコンベヤ３が再び往復動させながら攪拌し、高温水蒸気を噴射する。このようにして処理が終了すると、排出口２２から処理済み材料が排出され、発熱成型体の加工処理へと移送される。

なお、先述した乾燥手段については、第１実施形態と変更点はないので説明を割愛する。

このような本第３実施形態によれば、上下方向に多段式の処理層を複数備え、適正回数の反復処理を繰り返した後に順次、下段の処理層へと移送されるように処理が進められるため、設置スペースを極めて小さくできる。また、第１処理層７１および第２処理層７２で同時に攪拌処理を進行させられるため、短時間で大量の材料を処理することが可能となる。

ちなみに、第２実施形態および第３実施形態共に、それぞれの実施形態に係る材料変換処理システムを用いた材料変換方法については、先述の第１実施形態の場合と動作や工程は同じなので説明を割愛する。

つぎに、上記炭化処理後の廃棄物を発熱成型体に成型する方法について説明する。まず、処理済みの廃棄物に、カーボン粒子および接着材であるエポキシ樹脂を加えて混練する。このカーボン粒子は、発熱性を高める目的で加えられており、エポキシ樹脂はバインダーとしての役割を果たす。なお、バインダーに関しては、熱硬化性樹脂であれば、エポキシ樹脂にとらわれることなく、ウレタン系樹脂などを使用しても良い。

つぎに、混練して得られた組成物を所定の温度にまで加熱することにより流動性を持たせる。そして、この流動性を備えた組成物を所望の形状の型枠に注入し、加圧するとともに冷却固化させる。このとき、型枠には、図示しない温度センサおよび＋極と−極とから構成される電極端子が所定の位置に設けられるように、型枠に配置する。このような成型処理により、廃棄物を良好な発熱性能を有する発熱成型体を製造できる。この発熱成型体は、電極端子に電流を流すことで発熱し、温度センサでその温度を一定に保持するようになっており、主として建材ボード等に利用できる。

なお、本実施形態の各構成は前述したものに限るものではなく、適宜変更することができる。また、上記実施例についても、上記実施例記載の内容にとらわれず、本明細書、特許請求の範囲、図面に記載の事項の範囲内であれば種々変更することができる。

つぎに、本第１実施形態の材料変換処理システム１Ａおよび材料変換処理方法の具体的な実施例について説明する。各実施例では、各種の性状を備えた廃棄物、特に、生ゴミ、医療廃棄物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂およびポリエチレンテレフタラート等のプラスチック類、ポリスチレンおよび汚泥の各廃棄物について、短時間で所望の処理済み廃棄物を得るための条件を求めた。実験では、耐圧容器２内の温度および圧力を変化させて当該廃棄物の処理結果を観察した。これらの実験条件およびその処理結果の状況を図４に示す。

「実施例１：生ゴミの処理」
まず、生ゴミを処理する場合について説明する。生ゴミは水分を多く含んでいることを考慮して条件を設定しなければならない。生ゴミの処理について、温度を１７０℃、圧力を０．６０ＭＰａに保持して処理した場合、また温度を２０４℃、圧力を１．９６ＭＰａに保持して処理した場合には、いずれも加水分解反応が進行せず、処理できなかった。そこで、温度を２２０℃、圧力を２．０６ＭＰａに保持して処理したところ、２．０ｍ^３の生ゴミを９０分以内で処理を完了し生ゴミは炭化した。一方、温度を２５０℃および圧力を２．９０ＭＰａに保持して処理した場合には、処理後に酸素を供給したときに発火し、燃焼してしまった。

したがって、実施例１によれば、生ゴミを発熱成型体の原料として再利用するための処理条件は、少なくとも耐圧容器２内の温度について２０４℃を越えて２５０℃未満に保持するとともに、圧力を１．９６ＭＰａを越えて２．９０ＭＰａ未満に保持する必要があり、短時間で処理するためには温度を２２０℃、圧力を２．０６に保持するのが好ましい。

「実施例２：医療廃棄物の処理」
つぎに、ポリ塩化ビニルを主材料とした医療廃棄物を処理する条件について検討した。耐圧容器２内の温度を２００℃、圧力を０．８５ＭＰａに保持して処理した場合、および温度を２１２℃および圧力を１．７０ＭＰａに保持して処理した場合には、加水分解反応が進行せず所望の処理ができなかった。そこで、温度を２３０℃、圧力を２．５５ＭＰａに保持して処理したところ、９０分以内で処理が完了し、医療廃棄物を炭化させることができた。一方、温度を２６０℃および圧力を２．９６ＭＰａに保持して処理した場合、処理後に酸素を供給したときに発火し、燃焼してしまった。このように燃焼すると有害物質が発生してしまうので好ましくない。

したがって、ポリ塩化ビニルを主材料とした医療廃棄物を発熱成型体の原料として再利用するための処理条件は、耐圧容器２内の温度を少なくとも２１２℃を越えて２６０℃未満に保持するとともに、圧力を１．７０ＭＰａを越えて２．９６ＭＰａ未満に保持することが必要であり、さらに短時間で処理するためには温度を２３０℃、圧力を２．５５ＭＰａに保持するのが望ましい。

「実施例３：プラスチックの処理」
つぎに、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂およびポリエチレンテレフタラート等のプラスチックを処理する場合の適正条件を検討した。耐圧容器２内の温度を２００℃、圧力を０．８５ＭＰａに保持して処理した場合、加水分解反応が進行せず所望の処理ができなかった。そこで、温度を２００℃、圧力を１．５５ＭＰａに上げて処理したところ、処理時間が９０分以上費やしたが処理は進行した。さらに、温度を２２５℃、圧力を２．６５ＭＰａに保持して処理した場合、９０分以内で処理が完了し、炭化した。一方、温度を２３０℃および圧力を２．６５ＭＰａに保持して処理した場合、ガス化が進行し、発火の危険が生じた。

したがって、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂およびポリエチレンテレフタラート等のプラスチックを発熱成型体の原料にする適正処理条件は、少なくとも耐圧容器２内の温度を２００℃以上２３０℃未満に保持するとともに、圧力を１．５５ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することが望ましく、短時間処理のためには温度を２２５℃、圧力を２．６５ＭＰａに保持するのがより望ましい。

「実施例４：ポリスチレンの処理」
つぎに、ポリスチレンを処理する場合の適正条件を検討した。温度を１６５℃および圧力を０．６５ＭＰａに保持して処理した場合、加水分解反応が進行せず処理できなかった。しかし、温度を１９０℃、圧力を１．５０ＭＰａに保持して処理すると処理時間が９０分以上かかったものの廃棄物は炭化した。さらに、温度を２２０℃および圧力を２．０６ＭＰａに保持して処理した場合、９０分以内で処理が完了し、廃棄物は炭化した。一方、圧力を２．００ＭＰａに保持して温度を２４０℃まで高めて処理した場合、ガス化が進行し、発火の危険が生じた。

したがって、ポリスチレンを発熱成型体の原料にするための適正処理条件は、少なくとも耐圧容器２内の温度について１９０℃を越えて２４０℃未満に保持するとともに、圧力を１．５０ＭＰａ以上２．０６ＭＰａ以下に保持するのが好ましく、短時間処理のためには温度を２２０℃、圧力を２．０６ＭＰａに保持するのがより望ましい。

「実施例５：汚泥の処理」
つぎに、汚泥を処理する場合の適正条件を検討した。温度を１９０℃、圧力を０．８５ＭＰａに保持して処理した場合、加水分解反応が進行せず処理できなかった。しかし、圧力を１．５５ＭＰａに増加させたところ、処理時間が遅延するが、廃棄物は炭化処理された。さらに、温度を２２５℃、圧力を２．６５ＭＰａに保持したところ、９０分以内で炭化処理できた。一方、温度を２３０℃、圧力を２．６５ＭＰａに保持して処理した場合、ガス化が進行して発火の危険が生じた。

したがって、汚泥を発熱成型体の原料として利用するための適正処理条件は、少なくとも耐圧容器２内の温度を１９０℃以上２３０℃未満に保持するとともに、圧力を１．５５ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することが望ましく、短時間処理のためには温度を２２５℃、圧力を２．６５ＭＰａに保持するのがより望ましい。

「実施例６：比電気抵抗の比較」
つぎに、発熱成型体として適正な処理済み廃棄物が得られる処理条件を検討するために、９０分以内で処理した廃棄物の比電気抵抗を測定した。この結果を図５に示す。

野菜屑の場合、温度２００℃、圧力０．８５ＭＰａで９０分間処理した試料１と、温度２２０℃、圧力２．６５ＭＰａで９０分間処理した試料２とを比較すると、試料１の比電気抵抗は、２１９８Ω・ｍであり、ある程度、発熱成型体として利用可能ではあるが十分とは言えなかった。これに対し、試料２の比電気抵抗は４０１２Ω・ｍであり、発熱成型体として好適であった。

医療廃棄物の場合、温度１６５℃、圧力０．８０ＭＰａで５０分間処理した試料３と、温度１９０℃、圧力１．９６ＭＰａで５０分間処理した試料４とを比較すると、試料３の比電気抵抗は、１０９６Ω・ｍであり、発熱成型体に利用するのには十分な電気抵抗値ではなかった。これに対し、試料４の比電気抵抗は２９９０Ω・ｍであり、発熱成型体として好適であった。

ポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂およびポリエチレンテレフタラートの場合、温度２１０℃、圧力１．８５ＭＰａで６０分間処理した試料５と、温度２２５℃、圧力２．５５ＭＰａで７０分間処理した試料６とを比較すると、試料５の比電気抵抗は、１０１２Ω・ｍであり、発熱成型体に利用するのには十分な電気抵抗値ではなかった。これに対し、試料６の比電気抵抗は４２００Ω・ｍであり、発熱成型体に利用するのに好適である。

ポリスチレンの場合、温度１６５℃、圧力０．６５ＭＰａで６５分間処理した試料７と、温度２２０℃、圧力２．０６ＭＰａで６５分間処理した試料８とを比較すると、試料７の比電気抵抗は、１０１４Ω・ｍであり、発熱成型体に利用する電気抵抗値としては不十分であった。これに対し、試料８の比電気抵抗は３００９Ω・ｍであり、発熱成型体に利用するのに適正な値が得られた。

汚泥の場合、温度１９０℃、圧力１．５５ＭＰａで９０分間処理した試料９と、温度２２５℃、圧力２．６５ＭＰａで１００分間処理した試料１０とを比較すると、試料９の比電気抵抗は９９８Ω・ｍであり、発熱成型体に利用するのには十分な電気抵抗値ではなかった。これに対し、試料１０の比電気抵抗は３５００Ω・ｍであり、発熱成型体に利用するのに好適である。

以上のような本第１実施形態によれば、ダイオキシン等の有害な物質を発生させることなく短時間で廃棄物を処理することができる。また、耐圧容器２はトラック等に載せられる程度にまで小型化が可能であり、スーパーや病院等の廃棄物を産出する建物の敷地内で廃棄物を処理することも可能になる。さらに、処理した廃棄物は比電気抵抗が高い処理物にできるため発熱成型体として高付加価値を与えることができるという効果を奏する。

本発明に係る廃棄物処理システムで処理した廃棄物は、熱分解までは行わないので、ダイオキシン等の有害な物質を発生させることなく短時間で処理され、発熱成型体として再利用することが可能である。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 材料変換処理システム
２ 耐圧容器
２１ 開口部
２２ 弁座
３ 攪拌移送手段（スクリューコンベア）
４ 高温水蒸気注入手段
５Ａ，５Ｂ 圧力調節手段
５１ 支持軸
５２ 弁体
５３ 圧力調整スプリング
５４ 圧力調整ナット
６ 制御手段
７ 耐圧容器（第３実施形態）
２１ 投入口
２２ 排出口
２３ 温度センサ
２４ 圧力センサ
３１ 水平回動軸
３２ スクリュー羽根
３３ 駆動モータ
４１ 高温空気発生器
４２ 水蒸気発生器
４３ 送風管
４４ 水蒸気供給管
７１ 第１処理層
７２ 第２処理層
７３ 仕切板
７４ 移送穴

Claims (15)

1. 材料の投入口および排出口を備えた耐圧容器と、
   この耐圧容器内に設けられ、前記投入口から投入された材料を攪拌しながら移送する攪拌移送手段と、
   前記耐圧容器内の材料に対して高温の水蒸気を注入する高温水蒸気注入手段と、
   前記耐圧容器内の圧力を開閉弁により調節する圧力調節手段と、
   前記攪拌移送手段による攪拌移送時間、前記高温水蒸気注入手段から注入される水蒸気温度および前記圧力調節手段による前記圧力の調節を制御する制御手段とを具備しており、処理後の材料の比電気抵抗が２９００Ω・ｍ以上となるように、前記制御手段は、当該材料の性状に応じて耐圧容器内の温度および圧力を所定値に保持するように制御することを特徴とする材料変換処理システム。
2. 更に前記圧力調整手段が、スプリングの付勢力によって内部圧力を調節する開閉弁を備えた構造である請求項１に記載の材料変換処理システム。
3. 前記材料が生ゴミの場合、前記耐圧容器内の温度を２１０〜２５０℃に保持し、前記耐圧容器内の圧力を２．０５〜２．６５ＭＰａに保持するとともに、前記処理時間が８０〜９０分である請求項１または２に記載の材料変換処理システム。
4. 前記材料が医療廃棄物の場合、前記耐圧容器内の温度を１９０〜２６０℃にし、前記耐圧容器内の圧力を１．７０〜３．００ＭＰａに保持するとともに、前記処理時間が５０〜９０分である請求項１または２に記載の材料変換処理システム。
5. 前記材料がポリエチレン、ポリプロピレン、ＡＢＳ樹脂またはポリエチレンテレフタラートの場合、前記耐圧容器内の温度を２００〜２３０℃に保持し、前記耐圧容器内の圧力を１．５５〜２．６５ＭＰａに保持するとともに、前記処理時間が６０〜９０分である請求項１または２に記載の材料変換処理システム。
6. 前記材料がポリスチレンの場合、前記耐圧容器内の温度を１９０〜２４０℃に保持し、前記耐圧容器内の圧力を１．５０ＭＰａ〜２．０６ＭＰａに保持するとともに、前記処理時間が７０〜９０分である請求項１または２に記載の材料変換処理システム。
7. 前記材料が汚泥の場合、前記耐圧容器内の温度を１９０〜２３０℃に保持し、前記耐圧容器内の圧力を１．５５〜２．６５ＭＰａに保持するとともに、前記処理時間が９０〜１２０分である請求項１または２に記載の材料変換処理システム。
8. 前記高温水蒸気注入手段は、高温空気を発生させて送風する高温空気発生器と、水蒸気を発生させて供給する水蒸気発生器とを有しており、前記高温空気発生器と耐圧容器とを送風管で連通し、この送風管の途中に軸線方向に対して３０度の角度で水蒸気を吹き込むように水蒸気の供給管を連結し、前記水蒸気を所定の温度の高温水蒸気に生成して耐圧容器内に供給するようになっている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の材料変換処理システム。
9. 前記高温水蒸気注入手段は、７００℃の高温空気と、１２０℃以上の水蒸気とを混合して各性状の材料に応じた２００〜３００℃の高温水蒸気を生成する請求項８に記載の材料変換処理システム。
10. 前記耐圧容器は、上下複数段の処理層に分割されているとともに、各処理層を区分けする仕切板の端部には下段へと処理の進行した材料を移送する移送穴が形成されており、各処理層に設けられた撹拌移送手段は、処理層の長手方向に水平回動軸を軸支し、この水平回動軸にスクリュー羽根が取り付けられており、その水平回動軸を正逆回転させることによって材料を反復処理させながら高温水蒸気を噴射して処理を進行させる請求項１ないし９のいずれか１項に記載の材料変換処理システム。
11. 前記反復処理において、前記水平回動軸の回転速度が２０〜４０回転／分である請求項１０に記載の材料変換処理システム。
12. 更に処理後の材料を乾燥させるための乾燥手段を具備する請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の材料変換処理システム。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の材料変換処理システムを用いた材料変更処理方法であって、
    耐圧容器の投入口から投入された材料を攪拌しながら移送する撹拌移送工程と、
    この撹拌移送される材料に対して高温水蒸気注入手段から高温水蒸気を噴射する高温水蒸気注入工程と、
    処理後の材料の比電気抵抗が２９００Ω・ｍ以上となるように、当該材料の性状に応じて耐圧容器内の温度および圧力を所定値に保持するように高温水蒸気注入手段および圧力調節手段を制御する処理条件保持工程とを具備することを特徴とする材料変換処理方法。
14. 更に処理後の材料を乾燥させるための乾燥工程を具備する請求項１３に記載の材料変換処理方法。
15. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の材料変換処理システムまたは請求項１３もしくは１４に記載の材料変換処理方法により処理された材料に、カーボン粒子および接着材を加えて混練してなる組成物を型枠に入れて成型してなることを特徴とする発熱成型体。
    

Images