JP2905864B2

JP2905864B2 - 有機性汚泥の油化処理方法

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Publication number: JP2905864B2
Application number: JP7005713A
Authority: JP
Inventors: 伸也横山; 道雄厨川; 知子小木; 秀男小林; 智朗美濃輪; 誠一井上; 則夫天満
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH08192199A; US5681449A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地下に埋設した縦型長管
式反応器を使用する有機性汚泥の油化処理方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】有機性汚泥発生量は莫大であり、代表的
有機性汚泥と云える下水汚泥発生量は我が国では年間５
０００万ｍ³（含水率９８％）に達する。そして、その
量は年々増加傾向にある。一方、下水汚泥の８０％前後
は脱水後埋立処分されているが、都市化が進んでいるた
めに埋立適地は年々減少している。また、下水汚泥の焼
却処理も行われているが、下水汚泥は脱水後も含水率が
８０重量％付近なので焼却法は大量の補助燃料を必要と
し、経済上の問題がある。従って、環境面や経済面を損
わずに有機性汚泥を処理する技術の開発が求められてい
るが、このような技術の開発は極めて困難である。その
ため、下水問題は都市政策とも関連する大きな社会問題
となっている。

【０００３】特公平５−５５６０号公報に、水分８５重
量％以下のアルカリ含有下水汚泥を３００〜３２０℃で
飽和水蒸気圧以上の圧力下に５〜１８０分処理し、発熱
量約８０００Ｋｃａｌ／ｋｇの油状物を得る方法が開示
されている。油状物収率は、下水汚泥中の有機物重量の
約５０％である。この方法では、製造に必要なエネルギ
ー以上のエネルギーを発生する油状物が得られるから、
下水汚泥は有望な新規エネルギー資源と云える。しかし
ながら、前記油化処理は高温高圧で行なわれる上に環境
面で問題のある汚泥を取扱うから、下水汚泥の油化処理
は地下で行うのが有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、地下におい
て有機性汚泥から燃料に使われる油状物を製造する方法
を提供することをその課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。すなわち、本発明によれば、固形状有機性汚
泥を加圧加熱処理して流動化物とする流動化工程と、流
動化工程で生成した流動化物を貯留する貯留工程と、貯
留した流動化物を地下に埋設した反応器内で加圧加熱処
理して油状物とする油化処理工程とから成り、油化処理
用反応器として第一管と第一管を包囲する第二管とから
成る二重管構造の縦型長管式反応器を使用し、流動化物
を反応器の第一管内に降下させて流動化物を装入し、こ
の装入した原料流動化物の自重で油化処理圧の５０％以
上を賄って油化処理を行い、生成した油状物を第一管と
第二管との間の環状空隙部内を上昇させると共に、油化
処理する前記流動化物を第一管下部に設けられた電気発
熱体で加熱することを特徴とする有機性汚泥の油化処理
方法が提供される。

【０００６】また、本発明によれば、固形状有機性汚泥
を加圧加熱処理して流動化物とする流動化工程と、流動
化工程で生成した流動化物を貯留する貯留工程と、貯留
した流動化物を地下に埋設した反応器内で加圧加熱処理
して油状物とする油化処理工程とから成り、油化処理用
反応器として第一管と第一管を包囲する第二管とから成
る二重管構造の縦型長管式反応器を使用し、流動化物を
反応器の第一管と第二管との間の環状空隙部内に降下さ
せて流動化物を装入し、この装入した原料流動化物の自
重で油化処理圧の５０％以上を賄って油化処理を行い、
生成した油状物を第一管内を上昇させると共に、第二管
の外側から供給される地熱を油化処理に必要な熱の少な
くとも一部として利用することを特徴とする有機性汚泥
の油化処理方法が提供される。

【０００７】さらに、本発明によれば、固形状有機性汚
泥を加圧加熱処理して流動化物とする流動化工程と、流
動化工程で生成した流動化物を貯留する貯留工程と、貯
留した流動化物を地下に埋設した反応器内で加圧加熱処
理して油状物とする油化処理工程とから成り、油化処理
用反応器として第一管と第一管を包囲する第二管と第二
管を包囲する第三管と第三管を包囲する第四管とから成
る四重管構造の縦型長管式反応器を使用し、加熱媒体を
反応器の第一管内に降下させてから第三管と第四管との
間の環状空隙部内を上昇させると共に、流動化物を第一
管と第二管との間の環状空隙部内に降下させて流動化物
を装入し、この装入した原料流動化物の自重で油化処理
圧の５０％以上を賄って油化処理を行い、生成した油状
物を第二管と第三管との間の環状空隙部内を上昇させる
か、或いは流動化物を第二管と第三管との間の環状空隙
部内に降下させて流動化物を装入し、この装入した原料
流動化物の自重で油化処理圧の５０％以上を賄って油化
処理を行い、生成した油状物を第一管と第二管との間の
環状空隙部内を上昇させることを特徴とする有機性汚泥
の油化処理方法が提供される。

【０００８】さらにまた、本発明によれば、固形状有機
性汚泥を加圧加熱処理して流動化物とする流動化工程
と、流動化工程で生成した流動化物を貯留する貯留工程
と、貯留した流動化物を地下に埋設した反応器内で加圧
加熱処理して油状物とする油化処理工程とから成り、油
化処理用反応器として第一管と第一管を包囲する第二管
と第二管を包囲する第三管と第三管を包囲する第四管と
から成る四重管構造の縦型長管式反応器を使用し、流動
状有機性汚泥及び／又は流動化物と酸素含有ガスとを反
応器の第一管内に降下させて流動化物を装入し、この装
入した原料流動化物の自重で油化処理圧の５０％以上を
賄って油化処理を行い、生成した油状物を第三管と第四
管との間の環状空隙部内を上昇させるか、又は流動状有
機性汚泥及び／又は流動化物と酸素含有ガスとを反応器
の第三管と第四管との間の環状空隙部内に降下させて流
動化物を装入し、この装入した原料流動化物の自重で油
化処理圧の５０％以上を賄って油化処理を行い、生成し
た油状物を第一管内を上昇させると共に、流動化物を第
一管と第二管との間の環状空隙部内に降下させて流動化
物を装入し、この装入した原料流動化物の自重で油化処
理圧の５０％以上を賄って油化処理を行い、生成した油
状物を第二管と第三管との間の環状空隙部内を上昇させ
るか、或いは流動化物を第二管と第三管との間の環状空
隙部内に降下させて流動化物を装入し、この装入した原
料流動化物の自重で油化処理圧の５０％以上を賄って油
化処理を行い、生成した油状物を第一管と第二管との間
の環状空隙部内を上昇させ、前記流動状有機性汚泥及び
／又は流動化物をその降下の間に酸素と反応させて発熱
させることを特徴とする有機性汚泥の油化処理方法が提
供される。

【０００９】本発明によれば、下水処理場から排出さ
れる下水汚泥；各種の有機性廃水を微生物処理した際
に発生する有機性汚泥；食品工業や一般家庭から排出
される生ゴミ；等を原料にして油状物を得ることができ
る。そして、前記汚泥類から油状物を得るのに必要なエ
ネルギーより、得られた油状物を燃焼した際に発生する
エネルギーの方が多いことを特徴にしている。また、汚
泥類から油状物を得るのに必要な高温高圧の反応装置が
地下に埋設されており、そのため原料の汚泥類が反応装
置から漏洩しても環境汚染が防止できる上に、油化処理
装置が地上に存在している場合より大幅に安全対策費が
軽減できることを特徴にしている。

【００１０】本発明で油状物製造原料となる汚泥類は、
含水率７０〜８５重量％の固形状有機性汚泥である。汚
泥類は一般に含水率９０重量％以上の高含水状態で得ら
れるから、本発明で用いる原料汚泥は前記の高含水汚泥
に０．００１〜１重量％の高分子凝集剤を添加後に脱水
して得ることができる。この脱水は、真空脱水、ベルト
プレス脱水、遠心脱水等の機械的脱水法や多重効用缶を
使う熱的脱水法等で行なわれる。また、本発明で油化処
理原料に使う有機性汚泥は固形状なので、特開平５−３
３７４９７号公報に示されている方法で流動化後に油化
処理される。すなわち、含水率７０〜８５重量％の固形
状有機性汚泥を１５０℃以上、好ましくは２００〜２２
５℃で該温度における飽和水蒸気圧以上の圧力下に約１
時間保持して流動化物とし、これを油化処理原料とす
る。

【００１１】油化処理は、反応温度２５０〜３５０℃、
好ましくは２７５〜３２５℃、反応圧力３０〜２００気
圧、好ましくは６０〜１３０気圧で行われ、反応時間は
反応温度や反応圧力等によっても異なるが一般に５〜１
８０分、特に３０〜６０分である。そして、本発明では
地下に埋設した縦型長管式反応器によって油化処理する
ことを特徴の一つとしており、油化処理は流通法で行わ
れる。従って、本発明は固形状有機性汚泥を流動化処理
してから、得られた流動化物を貯留槽に一時的に貯留
（貯留工程）後に、これを前記の反応条件に保たれてい
る地中に設けられた反応部に連続的に供給し、油化処理
してから反応生成物を地上部に排出することによって実
施される。

【００１２】前記流動化工程及び油化処理工程では、ア
ルカリ性物質の添加で反応を促進させることができる。
このアルカリ性物質は、アルカリ金属化合物やアルカリ
土類金属化合物等であり、具体的には水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、
炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、ギ酸ナトリウ
ム、ギ酸カリウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウ
ム、水酸化マグネシウム等である。これらのアルカリ性
物質は、反応液に均一溶解又は分散しているのが良く、
反応液に不溶の際は微粉末状で有機性汚泥に加えるのが
好ましい。また、アルカリ性物質の添加量は流動化工程
と油化処理工程の両者とも乾燥有機性汚泥重量の０〜２
０％、好ましくは０〜５％とすれば良いから、アルカリ
性物質の添加は流動化工程実施前が好ましい。

【００１３】本発明では油化処理が高温高圧で行なわれ
るから、反応器から内容物が漏洩する等の事故による環
境汚染を防止するため、油化処理工程は地下深くに埋設
した反応器内で行なわれる。従って、該反応器は埋設容
易な突起物を持たない縦型長管式反応器とするのが好ま
しく、反応器の内径は処理量や採用するシステムによっ
て異なってくるが、一般的には１５０〜４０００ｍｍと
するのが望ましい。また、原料入口と生成物出口を分離
したＵ字管型反応器では埋設困難なので、多重管構造の
直管を反応器とするのが好ましい。これらの点から、本
発明では油化処理用反応器として下記２種類の反応器を
使用する。〔Ｉ〕熱源として電熱や地熱を利用する二重管構造の反
応器〔II〕熱源として熱媒や有機性汚泥の湿式酸化時に発生
する反応熱を利用する四重管構造の反応器

【００１４】二重管構造の縦型長管式反応器を油化処理
に使用する例を図１、２に示す。図１は熱源に電熱を使
う場合の油化処理方法（Ａ法）の一例を示す説明図であ
り、この図からも分かるように反応器の中心にある第一
管と第一管を包囲する第二管とは反応器底部で連結して
いる。そして、第二管外側の温度が低いから原料は第一
管から反応部に供給され、生成物は第一管と第二管との
間の環状空隙部から排出される。反応器長は３００〜２
０００ｍ、好ましくは６００〜１３００ｍであり、反応
部は流速、保持時間、熱交換率等の諸反応因子によって
定まる。そして、原料と生成物が熱交換するために原料
は予熱状態で反応部に到達し、ここに設けられている電
気発熱体で所望温度まで昇温されて反応が進行する。ま
た、電気発熱体の設置場所は第１管の下部が好ましく、
電気発熱体に電気を送る導線は反応器壁内に埋め込むの
が好ましい。

【００１５】図２は、熱源の少なくとも一部に地熱を使
う場合の油化処理方法（Ｂ法）の一例を示す説明図であ
る。Ｂ法では地熱地帯地下で油化処理されるから、地熱
を有効利用するために反応原料を第一管と第二管との間
の環状空隙部から供給して、生成物を第一管から排出さ
せるのが好ましい。油化処理に必要な２５０℃以上の熱
は、地熱地帯であれば地下１０００〜１５００ｍより深
部で得られるから、油化処理熱の全量を地熱で賄う場合
は反応器長が１５００ｍ又はそれ以上となる。なお、反
応器長が短い等の理由で反応部の地熱温度が反応温度未
満の際は補助熱源が必要であり、補助熱源としては電熱
が好ましい。

【００１６】四重管構造の縦型長管式反応器を油化処理
に使用する例を図３、４に示す。図３は、加熱媒体を熱
源とする油化処理方法（Ｃ法）の一例を示す説明図であ
り、加熱媒体は四重管の中心にある第一管から供給し、
四重管最外部の第四管とその内側にある第三管との間の
環状空隙部から排出される。一方、原料の流動化物は第
一管と第一管を包囲する第二管の間の環状空隙部内に供
給され、生成物が第二管と第二管を包囲する第三管の間
の環状空隙部から排出される（Ｉ法）。また、第二管と
第三管との間の環状空隙部内に原料を供給し、生成物を
第一管と第二管との間の環状空隙部から排出しても良い
（II法）。そして、熱効率はII法が高いがII法は水の蒸
発抑制のために地上で高圧をかけることが必要であり、
Ｉ法は地上でかける圧力がII法の場合より大幅に低くて
良い。従って、Ｃ法を実施する際は立地条件や熱の利用
方法等を考慮してＩ法又はII法を選定すれば良い。

【００１７】図３から分るように、加熱媒体と油化処理
原料は混合しないように、第一管と第四管及び第二管と
第三管がそれぞれ独立して反応器底部で連結し、第一管
に供給した加熱媒体は円滑に第三管と第四管の間の環状
空隙部に流入することができる。同様に、第一管と第二
管との間の環状空隙部内に供給した原料は円滑に第二管
と第三管との間の環状空隙部に流入することができる。
そして、加熱媒体の温度は処理量、熱交換率、保温材性
能等の諸因子によって定まるが、一般的には第一管入口
から３００〜５００℃に加熱された加熱媒体が供給さ
れ、反応器下部において原料が油化処理温度となって油
化処理される。これらの方法の場合には、反応器長は３
００〜２０００ｍ、好ましくは６００〜１３００ｍであ
る。

【００１８】Ｃ法で使われる加熱媒体は、公知の水性又
は油性の加熱媒体を使うことができる。例えば、油性媒
体としてはジフェニル系、トリフェニル系、アルキルナ
フタレン系等の安価な工業用加熱媒体を、水性媒体とし
ては過熱水蒸気、加圧熱水、加圧加熱された流動状有機
性汚泥及び／又は流動化物等を使うことができる。これ
らのうち、安価な水性媒体は蒸気圧が高いから高圧ポン
プが必要な上に水性媒体の種類によってはスケーリング
や腐食等の問題があり、蒸気圧が低くスケーリングや腐
食等の問題も少ない油性媒体は高価である。従って、水
性媒体と油性媒体のいずれを使うかは立地条件や処理量
等の諸因子を考慮して定めるのが好ましい。なお、本発
明では加圧加熱された流動性有機汚泥及び／又は流動化
物が加熱媒体として好ましく使用されるが、これは一般
に有機性汚泥の処理場で本発明の油化処理が行われるか
らである。すなわち、流動状有機性汚泥や流動化物を湿
式酸化処理する際には反応熱が発生するから、この反応
熱を油化処理用熱の一部に利用する方法は本発明の実施
態様として好ましいと云える。そして、この場合は流動
状有機性汚泥又は流動化物或いは両者の混合物を湿式酸
化条件で酸化し、ここに得られた高温反応生成物を必要
応じて更に加熱してから加熱媒体として反応器の第一管
から供給すれば良い。

【００１９】図４は、有機性汚泥の湿式酸化時に発生す
る熱を熱源の少なくとも一部とする油化処理方法（Ｄ
法）の一例を示す説明図であり、反応器にはＣ法の場合
と同じ物が使われる。また、原料等の供給方法はＣ法の
場合とほぼ同じである。すなわち、熱源となる有機性汚
泥及び酸素含有ガスは第一管から供給して第三管と第四
管の間の環状空隙部から排出するか、或いは第三管と第
四管の間の環状空隙部から供給して第一管から排出す
る。流動化物の供給方法はＣ法の場合と同様なＩ法又は
II法で行われる。なお、有機性汚泥の湿式酸化は反応温
度１８０〜３３０℃で酸素圧９０〜１５０気圧の条件下
に行なわれる。そして、この湿式酸化により有機性汚泥
の液温を１５０〜２７０℃、特に２５０〜３００℃の高
温とすることができる。また、酸素の使用量は乾燥有機
性汚泥の０．５〜１重量％である。Ｄ法は、地下で酸化
反応によって発生した熱を油化処理に利用することを特
徴としており、湿式酸化可能な温度の有機性汚泥と酸素
含有ガスを別々に反応器内に供給して反応器内で混合反
応させる法；有機性汚泥と酸素含有ガスの混合物を反
応器内に供給して反応器内の所望場所で加熱反応させる
法がある。

【００２０】前記法及び法では、流動状有機性汚泥
として高含水率の物を使っても低含水率の流動化物を使
っても良いし、両者の混合物を使うことも可能である。
法における酸素含有ガスの供給は、流動状有機性汚泥
の供給口から細管を挿入して行えば良く、酸素含有ガス
の供給場所や供給圧力は湿式酸化条件、油化処理条件及
び反応器形状で定まる。法における反応器内での流動
状有機性汚泥と酸素との混合物の加熱は一般に電熱で行
われる。従って、この場合は流動状有機性汚泥供給口の
下方にＡ法の場合と同様な電気発熱体を設けることが必
要である。そして、電気発熱体の設置場所は反応器長や
流動状有機性汚泥の供給速度等で定められる。前記のよ
うに、Ｄ法には法と法がある上に両者とも反応器内
の所望場所で酸化反応を開始させることが可能であり、
有機性汚泥の供給速度や酸素圧等の諸反応因子で液温を
制御することもできる。従って、Ｄ法では油化処理の場
所や油化処理温度を自由に制御することができる。

【００２１】以上に詳記したＡ〜Ｄ法では、油化処理圧
の一部又は全部を原料自重で賄うことができる。例えば
反応器長が１５００ｍの場合、原料自重で深さ１０００
ｍの部分は約１００気圧となり、反応器底では約１５０
気圧となるから、反応器入口から１０００〜１５００ｍ
の間は油化処理に好適な圧であり、反応器入口から３０
０ｍの部分でも油化処理可能な圧力範囲（３０気圧）と
なる。本発明の場合、反応器の長さが３００ｍ以上であ
れば原料自重以外の圧力を必要としない。それゆえ、地
熱を用いるＢ法の場合は一般に原料自重だけで油化処理
圧を賄うことができ、地上部で原料を加圧する必要がな
い。しかし、Ｃ法のように反応器の長さをあまり長くす
るのが好ましくない場合もあり、このような場合は不足
する圧力を地上部分で原料に加えて反応器に送れば良
い。すなわち、本発明は油化処理圧の５０％以上を原料
自重で賄う方法であるから、地上で原料に加える圧力は
不要又は反応圧より少なくて良い。油化処理圧の５０％
以上を原料自重で補うことにより、原料加圧用機器類の
能力を小さくすることができる。

【００２２】次に、本発明で有機性汚泥から油状物を製
造する工程の一例を説明する。図５は油状物製造フロー
シートであり、１は有機性汚泥脱水装置、２はアルカリ
性物質添加混合槽、３は固形状有機性汚泥圧入ポンプ、
４は固形状有機性汚泥の流動化装置、５は流動化物貯留
槽、６は流動化物圧入ポンプ、７は流動化物の加圧貯
槽、８は高圧ガス容器、９は流量調節器、１０は油化処
理装置、１１は保圧弁、１２は油化処理生成物の冷却装
置、１３はフラッシュバルブ、１４は気液分離器、１５
は第一分離装置、１６は第二分離装置を表している。下
水汚泥等の有機性汚泥は、ライン１７から供給される高
分子凝集剤を添加後にライン１８によって脱水装置１に
導かれ、ここで脱水されて含水率７０〜８５重量％の粘
土状固形物となる。そして、分離水はライン１９を通っ
て汚水処理場に送られる。また、粘土状固形物はライン
２０によって混合槽２に入り、ここでライン２１から供
給されるアルカリ性物質を所望量混合後に圧入ポンプ３
を介してライン２２から流動化装置４に導入される。な
お、含水率７０〜８５重量％でも流動性の有機性汚泥、
例えばモラセス廃液等のアルコール発酵廃液は、ライン
２３によってポンプ６を介して直接流動化物の加圧貯槽
７に送られる。

【００２３】流動化装置４に送られてきた固形状有機性
汚泥は、冷却装置１２で熱交換後にライン２４から流動
化装置４の予熱器に供給される熱媒で予熱後、ライン２
５から供給される熱媒で１５０〜２５０℃に加熱されて
流動化する。なお、加熱に使用後のライン２５を通る熱
媒はライン２４に入り予熱に使用される。流動化処理で
生成した流動化物は、ライン２６によって断熱材で保温
されている貯留槽５に入る。ここに貯留された流動化物
は、圧入ポンプを６を介してライン２７によって加圧貯
槽７に送られ、ここで暫時貯留後にライン２８から流量
調節器９に入り、ここで油化処理条件によって定まる一
定流量に流量を調節後、ライン２９から油化処理装置１
０に導入される。加圧貯槽７は、油化処理装置１０に送
り込む原料の貯槽であり、貯留槽５から出された流動化
物の温度を保つため断熱材で保温されている。また、加
圧貯槽７は高圧ガス容器８からライン３１によって送ら
れてくるガスで所望圧下に保たれているが、このガス圧
は油化処理反応と油化処理原料の自重で得られる圧力と
の差圧である。なお、加圧用ガスとしては空気や窒素等
の安価な不活性ガスを使えば良く、通常は空気を使用す
る。

【００２４】前記のように、油化処理装置１０の形状は
油化処理時の加熱方式等によって多少異なるが、どの方
式でも地下に埋設された多重管構造の縦型長管式反応器
を反応器とする装置である。ここで油化処理された反応
生成物は、ライン３０から送り出されて保圧弁１１を介
して冷却装置１２に導かれる。なお、保圧弁１１は油化
処理反応圧を所定圧に保つための弁である。また、冷却
装置１２では反応生成物がライン２４から送られてくる
熱媒によって１００℃以下に冷却される。そして、反応
生成物と熱交換された熱媒は原料の予熱に利用される。
冷却後の反応生成物は、フラッシュバルブ１３を介して
減圧され、ライン３２によって気液分離装置１４に送ら
れ、ここで気体生成物と液体生成物（スラリー）とに分
離される。そして、前者はライン３３によって廃ガス処
理装置に送られる。また、後者はライン３４によって第
一分離装置に供給され、ここで高密度の油性スラリー相
から分離された水相はライン３５によって廃水処理装置
に送られる。なお、第一分離装置１５は密度差を利用す
る分離装置なので、静置槽や遠心分離器等が一般に使わ
れる。

【００２５】第一分離装置１５で分離された油性高密度
のスラリー相は、ライン３６によって第二分離装置１６
に供給される。この分離装置は、スクリュープレスや加
圧濾過器等の固液分離装置であり、この装置によってス
ラリー相は固形分と油状物に分離される。そして、前者
はライン３８から抜き出されて焼却や埋立て等の方法で
処理される。また、油状物はライン３７から抜き出され
て貯槽に蓄えられる。このようにして製造された油状物
は、一般に８０００ｋｃａｌ／ｋｇ以上の発熱量を持つ
流動性液体であり、重油と同様に燃料油として使うこと
ができる。また、油状物と固形分の得量は汚泥の種類や
油化処理条件によっても多少は異なるが、一般的にはほ
ぼ等重量である。そして、分解ガス生成量は微量である
から、汚泥中の乾燥有機物重量の約１／２が油状物に転
換すると云える。

【００２６】

【実施例】次に、本発明を実施例によって更に具体的に
説明する。なお、以下に記す％は重量％である。

【００２７】実施例１有機性汚泥として下水汚泥を選択した。すなわち、標準
活性汚泥法で下水を処理している下水処理場から排出さ
れた脱水汚泥（含水率８１％）を使って以下の試験を行
った。なお、該脱水汚泥は含水率約９８％の濃縮汚泥に
市販有機性高分子凝集剤を添加混合してからベルトプレ
スで脱水して作製したものであり、外観が粘土状のもの
である。この脱水汚泥約１００ｇを内容積３００ｍｌの
オートクレーブに仕込み、窒素ガスでオートクレーブ内
を３０気圧にしてから電気炉で加熱した。そして、オー
トクレーブ内温を１７５℃として１時間保持後に室温ま
で冷却し、窒素をパージしてオートクレーブ内を常圧と
してからオートクレーブを開け、スラリー状の生成物
（流動化汚泥）を採取した。

【００２８】次に、前記の方法で得られた流動化汚泥の
油化処理を、地下に埋没する油化処理用反応器の代替物
として内容積３００ｍｌのオートクレーブ内で行った。
すなわち、流動化汚泥約１００ｇをオートクレーブに仕
込み、窒素圧下に電気炉で３００℃に５分間加熱して油
化処理を行った。なお、窒素は反応温度でオートクレー
ブ内圧が１００気圧となる量をオートクレーブ内に圧入
した。そして、反応終了後はオートクレーブ内容物を室
温まで冷却してから窒素及び生成ガスをバルブから抜き
出し、オートクレーブ内を常圧にしてオートクレーブを
開けた。その結果、スラリー状の流動化汚泥はタール状
物質と混濁した水溶液に変化していたので、タール状物
質をジクロロメタンに溶解してオートクレーブから抜き
出した。この液から溶媒を減圧下に留去したところ、粘
度６９０ｃｐ、発熱量８９００ｋｃａｌ／ｋｇ（ＪＩＳ
−３種３号に規定されている重油の発熱量とほぼ同じ）
の油状物が８．２ｇ得られた。この結果は、乾燥有機性
汚泥からの収率５３％で油状物が得られたことを示して
いる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の油化処理方法は、固形状有機
性汚泥を地下に埋設した二重管構造の縦型長管式反応器
で油化処理し、熱源には電熱を使うから安全で立地上の
問題がない油化処理方法である。そして、該方法によれ
ば反応に必要な圧力の５０％以上を原料の自重で賄うこ
とができるし、反応に必要なエネルギー以上のエネルギ
ーを発生させることができる油状物が得られる上に、有
機性汚泥の発生場所で油化処理できるから、コスト面で
も優れた有機性汚泥の油化処理方法である。請求項２の
油化処理方法は、固形状有機性汚泥を地下に埋設した二
重管構造の縦型長管式反応器で油化処理し、熱源には地
熱又は地熱と電熱を使うから安全で地熱地帯で実施する
のが有利な油化処理方法である。そして、該方法によれ
ば反応に必要な圧力の５０％以上を原料の自重で賄うこ
とができる上に、反応に必要なエネルギーより大幅に大
量のエネルギーを発生させることができる油状物が得ら
れるから、コスト面でも優れた有機性汚泥の油化処理方
法である。

【００３０】請求項３の油化処理方法は、固形状有機性
汚泥を地下に埋設した四重管構造の縦型長管式反応器で
油化処理し、熱源には加熱媒体から伝達される熱を使う
から安全で立地上の問題がない油化処理方法である。そ
して、該方法によれば反応に必要な圧力の５０％以上を
原料の自重で賄うことができるし、反応に必要なエネル
ギー以上のエネルギーを発生させることができる油状物
が得られる上に、有機性汚泥の発生場所で油化処理でき
るから、コスト面でも優れた有機性汚泥の油化処理方法
である。請求項４の油化処理方法は、固形状有機性汚泥
を地下に埋設した四重管構造の縦型長管式反応器で油化
処理し、熱源には有機性汚泥の酸素酸化で得られる反応
熱又は該反応熱と電熱の両者を使用する。従って、有機
性汚泥の油化処理と同時に有機性汚泥の湿式酸化処理が
安全で立地上の問題なく実施できる上に、利用困難な有
機性汚泥の酸素酸化で得られる熱を有効に利用すること
ができるから、エネルギー面でも利点の多い油化処理方
法である。そして、該方法によれば反応に必要な圧力の
５０％以上を原料の自重で賄うことができるし、反応に
必要なエネルギー以上のエネルギーを発生させることが
できる油状物が得られる上に、有機性汚泥の発生場所で
大量の有機性汚泥を処理しながら油状物を得る方法であ
るから、コスト面でも優れた有機性汚泥の油化処理方法
である。請求項５の油化処理方法は、油化処理に必要な
時間を短縮することができる油化処理方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱源を電熱とする油化処理の実施状況の一例を
説明する図である。

【図２】熱源を地熱とする油化処理の実施状況の一例を
説明する図である。

【図３】熱源を加熱媒体から与えられる熱とする油化処
理の実施状況の一例を説明する図である。

【図４】熱源を有機性汚泥の酸素酸化で発生する熱とす
る油化処理の実施状況の一例を説明する図である。

【図５】有機性汚泥から油状物を製造するフローシート
の一例である。

【符号の説明】

１脱水装置２混合槽３，６圧入ポンプ４流動化装置５貯留槽７加圧貯槽８高圧ガス容器９流量調節器１０油化処理装置１１保圧弁１２冷却装置１３フラッシ
ュバルブ１４気液分離器１５第一分離
装置１６第二分離装置

フロントページの続き (72)発明者小木知子茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者小林秀男茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者美濃輪智朗茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者井上誠一茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内 (72)発明者天満則夫茨城県つくば市小野川16番３工業技術院資源環境技術総合研究所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固形状有機性汚泥を加圧加熱処理して
流動化物とする流動化工程と、流動化工程で生成した流
動化物を貯留する貯留工程と、貯留した流動化物を地下
に埋設した反応器内で加圧加熱処理して油状物とする油
化処理工程とから成り、油化処理用反応器として第一管
と第一管を包囲する第二管とから成る二重管構造の縦型
長管式反応器を使用し、流動化物を反応器の第一管内に
降下させて流動化物を装入し、この装入した原料流動化
物の自重で油化処理圧の５０％以上を賄って油化処理を
行い、生成した油状物を第一管と第二管との間の環状空
隙部内を上昇させると共に、油化処理する前記流動化物
を第一管下部に設けられた電気発熱体で加熱することを
特徴とする有機性汚泥の油化処理方法。
【請求項２】固形状有機性汚泥を加圧加熱処理して流
動化物とする流動化工程と、流動化工程で生成した流動
化物を貯留する貯留工程と、貯留した流動化物を地下に
埋設した反応器内で加圧加熱処理して油状物とする油化
処理工程とから成り、油化処理用反応器として第一管と
第一管を包囲する第二管とから成る二重管構造の縦型長
管式反応器を使用し、流動化物を反応器の第一管と第二
管との間の環状空隙部内に降下させて流動化物を装入
し、この装入した原料流動化物の自重で油化処理圧の５
０％以上を賄って油化処理を行い、生成した油状物を第
一管内を上昇させると共に、第二管の外側から供給され
る地熱を油化処理に必要な熱の少なくとも一部として利
用することを特徴とする有機性汚泥の油化処理方法。
【請求項３】固形状有機性汚泥を加圧加熱処理して流
動化物とする流動化工程と、流動化工程で生成した流動
化物を貯留する貯留工程と、貯留した流動化物を地下に
埋設した反応器内で加圧加熱処理して油状物とする油化
処理工程とから成り、油化処理用反応器として第一管と
第一管を包囲する第二管と第二管を包囲する第三管と第
三管を包囲する第四管とから成る四重管構造の縦型長管
式反応器を使用し、加熱媒体を反応器の第一管内に降下
させてから第三管と第四管との間の環状空隙部内を上昇
させると共に、流動化物を第一管と第二管との間の環状
空隙部内に降下させて流動化物を装入し、この装入した
原料流動化物の自重で油化処理圧の５０％以上を賄って
油化処理を行い、生成した油状物を第二管と第三管との
間の環状空隙部内を上昇させるか、或いは流動化物を第
二管と第三管との間の環状空隙部内に降下させて流動化
物を装入し、この装入した原料流動化物の自重で油化処
理圧の５０％以上を賄って油化処理を行い、生成した油
状物を第一管と第二管との間の環状空隙部内を上昇させ
ることを特徴とする有機性汚泥の油化処理方法。
【請求項４】固形状有機性汚泥を加圧加熱処理して流
動化物とする流動化工程と、流動化工程で生成した流動
化物を貯留する貯留工程と、貯留した流動化物を地下に
埋設した反応器内で加圧加熱処理して油状物とする油化
処理工程とから成り、油化処理用反応器として第一管と
第一管を包囲する第二管と第二管を包囲する第三管と第
三管を包囲する第四管とから成る四重管構造の縦型長管
式反応器を使用し、流動状有機性汚泥及び／又は流動化
物と酸素含有ガスとを反応器の第一管内に降下させて流
動化物を装入し、この装入した原料流動化物の自重で油
化処理圧の５０％以上を賄って油化処理を行い、生成し
た油状物を第三管と第四管との間の環状空隙部内を上昇
させるか、又は流動状有機性汚泥及び／又は流動化物と
酸素含有ガスとを反応器の第三管と第四管との間の環状
空隙部内に降下させて流動化物を装入し、この装入した
原料流動化物の自重で油化処理圧の５０％以上を賄って
油化処理を行い、生成した油状物を第一管内を上昇させ
ると共に、流動化物を第一管と第二管との間の環状空隙
部内に降下させて流動化物を装入し、この装入した原料
流動化物の自重で油化処理圧の５０％以上を賄って油化
処理を行い、生成した油状物を第二管と第三管との間の
環状空隙部内を上昇させるか、或いは流動化物を第二管
と第三管との間の環状空隙部内に降下させて流動化物を
装入し、この装入した原料流動化物の自重で油化処理圧
の５０％以上を賄って油化処理を行い、生成した油状物
を第一管と第二管との間の環状空隙部内を上昇させ、前
記流動状有機性汚泥及び／又は流動化物をその降下の間
に酸素と反応させて発熱させることを特徴とする有機性
汚泥の油化処理方法。
【請求項５】流動化工程及び／又は油化処理工程が、
アルカリ存在下に行われることを特徴とする請求項１〜
４のいずれかに記載した有機性汚泥の油化処理方法。
【請求項６】加熱媒体が、流動状有機性汚泥及び／又
は流動化物を酸素と反応させて得られる高温の反応生成
物であることを特徴とする請求項３に記載した有機性汚
泥の油化処理方法。