JP3613567B1 - 燃料製造装置および燃料製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ダイオキシン等の有害な物質を発生させず、有害物資を除去して肥料に活用できることはもとより、含水率の高い廃棄物であっても迅速に処理し、しかも発熱量の損失を抑えつつ含水率を低下させてガス化発電用の燃料に適した性状に変換処理することができる燃料製造装置および燃料製造方法を提供する。
【解決手段】 処理容器内に投入された各種の高湿潤廃棄物に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力および温度を所定の範囲内で所定時間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、廃棄物を再利用すべく性状を変化させる技術に係り、特に、生ゴミや汚泥、魚残渣、糞尿等の含水率の高い廃棄物をガス化発電用燃料に適した性状に変換処理するのに好適な燃料製造方法および燃料製造装置に関するものである。
従来より、生ゴミや下水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号には、食品残渣や木、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（特許文献１）。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、特開２００３−４７４０９号公報に記載された発明においては、食品残渣や木、紙等の原料を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に過ぎない。したがって、飼料や肥料以外の目的に利用するための最適条件とは限らない。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・対象によって個別具体的に処理が施されなければならない。
また、再利用するには単に無害になるだけでは足りず、より高付加価値のある性状に処理することが好ましい。しかも再利用に要するコストを考慮すれば、できる限り利用目的に適した性状に処理することが実施化のために要求される。
一方、近年、バイオマスなどの廃棄物から有効にエネルギーを回収するため、廃棄物を熱分解によりガス化し、得られた熱分解ガスを熱源として発電するガス化発電技術が提案されている。このガス化発電技術は、ガス化炉内に投入した廃棄物に、酸素と水蒸気からなるガス化剤を供給しつつ加熱してガス化させている。しかしながら、燃料とする廃棄物が生ゴミや下水道汚泥等のように高湿潤な資材である場合、含水率が８０％以上と高いために非常に熱分解させ難く、熱分解ガスを十分に発生させられないという問題がある。
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、ダイオキシン等の有害な物質を発生させず、有害物資を除去して肥料に活用できることはもとより、含水率の高い廃棄物であっても迅速に処理し、しかも発熱量の損失を抑えつつ含水率を低下させてガス化発電用の燃料に適した性状に変換処理することができる燃料製造方法および燃料製造装置を提供することを目的としている。
本発明に係る燃料製造方法および燃料製造装置の特徴は、処理容器内に投入された生ゴミに対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．５０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度を１８５℃以上２１５℃以下で３０分〜５０分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する点にある。また、より効率的かつ実用的な性状を得るためには、前記処理容器内の圧力を１．８２ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度を２０８℃以上２１０℃以下で３０分〜３５分間保持して変換処理することが好ましい。
また、本発明に係る燃料製造方法および燃料製造装置の特徴は、処理容器内に投入された下水道汚泥に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．７５ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度を１６０℃以上２１０℃以下で５５分〜６５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する点にある。また、より効率的かつ実用的な性状を得るためには、前記処理容器内の圧力を１．８０ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度を２００℃以上２０５℃以下で５５分〜６０分間保持して変換処理することが好ましい。
また、本発明に係る燃料製造方法および燃料製造装置の特徴は、処理容器内に投入された魚残渣に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．６５ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度を１８０℃以上２１０℃以下で４５分〜９０分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する点にある。また、より効率的かつ実用的な性状を得るためには、前記処理容器内の圧力を１．７５ＭＰａ以上１．８０ＭＰａ以下、温度を２００℃以上２０６℃以下で５５分〜６０分間保持して変換処理することが好ましい。
また、本発明に係る燃料製造方法および燃料製造装置の特徴は、処理容器内に投入された家畜糞に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．６０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度を１８０℃以上２１５℃以下で３５分〜４５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する点にある。また、より効率的かつ実用的な性状を得るためには、前記処理容器内の圧力を１．７０ＭＰａ以上１．７５ＭＰａ以下、温度を２０５℃以上２１０℃以下で３５分〜４５分間保持して変換処理することが好ましい。
また、本発明に係る燃料製造方法および燃料製造装置の特徴は、処理容器内に投入されたイカの肝臓（イカゴロ）に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．６０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度を１６５℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持してガス化発電用燃料に適した性状に変換処理して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する点にある。また、より効率的かつ実用的な性状を得るためには、前記処理容器内の圧力を１．７０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度を１７２℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持して変換処理することが好ましい。
また、本発明に係る燃料製造方法および燃料製造装置の特徴は、処理容器内に投入されたホタテ貝の中腸腺（ホタテウロ）に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．７５ＭＰａ以上１．８８ＭＰａ以下、温度を１７２℃以上２０４℃以下で５５分〜６５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造する点にある。
本発明によれば、ダイオキシン等の有害な物質を発生させず、内在する有害物資を除去することはもとより、含水率の高い廃棄物であっても迅速に処理し、しかも発熱量の減少を抑えつつ含水率を低下させられてガス化発電用の燃料に適した性状に変換処理することができる。
以下、本発明に係る燃料製造装置の好適な一実施形態について図面を用いて説明する。
図１は、本実施形態の燃料製造装置１を示す模式図である。本実施形態の燃料製造装置１は、主として、各種の高湿潤廃棄物を収容して処理するための処理容器２と、この処理容器２に投入された高湿潤廃棄物を攪拌するための攪拌手段３と、処理容器２内の高湿潤廃棄物に対して高圧水蒸気を注入するための水蒸気注入手段４と、処理容器２内の圧力を調節するための圧力調節手段５と、前記攪拌手段３、前記水蒸気注入手段４および前記圧力調節手段５を制御するための制御手段６とから構成されている。なお、本実施形態で変換処理する高湿潤廃棄物は、生ゴミ、下水汚泥、魚残渣、泥炭、家畜糞、イカの肝臓（イカゴロ）、ホタテ貝の中腸腺（ホタテウロ）等の含水率が高く、ガス化発電用の燃料として利用しにくい廃棄物を対象としている。
本実施形態の各構成部についてより詳細に説明すると、処理容器２は、耐圧性を備えた第一種圧力容器により構成されており、その内部で高湿潤廃棄物を処理するようになっている。また、処理容器２の上部には高湿潤廃棄物の投入口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、高湿潤廃棄物を処理する際に処理容器２内の高温高圧に耐えられるパッキンが使用された密閉構造を備えている。投入口２１および排出口２２は、安全性を考慮して、処理容器２内の圧力が０．０１５ＭＰａ以下に達しない限り、開閉操作が反応しないシステム制御を備えている。さらに、処理容器２には、上部温度センサ２３ａ、下部温度センサ２３ｂおよび圧力センサ２４が備えられており、処理容器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、攪拌手段３は、高湿潤廃棄物を全体に渡って一様に加圧および加温するためのものである。この撹拌手段３は、処理容器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の垂直面に対して前方に傾斜された撹拌羽根３２を取り付けて構成されている。水平回動軸３１には、これを正逆回動可能な駆動モータ３３が連結されている。撹拌手段３は、投入された高湿潤廃棄物を攪拌しつつ徐々に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はインバータ制御により回転数および回転方向が制御自在なモータであり、高湿潤廃棄物がガス化発電用燃料に適した性状に変換処理されるまで必要に応じて処理容器２内で往復動させる。
つぎに、水蒸気注入手段４は、高圧の水蒸気を発生させるボイラー４１と、このボイラー４１から発生した水蒸気を処理容器２内に供給するための送気管４２とを有している。ボイラーで発生する水蒸気の圧力は一定値に保持されており、処理容器２内の圧力は、高圧水蒸気の注入量で調節するようになっている。この高圧水蒸気の圧力に付随して温度が定まるので処理容器２内は高温に保持される。また、送気管４２は、処理容器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。これは、処理容器２内の高湿潤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、高湿潤廃棄物に覆い被さる直前に高圧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５は、電気制御により開閉が自在の圧力調整バルブ５１と、この圧力調整バルブ５１を介して処理容器２内の水蒸気を排気するための排気管５２とから構成されている。そして、処理容器２内の圧力が所定値を越えると圧力調整バルブ５１を開放し、処理容器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。また、排気管５２にはサイレンサー７を経由して冷却装置８が連結されており、処理容器２からの水蒸気を冷却して液化し、排水処理設備９に供給するようになっている。さらに、サイレンサー７により、騒音防止条例の規制値をクリアして市街地などに設置できるよう設計されている。
つぎに、制御手段６は、攪拌手段３、水蒸気注入手段４および圧力調節手段５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、処理容器２内における高湿潤廃棄物の撹拌移送時間を制御する。また、制御手段６は、処理容器２内の高湿潤廃棄物をガス化発電用燃料に適した性状に変換する所定の圧力を一定時間保持するように水蒸気注入手段４による水蒸気の注入量を制御するようになっている。もし、処理容器２内の温度や圧力が低下した場合には、水蒸気注入手段４からの高圧水蒸気の注入量を増加させて温度および圧力を上昇させる。逆に、処理容器２内の温度や圧力が上昇した場合には、圧力調節手段５の圧力調整バルブ５１を開放して高圧水蒸気を排気し温度および圧力を低下させる。なお、制御手段６は、処理容器２内の各温度センサ２３ａ，２３ｂ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処理容器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。
つぎに、本実施形態の燃料製造装置１による燃料製造方法について説明する。
まず、高湿潤廃棄物を投入口２１から処理容器２内に投入する。このとき、籾殻由来の水分調整資材を混入させると好ましい。この水分調整資材は、本実施形態の燃料製造装置１を使って籾殻を処理したものであり、具体的には、籾殻に消石灰あるいはホタテの貝殻粉砕物を混入して１．４５ＭＰａ〜１．９６MＰａ、より好ましくは１．６５ＭＰａ〜１．８５ＭＰａで５〜３０分保持して処理している。このように処理した籾殻は棉のように柔らかい。このような籾殻の水分調整資材を混入することにより、高価なおが屑等を使用しなくても処理物の含水率を安全に調整することができる。
そして、あらかじめ投入する高湿潤廃棄物ごとに、処理時の容器内圧力と、この設定圧力を保持する時間と、撹拌時間および設定した圧力に対応する容器内温度を予め制御手段６に対して設定しておく。この場合、設定される容器内圧力は、各種高湿潤廃棄物がガス化発電用燃料に適した性状に変換するのに必要な圧力である。また、圧力保持時間は、高湿潤廃棄物が加水分解を開始する時間に設定することが好ましく、攪拌時間は高湿潤廃棄物がガス化発電用燃料に適した性状に変換するのに充分な時間に設定することが好ましい。また、容器内温度は、水蒸気の理論圧力に付随する温度に設定される。
処理容器２内に投入された高湿潤廃棄物は、撹拌羽根３２によって大きく攪拌されながら徐々に排出口２２方向側へ移送される。処理量によっては一方向の移送だけでは処理が完了しない場合があるが、この場合には、駆動モータ３３を逆方向に反転させて投入口２１側へと移送し、往復移送を行う。これにより小さい処理容器２であっても充分な撹拌時間が得られる。
この攪拌の際、処理容器２内では、水平回動軸３１よりも上方に取り付けられた送気管４２から高圧の水蒸気が注入される。このため、高湿潤廃棄物は撹拌手段３の攪拌によって水平回動軸３１の上方にばらばらに飛散されたときに、高圧の水蒸気を効果的に吹き付けられる。したがって、水蒸気圧力に付随する加熱および水蒸気の加水分解が効果的に進められ高湿潤廃棄物が圧縮される。
また、高湿潤廃棄物が攪拌されている間、制御手段６は、各温度センサ２３ａ，２３ｂおよび圧力センサ２４の検出結果に基づき、処理容器２内の温度および圧力を予め設定した温度および圧力に保持するように水蒸気注入手段４および圧力調整手段５を制御している。
設定した圧力保持時間が経過すると、制御手段６は水蒸気注入手段４を制御して水蒸気の注入を停止するとともに、圧力調節手段５を制御して圧力調整バルブ５１を開放する。これにより処理容器２内の高圧水蒸気が排気管５２に排気され処理容器２内は減圧される。以上のような処理によって高湿潤廃棄物は結合分子の分離と分解が起こり、燃焼させずに初期炭化と微細化という性状変化が生じる。この初期炭化の状態では、高湿潤廃棄物が元来保有する熱量がそれほど消滅することなく残留する。また、高湿潤廃棄物に含まれていた水分は、減圧に伴って凝縮して排出されるため、含水率が低下する。さらに分子レベルで分解されているため、野菜や魚肉等の細胞壁や細胞膜が破壊されていることから、水分を一層排出し易いとともに、残存している水分も放置しておくだけで蒸発してしまう状態にある。このような処理物は肥料として利用できるだけでなく、ガス化発電装置の前処理として利用できる。なお、処理後の高湿潤廃棄物は排出口２２まで移送されて取り出されるとともに、排出された水は排水処理設備９に供給されて浄化処理される。
つぎに、本実施形態の具体的な実施例について説明する。以下の各実施例では、実用化を想定し、実用に適する短い時間内で高湿潤廃棄物をガス化発電用の燃料に適した性状へと変換するための処理条件を求める実験を行った。この実験では、処理容器２内の圧力や温度、および圧力保持時間を変化させて高湿潤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を図２に示す。また、各処理廃棄物の処理前および処理後の状態を撮影したデジタル写真画像を図３〜図１６にそれぞれ示す。
本実施例の実験では、容積が３０００リットルの処理容器２を使用し、容器内温度を水蒸気の理論圧力に付随する温度である２００℃前後に保持した。また、高湿潤廃棄物の充填率は６５％〜９５％となるように充填した。攪拌速度は、高湿潤廃棄物を均一に攪拌するため下部温度センサ２３ｂの値が上部温度センサ２３ａの値と一致するまでは、２〜１８ｒｐｍとし、一致した時点から０．１５ＭＰａまで減圧するまでは、５〜１５ｒｐｍに制御した。なお、含水率の測定には、株式会社島津製作所の島津電子式水分計「ＥＢ−３４０ＭＯＣ」を使用しており、熱量の測定には、株式会社島津製作所のボンベ型熱量計「ＣＡ−４ＰＪ」（JISM8814，JISK2279適合装置）を使用した。
『生ゴミの性状変換処理』
実施例１では、高湿潤廃棄物として図３に示すような家庭や店舗等からでる肉・魚・野菜等のくずや食べ残し等の水分を多く含んでいる生ゴミを使用した。この生ゴミの処理前の含水率は９１．００％であり、保有熱量は１２．２９ＫＪであった。生ゴミに対して処理圧力と保持時間を様々に変えて性状変換処理を行った。その結果、処理容器２内の圧力を１．５０ＭＰａ〜１．８１ＭＰａ、温度を１８５℃〜２０５℃で約３０分〜３５分間保持した場合、処理後の含水率は５５．１０％に低下し、保有熱量は１２．１０ＫＪとなった。この場合の含水率は高すぎるが、１日程度常温で放置しておけば半分程度の実用化可能な含水率まで蒸発し得る。保有熱量は処理前熱量の９８％以上を保有しておりガス化発電用の燃料として好適範囲である。前記条件以下の圧力であったり、処理時間を短くすると含水率が低下しないため実用性を欠く。
また、処理容器２内の処理圧力を１．８２ＭＰａ〜１．９０ＭＰａ、温度を２０８℃〜２１０℃に保持して３０分〜３５分間処理を行った場合、処理後の含水率は２１．５０％まで低下し、処理前含水率の４分の１以下にまで減少した。一方、保有熱量は１１．８２ＫＪを示して処理前保有熱量の９６％以上を保持しており、ガス化発電用の燃料として好適な性状を備えていた。このときの処理後生ゴミを図４に示す。手で触ってもパラパラした乾燥物である。また、処理容器２内の圧力を１．９０ＭＰａ〜１．９６ＭＰａ、温度を２１０℃〜２１５℃に保持して３５分〜５０分間処理を行った場合、処理後の含水率は２０．８０％と更に減少したが、保有熱量は９．９９ＫＪとなって１０ＫＪを下回り、ガス化発電用の燃料として使用可能であるものの付与するエネルギーに対して熱量損失が多いいといえる。なお、本実施例で使用した燃料製造装置１は、処理容器２の最高圧力が１．９６ＭＰａであるため、それ以上の圧力値での計測は行っていないが、過度に高温高圧を付与したり、長時間に渡って処理すると熱量が低下することに注意を要する。
以上、実施例１の実験結果によれば、生ゴミの保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料に適した性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．５０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度を１８５℃以上２１５℃以下で３０分〜５０分間保持する処理が好ましく、より好ましくは圧力を１．８２ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度を２０８℃以上２１０℃以下で３０分〜３５分間保持する条件である。高温・高圧で一定時間保持する意味は、生ゴミを分解させるための余裕条件を付加させるためである。できるだけ生ゴミの分解が緩やかに始まるタイミングとし、その後の減圧開始と同時にカーブに沿って分解が進行する。このとき、生ゴミに含まれる水分と水蒸気が冷却され、凝縮された水分は有圧から無圧への状態変化に伴って容器外へ放散され、適度な含水率を持つ物質へ性状が変換される。
『下水汚泥の性状変換処理』
実施例２では、図５に示すような下水汚泥を処理した。この下水汚泥の処理前の含水率は８０．００％であり、保有熱量は１５．５１ＫＪであった。このような下水汚泥に対し、処理容器２内の圧力および処理時間を変更して処理した。下水汚泥は汚泥と水が溶け込んでいるため処理時間が他の処理物よりも余計にかかった。実験の結果、処理容器２内の圧力を１．４５ＭＰａ〜１．７５ＭＰａ、温度を１４０℃〜１６５℃で約５５分〜６０分間保持した場合、処理後の下水汚泥の保有熱量は１４．９５ＫＪと高い熱量値を保持していたが、含水率は６０．９０％であり、ガス化発電用の燃料としては含水率が多すぎるため実用性に欠くものであった。ただ、実施例１と同様、処理後の下水汚泥は結合分子が分離・分解されているため、水分が蒸発しやすくなっており、一晩ほど放置すれば含水率は半分程度にまで低下する。
また、処理容器２内の圧力を１．７５ＭＰａ〜１．８０ＭＰａ、温度を１６０℃〜２００℃に保持して約５５分〜６０分間処理を行った。この結果、処理後の下水汚泥の含水率は３９．００％と相当減少し、保有熱量は１４．０８ＫＪと熱損失が１０％以内の高い熱量値を保有しているため、ガス化発電用の燃料として充分に使用可能であった。つぎに、処理容器２内の処理圧力を１．８０ＭＰａ〜１．８５ＭＰａ、温度を２００℃〜２０５℃に保持して５５分〜６０分間処理を行った。この結果、処理後の下水汚泥の含水率は２３．００％となってほとんど乾燥状態にいたり、保有熱量は１３．８０ＫＪと処理前保有熱量の約８９％を保有しており、ガス化発電用の燃料として好適な性状範囲であって、かつ、効率的な処理条件であった。また、処理容器２内の圧力を１．８５ＭＰａ〜１．９０ＭＰａ、温度を２０５℃〜２１０℃に保持して５５分〜６５分間処理を行った。この結果、処理後の下水汚泥の含水率は２２．０５％まで減少したものの、保有熱量が処理前保有熱量の７０％まで減少するため、１０．９９ＫＪの熱量値はガス化発電用の燃料として使用可能であるが、熱損失が大き過ぎるといえる。
以上、実施例２の実験結果によれば、下水汚泥の保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料に適した性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．７５ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度を１６０℃以上２１０℃以下で５５分〜６５分間保持することが好ましく、より好ましくは圧力を１．８０ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度を２００℃以上２０５℃以下で５５分〜６０分間保持する条件である。
『魚残渣の性状変換処理』
実施例３では、高湿潤廃棄物として図７に示すような魚残渣を処理した。この魚残渣の処理前の含水率は８５．００％であり、保有熱量は１２．９９ＫＪであった。この魚残渣に対し、処理容器２内の圧力を１．４５ＭＰａ〜１．６５ＭＰａ、温度を１７８℃〜１８２℃に保持して４５分〜７０分間処理を行った。この結果、処理後の魚残渣の保有熱量は１２．５０ＫＪと高い熱量値を保有しているが、含水率が７５．００％と高いため、ガス化発電用の燃料としては実用性を欠く。ただ、処理後の魚残渣は結合分子が分離・分解されており、水分が蒸発しやすくなっていることから容易に乾燥し易く、放置しておくだけで実用可能な程度まで乾燥し得る。
つぎに、処理容器２内の圧力を１．６５ＭＰａ〜１．７５ＭＰａ、温度を１８０℃〜２００℃で４５分〜７０分間保持する処理を行った。この結果、処理後の魚残渣の含水率は５１．００％に減少し、保有熱量は１２．０５ＫＪと高い熱量値を示した。ガス化発電用燃料に使用可能であるが、含水率が５０％を超えており、処理時間も７０分と多いため実用性を高めるにはもっと含水率を低下させ、処理時間を短くする必要がある。そこで、処理容器２内の処理圧力を１．７５ＭＰａ〜１．８０ＭＰａ、温度を２００℃〜２０６℃に保持する条件としたところ、５５分〜６０分間処理によって処理後の魚残渣の含水率は２６．５０％にまで減少し、保有熱量は１２．６６ＫＪとなって処理前保有熱量の９７％を維持した。このときの処理物はガス化発電用の燃料として好適な性状を備えているし、処理条件としても実用的範囲である。図８は処理後の状態を示す図である。
また、処理容器２内の圧力を１．８０ＭＰａ〜１．８５ＭＰａ、温度を２０５℃〜２１０℃に保持して５５分〜６０分間処理を行ったところ、処理後の魚残渣の含水率は２６．００％であり、保有熱量は１１．００ＫＪとなり、この条件でも充分な性状を示した。さらに、処理容器２内の圧力および温度をそのままにして６０分〜９０分間に保持時間を延長したところ、処理後の魚残渣の含水率は２４．００％となり、保有熱量は９．４４ＫＪにまで低下した。この状態でもガス化発電用燃料として使用可能であるが、含水率の低下割合に比べ熱量減少率が高く、さらに、圧力・温度が高い条件にも関わらず処理時間が短くないことから実用的な処理とはいえない。保有熱量の損失量を考慮すると、これ以上処理圧力や処理時間を増やすのは好ましくない。
以上、実施例３の実験結果によれば、魚残渣の保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料に適した性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．６５ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度を１８０℃以上２１０℃以下で４５分〜９０分間保持することが好ましく、より好ましくは圧力を１．７５ＭＰａ以上１．８０ＭＰａ以下、温度を２００℃以上２０６℃以下で５５分〜６０分間保持する条件である。
『泥炭の性状変換処理』
実施例４では、高湿潤廃棄物として図９に示すような泥炭を処理した。この泥炭の処理前の含水率は７０．００％であり、保有熱量は１６．９０ＫＪであった。この泥炭に対し、処理容器２内の圧力を１．５０ＭＰａ〜１．７０ＭＰａ、温度を１６９℃〜１９３℃に保持して２５分〜３０分間処理を行った。この結果、処理後の泥炭の含水率は５５．００％、保有熱量は１６．８０ＫＪとなり、熱量損失は少ないものの含水率が５０％を超えているため、さらに乾燥工程を経てガス化発電用燃料として使用する必要がある。つぎに、処理容器２内の処理圧力を１．７０ＭＰａ〜１．８０ＭＰａ、温度を１９５℃〜２０４℃に保持して２５分〜３０分間処理を行った。図１０は処理後の泥炭である。この結果、処理後の泥炭の含水率は２５．６０％と充分に減少し、保有熱量は１６．７９ＫＪと処理前保有熱量の９９％以上を確保しているためほとんど熱損失がない。ガス化発電用の燃料としての性状および処理条件として好適であった。
さらに、処理容器２内の圧力を１．８０ＭＰａ〜１．８５ＭＰａ、温度を２０５℃〜２１０℃に保持して２０分〜３０分間処理を行ったところ、処理後の泥炭の含水率は２５．００％、保有熱量は１２．０８ＫＪとなり、前述の条件と比べると含水率の減水に差は見られず、熱量が大きく減少してしまった。また、処理容器２内の圧力を１．８５ＭＰａ〜１．９０ＭＰａ、温度を２０５℃〜２１０℃に保持して３０分〜６０分間処理を行ったところ、処理後の泥炭の含水率は２０．０５％と更に減少するが、保有熱量は１０ＫＪを下回り、処理前熱量の６０％以下になった。処理物自体はガス化発電用の燃料として使用可能であるが、効率的な処理条件とはいえない。
以上、実施例４の実験結果によれば、泥炭の保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料に適した性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．５０ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度を１６９℃以上２１０℃以下で２０分〜６０分間保持することが好ましく、より好ましくは圧力を１．７０ＭＰａ以上１．８０ＭＰａ以下、温度を１９５℃以上２０４℃以下で２５分〜３０分間保持する条件である。
『家畜糞の性状変換処理』
実施例５では、高湿潤廃棄物として図１１に示すような家畜糞を処理した。この家畜糞の処理前の含水率は６８．００％であり、保有熱量は１３．４０ＫＪであった。この家畜糞に対し、処理容器２内の圧力を１．４５ＭＰａ〜１．６０ＭＰａ、温度を１４５℃〜１７８℃に保持して３０分〜５０分間処理を行った。この結果、処理後の家畜糞の保有熱量は１２．９７ＫＪと高い保有熱量値を示したが、含水率は６８．００％と多く、ガス化発電用の燃料としては実用性に欠くものであった。ただ、他の実施例同様、処理後の家畜糞も結合分子が分離・分解されているため、水分が蒸発しやすくなっており、乾燥工程を経ることでガス化発電用の燃料として実用可能となる。つぎに、処理容器２内の圧力を１．６０ＭＰａ〜１．７０ＭＰａ、温度を１８０℃〜２００℃に保持して３５分〜４５分間処理を行ったところ、保有熱量は１２．１５ＫＪと維持できたが、含水率が５９．００％とやはり高く、ガス化発電用の燃料として不十分である。
そこで、処理容器２内の処理圧力を１．７０ＭＰａ〜１．７５ＭＰａ、温度を２０５℃〜２１０℃に保持して３５分〜４５分間処理を行った。図１２は処理後の家畜糞である。この結果、処理後の家畜糞の含水率は２４．００％まで減少し、保有熱量は処理前保有熱量の８２％まで減少したものの１１．００ＫＪに維持できたので、ガス化発電用の燃料として好適範囲の性状を備えている。また、処理容器２内の圧力を１．７５ＭＰａ〜１．９６ＭＰａ、温度を２０８℃〜２１５℃に保持して３５分〜４５分間処理を行ったところ、処理後の家畜糞の含水率は２３．００％であり、保有熱量は１１．０１ＫＪを維持し、ガス化発電用の燃料として好適性状を示し、前記処理条件の結果とほぼ同等であった。このため、処理効率を考慮すれば、より圧力の低い条件が好ましい。
以上、実施例５の実験結果によれば、家畜糞の保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料に適した性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．６０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度を１８０℃以上２１５℃以下で３５分〜４５分間保持することが好ましく、より好ましくは圧力を１．７０ＭＰａ以上１．７５ＭＰａ以下、温度を２０５℃以上２１０℃以下で３５分〜４５分間保持する条件である。
以上の実施例１乃至５においては、実用性の高い高湿潤廃棄物である生ゴミ、下水汚泥、魚残渣、泥炭、および家畜糞について変換処理を行った。一方、水産廃棄物のなかでも腐敗臭が強く、カドミウム等の重金属が蓄積されていることが問題視されているイカの肝臓（通称：イカゴロ）やホタテ貝の中腸腺（通称：ホタテウロ）は、従来より、肥料や飼料への利用が大変難しいものとされてきた。そこで、これらイカの肝臓およびホタテ貝の中腸腺について変換処理を行った。
『イカの肝臓の性状変換処理』
実施例６では、高湿潤廃棄物として図１３に示すようなイカの肝臓を処理した。イカの肝臓の処理前の含水率は８９．００％であり、保有熱量は１４．６６ＫＪであった。このイカの肝臓に対し、処理容器２内の圧力を１．６０ＭＰａ〜１．７５ＭＰａ、温度を１６５℃〜１９０℃に保持して５０分〜６５分間処理を行った。この結果、処理後のイカの肝臓の含水率は、５９．０６％に低下し、保有熱量は８．３２３ＫＪとなった。実用性を考慮すると含水率を下げる必要があったので、処理圧力を１．７０ＭＰａ〜１．８６ＭＰａ、温度を１７２℃〜２０５℃に保持して５０分〜６５分間処理を行った。図１４はイカの肝臓を処理した後の状態である。この結果、処理後のイカ肝臓の含水率は３２．２８％にまで低下し、保有熱量は７．２０ＫＪであった。イカの内臓は液状化しているため熱損失が大きいが、上記条件下では処理前保有熱量の約５０％程度の損失に抑えて、含水率を約３２％まで低下させることができた。これであればガス化発電用の燃料として実用可能な範囲である。一方、処理容器２内の圧力を１．７９ＭＰａ〜１．９０ＭＰａ、温度を１８５℃〜２１０℃に保持して６５分〜９５分間処理を行った。この結果、処理後のイカの肝臓の含水率は２９．５５％と３０％以下にできたが、保有熱量は４．９９ＫＪにまで低下し、ガス化発電用の燃料としては効率が悪い。
以上、実施例６の実験結果によれば、イカの肝臓の保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料として使用可能な性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．６０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度を１６５℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持することが好ましく、より好ましくは圧力を１．７０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度を１７２℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持する条件である。
『ホタテ貝の中腸腺の性状変換処理』
実施例７では、高湿潤廃棄物として図１５に示すようなホタテ貝中腸腺を処理した。このホタテ貝中腸腺の処理前の含水率は８５．００％であり、保有熱量は１１．７９ＫＪであった。このホタテ貝中腸腺に対し、処理容器２内の圧力を１．６６ＭＰａ〜１．７７ＭＰａ、温度を１６７℃〜１８５℃に保持して４５分〜６０分間処理を行った。この結果、処理後のホタテ貝中腸腺の含水率は７０．２５％であり、保有熱量は６．１９ＫＪまで減少した。これは含水率が高すぎるため乾燥工程が必要でありガス化発電用の燃料としては実用性を欠く。つぎに、処理容器２内の処理圧力を１．７５ＭＰａ〜１．８８ＭＰａ、温度を１７２℃〜２０４℃に保持して５５分〜６５分間処理を行った。図１６は処理後の状態を示す。この結果、処理後のホタテ貝中腸腺の含水率は３７．０５％にまで低下し、保有熱量は６．００ＫＪと処理前保有熱量の約５０％を維持できた。ホタテ貝の中腸腺の性状を考慮すれば、充分に実用に供するものである。一方、処理容器２内の圧力を１．７８ＭＰａ〜１．９０ＭＰａ、温度を１８５℃〜２１０℃に保持して６５分〜９５分間処理を行ったところ、処理後のホタテ貝中腸腺の含水率は２９．５８％であり、保有熱量は２．７３ＫＪにまで低下し、ガス化発電用の燃料としては効率が悪い。
以上、実施例７の実験結果によれば、ホタテ貝の中腸腺の保有熱量を損失させることなく、含水率を低下させ、ガス化発電用の燃料として使用可能な性状に変換するための処理条件は、処理容器２内の圧力を１．７５ＭＰａ以上１．８８ＭＰａ以下、温度を１７２℃以上２０４℃以下で５５分〜６５分間保持する条件である。
以上のような本実施形態によれば、燃焼させ難い高含水・高湿潤廃棄物であっても熱量の損失を抑えつつ含水率を減少させて、ガス化発電用の燃料に適した性状に変換処理することができる。したがって、ガス化発電装置の前処理施設として利用可能である。また、上述した各実施例では、高湿潤廃棄物をガス化発電用の燃料に適した性状に変換するための条件を求めたが、もちろん各変換処理物は堆肥としても活用できる。
また、通常、自然界で微生物を使って高湿潤廃棄物を分解処理させると、堆肥の状態まで到達するには６ヶ月から３６ヶ月以上の時間を要してしまう。これを本実施形態の変換処理システムによれば、昇圧時間も含めて６０分から９０分程度という極めて短時間で燃料化および堆肥化でき、しかも無菌状態で安全に処理することができる。
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。
例えば、上述した本実施形態では、排水処理設備９を１つしか設けていないが、図１７に示すように、別途、予備排水処理設備１０を設けてもよい。この予備排水処理設備１０によれば、サイレンサー７や排出口２２から排出された排水のｐＨを調整して、排水の規制値をクリアする。
本発明に係る燃料製造装置の実施形態を示す模式図である。 本実施形態における実施例１から実施例７の処理条件および処理結果を示す表である。 処理する前の生ゴミを示すデジタル写真画像である。 実施例１の好適な処理条件により処理した後の生ゴミを示すデジタル写真画像である。 処理する前の下水汚泥を示すデジタル写真画像である。 実施例２の好適な処理条件により処理した後の下水汚泥を示すデジタル写真画像である。 処理する前の魚残渣を示すデジタル写真画像である。 実施例３の好適な処理条件により処理した後の魚残渣を示すデジタル写真画像である。 処理する前の泥炭を示すデジタル写真画像である。 実施例４の好適な処理条件により処理した後の泥炭を示すデジタル写真画像である。 処理する前の家畜糞を示すデジタル写真画像である。 実施例５の好適な処理条件により処理した後の家畜糞を示すデジタル写真画像である。 処理する前のイカの肝臓を示すデジタル写真画像である。 実施例６の好適な処理条件により処理した後のイカの肝臓を示すデジタル写真画像である。 処理する前のホタテ貝の中腸腺を示すデジタル写真画像である。 実施例７の好適な処理条件により処理した後のホタテ貝の中腸腺を示すデジタル写真画像である。 本発明に係る燃料製造装置の他の実施形態を示す模式図である。
符号の説明
１ 燃料製造装置
２ 処理容器
３ 攪拌手段
４ 水蒸気注入手段
５ 圧力調節手段
６ 制御手段
７ サイレンサー
８ 冷却装置
９ 排水処理設備
１０ 予備排水処理設備
２１ 投入口
２２ 排出口
２３ａ 上部温度センサ
２３ｂ 下部温度センサ
２４ 圧力センサ
３１ 水平回動軸
３２ 攪拌羽根
３３ 駆動モータ
４１ ボイラー
４２ 送気管
５１ 圧力調整バルブ
５２ 排気管

Claims (17)

  1. 処理容器内に投入された生ゴミに対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．５０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度を１８５℃以上２１５℃以下で３０分〜５０分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
  2. 処理容器内に投入された下水道汚泥に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．７５ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度を１６０℃以上２１０℃以下で５５分〜６５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
  3. 処理容器内に投入された魚残渣に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．６５ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度を１８０℃以上２１０℃以下で４５分〜９０分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
  4. 処理容器内に投入された家畜糞に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．６０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度を１８０℃以上２１５℃以下で３５分〜４５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
  5. 処理容器内に投入されたイカの肝臓（イカゴロ）に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．６０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度を１６５℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
  6. 処理容器内に投入されたホタテ貝の中腸腺（ホタテウロ）に対して高圧水蒸気を注入し、前記処理容器内の圧力を１．７５ＭＰａ〜１．８８ＭＰａ、温度を１７２℃以上２０４℃以下で５５分〜６５分間保持して結合分子を分離することにより微細化した燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
  7. 攪拌手段を備えた処理容器と、この処理容器内に投入された生ゴミに対して高圧水蒸気を注入する水蒸気注入手段と、この水蒸気注入手段による高圧水蒸気の注入量を前記処理容器内の圧力が１．５０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度が１８５℃以上２１５℃以下で３０分〜５０分間保持して結合分子を分離し微細化するように制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料製造装置。
  8. 請求項７において、前記制御手段は、前記処理容器内の圧力が１．８２ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度が２０８℃以上２１０℃以下で３０分〜３５分間保持されるように前記水蒸気注入手段の高圧水蒸気の注入量を制御することを特徴とする燃料製造装置。
  9. 攪拌手段を備えた処理容器と、この処理容器内に投入された下水道汚泥に対して高圧水蒸気を注入する水蒸気注入手段と、この水蒸気注入手段による高圧高圧水蒸気の注入量を前記処理容器内の圧力が１．７５ＭＰａ以上１．９０ＭＰａ以下、温度が１６０℃以上２１０℃以下で５５分〜６５分間保持して結合分子を分離し微細化するように制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料製造装置。
  10. 請求項９において、前記制御手段は、前記処理容器内の圧力が１．８０ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度が２００℃以上２０５℃以下で５５分〜６０分間保持されるように前記水蒸気注入手段の高圧水蒸気の注入量を制御することを特徴とする燃料製造装置。
  11. 攪拌手段を備えた処理容器と、この処理容器内に投入された魚残渣に対して高圧水蒸気を注入する水蒸気注入手段と、この水蒸気注入手段による高圧高圧水蒸気の注入量を前記処理容器内の圧力が１．６５ＭＰａ以上１．８５ＭＰａ以下、温度が１８０℃以上２１０℃以下で４５分〜９０分間保持して結合分子を分離し微細化するように制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料製造装置。
  12. 請求項１１において、前記制御手段は、前記処理容器内の圧力が１．７５ＭＰａ以上１．８０ＭＰａ以下、温度が２００℃以上２０６℃以下で５５分〜６０分間保持されるように前記水蒸気注入手段の高圧水蒸気の注入量を制御することを特徴とする燃料製造装置。
  13. 攪拌手段を備えた処理容器と、この処理容器内に投入された家畜糞に対して高圧水蒸気を注入する水蒸気注入手段と、この水蒸気注入手段による高圧高圧水蒸気の注入量を前記処理容器内の圧力が１．６０ＭＰａ以上１．９６ＭＰａ以下、温度が１８０℃以上２１５℃以下で３５分〜４５分間保持して結合分子を分離し微細化するように制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料製造装置。
  14. 請求項１３において、前記制御手段は、前記処理容器内の圧力が１．７０ＭＰａ以上１．７５ＭＰａ以下、温度が２０５℃以上２１０℃以下で３５分〜４５分間保持されるように前記水蒸気注入手段の高圧水蒸気の注入量を制御することを特徴とする燃料製造装置。
  15. 攪拌手段を備えた処理容器と、この処理容器内に投入されたイカの肝臓（イカゴロ）に対して高圧水蒸気を注入する水蒸気注入手段と、この水蒸気注入手段による高圧高圧水蒸気の注入量を前記処理容器内の圧力が１．６０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度が１６５℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持して結合分子を分離し微細化するように制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料製造装置。
  16. 請求項１５において、前記制御手段は、前記処理容器内の圧力が１．７０ＭＰａ以上１．８６ＭＰａ以下、温度が１７２℃以上２０５℃以下で５０分〜６５分間保持されるように前記水蒸気注入手段の高圧水蒸気の注入量を制御することを特徴とする燃料製造装置。
  17. 攪拌手段を備えた処理容器と、この処理容器内に投入されたホタテ貝の中腸腺（ホタテウロ）に対して高圧水蒸気を注入する水蒸気注入手段と、この水蒸気注入手段による高圧高圧水蒸気の注入量を前記処理容器内の圧力が１．７５ＭＰａ以上１．８８ＭＰａ以下、温度が１７２℃以上２０４℃以下で５５分〜６５分間保持して結合分子を分離し微細化するように制御する制御手段とを有することを特徴とする燃料製造装置。
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