JP3832587B2 - 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材料から成型される発熱成型体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、材料変換処理方法およびこれらの変換処理システムおよび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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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号には、食品残さ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（特許文献１）。この発明は、食品残さ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。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４７４０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、食品残さや木や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。しかし、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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り調節される圧力を制御する制御手段とを有しており、前記制御手段は、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制御する点にある。
【０００８】
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。
【０００９】
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約２２０℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を２．０６ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することが好ましい。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。
【００１０】
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℃以上２３０℃以下に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を１．９６ＭＰａ以上２．５５ＭＰａ以下に保持することが好ましい。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。
【００１１】
さらに、本発明では、材料がポリエチレン、ポリプロピレンまたはＡＢＣ樹脂等のプラスチックの場合、耐圧容器内の温度を約２２５℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を２．５５ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することが望ましい。
【００１２】
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約２２０℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を約２．０６ＭＰａに保持することが好ましい。
【００１３】
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約２２５℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を約２．６５ＭＰａに保持することが望ましい。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。
【００１４】
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約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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
そして、本発明に係る発熱成型体の特徴は、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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。
【００２０】
図１は、本第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。
【００２１】
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、ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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。
【００２２】
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、耐圧性および耐腐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。
【００２３】
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。
【００２４】
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ー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ー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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２９９０Ω・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。
【００３０】
つぎに、本第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。
【００３１】
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２９９０Ω・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。
【００３２】
耐圧容器２内に投入された廃棄物は、スクリューコンベヤ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。
【００３３】
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コンベヤ３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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
【実施例】
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・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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２に示す。
【００３７】
「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、２．０ｍ３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。
【００３８】
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内の温度を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。
【００３９】
「実施例２：医療廃棄物の処理」
つぎに、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。
【００４０】
したがって、ポリ塩化ビニル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２．５５に保持するのが望ましい。
【００４１】
「実施例３：プラスチックの処理」
つぎに、ポリエチレン・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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２６０℃、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。
【００４２】
したがって、ポリエチレン・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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。
【００４３】
「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。
【００４４】
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内の温度を１９０℃を越えて２４０℃未満に保持するとともに、圧力を１．０５ＭＰａ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。
【００４５】
「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。
【００４６】
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。
【００４７】
「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３に示す。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
ポリエチレン・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂の場合、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
つぎに、本発明に係る材料変換処理システムの第２の実施形態を図４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若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。
【００５５】
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４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は、弁体５２との距離を調整することにより、圧力調整スプリング５３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。
【００５６】
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４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４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。
【００５７】
つぎに、本発明に係る材料変換処理システムの第３の実施形態を図５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若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。
【００５８】
図５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。
【００５９】
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２１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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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し、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る材料変換処理システムの第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】 本第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。
【図３】 本第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。
【図４】 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。
【図５】 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。
【符号の説明】
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
【発明の属する技術分野】
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、材料変換処理方法およびこれらの変換処理システムおよび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。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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号には、食品残さ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（特許文献１）。この発明は、食品残さ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。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−４７４０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
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、食品残さや木や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。しかし、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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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り調節される圧力を制御する制御手段とを有しており、前記制御手段は、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制御する点にある。
【０００８】
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。
【０００９】
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約２２０℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を２．０６ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することが好ましい。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。
【００１０】
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℃以上２３０℃以下に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を１．９６ＭＰａ以上２．５５ＭＰａ以下に保持することが好ましい。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。
【００１１】
さらに、本発明では、材料がポリエチレン、ポリプロピレンまたはＡＢＣ樹脂等のプラスチックの場合、耐圧容器内の温度を約２２５℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を２．５５ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することが望ましい。
【００１２】
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約２２０℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を約２．０６ＭＰａに保持することが好ましい。
【００１３】
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約２２５℃に保持するとともに、その耐圧容器内の圧力を約２．６５ＭＰａに保持することが望ましい。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。
【００１４】
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約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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
そして、本発明に係る発熱成型体の特徴は、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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
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。
【００２０】
図１は、本第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。
【００２１】
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、ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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。
【００２２】
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、耐圧性および耐腐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。
【００２３】
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。
【００２４】
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ー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ー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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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２９９０Ω・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。
【００３０】
つぎに、本第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。
【００３１】
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２９９０Ω・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。
【００３２】
耐圧容器２内に投入された廃棄物は、スクリューコンベヤ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。
【００３３】
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コンベヤ３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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。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。
【００３６】
【実施例】
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・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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２に示す。
【００３７】
「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、２．０ｍ３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。
【００３８】
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内の温度を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。
【００３９】
「実施例２：医療廃棄物の処理」
つぎに、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。
【００４０】
したがって、ポリ塩化ビニル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２．５５に保持するのが望ましい。
【００４１】
「実施例３：プラスチックの処理」
つぎに、ポリエチレン・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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２６０℃、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。
【００４２】
したがって、ポリエチレン・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂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。
【００４３】
「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。
【００４４】
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内の温度を１９０℃を越えて２４０℃未満に保持するとともに、圧力を１．０５ＭＰａ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。
【００４５】
「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。
【００４６】
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。
【００４７】
「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３に示す。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
ポリエチレン・ポリプロピレンおよびＡＢＣ樹脂の場合、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
つぎに、本発明に係る材料変換処理システムの第２の実施形態を図４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若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。
【００５５】
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４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は、弁体５２との距離を調整することにより、圧力調整スプリング５３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。
【００５６】
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４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４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。
【００５７】
つぎに、本発明に係る材料変換処理システムの第３の実施形態を図５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若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。
【００５８】
図５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。
【００５９】
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２１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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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し、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る材料変換処理システムの第１の実施形態を示す概略図である。
【図２】 本第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。
【図３】 本第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。
【図４】 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。
【図５】 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。
【符号の説明】
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 (12)
- 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り調節される圧力を制御する制御手段と
を有しており、
前記制御手段は、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制御することを特徴とする材料変換処理システム。 - 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スプリングの付勢力によって所定値に調節する開閉弁を備えた圧力調節手段と、
前記攪拌移送手段による攪拌移送時間および前記高温水蒸気注入手段から注入される水蒸気温度を制御する制御手段と
を有しており、
処理後の材料の比電気抵抗が２９９０Ω・ｍ以上となるように、前記圧力調節手段および前記制御手段が当該材料の性状に応じて耐圧容器内の圧力および温度を所定値に保持することを特徴とする材料変換処理システム。 - 請求項１または請求項２において、前記材料が生ゴミの場合、前記耐圧容器内の温度を約２２０℃に保持するとともに、前記耐圧容器内の圧力を２．０６ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することを特徴とする材料変換処理システム。
- 請求項１または請求項２において、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℃以上２３０℃以下に保持するとともに、前記耐圧容器内の圧力を１．９６ＭＰａ以上２．５５ＭＰａ以下に保持することを特徴とする材料変換処理システム。
- 請求項１または請求項２において、前記材料がポリエチレン、ポリプロピレンまたはＡＢＣ樹脂の場合、前記耐圧容器内の温度を約２２５℃に保持するとともに、前記耐圧容器内の圧力を２．５５ＭＰａ以上２．６５ＭＰａ以下に保持することを特徴とする材料変換処理システム。
- 請求項１または請求項２において、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約２２０℃に保持するとともに、前記耐圧容器内の圧力を約２．０６ＭＰａに保持することを特徴とする材料変換処理システム。
- 請求項１または請求項２において、前記材料が汚泥の場合、前記耐圧容器内の温度を約２２５℃に保持するとともに、前記耐圧容器内の圧力を約２．６５ＭＰａに保持することを特徴とする材料変換処理システム。
- 請求項１から請求項７のいずれかにおいて、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約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ことを特徴とする材料変換処理システム。 - 請求項８において、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所望の高温水蒸気を生成することを特徴とする材料変換処理システム。
- 請求項１から請求項９のいずれかにおいて、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ことを特徴とする材料変換処理システム。
- 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
を有することを特徴とする材料変換処理方法。 - 請求項１から請求項１０に記載の材料変換処理システムまたは請求項１１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。
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