JP4761799B2 - 汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置に関する。
汚泥を資源化して活用するために、汚泥を炭化し、炭化原料として用いることが考えら
れる。しかし、炭化した汚泥は、そのままでは例えば燃料に活用することは困難である。
れる。しかし、炭化した汚泥は、そのままでは例えば燃料に活用することは困難である。
その理由としては、以下のことを挙げることができる。
（１）貯蔵時の発熱性
炭化した汚泥は、放置すると自己発熱を起こし、安定に貯蔵できないことがある。
（２）取り扱い時の粉塵飛散
炭化燃料は、好適には石炭等と同等に取り扱うことが好適である。しかし、実際には、
その粒径によって飛散してしまい、ハンドリング上の問題がある。
（３）輸送効率の問題
一般的に、炭化した汚泥は、嵩比重が低く、輸送効率が悪い。
なお、特許文献１には、固形燃料の燃焼効率を向上させる観点から、汚泥を固形燃料化
し、粉砕機で粒径１０〜５００μｍの微粉体にする方法が記載されている。しかし、この
方法をもってしても上記課題は解決されていない。
特開平１１−２２８９７９号公報
（１）貯蔵時の発熱性
炭化した汚泥は、放置すると自己発熱を起こし、安定に貯蔵できないことがある。
（２）取り扱い時の粉塵飛散
炭化燃料は、好適には石炭等と同等に取り扱うことが好適である。しかし、実際には、
その粒径によって飛散してしまい、ハンドリング上の問題がある。
（３）輸送効率の問題
一般的に、炭化した汚泥は、嵩比重が低く、輸送効率が悪い。
なお、特許文献１には、固形燃料の燃焼効率を向上させる観点から、汚泥を固形燃料化
し、粉砕機で粒径１０〜５００μｍの微粉体にする方法が記載されている。しかし、この
方法をもってしても上記課題は解決されていない。
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、貯蔵時の発熱性の問題を解消し、ハンドリング
性も良く、あわせて運搬性の向上を図るようにした汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法
及び製造装置を提供することを目的とする。
性も良く、あわせて運搬性の向上を図るようにした汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法
及び製造装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明に係る汚泥炭化燃料は、平均粒経が０．２〜２．
０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％であることを特徴とする。
０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％であることを特徴とする。
炭化汚泥のような多孔質粒子を粉砕すると、粒子内部に存在する空隙が粒子表面に現れ
、そこに粉砕された粒子が入り込み、嵩比重が増加する。一方、粉砕を過度に行っても、
多孔質構造が破壊された多孔質体でない粒子の粉砕が増加し、かつ粒径分布が狭くなるた
め、逆に嵩比重が低下する。よって、本発明係る汚泥炭化燃料は、好適な形態として、平
均粒径０．２〜２．０ｍｍに調整している。
、そこに粉砕された粒子が入り込み、嵩比重が増加する。一方、粉砕を過度に行っても、
多孔質構造が破壊された多孔質体でない粒子の粉砕が増加し、かつ粒径分布が狭くなるた
め、逆に嵩比重が低下する。よって、本発明係る汚泥炭化燃料は、好適な形態として、平
均粒径０．２〜２．０ｍｍに調整している。
特許請求の範囲及び本明細書における「平均粒径」は、粒子群に対し、篩分法により得
た各粒度の篩い下の全粒子重量から得られる積算分布より、積算量５０重量％となる粒径
値をいう。
た各粒度の篩い下の全粒子重量から得られる積算分布より、積算量５０重量％となる粒径
値をいう。
また、本発明に係る汚泥炭化燃料は、好適な形態として、含有する水分を５〜１５重量
％に調整している。このように含有する水分を調整しているのは、貯蔵時の発熱性に対応
するためである。発熱には、例えば、次のようなメカニズムがあることを突き止めている
。
％に調整している。このように含有する水分を調整しているのは、貯蔵時の発熱性に対応
するためである。発熱には、例えば、次のようなメカニズムがあることを突き止めている
。
１．金属の未酸化物の酸化発熱：
炭化汚泥は、還元雰囲気で熱分解・炭化させたものであるため、炭化汚泥中に含まれる
アルミニウム、鉄などの金属は未酸化（還元状態）であり、これに水分を加えることで、
酸化物や水和酸化物（例：Ｆｅ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ）を生じると共に、反応熱を発する
例えば、以下のような酸化発熱である。
アルカリ土類金属が水和する際の発熱：
ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）2
不安定な２価の鉄が３価になる際の発熱：
４ＦｅＯ＋３Ｏ2 → ２Ｆｅ2Ｏ3
炭化汚泥は、還元雰囲気で熱分解・炭化させたものであるため、炭化汚泥中に含まれる
アルミニウム、鉄などの金属は未酸化（還元状態）であり、これに水分を加えることで、
酸化物や水和酸化物（例：Ｆｅ2Ｏ3・ｎＨ2Ｏ）を生じると共に、反応熱を発する
例えば、以下のような酸化発熱である。
アルカリ土類金属が水和する際の発熱：
ＣａＯ＋Ｈ2Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）2
不安定な２価の鉄が３価になる際の発熱：
４ＦｅＯ＋３Ｏ2 → ２Ｆｅ2Ｏ3
２．有機物の自己酸化による発熱：
炭化汚泥表面の官能基が不安定な表面活性点と、空気中の酸素とが酸化反応を起こすこ
とによる発熱である。また、炭化汚泥中に含まれる銅等の金属原子が触媒作用を有し、反
応をさらに促進させることもある。
このように、炭化汚泥をそのまま放置すると、空気の酸素と上記反応をおこすことによ
り発熱し、発火にいたる可能性がある。
さらに、取り扱い時の粉塵の飛散を防止し、嵩比重を好適な範囲とすることも含めて、
含有する水分が５〜１５重量％となるように調整することが好適である。なお、輸送効率
を考慮すれば、嵩比重は、０．５以上が好適である。
炭化汚泥表面の官能基が不安定な表面活性点と、空気中の酸素とが酸化反応を起こすこ
とによる発熱である。また、炭化汚泥中に含まれる銅等の金属原子が触媒作用を有し、反
応をさらに促進させることもある。
このように、炭化汚泥をそのまま放置すると、空気の酸素と上記反応をおこすことによ
り発熱し、発火にいたる可能性がある。
さらに、取り扱い時の粉塵の飛散を防止し、嵩比重を好適な範囲とすることも含めて、
含有する水分が５〜１５重量％となるように調整することが好適である。なお、輸送効率
を考慮すれば、嵩比重は、０．５以上が好適である。
本発明に係る汚泥炭化燃料は、好適には、汚泥を炭化処理した後、第１段階の加湿工程
を実施し、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を
経て安定化している。
すなわち、第１段階の加湿工程を実施することにより、以下のような作用・機序を起こ
させる。
水を加えることにより、金属の未酸化物を水和酸化物にし、積極的に安定化を図る。
この際発生する熱により、炭化汚泥の温度が上昇する。
これにより有機物の自己酸化を促進する。
を実施し、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を
経て安定化している。
すなわち、第１段階の加湿工程を実施することにより、以下のような作用・機序を起こ
させる。
水を加えることにより、金属の未酸化物を水和酸化物にし、積極的に安定化を図る。
この際発生する熱により、炭化汚泥の温度が上昇する。
これにより有機物の自己酸化を促進する。
このように、本発明に係る汚泥炭化燃料は、好適には、第１段階の加湿工程での発熱反
応を経て安定化している。
なお、この第１段階の加湿工程で添加する水分は、汚泥炭化燃料としての価値を損なわ
ずに、かつ、上記反応を十分起こし、安定化を図るために、炭化汚泥１００重量部に対し
て、５〜３０重量部、特に、１０重量部又はその前後が好ましい。
応を経て安定化している。
なお、この第１段階の加湿工程で添加する水分は、汚泥炭化燃料としての価値を損なわ
ずに、かつ、上記反応を十分起こし、安定化を図るために、炭化汚泥１００重量部に対し
て、５〜３０重量部、特に、１０重量部又はその前後が好ましい。
本発明に係る汚泥炭化燃料は、さらに好適には、汚泥を炭化処理した後、第１段階の加
湿工程を実施し、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱
反応を経て安定化しており、かつ、第２段階の加湿工程を実施することにより、含有する
水分が５〜１５重量％に調整されていることを特徴とする。さらに好適には、燃料比を０
．５以上とする。ここで、燃料比とは炭化物中の固定炭素量と揮発分の比（固定炭素／揮
発分）である。炭化処理前の汚泥の燃料比は０．１程度であり、炭化処理においては揮発
分が揮散し、固定炭素分が残留するため、炭化物は固定炭素分が主体となる。燃料比を０
．５程度以上まで炭化を進行させることにより、汚泥中の臭気や腐敗の発生がなくなるだ
けでなく、汚泥は脆化され、粉砕しやすくなる。炭化物を石炭焚きのボイラで石炭と共に
混合させて燃焼する際には、石炭と共に炭化物を粉砕し浮遊燃焼させるが、燃料比を０．
５程度以上とすることで、粉砕時に通常の石炭の粉砕度に影響を与えることなく浮遊燃焼
可能な粒度に両者の粉砕を行うことが可能となる。第２段階以降の加湿工程を実施し、最
終的に含有する水分が５〜１５重量％に調整される。これにより、取り扱い時の粉塵の飛
散を防止し、嵩比重を好適な範囲とすることができる。
湿工程を実施し、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱
反応を経て安定化しており、かつ、第２段階の加湿工程を実施することにより、含有する
水分が５〜１５重量％に調整されていることを特徴とする。さらに好適には、燃料比を０
．５以上とする。ここで、燃料比とは炭化物中の固定炭素量と揮発分の比（固定炭素／揮
発分）である。炭化処理前の汚泥の燃料比は０．１程度であり、炭化処理においては揮発
分が揮散し、固定炭素分が残留するため、炭化物は固定炭素分が主体となる。燃料比を０
．５程度以上まで炭化を進行させることにより、汚泥中の臭気や腐敗の発生がなくなるだ
けでなく、汚泥は脆化され、粉砕しやすくなる。炭化物を石炭焚きのボイラで石炭と共に
混合させて燃焼する際には、石炭と共に炭化物を粉砕し浮遊燃焼させるが、燃料比を０．
５程度以上とすることで、粉砕時に通常の石炭の粉砕度に影響を与えることなく浮遊燃焼
可能な粒度に両者の粉砕を行うことが可能となる。第２段階以降の加湿工程を実施し、最
終的に含有する水分が５〜１５重量％に調整される。これにより、取り扱い時の粉塵の飛
散を防止し、嵩比重を好適な範囲とすることができる。
また、第１段階での加湿により未酸化金属の安定化を図り、かつ有機物の自己酸化が促
進され、炭化汚泥の温度は数十〜百℃に上昇する。もし、特段の冷却工程を伴わない場合
には、以降の工程（運搬・貯蔵）時のことを考慮し、得られる汚泥炭化燃料の温度を常温
程度まで冷却し、発熱した場合の温度上昇を抑えることが必要である。第２段階の加湿工
程は、冷却工程が特段ない場合の冷却処理の意義も有している。
進され、炭化汚泥の温度は数十〜百℃に上昇する。もし、特段の冷却工程を伴わない場合
には、以降の工程（運搬・貯蔵）時のことを考慮し、得られる汚泥炭化燃料の温度を常温
程度まで冷却し、発熱した場合の温度上昇を抑えることが必要である。第２段階の加湿工
程は、冷却工程が特段ない場合の冷却処理の意義も有している。
このような冷却工程としての意義も有する場合、添加する水分は、炭化汚泥１００重量
部に対して、５〜２０重量部、特に、１０重量部又はその前後が好ましい。
部に対して、５〜２０重量部、特に、１０重量部又はその前後が好ましい。
また、本発明は、別の側面において、汚泥炭化燃料の製造方法であり、該方法では、汚
泥を炭化処理した後、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕し、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整することを特徴とする。係
る製造方法では、好適には、汚泥を炭化処理した後、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとな
るように粉砕し、その後、第１段階の加湿工程であって、金属の未酸化物の酸化発熱反応
及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を起こさせて安定化させる工程を実施する。
さらに好適には、汚泥を炭化処理した後、第１段階の加湿工程を実施し、その後に平均粒
経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕しつつ、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／
又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ安定化させる工程を実施する。またさら
に好適には、第２段階の加湿工程を実施することにより、含有する水分が５〜１５重量％
となるように汚泥炭化燃料を調整する。
泥を炭化処理した後、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕し、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整することを特徴とする。係
る製造方法では、好適には、汚泥を炭化処理した後、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとな
るように粉砕し、その後、第１段階の加湿工程であって、金属の未酸化物の酸化発熱反応
及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を起こさせて安定化させる工程を実施する。
さらに好適には、汚泥を炭化処理した後、第１段階の加湿工程を実施し、その後に平均粒
経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕しつつ、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／
又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ安定化させる工程を実施する。またさら
に好適には、第２段階の加湿工程を実施することにより、含有する水分が５〜１５重量％
となるように汚泥炭化燃料を調整する。
さらに、本発明は、さらに別の側面において、汚泥炭化燃料の製造装置であり、該装置
は、汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとな
るように粉砕し、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための炭化汚泥処理システムとを含むことを特徴とする。該装置は、好適には、汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕するための粉砕手段と、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を起こさせて安定化させるための第１の加湿手段とを備える。また、好適には、汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕しつつ、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ安定化させる加湿・粉砕手段を備える。さらに、好適には、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための第２の加湿手段を備える。
は、汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとな
るように粉砕し、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための炭化汚泥処理システムとを含むことを特徴とする。該装置は、好適には、汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕するための粉砕手段と、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を起こさせて安定化させるための第１の加湿手段とを備える。また、好適には、汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕しつつ、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ安定化させる加湿・粉砕手段を備える。さらに、好適には、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための第２の加湿手段を備える。
そして、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造方法は、汚泥を炭化処理した後、加湿工程を
実施し、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進
行させ安定化させることを含む製造方法もその一形態に含む。この形態に係る汚泥炭化燃
料の製造方法は、より詳しくは、汚泥を炭化処理した後、第１段階の加湿工程を実施し、
金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ安
定化させ、後の第２段階の加湿工程により、含有する水分が５〜１５重量％となるように
調整すること含む。本発明は、さらに別の側面でこれらの製造方法によって得られる汚泥
炭化燃料である。
実施し、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進
行させ安定化させることを含む製造方法もその一形態に含む。この形態に係る汚泥炭化燃
料の製造方法は、より詳しくは、汚泥を炭化処理した後、第１段階の加湿工程を実施し、
金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ安
定化させ、後の第２段階の加湿工程により、含有する水分が５〜１５重量％となるように
調整すること含む。本発明は、さらに別の側面でこれらの製造方法によって得られる汚泥
炭化燃料である。
そしてまた、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造装置は、汚泥を炭化処理するための汚泥
炭化システムと、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱
反応を進行させ安定化させるための加湿手段とを含む製造装置もその一形態に含む。この
形態に係る汚泥炭化燃料の製造装置は、より詳しくは、汚泥を炭化処理するための汚泥炭
化システムと、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反
応を進行させ安定化させるための第１の加湿手段と、含有する水分が５〜１５重量％とな
るように調整するための第２の加湿手段とを含む。
炭化システムと、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱
反応を進行させ安定化させるための加湿手段とを含む製造装置もその一形態に含む。この
形態に係る汚泥炭化燃料の製造装置は、より詳しくは、汚泥を炭化処理するための汚泥炭
化システムと、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反
応を進行させ安定化させるための第１の加湿手段と、含有する水分が５〜１５重量％とな
るように調整するための第２の加湿手段とを含む。
本発明によれば、貯蔵時の発熱性の問題を解消し、ハンドリング性も良く、あわせて運
搬性の向上を図るようにした汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置が提供さ
れる。
搬性の向上を図るようにした汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置が提供さ
れる。
図１〜図３に、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造方法を実施して本発明に係る汚泥炭化
燃料を製造する汚泥炭化燃料の製造装置について、その実施の形態を示す。
そのうち、まず、図１は、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造方法を実施するために、下
水汚泥を炭化し、炭化汚泥（炭化物）を得るまでの汚泥炭化システムについて、その一実
施の形態を示す。
燃料を製造する汚泥炭化燃料の製造装置について、その実施の形態を示す。
そのうち、まず、図１は、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造方法を実施するために、下
水汚泥を炭化し、炭化汚泥（炭化物）を得るまでの汚泥炭化システムについて、その一実
施の形態を示す。
図１に示すように、本汚泥炭化システムは、下水汚泥１を脱水する脱水機１１と、脱水
した下水汚泥に熱風を直接接触させて乾燥する乾燥炉１２と、乾燥させた下水汚泥を炭化
処理する外熱式ロータリーキルン型の炭化炉１３と、炭化炉１３で生成した熱分解ガス中
から炭化物を分離除去するサイクロン１４とから主に構成されている。
した下水汚泥に熱風を直接接触させて乾燥する乾燥炉１２と、乾燥させた下水汚泥を炭化
処理する外熱式ロータリーキルン型の炭化炉１３と、炭化炉１３で生成した熱分解ガス中
から炭化物を分離除去するサイクロン１４とから主に構成されている。
乾燥炉１２は、熱風を直接接触させる方式に限定されず、脱水汚泥を燃焼させずに乾燥
できるものであれば特に限定されない。炭化炉１３は、外熱式ロータリーキルン型のもの
に限定されず、内燃式でも、流動床型又はスクリュー型でも良い。なお、図１では、乾燥
炉１２と炭化炉１３は別々の設備として図示してあるが、一体型の乾燥炭化炉としても良
い。粉砕機１５は、粒子を所定の粒径に粉砕できるものであれば特に限定されないが、ボ
ールミルや磨り潰し式のミルなどといった、摩砕効果を有するミルが好ましい。これは摩
砕式で粉砕された粒子のほうが、衝撃式で粉砕された粒子形状に比べ、粒子の角がとれ、
比較的滑らかな表面を持つ、粒子の充填効率の高い粒子形態をとり、なおかつ、粒径分布
がより広範囲なものが得られるといった特性をもち、嵩比重が高くなる傾向にあるためで
ある。篩い機１６は、０．５〜１．０ｍｍの網目を有するものであれば特に限定されない
が、振動篩い機や回転式篩い機などが好ましい。
できるものであれば特に限定されない。炭化炉１３は、外熱式ロータリーキルン型のもの
に限定されず、内燃式でも、流動床型又はスクリュー型でも良い。なお、図１では、乾燥
炉１２と炭化炉１３は別々の設備として図示してあるが、一体型の乾燥炭化炉としても良
い。粉砕機１５は、粒子を所定の粒径に粉砕できるものであれば特に限定されないが、ボ
ールミルや磨り潰し式のミルなどといった、摩砕効果を有するミルが好ましい。これは摩
砕式で粉砕された粒子のほうが、衝撃式で粉砕された粒子形状に比べ、粒子の角がとれ、
比較的滑らかな表面を持つ、粒子の充填効率の高い粒子形態をとり、なおかつ、粒径分布
がより広範囲なものが得られるといった特性をもち、嵩比重が高くなる傾向にあるためで
ある。篩い機１６は、０．５〜１．０ｍｍの網目を有するものであれば特に限定されない
が、振動篩い機や回転式篩い機などが好ましい。
本システムには、炭化炉１３内で生成する熱分解ガスを燃焼する燃焼炉２１と、燃焼炉
２１で発生する燃焼排ガスを炭化炉１３及び乾燥炉１２へと順に供給するラインとが設け
られている。また、炭化炉１３及び乾燥炉１２から排出された排ガスを系外に排気するた
めのラインが設けられており、このラインには、空気予熱器２２、熱交換器２３、排ガス
処理装置２４、煙突２５が設けられている。
２１で発生する燃焼排ガスを炭化炉１３及び乾燥炉１２へと順に供給するラインとが設け
られている。また、炭化炉１３及び乾燥炉１２から排出された排ガスを系外に排気するた
めのラインが設けられており、このラインには、空気予熱器２２、熱交換器２３、排ガス
処理装置２４、煙突２５が設けられている。
以上の構成によれば、先ず、脱水機１１に下水汚泥１を導入し、下水汚泥１の水分が約
８０％になるぐらいまで脱水する。なお、本発明で対象となる汚泥は、炭化処理により固
体燃料化できる有機性の汚泥であれば下水汚泥に限定されるものではなく、例えば、食品
汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、消化汚泥、活性汚泥なども適用できる。また、汚泥に
加え、木質系バイオマスなどの炭化処理によって炭化物を生成することができる添加物を
加えることもできる。脱水した下水汚泥は、乾燥炉１２に供給する。
８０％になるぐらいまで脱水する。なお、本発明で対象となる汚泥は、炭化処理により固
体燃料化できる有機性の汚泥であれば下水汚泥に限定されるものではなく、例えば、食品
汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、消化汚泥、活性汚泥なども適用できる。また、汚泥に
加え、木質系バイオマスなどの炭化処理によって炭化物を生成することができる添加物を
加えることもできる。脱水した下水汚泥は、乾燥炉１２に供給する。
乾燥炉１２では、汚泥の水分が約３０重量％位になるまで汚泥を乾燥する。乾燥させた
汚泥は、炭化炉１３に導入する。炭化炉１３では、汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３
００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化汚泥とを生
成する。熱分解ガスは、サイクロン３２で炭化汚泥を分離除去した後、燃焼炉２１に導入
する。炭化汚泥は、炭化炉１３及びサイクロン１４から回収する。
汚泥は、炭化炉１３に導入する。炭化炉１３では、汚泥を酸素が欠乏した雰囲気下で約３
００〜６００℃に加熱して炭化処理を行い、熱分解ガスと固体燃料である炭化汚泥とを生
成する。熱分解ガスは、サイクロン３２で炭化汚泥を分離除去した後、燃焼炉２１に導入
する。炭化汚泥は、炭化炉１３及びサイクロン１４から回収する。
炭化炉１３で生成した熱分解ガスは、燃焼炉２１において、空気予熱器５４で予熱した
燃焼用の空気と、乾燥炉１３から排気され熱交換器２３で加熱した排ガスと、助燃料とと
もに燃焼する。この燃焼により発生した燃焼排ガスは、炭化炉１３外熱部に導入し、炭化
処理の熱源として使用する。炭化炉１３外熱部から排出された燃焼排ガスの一部は乾燥炉
２０に導入され、燃焼排ガスの残部は、空気予熱器２２、熱交換器２３、排ガス処理装置
２４を経て、煙突５０から系外に排出される。
燃焼用の空気と、乾燥炉１３から排気され熱交換器２３で加熱した排ガスと、助燃料とと
もに燃焼する。この燃焼により発生した燃焼排ガスは、炭化炉１３外熱部に導入し、炭化
処理の熱源として使用する。炭化炉１３外熱部から排出された燃焼排ガスの一部は乾燥炉
２０に導入され、燃焼排ガスの残部は、空気予熱器２２、熱交換器２３、排ガス処理装置
２４を経て、煙突５０から系外に排出される。
次に、図２は、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造方法を実施するために、図１の汚泥炭
化システムに引き続き、炭化汚泥を、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための炭化汚泥処理システム（粉砕手段、加湿手段を含む）について、その一実施の形態を示す。
化システムに引き続き、炭化汚泥を、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための炭化汚泥処理システム（粉砕手段、加湿手段を含む）について、その一実施の形態を示す。
図２に示すように、本炭化汚泥処理システムは、冷却器３１、粉砕機３２、混合機３３
、冷却器３４、汚泥炭化燃料貯槽３５、及び、混合機３６とから主に構成されている。
、冷却器３４、汚泥炭化燃料貯槽３５、及び、混合機３６とから主に構成されている。
冷却器３１は、炭化炉１３から出た炭化汚泥を、２００℃程度以下に冷却するためのも
のである。冷却器３１は、ロータリークーラー等の間接式の冷却器が好適である。炭化汚
泥に対しては、高温で直接水の散布は困難なため、間接式の冷却器が好ましいためである
。
のである。冷却器３１は、ロータリークーラー等の間接式の冷却器が好適である。炭化汚
泥に対しては、高温で直接水の散布は困難なため、間接式の冷却器が好ましいためである
。
粉砕機３２は、炭化汚泥の平均粒経が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕するための
粉砕手段である。粉砕機３２としては、ボールミル、磨り潰し式のミルなど摩砕作用ある
ものが好ましいが、衝撃式ミルや、圧縮式粉砕機でもよい。
粉砕手段である。粉砕機３２としては、ボールミル、磨り潰し式のミルなど摩砕作用ある
ものが好ましいが、衝撃式ミルや、圧縮式粉砕機でもよい。
混合機３３は、第1段階の加湿を行うための加湿手段の一部を構成する。混合機３３とし
ては、パン型、パドル型、スクリュー型、振動型等の混合機を用いることができる。均一
に加湿するためには、混合機３３内に水を噴霧することが好適である。
ては、パン型、パドル型、スクリュー型、振動型等の混合機を用いることができる。均一
に加湿するためには、混合機３３内に水を噴霧することが好適である。
冷却器３４は、第１段階の加湿を行った後、炭化汚泥を除熱するための冷却手段である
。冷却器３４としては、空冷直接式等のものが好適である。なお、この冷却器３４は、不
要な場合は、省略できる。
。冷却器３４としては、空冷直接式等のものが好適である。なお、この冷却器３４は、不
要な場合は、省略できる。
汚泥炭化燃料貯槽３５は、汚泥炭化燃料を一時貯留するための槽である。ここでは、過
度の発熱防止のため、必要に応じて水を噴霧する。
度の発熱防止のため、必要に応じて水を噴霧する。
混合機３６は、含有する水分が５〜１５重量％となるように、輸送車に積載する前に最
終的に調整するための手段であって、第２段階の加湿を行う加湿手段の一部を構成する。
混合機３６としては、混合機３３と同様、パン型、パドル型、スクリュー型、振動型等の
混合機を用いることができる。均一に加湿するためには、混合機３６内に水を噴霧するこ
とが好適である。
終的に調整するための手段であって、第２段階の加湿を行う加湿手段の一部を構成する。
混合機３６としては、混合機３３と同様、パン型、パドル型、スクリュー型、振動型等の
混合機を用いることができる。均一に加湿するためには、混合機３６内に水を噴霧するこ
とが好適である。
次に、図２の炭化汚泥処理システムを用いて、炭化汚泥を処理する方法について説明す
る。
まず、炭化炉１３から出た炭化汚泥を冷却器３１で２００℃程度以下に冷却する。なお
、炭化汚泥の粒径は、通常、１〜１０ｍｍ程度である。
そして、粉砕機３２で、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕する。なお、
得られた炭化汚泥の粒度によっては、粉砕操作を行なわなくてもよい。
る。
まず、炭化炉１３から出た炭化汚泥を冷却器３１で２００℃程度以下に冷却する。なお
、炭化汚泥の粒径は、通常、１〜１０ｍｍ程度である。
そして、粉砕機３２で、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕する。なお、
得られた炭化汚泥の粒度によっては、粉砕操作を行なわなくてもよい。
混合機３３では、第１段階の加湿を行う。均一に加湿するために混合機３３内には、水
を噴霧する。ここでは、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化によ
る発熱反応を起こさせて安定化させる。噴霧する水の量は、炭化汚泥１００重量部に対し
、５〜３０重量部が好適であり、特に１０重量部又はその前後が好適である。この水分量
は、炭化汚泥の初期発熱反応を起こさせるに必要な水分であり、かつ水分が残留し蒸発潜
熱によって１００℃以上の過熱を防止し、それでもなお以降の発熱を抑制するための水分
が残留する量である。
なお、噴霧した水の一部は蒸発するので、加えた水の全てが最終製品に含まれるもので
はない。
を噴霧する。ここでは、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化によ
る発熱反応を起こさせて安定化させる。噴霧する水の量は、炭化汚泥１００重量部に対し
、５〜３０重量部が好適であり、特に１０重量部又はその前後が好適である。この水分量
は、炭化汚泥の初期発熱反応を起こさせるに必要な水分であり、かつ水分が残留し蒸発潜
熱によって１００℃以上の過熱を防止し、それでもなお以降の発熱を抑制するための水分
が残留する量である。
なお、噴霧した水の一部は蒸発するので、加えた水の全てが最終製品に含まれるもので
はない。
そして、冷却器３４で除熱し、汚泥炭化燃料貯蔵槽３５に投入し、一時貯留する。ここ
では、温度は最大でも１００℃を超えないようにする。また、過度の発熱防止のため、温
度が１００℃を超えないように必要に応じて水を噴霧する。
最終的に輸送車に積み込み前に再度混合機３６にて加湿し、嵩密度比重が０．５以上、
含有する水分が５〜１５重量％となるように調整して搬送する。搬送にあたっては、バル
ク車等により、密閉して搬送する。調整した水分を一定に保つためである。
では、温度は最大でも１００℃を超えないようにする。また、過度の発熱防止のため、温
度が１００℃を超えないように必要に応じて水を噴霧する。
最終的に輸送車に積み込み前に再度混合機３６にて加湿し、嵩密度比重が０．５以上、
含有する水分が５〜１５重量％となるように調整して搬送する。搬送にあたっては、バル
ク車等により、密閉して搬送する。調整した水分を一定に保つためである。
混合機３３での加湿と同様、水を噴霧して行う。噴霧する水の量は、炭化汚泥１００重
量部に対し、５〜２０重量部が好適であり、特に１０重量部又はその前後が好適である。
この水分量は、飛散防止および発熱抑制のために、蒸発潜熱によって発熱を抑制し、なお
５〜１５重量％の水分が残留する量である。
なお、噴霧した水の一部が蒸発するので、加えた水の全てが最終製品に含まれるもので
はない。
量部に対し、５〜２０重量部が好適であり、特に１０重量部又はその前後が好適である。
この水分量は、飛散防止および発熱抑制のために、蒸発潜熱によって発熱を抑制し、なお
５〜１５重量％の水分が残留する量である。
なお、噴霧した水の一部が蒸発するので、加えた水の全てが最終製品に含まれるもので
はない。
なお、最終的な汚泥炭化燃料は、上記した特徴に加え、汚泥の炭化にあたって燃料比が
、０．５以上となるように調整し、粉砕性を示す指標であるＨＧＩ指数が４０以上、Ｓが
１．０重量％以下、Ｃｌが０．５重量％以下、Ａｓが1０ｍｇ／ｋｇ以下、Ｓｅが５ｍｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。
、０．５以上となるように調整し、粉砕性を示す指標であるＨＧＩ指数が４０以上、Ｓが
１．０重量％以下、Ｃｌが０．５重量％以下、Ａｓが1０ｍｇ／ｋｇ以下、Ｓｅが５ｍｇ／ｋｇ以下であることが好ましい。
さらにまた、図３は、本発明に係る汚泥炭化燃料の製造方法を実施するために、図１の
汚泥炭化システムに引き続き、炭化汚泥を、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための炭化汚泥処理システム（粉砕手段、加湿手段を含む）について、他の一実施の形態を示す。
汚泥炭化システムに引き続き、炭化汚泥を、平均粒経が０．２〜２．０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための炭化汚泥処理システム（粉砕手段、加湿手段を含む）について、他の一実施の形態を示す。
この実施の形態では、図２の粉砕機３２と、混合機３３に代替し、粉砕と加湿を同時に
行うための加湿・粉砕機３７を設けている。
この加湿・粉砕機３７は、加湿と粉砕とを同時に行うために、パドル型、スクリュー型
、パン型加湿機等で構成されている。
この図３の実施の形態では、加湿と粉砕とを同時に行う他、図２の実施の形態とその作
用・機能・構成は同一であり、詳細な説明を省略する。また、図２と同一参照番号を付し
た要素は、同一の構成を持ち、同一の作用・効果を奏する。この図３の実施の形態は、図
２の実施の形態に係る炭化汚泥処理システムと比較して、粉砕操作時の発塵が抑制され、
且つ設備構成機器が少なく、運転管理が容易であるといった利点を有する。
行うための加湿・粉砕機３７を設けている。
この加湿・粉砕機３７は、加湿と粉砕とを同時に行うために、パドル型、スクリュー型
、パン型加湿機等で構成されている。
この図３の実施の形態では、加湿と粉砕とを同時に行う他、図２の実施の形態とその作
用・機能・構成は同一であり、詳細な説明を省略する。また、図２と同一参照番号を付し
た要素は、同一の構成を持ち、同一の作用・効果を奏する。この図３の実施の形態は、図
２の実施の形態に係る炭化汚泥処理システムと比較して、粉砕操作時の発塵が抑制され、
且つ設備構成機器が少なく、運転管理が容易であるといった利点を有する。
図１の汚泥炭化システムを実施し下水汚泥を炭化して得られた炭化汚泥１００ｋｇ（平
均粒径５．０ｍｍ、嵩比重０.４）を、図２の実施の形態に係る炭化汚泥処理システムで
処理した際の説明をする。なお、本記述は実験結果に基づいた数値を基に、実用規模で実
施する際に想定する一形態である図２に示す炭化汚泥処理システムで実施した場合につい
て説明する。
均粒径５．０ｍｍ、嵩比重０.４）を、図２の実施の形態に係る炭化汚泥処理システムで
処理した際の説明をする。なお、本記述は実験結果に基づいた数値を基に、実用規模で実
施する際に想定する一形態である図２に示す炭化汚泥処理システムで実施した場合につい
て説明する。
本実施例では、ロータリークーラーで２００℃以下に冷却した。そして、ボールミルで
平均粒径が２．０ｍｍとなるように粉砕した。さらに、パン型の混合機に投入し、水を噴
霧した。噴霧した水の量は、１０ｋｇであった。さらに、直接式の空冷冷却器で空冷し、
温度を１００℃以下に降下させ、汚泥炭化燃料タンクに１２時間貯蔵した。貯蔵中は、１
００℃以下となるように維持した。
平均粒径が２．０ｍｍとなるように粉砕した。さらに、パン型の混合機に投入し、水を噴
霧した。噴霧した水の量は、１０ｋｇであった。さらに、直接式の空冷冷却器で空冷し、
温度を１００℃以下に降下させ、汚泥炭化燃料タンクに１２時間貯蔵した。貯蔵中は、１
００℃以下となるように維持した。
そして、別のパン型混合機に投入し、１０重量部の水を噴霧して加湿した。
得られた汚泥炭化燃料は、平均粒経が２．０ｍｍ、嵩比重が０．６、含有する水分が１０重量％に調整された。また、燃料比は、１．９、ＨＧＩ指数は１９０、Ｓは０．６重量％、Ｃｌは０．４重量％、Ａｓ，Ｓｅは、検出不能であった。
得られた汚泥炭化燃料は、平均粒経が２．０ｍｍ、嵩比重が０．６、含有する水分が１０重量％に調整された。また、燃料比は、１．９、ＨＧＩ指数は１９０、Ｓは０．６重量％、Ｃｌは０．４重量％、Ａｓ，Ｓｅは、検出不能であった。
一方、ボールミルで、平均粒径が２．０ｍｍとなるように粉砕のみした炭化汚泥は、嵩
比重が０．４５であり、かつ円筒内での落下試験を実施したところ、１０分経過後でも粉体の飛散が顕著であった。これに対し、１０重量％に調整されたものは、４分経過後に既に飛散を目視することができなかった。
また、１０重量％に調整されたものは、大気中（１５℃）にて６日間放置しても自己発熱しなかった。一方、炭化炉からの炭化汚泥は、大気中（１５℃）にて放置したところ、１２時間後に１００℃以上に発熱した。
比重が０．４５であり、かつ円筒内での落下試験を実施したところ、１０分経過後でも粉体の飛散が顕著であった。これに対し、１０重量％に調整されたものは、４分経過後に既に飛散を目視することができなかった。
また、１０重量％に調整されたものは、大気中（１５℃）にて６日間放置しても自己発熱しなかった。一方、炭化炉からの炭化汚泥は、大気中（１５℃）にて放置したところ、１２時間後に１００℃以上に発熱した。
１ 下水汚泥
５ 炭化汚泥
１１ 脱水機
１２ 乾燥炉
１３ 炭化炉
１４ サイクロン
２１ 燃焼炉
２２ 空気予熱器
２３ 熱交換器
２４ 排ガス処理装置
２５ 煙突
３１ 冷却器
３２ 粉砕機
３３ 混合機
３４ 冷却機
３５ 汚泥炭化燃料貯槽
３６ 混合機
３７ 加湿・粉砕機
５ 炭化汚泥
１１ 脱水機
１２ 乾燥炉
１３ 炭化炉
１４ サイクロン
２１ 燃焼炉
２２ 空気予熱器
２３ 熱交換器
２４ 排ガス処理装置
２５ 煙突
３１ 冷却器
３２ 粉砕機
３３ 混合機
３４ 冷却機
３５ 汚泥炭化燃料貯槽
３６ 混合機
３７ 加湿・粉砕機
Claims (8)
- 汚泥を炭化処理した後、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕し、汚泥炭化物１００重量部に対して５〜３０重量部の水を加える第１段階の加湿工程を実施し、該工程での金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を経て自己発熱を防止するようにしてなり、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍ、嵩比重が０．５以上、含有する水分が５〜１５重量％であることを特徴とする汚泥炭化燃料。
- 前記第１段階の加湿工程を実施した汚泥炭化物に対し、前記汚泥炭化物１００重量部に対して５〜２０重量部の水を加える第２段階の加湿工程を実施することにより、嵩比重が０．５以上、含有水分が５〜１５重量％に調整されていることを特徴とする請求項１の汚泥炭化燃料。
- 燃料比が０．５以上であることを特徴とする請求項１又は２の汚泥炭化燃料。
- 汚泥を炭化処理した後、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕し、汚泥炭化物１００重量部に対して５〜３０重量部の水を加える第１段階の加湿工程を実施し、該工程での金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させることを特徴とする請求項１の汚泥炭化燃料の製造方法。
- 汚泥を炭化処理した後、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕し、汚泥炭化物１００重量部に対して５〜３０重量部の水を加える第１段階の加湿工程を実施し、該工程での金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ、該第１段階の加湿工程を実施した汚泥炭化物に対し、前記汚泥炭化物１００重量部に対して５〜２０重量部の水を加える第２段階の加湿工程を実施することを特徴とする請求項２の汚泥炭化燃料の製造方法。
- 汚泥を炭化処理した後、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるように粉砕し、汚泥炭化物１００重量部に対して５〜３０重量部の水を加える第１段階の加湿工程を実施し、該工程での金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を進行させ、該第１段階の加湿工程を実施した汚泥炭化物に対し、前記汚泥炭化物１００重量部に対して５〜２０重量部の水を加える第２段階の加湿工程を実施し、燃料比が０．５以上となるまで、炭化処理を進行させることを特徴とする請求項３の汚泥炭化燃料の製造方法。
- 汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるよう粉砕するための粉砕手段と、汚泥炭化物１００重量部に対して５〜３０重量部の水を加え、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を起こさせるための第１の加湿手段とを備えることを特徴とする請求項１の汚泥炭化燃料の製造装置。
- 汚泥を炭化処理するための汚泥炭化システムと、平均粒径が０．２〜２．０ｍｍとなるよう粉砕するための粉砕手段と、汚泥炭化物１００重量部に対して５〜３０重量部の水を加え、金属の未酸化物の酸化発熱反応及び／又は有機物の自己酸化による発熱反応を起こさせるための第１の加湿手段と、含有する水分が５〜１５重量％となるように調整するための第２の加湿手段とを備えることを特徴とする請求項２の汚泥炭化燃料の製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005080926A JP4761799B2 (ja) | 2004-05-07 | 2005-03-22 | 汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004138242 | 2004-05-07 | ||
| JP2004138242 | 2004-05-07 | ||
| JP2005080926A JP4761799B2 (ja) | 2004-05-07 | 2005-03-22 | 汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005344099A JP2005344099A (ja) | 2005-12-15 |
| JP4761799B2 true JP4761799B2 (ja) | 2011-08-31 |
Family
ID=35496764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005080926A Active JP4761799B2 (ja) | 2004-05-07 | 2005-03-22 | 汚泥炭化燃料、並びに、その製造方法及び製造装置 |
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| JP (1) | JP4761799B2 (ja) |
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| JP2008209080A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 炭化物混合装置及び方法 |
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| CN113121012A (zh) * | 2021-04-21 | 2021-07-16 | 湖南三友环保科技有限公司 | 一种碳化污泥粉末载体制备及应用 |
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2005
- 2005-03-22 JP JP2005080926A patent/JP4761799B2/ja active Active
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