JP4872533B2 - 固形燃料の製造方法及び装置、該方法により製造された固形燃料 - Google Patents
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Description
含水率が0〜50%となるまで乾燥させた下水汚泥を、概ね、520K〜770Kで炭化処理する炭化工程と、前記炭化処理によって得られた汚泥炭化物に対して、廃油および廃油残渣の少なくとも一方を混合して造粒処理する混合造粒工程と、を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法(特許文献1参照)。
また、特に特許文献1の方法では、炭化工程の後に廃油および廃油残渣の少なくとも一方を混合して造粒処理する混合造粒工程を行うことになるが、炭化処理後の汚泥は粉状になって浮遊することから、その処理環境が非常に悪く、造粒工程における作業が煩雑であるという問題がある。
初期粒径d0=7mmの粒子について、所定温度の気流によって熱処理を行い、乾燥過程における粒径の変化を測定した。
なお、下水汚泥の乾燥実験用粒子は次のようにして作成した。まず、下水汚泥をある所定の大きさの塊状体にちぎり、次に、塊状体の表面の密度が内部の密度よりも高くなるように、塊状体の汚泥を、板面上を転動させながら、球形あるいはそれに準じる形状に成形する。この成形中、少し加圧するように押し固めると、凸凹面が少ない滑らかな表面を有する塊状体となる。
汚泥粒子を乾燥させた場合に乾燥過程における内部の様子を明らかにするために、乾燥途中の粒子を切断した断面を撮影し、観察した。Ta=473KおよびTa=343Kの場合について、それぞれ図3(a)〜(c)、図4(a)〜(c)に示す。
各図の(a)は、初期状態の粒子断面を示す。この場合、白い繊維状の物質を含む固形分が完全に水分と溶け合っているのがわかる。乾燥過程については、Ta=473Kの場合は、まず表面が乾燥して外殻を形成し、その後内部に亀裂が生じ、それが発達して空隙へと成長すると考えられる。それに対して、Ta=343Kの場合は、Ta=473Kのときのような殻ははっきりと確認できず、全体的に乾燥していく。含水比Cが43%の段階(各図中の(b))では、熱処理温度による違いが明らかであり、Ta=473Kの場合内部はまだ湿っているが、Ta=343Kの場合は内部もやや乾燥して白い繊維状の物質が析出しているのが分かる。
高温乾燥の場合は、体積が収縮する間もなく先に表面が乾燥して外殻を形成する。内部はその外殻を通じて乾燥が進行するが、外殻が硬いため体積の収縮が妨げられる。
熱処理温度が低い場合は、粒子内の温度勾配および含水比勾配が小さいため、固形分が表面に移動し、硬い殻は形成せず、乾燥の進行に伴い大幅な体積収縮が生じるものと考えられる(図4(c)参照)。343Kの条件では、完全に乾燥しきるまで殻は形成されず、熱処理時、水分および揮発分は、圧力抵抗の低い表面から外部に放出されるため、表面が凸凹になる。
汚泥塊状体の表面を滑らかに成形した後、443K〜513Kの高温場で熱処理するとき、例えば、高温気流を当てながら熱処理すると、硬い殻が形成され、殻の表面は滑らかで、繊維状の物質が規則正しく配列された状態になる。この現象は、汚泥粒子を、外部加熱された高温の転動面内壁を転がしながら熱処理したときも同様であった。
熱処理温度が低い場合には、熱処理後の粒子表面は粗く、繊維状の物質が乱雑に絡み合っていることが確認できた。これは、熱処理過程において、水分あるいは揮発分は、圧力抵抗の低い表面から外部に放出し、滑らかな表面を崩していくためであると考えられる。
表面の凸凹を無くすと、凸凹有りの塊状体よりも、高温気流から汚泥内部への熱移動量が小さくなり、粒子表面の温度勾配が、凸凹有りに比べてさらに大きくなり、より短時間に体積収縮する間もなく表面に殻を形成する。内部温度が低く、内部からの水分および揮発分の発生量が少ない間に殻を形成させることができると、塊状体の表層全体に渡って、とても緻密で硬い殻が形成される。
高温気流に晒した時間に応じて、その殻の厚みも変化する。時間が長ければ長いほど殻の厚みは増す。例えば、初期粒子径d0=7mmの汚泥粒子を用いた453K〜493Kの条件では、殻の厚みは0.1mm〜1mmであった。乾燥後の汚泥塊状体が、粉状に崩れない程度の硬さを維持するためには、殻の厚みは0.1mm以上必要であることがわかった。
また、乾燥後の汚泥塊状体が粉状に崩れないようにするための厚みは、初期粒子径が大きくなるほど、大きな厚みが必要で、初期粒子径20mmでは、0.2mm程度、30mmでは0.25mm程度必要であるという知見を得た。初期粒子径30mmの汚泥粒子を用いた453K〜493Kの条件では、完全に乾燥した後、殻の厚みを測定したところ、最大3.2mmとなった。
なお、下水汚泥、畜糞の質によっては、光沢を持つ硬い殻を形成されることがあることを確認した。
次に、熱処理温度と臭気係数の関係について明らかにするために臭気実験を行った。このときの実験条件を表1に示す。
なお、「臭気係数」とは、本実験で独自に定義したものであり、人間の嗅覚によって以下に示すような方法で臭気試験を行うことによって得られたものである。以下、この臭気実験を概説する。
すなわち、汚泥粒子の表面を443K以上で熱処理すると、表面から水分が蒸発するだけでなく、表面の固形分の性状が変質し、臭気成分を吸着しやすい物質となる。この殻の成分は特定できていないが、臭気の吸着作用に関して、活性炭の吸着作用に類似する機能を有していると考えている。
この臭気を抑える機能は、熱処理温度が513Kまでは、熱処理温度を高くするほど向上する。
443K〜513Kで熱処理したときに、粒子表面に繊維状の物質が規則正しく配列した緻密な硬い殻が臭いを抑制する効果を有するが、この殻は、凸凹面が少ない滑らかな塊状体になるように表面成形工程を加えられた汚泥を熱処理することによってより確実に形成される。表面がすべすべして均一に押し固められた“泥団子”状態になるように表面成形された“凸凹面が少ない滑らかな塊状体”を、443K〜513K、好ましくは453K〜493Kで熱処理するとき、汚泥乾燥時に発生する悪臭を最も抑制する効果を有する。
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成工程と、塊状体形成工程で形成された塊状体の表面の密度を内部の密度よりも高くする表面成形工程と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより該塊状体の表面に殻を形成する殻形成工程と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥工程を含むことを特徴とするものである。
なお、表面成形工程は成形物の表面に亀裂がないようにする態様であることが好ましい。
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成工程と、塊状体形成工程で形成された塊状体の表面を加圧して該塊状体の表面を滑らかに成形する表面成形工程と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより塊状体の表面に殻を形成する殻形成工程と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥工程を含むことを特徴とするものである。
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成装置と、塊状体形成装置で形成された塊状体の表面の密度を内部の密度よりも高くする表面成形装置と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより該塊状体の表面に殻を形成する加熱装置と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥装置を含むことを特徴とするものである。
また、乾燥工程の前に成形しているので、乾燥後に造粒工程が不要となり、工程の簡略化ができる。
さらに、乾燥工程の後に造粒するという工程がないので、乾燥後のものが粉状になって浮遊することによる処理環境の悪化の問題も生じない。
図1は本発明の一実施の形態に係る固形燃料の製造方法を模式的に示した説明図である。
本実施の形態に係る固形燃料の製造方法は、下水汚泥を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成工程(図1(a))と、塊状体形成工程で形成された塊状体の表面の密度を内部の密度よりも高くする表面成形工程(図1(b))と、表面成形された塊状体を熱処理することにより該塊状体の表面に殻を形成する殻形成工程(図1(c))を含むものである。殻形成工程が終了すると、乾燥工程を経て、固形燃料となる。
以下、各工程および各工程に関わるものについて詳細に説明する。
本実施の形態で用いた原料は下水汚泥である。
原料となる下水汚泥の含水率は、60%〜80%であることを前提としている。したがって、下水汚泥の含水率が80%よりも大きい場合には、塊状体にする際に容器周囲に付着して塊状体を形成することができない。
なお、含水率は68%〜73%であることが好ましい。含水率がこの範囲内であると、塊状体の表面密度を内部より高くする表面成形工程が円滑に進む。
したがって、塊状体形成工程の前、あるいは塊状体形成工程の後に予備的な乾燥、あるいは加水を行って含水率を上記の範囲にするのが好ましい。
塊状体形成工程は、下水汚泥を所定の大きさの塊状体にする工程である。
下水汚泥を塊状体にする具体的な方法は、図1(a)に示すように、下水汚泥1をスクリューポンプ又はモーノポンプ等によって多孔板(ダイス)3に加圧・押込みすることによって、下水汚泥1を線状体5にし、これを切断機構7によって一定の長さに切断することで、円筒状の塊状体9とする。
もっとも、塊状体9にする方法は、上記の方法に限定されるものではない。
表面成形工程は、塊状体形成工程で形成された塊状体9の表面の密度を内部の密度よりも高くする工程である(図1(b))。
表面成形工程の具体的な態様としては、図1(b)に示されるような方法が考えられる。図1(b)(i)に示す例は、円筒状の容器11の底部に回転する円板13を設け、塊状体9を容器内に入れて円板13を回転させることによって、塊状体9を円板上で転動させることで、塊状体の表面の密度を内部の密度よりも高くし、塊状体の表面が亀裂のない滑らかな状態にするというものである。
殻形成工程は、表面成形された塊状体18を熱処理することにより、塊状体18の表面に殻を形成する工程である。
殻形成工程の具体的な態様としては、図1(c)に示される方法がある。例えば、図1(c)(i)に示されるように、傾斜した円筒体19を、円筒軸を中心に回転させ、その中に高温ガス21を通過させ、この円筒体19に表面成形された塊状体18を装入することで、塊状体18の表面に殻22が形成される。また、図1(c)(ii)に示されるように、加熱された内面を有する円筒体23を、円筒軸を中心に回転させ、その中に表面成形された塊状体18を通過させることで、塊状体18の表面に殻22を形成する。
乾燥工程は、殻形が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする工程である。
乾燥工程における温度は特に限定されるものではない。殻形成工程の温度のまま、例えば473K前後でもよいし、あるいは常温で減圧乾燥でもよい。いずれの温度であっても、殻が形成されていることから、乾燥工程では、悪臭が外気発散するのが抑制される。もっとも、乾燥工程での温度をあまり高くすると炭化して固形燃料のカロリーが減少するという問題があることから、殻形成工程の温度よりも低くするのが好ましい。
なお、乾燥工程に用いる乾燥機としては、例えば塊状体を搬送するベルトコンベアを備えた温風乾燥室からなる態様のものでよい。
3 多孔板
7 切断機構
9 塊状体
11 容器
13 円板
15 円筒体
17 ロール
18 表面成形された塊状体
19 円筒体
21 高温ガス
22 殻
23 円筒体
Claims (10)
- 下水汚泥または畜糞を乾燥させて固形燃料を製造する方法であって、
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成工程と、塊状体形成工程で形成された塊状体の表面の密度を内部の密度よりも高くする表面成形工程と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより該塊状体の表面に殻を形成する殻形成工程と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法。 - 下水汚泥または畜糞を乾燥させて固形燃料を製造する方法であって、
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成工程と、塊状体形成工程で形成された塊状体を容器内で転動させて該塊状体の表面を滑らかに成形する表面成形工程と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより塊状体の表面に殻を形成する殻形成工程と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法。 - 下水汚泥または畜糞を乾燥させて固形燃料を製造する方法であって、
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成工程と、塊状体形成工程で形成された塊状体の表面を加圧して該塊状体の表面を滑らかに成形する表面成形工程と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより塊状体の表面に殻を形成する殻形成工程と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥工程を含むことを特徴とする固形燃料の製造方法。 - 殻形成工程の熱処理は、塊状体に熱風を当てる又は塊状体を加熱体の上を転動させる態様であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の固形燃料の製造方法。
- 塊状体形成工程の前に下水汚泥または畜糞の含水率を60%〜80%に調整する含水率調整工程を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の固形燃料の製造方法。
- 下水汚泥または畜糞を乾燥させて固形燃料を製造する装置であって、
下水汚泥または畜糞を所定の大きさの塊状体にする塊状体形成装置と、塊状体形成装置で形成された塊状体の表面の密度を内部の密度よりも高くする表面成形装置と、表面成形された塊状体を443K〜513Kで熱処理することにより該塊状体の表面に殻を形成する加熱装置と、殻が形成された塊状体を乾燥して固形燃料とする乾燥装置を含むことを特徴とする固形燃料の製造装置。 - 塊状体形成装置は、多孔板と、該多孔板に下水汚泥または畜糞を押し込む押込み装置と、多孔板を通過した下水汚泥または畜糞を所定の長さに切断する切断機構を備えてなることを特徴とする請求項6記載の固形燃料の製造装置。
- 表面成形装置は、塊状体を収容する容器と、該容器内で回転する回転板とを備え、塊状体を容器内に収容した状態で回転板を回転させることで塊状体を容器内で転動させるようにしたことを特徴とする請求項6又は7に記載の固形燃料の製造装置。
- 表面成形装置は、塊状体を収容する容器と、該容器を回転させる回転機構を備え、前記塊状体を容器内に収容した状態で容器を回転させることにより塊状体を容器内で転動させるようにしたことを特徴とする請求項6又は7に記載の固形燃料の製造装置。
- 表面成形装置は、表面にくぼみを設けた対向するロールを備え、該ロール間に塊状体を通過させることによって前記塊状体の表面を加圧するようにしたことを特徴とする請求項6又は7に記載の固形燃料の製造装置。
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