JP4959604B2 - スラリーの製造方法、スラリーの製造システム - Google Patents

Description

本発明は、下水処理場や工場において発生する有機性の汚泥から燃焼用スラリーを製造する方法及びシステムに関する。

従来より、下水処理場や工場において発生する有機性の汚泥の処理方法として、汚泥を加熱処理してスラリーを製造し、このスラリーを発電設備等における燃焼用の燃料として用いることが行われている。このような有機性の汚泥から燃焼用スラリーを製造する方法として、有機性の汚泥を加圧下において加熱し、その後に、汚泥を急激に減圧（フラッシュ減圧）する方法が広く用いられている。

このようなフラッシュ減圧を用いた方法として、例えば、特許文献１には、有機性の汚泥を１５０℃以上の温度及びこの温度における飽和水蒸気圧以上の圧力下に保持して流動化させ、この高温高圧下の流動化物をフラッシュ減圧してスラリーを製造する方法が記載されている。かかる方法によれば、高温高圧の条件下で加熱することによりスラリーの流動性がより向上される。

また、例えば、特許文献２には、上記の加熱工程の前処理として汚泥を擂り潰しておき、この擂り潰した汚泥をフラッシュ減圧することにより汚泥を均等に膨化させてスラリーの粘度を効果的に低下させ、流動性を向上する方法が記載されている。

特開平８−１６８８００号公報 特開平１０−１１３６９９号公報

ところで、近年、このようなスラリーを、例えば、加圧流動床ボイラ（ＰＦＢＣ）の燃料として利用する試みが行われている。ＰＦＢＣで用いられるスラリーとしては、非常に粘性が低く、流動性の高いものが適している。

しかしながら、特許文献１記載の方法では、加熱することにより汚泥から発生する水蒸気を分離処理しており、製造されるスラリーはＰＦＢＣにおいて利用するには粘度が高すぎる。このため、ＰＦＢＣで利用するためには、さらに多量の水を加え、粘度を低下させる必要がある。

また、特許文献２記載の方法では、汚泥を循環させながら加熱しているため、加熱効率が低く、また、加熱装置内で汚泥から発生した水蒸気を、利用することが考慮されていないため、ＰＦＢＣで利用するために充分な流動性が得ることができない。
さらに、特許文献１及び特許文献２記載の方法の何れも、フラッシュ減圧するための装置が必要となり設備が大掛かりになってしまう。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、フラッシュ減圧することなく有機性の汚泥から粘性が低いスラリーを製造することである。

本発明のスラリーの製造方法は、有機汚泥からスラリーを製造する方法であって、
前記有機汚泥を攪拌しながら２．５ＭＰａの加圧条件下で、２００℃〜２３０℃に加熱処理することによりスラリーを生成し、このスラリーを冷却するとともに、前記加熱処理により前記有機汚泥から発生した水蒸気を冷却することにより水を生成し、前記冷却後のスラリーと前記水とを混合攪拌することにより、前記スラリーの粘度を低下させることを特徴とする。

上記のスラリーの製造方法において、前記スラリーは、石炭が混和されて加圧流動床ボイラの燃料として用いられるものであることとしてもよい。

また、本発明のスラリーの製造システムは、有機汚泥からスラリーを製造するシステムであって、前記有機汚泥を攪拌しながら、２．５ＭＰａの加圧条件下で、２００℃〜３００℃に加熱処理することによりスラリーを生成する加熱装置と、前記加熱装置から排出されたスラリーを冷却するとともに、前記加熱装置から排出された、前記加熱処理によって前記有機汚泥から発生した水蒸気を冷却して水を生成する冷却装置と、前記冷却装置から供給された前記スラリーと前記水とを混合攪拌して、前記スラリーの粘度を低下させた状態で貯蔵する貯蔵装置とを備えることを特徴とする。

本発明のスラリーの製造方法及びスラリーの製造システムによれば、有機汚泥を攪拌しながら、２．５ＭＰａの加圧条件下で、２００℃〜２３０℃に加熱処理することによりスラリーを生成し、このスラリーを冷却するとともに、加熱処理により有機汚泥から発生した水蒸気を冷却することにより水を生成し、冷却後のスラリーと水とを攪拌混合することにより、スラリーの粘度を低下させることができる。従って、有機汚泥の粘度をフラッシュ減圧することなく低下させることができる。

以下、本発明の有機汚泥のスラリー製造システムの一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態の有機汚泥のスラリー製造システムは、加圧流動床ボイラ（ＰＦＢＣ）において使用される粘性の低い燃焼用汚泥スラリーを製造するためのものである。

図１は、本実施形態の有機汚泥のスラリー製造システム１００を示す図である。本実施形態のスラリー製造システム１００は、ホッパ１２と、スクリューコンベア１４と、計量器１６と、移送ポンプ１８と、加熱装置２０と、冷却器３０と、貯蔵タンク３２と、脱臭装置３６により構成される。

ホッパ１２は、その上部から下水処理施設や工場などで発生した有機性の汚泥が供給される。ホッパ１２に供給された有機性の汚泥は、スクリューコンベア１４により計量器１６へ供給される。
計量器１６は、スクリューコンベア１４により供給された汚泥を、加熱装置２０における加熱処理に適した量だけ計量する。そして、移送ポンプ１８により計量器１６により計量された汚泥を加熱装置２０に供給する。

加熱装置２０は、内部に、例えば、ダブルヘリカルリボン翼からなる撹拌手段２４及びヒータからなる加熱手段２２を備える。加熱手段２２は、加熱装置２０の内部に設けられた温度計（不図示）により測定された汚泥（スラリー）の温度に基き、加熱量を適宜調整する。

また、加熱装置２０の下部にはスラリーを排出するためのスラリー排出口２８が設けられており、このスラリー排出口２８には開閉弁２８Ａが設けられている。そして、この開閉弁２８Ａを開くことにより、汚泥が加熱されて生成されたスラリーがスラリー排出口２８から排出される。

また、加熱装置２０の上部には、汚泥を加熱することにより発生した水蒸気を排出するための水蒸気排出口２６が設けられている。また、加熱装置２０の内部には圧力計（不図示）が設けられており、内部の圧力が所定の圧力以上の場合には開閉弁２６Ａが開かれ、内部の圧力が略一定に保たれる。

冷却器３０は、例えば、水冷式の冷却装置からなり、加熱装置２０のスラリー排出口２８から排出されたスラリーを冷却し、また、加熱装置２０の水蒸気排出口２６から排出された水蒸気を冷却して水を生成する。冷却器３０から排出されたスラリー及び水は貯蔵タンク３２に供給される。なお、水蒸気排出口２６に設けられた開閉弁２６Ａは加熱装置２０の加熱中にのみ開かれ、スラリー排出口２８に設けられた開閉弁２８Ａは加熱の終了後にのみ開かれる。このため、開閉弁２６Ａと開閉弁２８Ａとが同時に開くことはなく、スラリーの排出と水蒸気の排出が同時に行われることはない。

貯蔵タンク３２は、冷却器３０から供給されたスラリー及び水を撹拌装置３４により撹拌しながら貯蔵する。貯蔵タンク３２の下部には開閉弁３８Ａを備える排出口３８が設けられている。スラリーをＰＦＢＣの燃料として利用する際には、開閉弁３８Ａが開かれ、排出されたスラリーは石炭、石灰石及び水と混合撹拌されてＰＦＢＣへと供給される。
また、ホッパ１２及び貯蔵タンク３２から発生したガスは、脱臭装置３６へ送られ、脱臭処理されて、外部へ排出される。

以下、上記のシステム１００により汚泥からスラリーを製造する流れを説明する。
まず、工場や下水処理場等において回収された有機性の汚泥は、ホッパ１２へと供給された後、ホッパ１２下部より排出され、スクリューコンベア１４により計量器１６へと供給される。
そして、計量器１６へ供給された汚泥は、計量器１６により加熱装置２０における加熱処理に適した量に測られ、移送ポンプ１８により加熱装置２０へ供給される。

加熱装置２０へ供給された汚泥は、撹拌手段２４により撹拌されながら、加熱手段２２により加熱される。この際、加熱装置２０は、加熱手段２２により内部の汚泥の温度が２００℃〜２３０℃になるように加熱量を調整する。また、加熱装置２０の内部は汚泥を加熱することで発生する水蒸気により高圧となるが、圧力が２．５ＭＰａを超えると、水蒸気の排出口２６の開閉弁２６Ａが開かれ、汚泥を過熱することで発生した水蒸気は水蒸気排出口２６から排出され、冷却器３０へ送られる。これにより、加熱装置２０の内部の圧力は約２．５ＭＰａに保たれる。

以上のようにして、加熱装置２０により加熱され６０分間程度、温度保持された後、開閉弁２８Ａが開かれ、生成されたスラリーはスラリー排出口２８から排出される。加熱装置２０から排出されたスラリーは冷却器３０において冷却された後、貯蔵タンク３２に供給される。

また、水蒸気排出口２６より排出された水蒸気も冷却器３０に供給され、冷却器３０で冷却されることにより水へと還元される。そして、このように冷却器３０において生じた水は、貯蔵タンク３２に供給される。

貯蔵タンク３２に供給されたスラリー及び水は撹拌装置３４により混合撹拌されることで、外部から水を供給することなく、粘度が低下し、その状態で貯蔵される。そして、ＰＦＢＣへ燃料用スラリーを供給する際には、貯蔵タンク３２の開閉弁３８Ａが開かれ、排出口３８から排出されたスラリーは石炭及び水と混合されてＰＦＢＣへと供給される。このように、スラリーは水と混合されることで、さらに、粘度が低下して流動性が向上する。

図２は、本実施形態のシステム１００により、加熱装置２０における圧力を２．５ＭＰａとして、撹拌手段２４により撹拌しながら２００℃〜２３０℃に加熱後、一定時間温度保持した場合に、得られたスラリーの粘度を示すグラフである。

同図に示すように、加熱前の汚泥の粘度１１０００ｍＰａ・ｓであるのに対して、２００℃に加熱後、１６０分間温度保持したスラリーの粘度は３６０ｍＰａ・ｓと非常に低い値となっている。また、２１０℃に加熱後、１６０分間温度保持したスラリーの粘度は１．４ｍＰａ・ｓ、２２０℃に加熱後、６０分間温度保持したスラリーの粘度は３．０ｍＰａ・ｓ、２３０℃に加熱後、６０分間温度保持したスラリーの粘度は２．６ｍＰａ・ｓと、さらに低い値となっており、これにより、加熱温度２００℃〜２３０℃、圧力２．５ＭＰａに加熱後一定時間温度保持することでスラリーの粘度が非常に低くなることが確認された。

本実施形態によれば、汚泥を撹拌手段２４により撹拌しながら加熱するため、効率良く加熱することができ、また、加熱撹拌により汚泥に含まれる微生物の細胞を破壊し、細胞内部の水も水蒸気となり、水蒸気を冷却して生じた水を再びスラリーに混入させるため、無駄なく汚泥に含まれる水を、微生物の細胞中の水も含めて有効利用することができ、スラリーの粘度を効果的に低下させることができる。

また、特に加熱装置２０における加熱温度を２００℃〜２３０℃とし、圧力２．５ＭＰａとして製造したスラリーは粘度が低く、ＰＦＢＣにおいて燃料として使用するのに適したスラリーを製造することができる。

また、本実施形態では、フラッシュ減圧を行わなくても、スラリーに非常に高い流動性を持たせることができる。このようにフラッシュ減圧が不要となるため、フラッシュ減圧により発生する水蒸気を処理するための専用設備を省略することができる。

本実施形態のスラリーの製造システムの構成を示す図である。 本実施形態のシステムにより、加熱装置における加熱温度を２００℃〜２３０℃、圧力２．５ＭＰａとして、撹拌手段により撹拌しながら加熱後、一定時間温度保持することで、得られたスラリーの粘度を示すグラフである。

符号の説明

１２ ホッパ
１４ スクリューコンベア
１６ 計量器
１８ 移送ポンプ
２０ 加熱装置
２２ 加熱手段
２４ 撹拌手段
２６ 排出口
２６Ａ 開閉弁
２８ 排出口
２８Ａ 開閉弁
３０ 冷却器
３２ 貯蔵タンク
３４ 撹拌手段
３６ 脱臭装置

Claims (3)

1. 有機汚泥からスラリーを製造する方法であって、
   前記有機汚泥を攪拌しながら２．５ＭＰａの加圧条件下で、２００℃〜２３０℃に加熱処理することによりスラリーを生成し、
   このスラリーを冷却するとともに、前記加熱処理により前記有機汚泥から発生した水蒸気を冷却することにより水を生成し、
   前記冷却後のスラリーと前記水とを混合攪拌することにより、前記スラリーの粘度を低下させることを特徴とするスラリーの製造方法。
2. 前記スラリーは、石炭が混和されて加圧流動床ボイラの燃料として用いられるものであることを特徴とする請求項１に記載のスラリーの製造方法。
3. 有機汚泥からスラリーを製造するシステムであって、
   前記有機汚泥を攪拌しながら、２．５ＭＰａの加圧条件下で、２００℃〜３００℃に加熱処理することによりスラリーを生成する加熱装置と、
   前記加熱装置から排出されたスラリーを冷却するとともに、前記加熱装置から排出された、前記加熱処理によって前記有機汚泥から発生した水蒸気を冷却して水を生成する冷却装置と、
   前記冷却装置から供給された前記スラリーと前記水とを混合攪拌して、前記スラリーの粘度を低下させた状態で貯蔵する貯蔵装置とを備えることを特徴とするスラリーの製造システム。

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