JP5448302B2 - リン酸肥料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、下水脱水汚泥などの有機性廃棄物を原料とする炭化品を、リン酸肥料として適した性状に調整するリン酸肥料の製造方法に関するものである。

下水汚泥に代表される有機性廃棄物の発生量は年々増加しており、焼却によって大幅な減容化を行っているものの、焼却の結果として発生する焼却灰についても、その最終処分場の確保は容易ではない。そこで特許文献１に示されるように、有機性廃棄物を焼却するのではなく低酸素雰囲気中で炭化処理することによって、有機廃棄物中の可燃分を燃料として有効利用する方法が実用化されている。

また特許文献２に記載されているように、有機性廃棄物を７００℃以下の低温で炭化させることにより、臭気およびタール分の少ない肥料とすることも提案されている。この特許文献２には２段式の炭化炉を用い、２段目の炭化炉では不活性ガスを炭化品の移送方向とは逆方向に流すことによって、タール分を除去する方法が開示されている。これによって植物にとって有害なタール分の含有率の低いリン酸肥料が製造される。

この特許文献２の方法は、有機物を炭化する際に発生する乾留ガスを不活性ガスに載せて系外に排出し、乾留ガス中のタール分が炭化品に再付着することを防止するうえで有効である。しかし本発明者等の研究によれば、次の２つの問題があることが判明した。

第１に、不活性ガス中で炭化処理した炭化品は、リン酸肥料として要求されるク溶性リン酸濃度が低い。すなわち、植物肥料として有効であるのは全リン酸のうちクエン酸に可溶性を示すク溶性リン酸であり、リン酸肥料としてはその含有率ができるだけ高いことが望ましい。しかし不活性ガス中で炭化処理した炭化品はク溶性リン酸濃度が５％前後である。その理由は、不活性ガス中で炭化処理した炭化品は固定炭素の含有率が高いために相対的に灰分の含有率が低く、灰分中に含有されるク溶性リン酸の含有率も低くなるためと想定される。

第２に、不活性ガス中で炭化処理した炭化品は発火点が２００℃程度と低温である。しかもこの種の炭化品は貯蔵中に空気と接触すると低温酸化し、自己発熱して徐々に温度が上昇することがある。このため、発火点が低いと容器に詰めて貯蔵中や運搬中に発火するおそれがあり、取扱いに細心の注意を要するという問題があった。
特開２００４−２５６３２９号公報 特開２００６−２６３５２９号公報

従って本発明の目的は、植物にとって有害なタール分の付着量が低く、植物肥料として有効なク溶性リン酸濃度が高く、しかも発火点が高く取扱いの容易なリン酸肥料を得ることができるリン酸肥料の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のリン酸肥料の製造方法は、有機性廃棄物を２００〜７００℃で炭化処理して得られたク溶性リン酸濃度が４％未満の炭化品を、周囲から間接加熱できる筒状加熱装置に導入して移送しながら、空気比が０．００１〜０．２の低酸素ガス雰囲気中で、２００℃以上、前記炭化処理の温度以下の温度で加熱処理することにより、ク溶性リン酸濃度が１０％以上のリン酸肥料を得ることを特徴とするものである。

また請求項２のように、低酸素ガス雰囲気が、炭化品の移送方向とは反対側に流れるキャリアガスにより形成されることが好ましい。

また請求項３のように、有機性廃棄物が下水脱水汚泥を主としたもの、又は、下水汚泥に生ゴミや剪定枝などのバイオマス原料を混合したものであり、その炭化処理の温度が２００〜７００℃であることが好ましい。

さらに請求項４のように、筒状加熱装置内部のスクリューコンベヤにより、炭化品を出口側に移送しながら加熱処理することが好ましい。

本発明によれば、炭化品を空気比が（０を越え）０．２以下の低酸素ガス雰囲気中で加熱処理することにより、固定炭素の含有率を減少させて灰分の含有率を高め、植物肥料として有効なク溶性リン酸濃度を不活性ガス中で処理した場合の２倍程度にまで高めることができる。また発火点も高まり、取扱いの容易なリン酸肥料を得ることができる。

特に、低酸素ガス雰囲気の空気比を０．００１〜０．２の範囲とすれば、上記の効果を最大に発揮させることができる。空気比がこれよりも少ないと不活性ガス中における加熱処理に近づいて効果が不十分となり、空気比がこれよりも多いと酸化が進行してしまうこととなる。

また請求項２のように、低酸素ガス雰囲気を炭化品の移送方向とは反対側に流れるキャリアガスにより形成するようにすれば、このキャリアガスに載せてタール分を排出し易くなり、タール分の付着の少ないリン酸肥料を得ることができる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態を示す断面図であり、１は周囲にヒータ２等の加熱源を備えた筒状加熱装置であり、その内部にはモータ３によって駆動されるスクリューコンベヤ４が設けられている。ヒータ２の種類は特に限定されるものではないが、例えば電熱ヒータである。このヒータ２によって筒状加熱装置１の内部は後記する所定温度に加熱される。

５は筒状加熱装置１の入口に設けられた縦長の供給室、６は筒状加熱装置１の他端に設けられた出口室であり、前工程において有機性廃棄物を炭化処理して得られた炭化品は供給室５から筒状加熱装置１の内部に投入され、スクリューコンベヤ４により出口室６に向かって移送されながら加熱処理される。

出口室６から筒状加熱装置１の内部に向かってキャリアガスが供給される。本発明ではこのキャリアガスとして低酸素ガスを用い、筒状加熱装置１の内部を空気比が０を越え、０．２以下の低酸素ガス雰囲気とする。具体的には、窒素ガス等の不活性ガス中に少量の空気を混入し、空気比を調整されたキャリアガスを作成すればよい。図１に示すように、キャリアガスは筒状加熱装置１の内部を炭化品の移送方向とは逆方向に流れ、供給室５の上端から排気される。この空気比は０．００１〜０．２の範囲とすることが好ましく、より好ましい範囲は０.０１〜０.１である。なお、空気比とは、炭化品を完全燃焼させるのに必要な空気量に対する、実際に用いた空気量との比をいう。

前記したように、前工程において有機性廃棄物を炭化処理して製造された炭化品が、供給室５から筒状加熱装置１の内部に投入される。有機性廃棄物は例えば下水脱水汚泥であり、その炭化処理の温度は２００〜７００℃、より好ましくは３００〜６００℃とすることが好ましい。炭化処理の温度が２００℃未満であると炭化が進行しにくく、７００℃を越えるとク溶性リン酸濃度が減少し、リン酸肥料としての利用価値が低下するからである。

なお、本発明による処理が行われる前段階の炭化品は発火点が低く、かつク溶性リン酸濃度が低いため、本処理を行うことでより付加価値の高い製品を得ることができる。

そこで炭化品は筒状加熱装置１の内部において、上記した空気比が０を越え、０．２以下の低酸素ガス雰囲気中で加熱処理される。加熱温度は炭化処理の温度を越えない温度とするものとし、炭化処理温度が５００℃であれば筒状加熱装置１の内部における加熱処理温度は３００〜５００℃、炭化処理温度が４００℃であれば筒状加熱装置１の内部における加熱処理温度は２００〜４００℃程度とすることが好ましい。しかしこの加熱処理温度が２００℃未満であると加熱処理の効果が減少するので、２００℃〜炭化処理温度の範囲とすることが好ましい。

このように低酸素ガス雰囲気中で加熱処理を行えば、雰囲気中の微量の酸素と炭化品との間でゆるやかな酸化反応が生じる。この際には炭化品中に含まれる揮発分が先行して酸化し、その結果として発火点が上昇することとなる。しかし後記する実施例のデータに見られるように、不活性ガス中で加熱処理を行っても発火点が上昇することはない。なお揮発ガス中のタール分はキャリアガスとともに系外に排出されるので、炭化品からタール分が除去されることは従来と同様である。

また低酸素ガス雰囲気中で加熱処理を行えば、炭化品中の固定炭素の酸化も進行し、固定炭素の含有率が低下すると同時に灰分の含有率が上昇する。その結果、全リン酸濃度及びク溶性リン酸濃度も上昇し、リン酸肥料として好適な性状に変化する。後記する実施例のデータに見られるように、不活性ガス中で加熱処理を行ってもク溶性リン酸濃度の上昇は僅かである。

このようにして加熱処理された炭化品は出口室６から取り出され、リン酸肥料として用いられる。処理済みの炭化品はタール分が少なく、ク溶性リン酸濃度が１０％以上と高く、発火点も従来より１００℃近く高くなり、安全性の高いものとなる。

図１に示した装置を用いて、炭化品の加熱処理を行った。使用した炭化品は下水脱水汚泥を５００℃で炭化処理したものである。その性状は表１に示した。

ヒータの設定温度を３００℃と４００℃の２種類とし、キャリアガスを微量の空気を混入して空気比を０.０２とした場合（実施例１、２）と、キャリアガスを空気を全く含まない窒素ガスとした場合（比較例１、２、）として加熱処理を行い、得られた処理済み炭化品の肥料性能と、発熱特性とを測定し、表１にまとめた。全リン酸濃度・ク溶性リン酸濃度の測定は、農林水産省が制定した「肥料分析法」中のバナドモリブデン酸アンモニウム法に基づいて行い、エタノール抽出試験は日本肥糧株式会社が作成し公表している「下水汚泥炭化物中のタール分簡易測定法」に基づいて行い、灰分・固定炭素・揮発分の測定は、「JIS M 8812 石炭類及びコークス類−工業分析方法」に基づいて行い、発火点の測定は、日本下水道事業団制定の「炭化物自己発熱特性評価試験マニュアル」に基づいて行った。

なお、実施例の場合には酸化による発熱のため、ヒータ実測温度がヒータ設定温度よりも１００℃程度上昇した。表１中のエタノール抽出試験はタールの抽出試験であり、その濃度が０.５以下であることが求められている。

図２は上記のデータ中の発火点の変化をまとめた図であり、図３はク溶性リン酸濃度の変化をまとめた図である。これらの図から明らかなように、本発明の加熱処理を行えば発火点が大幅に上昇して安全性が高まるとともに、ク溶性リン酸濃度も大幅に高まり、リン酸肥料としての価値を向上させることができる。

本発明の実施形態を示す断面図である。 実施例における発火点の変化をまとめたグラフである。 実施例におけるク溶性リン酸濃度の変化をまとめたグラフである。

１ 筒状加熱装置
２ ヒータ
３ モータ
４ スクリューコンベヤ
５ 供給室
６ 出口室

Claims (4)

1. 有機性廃棄物を２００〜７００℃で炭化処理して得られたク溶性リン酸濃度が４％未満の炭化品を、周囲から間接加熱できる筒状加熱装置に導入して移送しながら、空気比が０．００１〜０．２の低酸素ガス雰囲気中で、２００℃以上、前記炭化処理の温度以下の温度で加熱処理することにより、ク溶性リン酸濃度が１０％以上のリン酸肥料を得ることを特徴とするリン酸肥料の製造方法。
2. 低酸素ガス雰囲気が、炭化品の移送方向とは反対側に流れるキャリアガスにより形成されることを特徴とする請求項１記載のリン酸肥料の製造方法。
3. 有機性廃棄物が下水脱水汚泥を主としたもの、又は、下水汚泥にバイオマス原料を混合したものであり、その炭化処理の温度が２００〜７００℃であることを特徴とする請求項１記載のリン酸肥料の製造方法。
4. 筒状加熱装置内部のスクリューコンベヤにより、炭化品を出口側に移送することを特徴とする請求項１記載のリン酸肥料の製造方法。

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