JP6409237B1 - 加水分解処理装置及び加水分解処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】加水分解処理を均一にすることができる加水分解処理装置を提供する。
【解決手段】有機系廃棄物を含む原料を加水分解処理する加水分解処理装置１であって、原料投入口１１及び製品排出口１２を有する処理容器１０と、処理容器１０の内部に設けられ、原料を撹拌する撹拌手段と、処理容器１０に蒸気を供給する蒸気供給配管３１と、処理容器１０から蒸気を排出する蒸気排気配管３４と、を備え、処理容器１０は、複数の蒸気供給口１３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、加水分解処理装置、加水分解処理システム及び加水分解処理方法に関する。

従来、有機系廃棄物、例えば、（ａ）魚介類などの水産加工品残渣、（ｂ）下水活性汚泥、食品工場排水汚泥、グリーストラップ引抜汚泥などの各種汚泥、（ｃ）過剰生産による廃棄野菜、野菜クズ、カット野菜クズ、おから、街路樹の伐採枝葉、間伐材、おが屑、麦わら、稲わら、籾殻などの農作物及び農作物加工品残渣、（ｄ）焼酎絞り粕、清酒絞り粕、果実酒絞り粕、醤油絞り粕、茶葉、果実ジュース絞り粕などの飲料品残渣、（ｅ）家庭ゴミ、廃プラスチックなどの都市ゴミ、（ｆ）工場より排出される産業廃棄物は、破砕、乾燥、焼却、埋立てなどの方法で処分されていた。

ところで、これらの有機系廃棄物を再利用するために、有機系廃棄物を加水分解処理して、肥料とする加水分解処理装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１１−０１１１２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の加水分解処理装置では、処理容器の蒸気供給口が１か所であったため、処理容器の内部の温度及び圧力が均一にならず、有機系廃棄物に対する加水分解処理の進行も不均一なものであった。

そこで、本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、加水分解処理を均一にすることができる加水分解処理装置、加水分解処理システム及び加水分解処理方法を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る一つの態様は、有機系廃棄物を含む原料を加水分解処理する加水分解処理装置であって、原料投入口及び製品排出口を有する処理容器と、前記処理容器の内部に設けられ、原料を撹拌する撹拌手段と、前記処理容器に蒸気を供給する蒸気供給配管と、前記処理容器から蒸気を排出する蒸気排気配管と、を備え、前記処理容器は、複数の蒸気供給口を有するものである。
（２）上記（１）の態様において、前記処理容器は、複数の蒸気排気口を有してもよい。
（３）上記（１）又は（２）の態様において、前記蒸気排気配管は、ボールバルブが接続されてもよい。
（４）本発明に係る別の態様は、上記（１）から（３）までのいずれかに１つに記載の加水分解処理装置と、有機物を燃料として蒸気を発生させるバイオマスボイラーと、を含む加水分解処理システムであって、前記バイオマスボイラーは、前記加水分解処理装置で加水分解処理された製品を、前記燃料とするものである。
（５）上記（１）の態様において、前記バイオマスボイラーは、前記燃料を供給する燃料供給口を備え、前記燃料供給口は、前記製品排出口に接続されていてもよい。
（６）本発明に係る更に別の態様は、有機系廃棄物を含む原料を加水分解処理する加水分解処理方法であって、処理容器に前記原料を投入した後、前記処理容器を密閉状態とする原料投入工程と、前記処理容器に蒸気を複数の位置から供給し、加圧及び昇温する加圧昇温工程と、前記加圧昇温工程の後、前記処理容器の内部の蒸気を排気する蒸気排気工程と、前記処理容器の内部の加水分解処理された前記原料を製品として排出する製品排出工程と、を含み、前記原料投入工程又は前記加圧昇温工程の少なくとも一方の工程において、撹拌手段により前記原料の解砕混合を行うものである。

本発明によれば、加水分解処理を均一にすることができる加水分解処理装置、加水分解処理システム及び加水分解処理方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る加水分解処理装置を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本明細書の実施形態においては、全体を通じて、同一の部材には同一の符号を付している。

本発明の実施形態に係る加水分解処理装置１を説明する前に、加水分解処理される原料について説明する。
加水分解処理される原料は、水産加工品残渣、各種汚泥、農作物及び農作物加工品残渣、飲料品残渣、都市ゴミなど有機系廃棄物を含むものである。この原料は、破砕手段を用いて、各辺１００ｍｍ以下の大きさに破砕されていることが好ましい。破砕手段は、公知のものでよいが、水産加工物残渣など柔らかいものを原料とする場合は、一軸回転型破砕手段でよい。

破砕された原料は、後述する加水分解処理装置１の処理容器１０の内容積に合わせた１回分の量が計量され、一時的に原料投入サイロで貯留されてもよい。この原料投入サイロの内容積は、処理容器１０の内容積に依存し、通常、処理容器１０の内容積の１．１から１．２倍である。水産加工品残渣など酸性、塩基性物質が含まれている原料を貯留する場合、原料投入サイロは、耐腐食性を有する材質で形成されるとよい。

つぎに、本発明の実施形態に係る加水分解処理装置１について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る加水分解処理装置１を示す説明図である。

図１に示される加水分解処理装置１は、操作性、製造容易性に優れた横型のものであり、処理容器１０を備える。なお、加水分解処理装置１は、竪型とされることもある。

この処理容器１０は、後述する蒸気供給口１３から内部に高圧の蒸気が供給されるため、第１種圧力容器の要件を満たす必要がある。そのため、処理容器１０の内容積、直径、板厚、材質は、原料の量に応じて、第１種圧力容器の要件の範囲内で設計される。

処理容器１０の耐圧性能は、高ければ高いほどよいが、実用性と経済性を考慮すると、通常、２ＭＰａから１０ＭＰａであり、好ましくは３ＭＰａから８ＭＰａである。

加水分解処理装置１は、高温で高圧かつ強酸性、強塩基性条件の下で、原料を加水分解処理することが多くある。そのため、処理容器１０は、耐圧構造体の内側を、耐薬品性ステンレス（ＳＵＳ３１６）やフッ素系やシリコーン系の高分子材料の薄板でライニングしたものがよい。ただし、処理する原料によっては、通常のステンレス（ＳＵＳ３０４）を使用してもよい。

また、処理容器１０は、原料投入口１１及び製品排出口１２を有する。この原料投入口１１は、処理容器１０の上部に形成される。これは、処理容器１０の側面に原料投入口１１を形成すると、後述する撹拌手段が邪魔になり、原料の投入が困難になるからである。

この原料投入口１１は、開閉可能な耐圧バルブ２１に接続されている。加水分解処理時は、原料投入口１１を閉鎖するため、耐圧バルブ２１の耐圧性は、処理容器１０の耐圧性と同等もしくはそれ以上であるとよい。

一方、製品排出口１２は、処理容器１０の下部に形成される。この製品排出口１２は、開閉可能な耐圧バルブ２１に接続されている。加水分解処理時は、原料投入口１１と同じように製品排出口１２も閉鎖するため、この耐圧バルブ２１の耐圧性も、処理容器１０の耐圧性と同等もしくはそれ以上であるとよい。

処理容器１０は、内部の原料を撹拌及び混合するために、モータ１５により駆動される撹拌手段（図示なし）を有している。この撹拌手段は、パドル式又はスクリュー式など公知のものが使用可能である。この撹拌手段は、処理容器１０の内部の高粘度・高重量の原料を解砕しながら混合し、原料を均一な状態にすることができる。

スクリュー式の撹拌手段は、処理容器１０の内径が１００ｃｍで、全長が２５０ｃｍであれば、撹拌羽根の外径が９５ｃｍから９８ｃｍで、ピッチが３０ｃｍから５０ｃｍで、羽根形状が扇型又はパドル型であるとよい。

また、撹拌手段の回転速度は、０．１ｒｐｍから５０ｒｐｍ、好ましくは０．５ｒｐｍから３０ｒｐｍの範囲で、原料に応じて適宜設定される。なお、撹拌手段は、撹拌及び混合と同時に破砕及びせん断を行うため、撹拌速度より撹拌トルクを重視するのがよい。

撹拌手段による撹拌は、原料の投入と同時に開始することが好ましい。撹拌条件は、加水分解処理装置１の反応時間及び原料の状態に応じて、撹拌運転の開始時刻・完了時刻が適宜設定される。このとき、撹拌運転は、連続又は間欠のいずれでもよい。なお、撹拌運転は、所定時間ごとに正回転及び逆回転を繰り返すように、回転方向をタイマーで制御するとよい。撹拌手段を一定方向のみに回転させると、原料が一方側に偏ることがあり、撹拌による解砕混合が均一に行えない。

処理容器１０の内部に蒸気を供給し、また処理容器１０から蒸気を排気する構成について説明する。
処理容器１０は、処理容器１０の長手方向に沿って、複数の蒸気供給口１３を有する。この複数の蒸気供給口１３は、コントロールバルブ３２下流の蒸気供給配管３１から分岐された複数の枝管（図示なし）に接続されている。

蒸気供給配管３１は、コントロールバルブ３２を介してバイオマスボイラー３０に接続されている。バイオマスボイラー３０は、有機物を燃料として水蒸気を発生させるものであり、処理容器１０を、所定の圧力（水蒸気圧）及び温度に調整できる能力を有している。なお、ここでは、加水分解処理装置１で加水分解処理された製品を、燃料として燃焼して使用できるようになっている。

具体的には、バイオマスボイラー３０は、燃料供給口３５に、固体、液体又は気体などの燃料タンク３６と処理容器１０の製品排出口１２とが接続されており、製品排出口１２から排出された製品が、燃料供給口３５に送られるように構成されている。なお、バイオマスボイラー３０の能力は、処理容器１０の内容積及び昇温時間に応じて設定される。

コントロールバルブ３２は、処理容器１０に設けられた圧力計２２により、処理容器１０の内部の圧力を所定の圧力、例えば３ＭＰａに制御するものである。このとき、処理容器１０の内部の温度は、温度計２３により測定される。なお、圧力計２２などの計器類や各種バルブが故障した場合に備えて、処理容器１０には、安全弁２４が設けられている。

さらに、処理容器１０は、処理容器１０の長手方向に沿って、複数の蒸気排気口１４を有する。この複数の蒸気排気口１４は、それぞれボールバルブ３３を有する複数の枝管（図示なし）に接続され、蒸気排気配管３４に集合されている。

複数のボールバルブ３３は、処理容器１０からの蒸気の流量又は流速を調整するものであり、自動又は手動により、開度がそれぞれ設定される。処理容器１０からの蒸気の排気は、内部の圧力にもよるが、例えば、５分から６０分を掛けて行われ、処理容器１０の内部が減圧される。

一方、サイクロン４０は、排気された蒸気から凝集体（凝集液体および粉塵）を回収するものである。サイクロン４０は、構造が簡単な接線型サイクロンであるが、軸流サイクロンとしてもよく、あるいは、サイクロン４０を並列又は直列に接続してマルチクロンとしてもよい。なお、サイクロン４０の外周を加熱すると、凝集液体は、ほぼ蒸気化するため、粉塵（粉状固体物）がサイクロン４０の下部から回収される。

サイクロン４０は、凝集体を回収する以外に、排気される蒸気（例えば、３．０ＭＰａ）を、０．５ＭＰａ程度まで減圧する圧力解放手段としても機能する。このため、サイクロン４０の内容積は、処理容器１０の内容積の０．５倍から１．５倍とされる。

なお、本実施形態では、サイクロン４０で、凝集体が回収された蒸気は、そのまま大気に放出されるが、必要に応じて、サイクロン４０の下流に脱臭器を設けて、排気された蒸気を脱臭して、大気に放出してもよい。脱臭器は、吸着材型の公知のものを使用することができ、吸着材は、臭いの成分に応じて、活性炭、石灰、ゼオライトなどから適宜選択するとよい。

また、処理容器１０からの蒸気の排気は、サイクロン４０を使用せず、処理容器１０の内容積の３倍から１０倍の、水を充填したコンデンサータンクに対して行ってもよい。このコンデンサータンクは、排気される蒸気（例えば、３．０ＭＰａ）を、常圧（０．１ＭＰａ）程度まで減圧する圧力解放手段としても機能する。

加水分解処理方法について説明する。

（原料投入工程）
通常、原料は含水率（質量基準：以下同じ。）が５０％以上と高いため、処理容器１０には、原料とともに水分調整材を同時に投入してもよい。水分調整材としては、吸水性とともに、加水分解処理で溶出させた有害重金属イオンなどを吸着可能な吸着材を使用することが好ましい。吸着材は、無機系吸着材でもよいが、有機系吸着材が好ましい。これは、有機系吸着材であれば、産業廃棄物を利用でき、また、有機系吸着材自体も加水分解処理できるからである。なお、有機系吸着材としては、おが屑、籾殻、木材チップ、麦わら、稲わらなどがよく、無機系吸着材としては、消石灰、ゼオライト、軽石などがよい。水分調整材の含水率は、３０％以下、好ましくは１５％以下である。

処理容器１０の原料投入口１１から原料及び水分調整材が投入された後、原料投入口１１側の耐圧バルブ２１が閉止され、処理容器１０が密閉状態にされる。

ここで、原料及び水分調整材が投入されると、モータ１５を駆動し、撹拌手段を回転させ、原料の撹拌を行ってもよい。撹拌運転は、連続又は間欠のいずれでもよいが、所定時間ごとに正回転及び逆回転を繰り返すように、回転方向をタイマーで制御するとよい。

（加圧昇温工程）
処理容器１０が密閉状態にされると、バイオマスボイラー３０から蒸気供給配管３１及びコントロールバルブ３２を介して蒸気が処理容器１０の内部に供給され、処理容器１０の内部が所定の圧力及び温度に加圧及び昇温される。

（加水分解処理工程）
処理容器１０の内部が所定の圧力及び温度に維持されると、原料は、有機系廃棄物であるため、加水分解処理され始める。蒸気の供給開始から所定の時間が経過すると、原料の加水分解処理がほぼ完了するため、バイオマスボイラー３０からの処理容器１０の内部への蒸気の供給を停止し、加水分解処理を終了する。この加水分解処理工程により、原料は加水分解処理され、また、水分調整材が有機系の場合は、水分調整材も加水分解処理されて、有害重金属イオンなどは液成分中に溶出するが、未加水分解の吸着材に吸着されて固形分の側に移動する。このため、製品の液分は、弱毒化され、液肥として使用可能な有価なものとなる。

このとき、原料投入工程のときに同じように、モータ１５を駆動し、撹拌手段を回転させ、原料の撹拌を行ってもよい。撹拌運転は、連続又は間欠のいずれでもよいが、所定時間ごとに正回転及び逆回転を繰り返すように、回転方向をタイマーで制御するとよい。

（蒸気排気工程）
加水分解処理工程の終了後は、５分から６０分を掛けて、処理容器１０の内部の圧力を、蒸気排気口１４に接続された蒸気排気配管３４を介して蒸気を排気することで、常圧（０．１ＭＰａ）程度まで解放する。なお、排気される蒸気には、飛沫同伴的に原料の粉塵も含まれている。

（製品排出工程）
加水分解処理装置１で加水分解処理された製品は、処理容器１０の下部の製品排出口１２から排出され回収される。

製品が固液混合系の場合は、浮上・沈降分離、フィルタープレス、遠心分離などの固液分離手段を用いて、固液を分離してもよい。加水分解する原料により、分離された製品の固形分は、肥料として、製品の液分は、液肥として、使用可能になる。また、製品の固形分は、水分量を２０％以下にすることで、固形燃料として使用可能になる。

以上のとおり、本発明の実施形態に係る加水分解処理装置１は、有機系廃棄物を含む原料を加水分解処理するものであって、原料投入口１１及び製品排出口１２を有する処理容器１０と、処理容器１０の内部に設けられ、原料を撹拌する撹拌手段と、処理容器１０に蒸気を供給する蒸気供給配管３１と、処理容器１０から蒸気を排出する蒸気排気配管３４と、を備え、処理容器１０は、複数の蒸気供給口１３を有するものである。

これにより、処理容器１０の内部に、蒸気を均一に供給することができるから、処理容器１０の内部の温度及び圧力を均一にすることができる。処理容器１０の内部の温度及び圧力が均一になることで、有機系廃棄物を含む原料に対する加水分解処理も、均一に進行させることができ、製品を均質にすることができる。

本実施形態では、処理容器１０は、複数の蒸気排気口１４を有する。これにより、処理容器１０の内部から蒸気を均一に排出することができる。

本実施形態では、蒸気排気配管３４は、ボールバルブ３３が接続される。これにより、処理容器１０の内部から排出する蒸気の流量又は流速を調整することができ、排気又は減圧時間を調節することができる。

また、加水分解処理装置１で製造された製品を、水蒸気を発生させるボイラーの燃料として使用することで、重油、軽油、天然ガス、石炭などの燃料を使用する必要がなく、加水分解処理システムの運用コストを軽減することができる。

（変形例）
バイオマスボイラー３０は、本実施形態のように専用に設けられてもよいが、工場用ボイラーが高能力であれば、直接導入してもよい。また、加水分解処理装置１で加水分解処理された製品の少なくとも一部を、燃料としたが、加水分解処理された製品をすべて商品として外部へ販売する場合などに対応して、バイオマスボイラー３０でだけでなく、貫流ボイラーなど各種タイプのボイラーが併設されていてもよいし、あるいは、バイオマスボイラー３０を設けなくてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 加水分解処理装置
１０ 処理容器
１１ 原料投入口、１２ 製品排出口、１３ 蒸気供給口、１４ 蒸気排気口、１５ モータ
２１ 耐圧バルブ、２２ 圧力計、２３ 温度計、２４ 安全弁
３０ バイオマスボイラー
３１ 蒸気供給配管、３２ コントロールバルブ、３３ ボールバルブ、３４ 蒸気排気配管、３５ 燃料供給口、３６ 燃料タンク
４０ サイクロン

Claims (5)

1. 有機系廃棄物を含む原料を加水分解処理する加水分解処理装置であって、
   前記加水分解処理装置は、
   原料投入口及び製品排出口を有する処理容器と、
   前記処理容器の内部に設けられ、原料を撹拌する撹拌手段と、
   前記処理容器に蒸気を供給する蒸気供給配管と、
   前記処理容器から蒸気を排出する蒸気排気配管と、を備え、
   前記処理容器は、複数の蒸気供給口を有し、
   前記蒸気排気配管は、前記処理容器の内容積の３倍から１０倍の、水を充填したタンクに接続される
   ことを特徴とする加水分解処理装置。
2. 前記処理容器は、複数の蒸気排気口を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の加水分解処理装置。
3. 前記蒸気排気配管は、ボールバルブが接続される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加水分解処理装置。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の加水分解処理装置と、
   有機物を燃料として蒸気を発生させるバイオマスボイラーと、を含む加水分解処理システムであって、
   前記バイオマスボイラーは、前記加水分解処理装置で加水分解処理された製品を、前記燃料とする
   ことを特徴とする加水分解処理システム。
5. 前記バイオマスボイラーは、前記燃料を供給する燃料供給口を備え、
   前記燃料供給口は、前記製品排出口に接続されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の加水分解処理システム。

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