JPH0673680B2 - 汚泥を変換する方法および装置 - Google Patents

汚泥を変換する方法および装置

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JPH0673680B2
JPH0673680B2 JP19072484A JP19072484A JPH0673680B2 JP H0673680 B2 JPH0673680 B2 JP H0673680B2 JP 19072484 A JP19072484 A JP 19072484A JP 19072484 A JP19072484 A JP 19072484A JP H0673680 B2 JPH0673680 B2 JP H0673680B2
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ハー・マジエステイ・イン・ライト・オブ・カナダ
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、汚泥、特に下水汚泥から液体燃料のような有
用な生成物を得るために、上記汚泥を変換する方法およ
び装置に関する。
先行技術の概要 下水汚泥は、下水およびその他の廃水の処理の避け難い
副産物であり、処理された廃水の4.540立方メートル（1
00万英ガロン）当り大よそ１トンの汚泥が生ずる。汚泥
の処分は、費用がかさみ、そして通常廃水処理の全年間
費用の50％までを構成する。北米において現在使用され
ている主な汚泥処分の選択の範囲には、産業上の利用、
土地の埋立ておよび焼却が包含され、現時点での処理費
は、農業上の利用の場合の約126ドル／トンから焼却の
場合の300ドル／トン以上にまで及ぶ。従つて、廃水処
理工場は、現在では汚泥の生成を最少限にするように設
計され、そして汚泥の処分または利用に先立つて安全化
しそしてその容積を減少せしめるべくあらゆる努力がな
されている。それにもかかわらず汚泥の生成は、今後10
年間に少くとも２倍になるであろうことが見込まれてい
るが、一方農業上の利用に対する制限が課される可能性
および処分場所の認可を受けるための絶えず増大する困
難性は、他の解決策、好ましくは回収可能な資源として
の汚泥の利用への必要性を示している。
下水汚泥の固形物は、主として粗タンパク質、脂質およ
び炭水化物からなる有機物質（主として生物量として）
と多量の汚泥、砂、粘土および少量の重金属からなる無
機物質との混合物からなる。典型的な生下水汚泥は、揮
発性物質約50〜80％を含み、そして有機炭素約25〜40％
を含有する。従来多数の汚泥処理法が提案され、そして
この有機物質の一部を有用エネルギーに変換する可能性
を有するが、少数のみが大規模に実行可能な正味エネル
ギーをもたらしうることが示された。下水汚泥の嫌気性
消化は、おそらく現在まで使用された最も一般的な方法
であり、利用しうる有機物質の約25％がメタン富有ガス
を生成するために変換され、その結果ダイジエスターに
供給された乾燥汚泥固形物1kg当り約５メガジユール（M
J/kg）のエネルギー生産が得られる。断気焼却、ガス化
および液化のような他の方法が下水汚泥からの正味エネ
ルギー生産のための実行可能な技術として最近報告され
ている。
従来提案されそして使用された方法、特に熱分解および
焼却を包含する方法の多くに伴う実際上の問題は、主要
な有用エネルギー含有生成物がガスであつて、しばしば
容易に凝縮せず、しかも正味エネルギー含量が低いの
で、それらは貯蔵することが不可能であるかまたは不経
済であり、直ちに使用しなければならないということで
ある。一般に、水蒸気のような比較的低品位のエネルギ
ーを生産するために使用することのみが実行可能であつ
て、需要が少ないかまたは全くない期間は無駄に燃焼せ
しめられる。貯蔵しうる（液体かまたは液化しうる）、
輸送可能な、そしてもし可能ならば、品質を改善しうる
ネエルギー含有生成物、例えば合成油をして、正味の貯
蔵−可能エネルギーを最適条件で生産せしめるために向
けられる努力により、そしてもし多少でも使用されるな
らば、その方法の操作に使用される貯蔵できない生成物
を用いて実施できるような方法に対する要望が増えつつ
ある。
断気焼却の一例は、1983年３月に米国コネチカツト州ハ
ートフオード（Hartford）において開催された番市汚泥
の熱変換に関するE.P.A.国際会議（E.P.A.Internationa
l Confe−rence on Thermal Conversion of Municipal
Sludge）においてホーグ（R.T.Haug）およびサイズモア
（H.M.Sizemore）によつて発表されたハイパーリオン
（Hyperion）エネルギー回収システムであり、これは現
在米国カリフオルニア州ロスアンジエルス市において設
置されている。このシステムは、汚泥を消化し、次いで
脱水し、カーヴアー−グリーンフイールド（Carver−Gr
eenfield）法により脱水しそしてその後で汚泥から得ら
れた燃料の断気流動床において焼却することからなる。
乾燥汚泥366トンの処理により全部で25MWの電気が発電
され、そのうち18MWがこの方法からの正味エネルギーで
ある。これは乾燥汚泥1kg当り4.2MJの正味エネルギー生
産に相当する。1980年10月に米国ネバダ州ラスベガスに
おいて開催された第53回水汚染防止年次会議（53 rd Wa
ter Pollution Control Federati−on（WPCF）Conferen
ce）において発表された“濃密化下水汚泥および固形廃
物の熱ガス化（Thermal Gasification of Densified Se
wage Sludge and Solid Waste）”と題した論文中でバ
ージル（B.A.Viegil）およびチヨバノグラウス（G.Tcho
banoglous）によつて熱ガス化システムが提案された
が、他方汚泥のアルカリ前処理およびアルゴン雰囲気下
で約10,000kPaにおいて320℃で１時間オートクレープ内
において加熱することからなる変化のための実験室規模
のシステムが、“バテル・ノースウエスト下水から燃料
油への変換（Batelle Northwest Sewage to Fuel Oil C
onversion）”と題するモールトン（P.M.Molton）によ
る論文中で前記のハートフオード会議において開示され
た。この最後の方法は、油、アスフアルトおよび炭を生
産し、そして全汚泥の固形物の15重量％までの油収量、
70％までの全熱高率および約5.9MJ/kgの正味エネルギー
生産量（この後者の数値は上記の油が正味エネルギーを
表わすという仮定に基づくものである）が報告されてい
る。
1980年５月に米国ワシントンにおいて開催された「市お
よび企業内の汚泥の利用および処理に関する国内会議」
の議事録中で公表された“下水汚泥のハイドロリケフア
クシヨン（Hydroliquefaction of Sewage Sludge）”と
題する論文中でタラニツチ（W.L.Kranich）、グルス
（K.Gurus）およびワイス（A.H.Weiss）により記載され
たもう一つの方法においては、元のままのものと消化さ
れたものとの両方の乾燥汚泥がオートクレーブ中で担体
油と共に10,000〜13,000kPaにおいて水素下で394〜420
℃の温度範囲において処理され、30％までの油収量をも
つて油およびアスフアルトが生成された。
下水汚泥を油を生成するために変換する方法が、エルン
スト・パイエル（Prof.Dr.Ernst Bayer）によつて1981
年11月10日に出願され（欧州特許出願No.811096049）19
82年５月26日に公告（公告番号AZ0052334）された欧州
特許出願No.811096049において開示され、また西独のチ
ユーピンゲン大学のバイエル（E.Bayer）およびクツプ
ジン（M.Kutubuddin）により若干の論文中に、例えば
「ビルト・デア・ヴイツセンシヤフト（Bild der Wisse
nschaft）」第９号（1981年）第68〜77頁の“ユール・
アウス・ムル・ウント・シユラム（l aus Mull und S
chlamm）”に；「アプワサー（Abwasser）」第29号（19
82年）第377〜381頁の“ユール・アウス・クラールシユ
ラム（（l aus Klarschlamm）”に；そして西独ベル
リン市において1982年に開催された国際リサイクリング
会議の議事録中の“汚泥および水の油への低温変換（Lo
w Temperature Conversion of Sludge and Water to Oi
l）に記載されている。上記の方法は、バツチ式および
連続式の両方の実験室規模の装置において例示されてい
るが、基本的には乾燥された汚泥を空気を排除して280
〜600℃の変換温度に約30〜180分間加熱することからな
り、蒸気は凝縮されて粗製油を生じそして固体の残渣
は、石炭状となる。上記の方法の顕著な利点は、大気圧
より僅かに高い圧力において操作され、そして添加剤は
必要としないことにあることが述べられており、開発者
は、有機物質が原油中に存在するものに極めて類似した
直鎖炭化水素に変換される接触気相反応が起るものと仮
定している。生成物の分析により、基材として汚泥、セ
ルロースを利用するか、それとも廃物を利用するかによ
つて芳香族および環状の化合物を生成する傾向があると
思われる他の公知の油を生成する方法と異なつて脂肪族
炭化水素が存在することが確認されたと述べられてい
る。開発者は、18〜27％の油収量、50〜60％の炭収量を
示し、油は約39MJ/kgの熱量値を有しそして炭は約15MJ/
kgの熱量値を有することを述べている。エネルギー収支
の計算は、上記の方法が、汚泥がまず機械的に固形物約
20％となるまで機械的に脱水されるという条件で上記の
方法はエネルギーの真の生産者であることを示し、そし
て大規模の操作においては固形物1kg当り10〜15MJの正
味エネルギー生産が得られたとして評価された。
このバイエル法は、簡単であり、そして事実上天然の石
油の合成の過程に似ている。天然の原油は、地質学的年
代に亘る微生物の作用によつて生成され、そしていくつ
かの非炭化水素物質を含む飽和および不飽和の炭化水素
の混合物を包含する。酸素の排除下に、使用されたエネ
ルギーの低水準の入力において、汚泥中のタンパク質お
よび脂質が油に、そして炭水化物が石炭様の物質に変換
されることがバイエルによつて仮定され、この方法は必
要ならば、適当な物質の添加によつて触媒作用をされ
る。下水汚泥の場合には、触媒物質を添加することは大
抵の場合不必要であることが述べられている。何故なら
ば、汚泥中に存在する無機成分は、シリケート・アルミ
ナ化合物および遷移金属の形で十分な量の触媒を含有す
るからである。ヘテロ結合（Ｃ−Ｓ、Ｃ−Ｎ、Ｃ−Ｐ、
Ｃ−Ｏ）は、切断されるが、Ｃ−Ｃ結合は、切断されな
いで、天然の原油に極めて類似する炭化水素混合物が生
ずる結果となる。研究によれば、最大の油収量は、280
〜320℃の操作温度において達成される。
1973年１月30日に発行されたブラツク・クローソン社
（Black Clawson Company）の有する米国特許第3,714,0
38号に開示された固体の廃物処理法においては、有機お
よび無機の廃物の混合物からなるスラリーが形成され、
そして次に無機物質が除去される。スラリーは脱水さ
れ、そして熱分解または加水分解されてガス、油、炭お
よび残渣のような一連の生成物となる。
1976年６月８日に発行されたカリフオルニア大学理事の
有する米国特許第3,962,044号は、固体の動物および人
間の排泄物を粉砕しそして密閉加熱帯域において200〜1
000℃（300〜600℃が好ましい）で15〜120分間加熱し、
その際一部を揮発させそして固体の残渣を炭化せしめる
ことによつて、固体の動物および人間の排泄物を処理す
る方法を提案している。揮発性部分は、除去されて回収
帯域に送られ、そしてそこから凝縮可能物が凝縮され、
それは水性、非水性および非凝縮性留分へと分離され
る。
ヘス（H.V.Hess）、フラング（W.F.Frang）およびコー
ル（E.L.Cole）に対して1977年６月21日に発行された米
国特許第4,030,981号には、廃物（そのうちの１つは下
水汚泥である）を400°〜550°Ｆの温度、300〜3000Psi
gの圧力および５分間ないし２時間の間コーキングにか
け、その後でコーキングされた廃物を熱加圧合成ガス
（一酸化炭素および水素）と反応せしめ、その際合成ガ
ス反応は500〜750°Ｆの温度および500〜5,000psigの圧
力を使用するという方法が記載されている。
レツドケン−ヤング・プロセス社（Redken−Young Proc
esses Inc.）に付与された1978年７月４日発行の米国特
許第4,098,649号には、産業および都市廃物から、例え
ば浮遊によつて、分離された有機物質を分解蒸留するに
当り、上記物質を、その長さ方向に沿つて連続する帯域
において異なつた温度に、例えば第１の帯域において40
〜600℃にそして引続く帯域群において1,500°Ｆまで加
熱されているスクリユ押出機コンベヤに供給し、その際
得られた炭を投棄するという、上記有機物質の分解蒸留
方法が記載されている。ガス状生成物は、異なつた帯域
から別々に除去されそして分離され、そしてこれらのガ
ス状生成物は、オレフイン類およびパラフイン類を包含
しうる。
トルコ社（Tosco Corporation）に付与された1980年７
月１日発行の米国特許第4,210,491号もまた有機物質を
含有する物質を炭化水素蒸気および固体残渣に変換する
ための蒸留器としてスクリユーコンベヤーを使用するこ
とを提案しており、その際揮発性物質は、その長さに沿
つて異なつた点から除去されそして次に処理される。上
記レトルトコンベヤは、流動床によつて加熱される。
ウイルワードコ社（Wilwardco Inc.）に付与された1982
年８月17日発行の米国特許第4,344,770号は、おかくづ
および木材チツプの加水分解処理を主として意図してい
るが下水汚泥にも適用されうる方法および装置を開示し
ている。分解されたガスは、液体相および気体相に凝縮
されそしてこの液体相は次に重力によつて水および液体
部分に分離される。水部分は、水溶性の油を分解するた
めに蒸留にかけられそしてそのエネルギー含量を増加す
るために油部分に添加される。
カール・クレナー（Karl Klener）に付与された1980年
４月８日発行のカナダ特許第1,075,003号には、下水汚
泥を含む廃棄物質から可燃ガスを製造する方法が記載さ
れており、その方法は、上記物質を乾燥し、第１の一連
の回転管内で低い温度（300〜600℃）において炭化し、
得られた燃焼成分を分離し、そして低温炭化ガスを固体
炭素の反応床内において高い温度（1000〜1200℃）にお
いて変換することを必要とする。
オサケイテイス（Ahlstrom（A.）Osakeyhtiz）に付与さ
れた1981年５月12日発行のカナダ特許第1,100,817号
は、下水汚泥のような物質をその焼却のために流動床反
応器内で処理する方法を開示しており、その方法は、自
発的で補助燃料の供給を必要としないように十分高い固
体含量を達成するために機械的脱水を用いる。十分な水
を機械的除去することは常に可能であるというわけでは
なく、そしてこのようにして乾燥された物質は、まず前
反応器に供給され、この前反応器には主流動床反応器か
らの煙道ガスから除去された熱い分離された固体が通過
せしめられ、これらの熱い固体は、主反応器に通す前に
加熱し乾燥するために前反応器内で汚泥と十分に混合せ
しめられる。
フイリツプ・ペトロレウム・カンパニー（Phillips Pet
roleum Company,U.S.A）に付与された1976年12月14日に
発行されたカナダ特許第1,001,493号には、下水汚泥の
ような廃物生成物のための２段階焼却器が開示されてい
る。第１段階の蒸発または気化は、若干の燃焼が起ると
共に達成され、そして次に全部のガス状生成物が第２段
階に導かれ、その中で更に酸化および燃焼が起る。第２
段階からの熱い煙道ガスは、冷い空気によつて急冷され
て２つの段階のうちのいずれかまたは両方における燃焼
のための予熱空気を提供する。
本発明の概要 本発明の主要な目的は、汚泥、特に下水汚泥を、それか
ら油のような有用な貯蔵可能な生成物を得るために、加
熱および化学反応によつて、変換する新規な方法および
装置を提供することである。
もう一つの目的は、有用な生成物を最適に生産するため
のそのような方法を試験しそして制御するための方法を
提供することである。
本発明に従えば、下記の各工程： ａ）加熱帯域内で酸素の不存在下で乾燥汚泥／生物系廃
棄物を、その中の油−生成有機物質を揮発させるために
少なくとも250℃そして最高350℃の温度で充分に加熱し
て両加熱帯域にガス状生成物を遊離して加熱された汚泥
／生物系廃棄物残査を生成し； ｂ）上記のガス状生成物を加熱帯域から取り出し； ｃ）その後、工程ａ）からの加熱された汚泥／生物系廃
棄物残査を、その取り出された加熱帯域ガス状生成物と
反応帯域内で酸素の不存在下で、ガス／固体の接触、油
−生成反応の第一の温度より高い温度（280℃から600
℃）で接触せしめて両者の間に油生成反応を起こさせて
反応帯域ガス状生成物を得、その際上記第一の温度およ
び第二の温度はガス状生成物を分解する温度より低くす
る、そして； ｄ）工程ｃ）の反応帯域ガス状生成物を反応帯域から取
り出しそしてそれから少なくとも凝縮可能油生成物を分
解する、 という工程からなる、有機物質を含有する汚泥／生物系
廃棄物の変換方法が提供される。
本発明に従えば、また、 乾燥された汚泥／生物系廃棄物のための入口および加熱
帯域ガス状生成物および残りの加熱帯域固体生成物のた
めの別々の出口を有する加熱帯域を画定するカバー； 加熱帯域カバー内において固体生成物をその入口から固
体生成物出口まで運ぶためのコンベア手段； ガス状および固体生成物のための別々の入口および上記
のガス状および固体生成物のための別々の出口を有する
加熱された反応帯域を画定するカバー； 反応帯域カバー内において固体生成物をその固体生成物
入口からその固体生成物出口まで運ぶためのコンベア手
段； 上記加熱帯域固体生成物の出口は固体生成物の通過のた
めの反応帯域固体生成物の入口と連絡しており；そして 加熱帯域ガス状生成物出口を反応帯域ガス状生成物入口
と連結するダクト手段； からなることを特徴とする、汚泥／生物系廃棄物を変換
するための装置が提供される。
好ましくは、上記のダクト手段は、加熱帯域ガス状生成
物の出口を、反応帯域固体生成物の出口に隣接する反応
帯域ガス状生成物の入口と連結し、一方反応帯域ガス状
生成物の出口は、反応帯域固体生成物の入口に隣接して
いるので、反応帯域内ではガス状生成物は、その中の固
体生成物の運動とは向流的に移動する。
更に、本発明に従えば、汚泥の処理からの油生成物の生
産を最適化する方法において、下記各工程： ａ）反応帯域内において乾燥汚泥およびそれからの揮発
成分を酸素の不存在で気相を形成させ、固体汚成分の存
在下で気化汚泥成分の油生成反応を確立させるために少
くとも280℃の温度に加熱し； ｂ）下水汚泥の試料を示差走査熱量分析によつて試験を
行ないそしてそれによつてこの方法による油生成物の生
産の発熱的反応特性の温度範囲を示すサーモグラムをも
たらし； ｃ）上記発熱反応からの油生成物の最大収量を得るため
の最適温度を上記サーモグラムから決定し；そして ｄ）反応帯域の平均温度をこのようにして決定された油
生成物の生産のための最適温度に等しくなるように調節
する、 ことを特徴とする、上記汚泥の処理から得られる油生成
物の生産を最適化する方法が提供される。
変動する成分の汚泥を用いて連続操作をするためのその
ような最適化方法は、更に下記の各工程： ｅ）工程ｂ）およびｃ）を適用することによつて時間間
隔をおいて汚泥を試験し、 そして ｆ）工程ｄ）に従つて反応の平均温度を調節し、その際
上記の時間間隔は、平均温度を変動する組成の汚泥のた
めの最適温度に、あるいはその附近に維持するのに十分
な程頻繁なものとする、 各工程を包含してもよい。
本発明の特に好ましい具体化例である方法および装置を
添附図面の参照のもとに以下に詳細に説明する。
好ましい具体化例の記述 以下に記載する第１、３および４図の連続式およびバツ
チ式装置を使用するプロセスデータを決定するために使
用された生下水汚泥は、一時汚泥および廃物活性汚泥
（WAS）の混合物を含有し、そしてそれぞれの下水処理
工場の一次クラリフアイヤーから得られた。汚泥は、す
べて最初は固体を２〜４重量％含有し、そして約70℃に
おいてオーブン上で固体約90〜95％となるまで乾燥し、
0.85mm以下の粒子径になるまで粉砕し、そして次に気密
の容器内に貯蔵した。これらの汚泥についての分析値
は、第１表のＢないしＤ欄に示されており、それらがそ
の組成において中程度ないし高度に工業化された都市の
下水汚泥について通常の数値を有する組成において類似
であることを示している。Ａ欄は、典型的な生下水の汚
泥の分析から得られた数値の範囲を示す。しかしながら
本発明は、一般に分離された都市のごみから得られたも
ののような、本方法の条件下で油に変換されうる有機成
分を汚泥が含有する限りにおいて汚泥に適用されうる。
第１図および第２図において示された本発明に従う連続
操作される装置は、２部に分けられた炉12aおよび12bに
取囲まれそして邪魔板を有する渦巻状スクリユーコンベ
ヤ部材14によつてより短い加熱帯域16およびそれに続く
より短い加熱帯域16およびそれに続くより長い反応帯域
18に、その内部が分けられている細長い固定されたカバ
ー10からなる。部材14が取付けられているコンベヤ軸20
は、管の全長に及んでおり、そして管10の長軸と同軸の
長軸の回りを回転するように取付けられており、この軸
は減速機24を介して可変速モータ22によつて駆動され
る。上記軸は、シール26およびシール室28を通過し、こ
のシール室は加熱帯域16からのガスの逸出を防ぐために
管30から加圧ガスが供給される。コンベヤ構成体14は、
それぞれの出口32からの固体物質を加熱帯域から反応帯
域の入口34まで運ぶために作動し、そしてスクリユが固
体物質を普通に運ぶが一方固形物出口32から固形物入口
34までのガス状生成物の実質的な通過を、不可避的なポ
ンピングおよび漏洩以外には妨げるところの複数個の部
分的縦邪魔板35を備えている。すなわち、各部分的邪魔
板35は、２つの隣接する一連のスクリユ列に根元から放
射状に外方にそして部分的にスクリユ列の放射状の最も
外側の端部の方向に、邪魔板の端部が侵入する固体物質
によつて閉じられるそれぞれの放射状の外側空間を残す
ように延びている。従つて、固体物質の最少限の品質
は、有効なシールにとつて存在しなければならない。
乾燥し粉砕された汚泥は、供給ホツパ36内に貯えられ、
そしてそこから加熱帯域入口38まで、速度調節可能のモ
ーター45によつて操作されるスクリユーコンベヤ42を包
含する垂直管44まで水平なスクリユコンベヤ40によつて
選ばれる。管44および加熱帯域は、酸素を排除するため
に管46によつて供給されるガスでパージされてもよく、
管44はまた、それが貫通している熱交換器48によつて冷
却される。コンベヤ軸20の加熱帯域の部分は、らせんス
クリユコンベヤのそれぞれの部分を有し、一方この軸の
反応帯域内の部分は、その長さに沿つて一定の間隔を置
いて、第２図に更に細部に亘つて示されている特殊な形
状の多数のブレード状組立体50が取付けられている。各
組立体は、粉砕された固体物質を管に沿つて移動せしめ
るのみならず、また固体物質を上方にそして次にそれを
ブレードから重力下に管の底部に落下せしめるように形
作られそして角度を付けられた多数の放射状に延びたブ
レード52からなる。加熱体域16においては、熱分解しつ
つある固体物質は、少なくとも入口端においては、ペー
スト状であり、そして管内を積極的に移動せしめられな
ければならないが、一方反応帯域18においては、この物
質は比較的自由に流動する炭の形状を有しており、そし
てコンベヤのこの特別な形状は、粉砕された固体物質と
反応帯域のガス状雰囲気との間の相互の緊密な接触をも
たらすためのより多くの機会を与えて、起りつつある気
相発熱自己触媒反応を容易にする。この技術分野におけ
る熱練技術者にとつて、本明細書中では「ガス状雰囲
気」なる用語を、より煩わしい用語の使用を避けるため
に上記の２つの帯域について使用するが、そのような雰
囲気は、蒸気をも包含することを了解されるであろう。
管10によつて形成される加熱帯域カバーは、隣接する炉
部分12aによつて約250℃の温度に加熱され、この温度に
おいて残りの５〜10％の水蒸気および揮発成分が追出さ
れて出口54に通され、そこからガス状生成物は、管56に
よつてガス調節室58を通つて反応帯域カバーの他端まで
導かれる。上記調節室は、例えば生成する望ましくない
イオウおよび窒素を、容易に除脱されうる硫化水素およ
びアンモニアの形で除去するために使用されるであろ
う。一方、コンベヤスクリユ部材14は、残りの固体物質
を加熱帯域から反応帯域に供給し、そこでそれはそれぞ
れのブレード組立体50とかみ合つて、反応帯域の長さに
沿つて上記のような仕方で移動し、最後に気密の星形弁
62を経て密閉された炭貯蔵槽64内に排出され、そこから
コンベヤ66により必要に応じて取出される。炭貯蔵槽の
内部は、管68および弁70を通してパージガスを注入する
ことによつて必要に応じてパージされうる。
加熱帯域内におけるガス状および固体状の生成物の移動
の方向は、それぞれ矢印72および74によつて示されてお
り、それらは互いに関して並流的に移動することが判る
であろう。反応したガス状生成物のための反応帯域から
の出口76は、固体の入口34の近くに位置する。反応帯域
内におけるガス状および固体状生成物の移動の方向は、
それぞれ矢印78および80によつて示されており、それら
は互いに関して向流的に移動することが判るであろう。
炉部分は、それぞれの帯域を所望の温度に上げそして維
持するためにプロセス調節器82および炉調節器84によつ
て調節され、反応帯域の温度は、以下に述べる方法によ
つて決定される。両帯域の温度は、それぞれの熱電対86
および88によつて測定されそして調節器82に接続された
記録計90上に記録される。
出口76から出てくるガス状生成物は、管92を経て凝縮器
94に通され、その中で得られた油および熱分解水からな
る凝縮液体は、蓄積されそして必要に応じて次いで分離
のために取出されうる。非凝縮ガスは、出口管96を経て
排出管98に通され、そして必要に応じてコンベヤおよび
加熱帯域に再循環されパージおよびシールガスとして作
用しうる。可燃性の非凝縮ガスは、この方法をできる限
り自発的なものとするために、炉12a、12bまたはその他
の操作（例えば汚泥の乾燥）に使用されうる。
記載した装置においては反応帯域内の操作は、ガス状生
成物および固体物質の向流的移動によつて行なわれる
が、これは好ましい操作法であり、移動をその代りに加
熱帯域におけるが如く並流的に行なうことができる。
第１図の連続法の装置による操作に先立つて、バツチ式
反応装置がプロセスデータを得るために使用されそして
第３図において概略的に示されている。この装置から得
られたデータは、下記の第２表に記載され、一方第１図
の装置の操作から得られた対応するデータは、第５表に
記載されている。
第３図を参照するに、単一の反応器は、加熱および反応
帯域を提供し、そして直径70mmおよび長さ720mmのパイ
レツクス管100からなる。これは炉102の中で加熱され、
流出ガスは、氷を冷却剤として使用する３個の直列に連
結されたフラスコ104からなる補集装置中で凝縮され
た。非凝縮ガス（NCG）は、管106によつて装置から炉の
フードに放出され、回収されなかつた。典型的な操作
は、乾燥汚泥（固形物93〜96％）550gを反応器内に装入
し、そして供給容器108からの窒素によつて垂直の位置
にある間に脱気された。反応器の容積充填率はすべての
操作について公称50％であつた。次に反応器は、液体の
移動を容易にするために支持体110によつて10°に傾斜
させた炉の中に置いた。全部の管路、トラツプその他を
接続しそして装置全体を窒素（15mL/s）を用いて20ない
し30分間パージした。次に炉にスイツチを入れそして調
節された速度で操作温度まで昇温せしめた。調節装置
は、汚泥床内に設定されそして熱電対スイツチおよび読
取り装置114に接続された熱電対112を使用していた。い
つたん操作温度に達すると、窒素パージの速度は、7mL/
sに減少せしめられた。反応のすべての可視的な標識、
すなわちガス／油の流れが止つたとき、加熱を停止し、
そして窒素パージの速度を約30分間15mL/sに増加した。
装置をばらし、そして炭・油および熱分解水を回収し、
そして分析用に貯蔵し、油／水分離は、分離漏斗を使用
して行なわれた。
方法の実施 本発明の方法による操作条件および結果は、第２表の実
験例に示されており、一方得られた油類および炭類の典
型的な元素分析値を第３表に示し、そして油の中に見出
された脂肪族炭化水素の分布の分析値を第４表に示す。
各表中のすべてのデータは、通常存在する通常の４〜７
％の水分について修正された乾燥汚泥を基準にして表わ
され、そして発熱量は、全固形物基準（揮発成分につい
て修正せず）で表わされる。非凝集性ガス（NCG）の収
量は、差によつて計算された。ガスクロマトグラフイー
によるNCGの分析は、それが大略メタン６％および一酸
化炭素10％を含有し、残りは大抵二酸化炭素および窒素
からなることを示した。計算された発熱量は、NCG1kg当
り約2.0MJである。
ほとんどの試験運転は、下記の最適条件において行なわ
れた： −−示差走査熱量計によつて決定された最適変換温度； −−操作温度まで10℃／分の割合で温度が時間と共に直
線的に増加すること；そして −−連続的な窒素パージ。
実験11、12、13、22、23、24および19は、その代りに第
２表に示されているように、各試験の間に１つの変数を
変動せしめて行なわれた。
異なつた汚泥を用いた結果 ３ヶ所の異なつた源からの下水汚泥を試験し、これらの
汚泥について最適条件下で得られた平均の結果を第２表
の最初に示した。汚泥ＢおよびＣについてのデータは、
３回の実験の平均値であり、それに対して汚泥Ｄについ
てのデータは、６回の実験の平均値である。判明するよ
うに、これらの汚泥のおのおのは、変換を受け易く、油
の収量は20.8ないし24.1％であり、そして熱効率は77.7
ないし83.2％である。ここで使用する熱効率とは、汚泥
中に理論的に利用できるエネルギーの百分率としての
油、炭およびNCG中で回収されたエネルギーとして定義
される。生成した油の平均発熱量値は、33.13ないし37.
43MJ/kgの間で変動し、そして炭については9.86ないし1
0.68MJ/kgの間で変動した。生成した油の粘度は、それ
らが得られた汚泥について特定的であると思われた。性
状におけるこれらの変数は、場所毎の汚泥の質における
変動をほとんど反映している。
最初／廃物活性汚泥の比の効果 ほとんどの生混合下水汚泥は、最初および廃物活性汚泥
（WAS）の大略50/50ミツクスとして含有する。第２表に
おけるデータ（実験２、３、４）は、WAS含量の増加、
従つてバクテリアの割合の増加は、油収量を増加させる
ことを示している。すなわち、WAS比を50％（実験１、2
0、29）から88％（実験４）に増大させると、油収量が2
0.8％から28.7％まで付随的に増加する結果となる。し
かしながら、88％のWAS含量においても、触媒条件に充
分達していたということは明らかである。その理由は触
媒として作用している無機物質が最初の汚泥中にも充分
存在しているからである。このことは、熱効率が75％の
WAS含量における90.8％の最大値（実験３）から88％のW
AS含量における82.4％（実験４）まで低下することによ
つて立証される。
操作温度の効果 操作温度は、油収量に著しい影響を及ぼし、そして最適
温度より著しく低い温度において処理すると（実験14、
15、16に対して実験11、12、13を比較）、油収量が24.1
から12.8％まで減少し付随的に熱効率が低下したことが
判る。しかしながら、最適温度以上の温度で操作すると
油収量または熱効率に著しい影響を及ぼさないものと思
われる（実験１、20、29に対する実験22を比較）。
現在判明している限りにおいて、本格的な、汚泥より油
を得る装置は操業されておらず、従つて最適の変換温度
を決定するための本発明以前に利用できた唯一の方法
は、実験室における実験操作を反復して行なうことであ
つた。このやり方は明らかに、本格操業における最適条
件を決定するためには時間がかかり費用がかさむものと
なる。何となれば、汚泥はその性質において著しく変動
し、そして最適の変換温度は、時間と共に、少なくとも
１日１日で変動するらしいことが判明したからである。
すなわち、費用の点において効果的な本格操業にとつ
て、最適の変換温度を決定するための正確かつ迅速でし
かも比較的費用のかからない方法は、必須である。
「サイエンス・アンド・テクノロジー・レターズ（Scie
nce and Technology Letters）」誌1982年４月号に発表
された“汚泥より得られた油：廃水処理の意味するもの
（Sludge Derived Oil:Wastewater Treatment Implicat
ions）”と題するブリドル（T.R.Bridle）の書簡に記載
されているように、熱分析による下水汚泥の特徴付けを
目標とした研究は、280〜320℃が油生成にとつて最適の
温度らしいということを示すデータをもたらした。不活
性の条件下での示差走査熱量分析（DSC）を用いる下水
汚泥の試験によつて、この温度範囲においてタンパク質
の分解に帰せられる大なる発熱があることが説明され
た。当該の実験によつてタンパク質の分解およびおそら
く油の生成は、280ないし320℃において最大限となると
いうことがこのDSCによるデータから明らかである。
示差走査熱量分析計の操作部分を貫く部分的断面図が第
４図に示されている。正確に熱的に目盛りされた熱量計
の本体116は、蓋122を貫いて入口120を経て必要に応じ
てガスでパージされうる試料室118を有する。この室は
皿支持体124を有し、その上に参照皿126および試料皿12
8が取付けられており、後者は汚泥の試料を載せる。こ
れらの２個の皿は、適当な測定、計算およびグラフ作成
装置に示差的に接続されたそれぞれの感度のよい熱電対
130および132の上に位置する。操作温度範囲に亘つて相
変化を受けない金属、シリカまたはアルミナのような不
活性の参照物質の標準試料が試料皿に置かれ、そして熱
量計全体の温度が徐々にしかも確実に昇温せしめられる
と、この計器は、標準に比較した試験されている物質の
熱吸収を測定する。発熱反応および吸熱反応の両方が監
視され、そして典型的な下水汚泥についての温度記録図
が第５図に示されており、横軸は℃を、そして一方縦軸
は、mW/分で表わされた熱量を示す。上記記録図は、残
留湿分および熱分解水の生成に帰せられる100〜200℃に
おける最初の吸熱部分および汚泥の発熱反応の結果であ
る２つの引続く“発熱部分”、すなわち270〜325℃およ
び325〜480℃の範囲に亘つて拡つており約300℃および4
00℃においてそれぞれのピークを有する発熱部分を含む
ことが判るであろう。上記の発熱部分は、脂質およびタ
ンパク質の分解および引続いての触媒による油への変換
に帰せられ、これらの発熱部分の面積は、油の生成物に
反応する。本方法は、反応帯域においては、観察された
第２の発熱部分のピーク温度において少なくとも操作さ
れるべきであることが判つた。何故ならば、この温度以
下で操作することは最高の収量をもたらさないからであ
る。発熱反応の部分において最適値以上で操作すること
にはなんら悪影響があるとは思われない。ただし、もち
ろん、明らかな収量の増加なしにそのような高い温度で
の操作は、より大なるエネルギー損失を伴なうであろ
う。
加熱帯域16において必要とされる温度は、もちろん汚泥
がこの帯域を貫通するのに要する時間内における完全な
気化に要する温度であり、実用的な広い範囲は、250℃
ないし350℃である。
反応帯域において必要とされる温度範囲は、遥かに広く
かつ高く、280℃ないし600℃であり、好ましい範囲は32
5℃ないし450℃であり、最適値は前記のように決定され
る。
最適温度の決定は、迅速でしかも比較的低廉なので、種
々の組成の汚泥を用いる連続的操作を容易にする。何故
ならば、変動する汚泥について最適温度かまたはそれに
近い平均温度に維持することを可能にするのに充分なほ
ど頻繁な時間間隔で容易に汚泥を試験しうるからであ
る。すなわち、試験手続は、通常約30分間かかる。商業
的操作の条件下では、汚泥の品質は、通常の８時間交代
の間に不当に変動することは予想されないであろうか
ら、１交代の間に１回試験することが適当であろう。
汚泥の調製 前述のように、下水処理工場の澄明池から直接に得られ
た汚泥は、通常固形物約２〜４重量％を含有し、そして
この濃度は、汚泥が加熱室に供給される前に少なくとも
90％まで増加されるべきである。この固形物含量の水準
は、材料的脱水および加熱乾燥の適当な組合せによつて
達成される商業的な実施におけるものであり、上記の加
熱乾燥は、炭および非凝縮性ガスのエネルギー値を使用
する。自由水の残部は、熱的に除去されなければならな
い。加熱乾燥は、好ましくは前処理工程として実施され
る。というのは、このようにして除去された水は、比較
的高品質であつて容易に再循環または排出されるが、他
方もし気化中に除去されるならば、それは有機生成物に
よつて汚染されるであろう。20％〜45％の値は、通常の
脱水装置によつて容易に得られる。汚泥は、乾燥すると
大きな塊りを形成する傾向があるので、加熱帯域に供給
される前に粉砕されるべきである。商業的操作において
は、粉砕は、約５〜6mm以下の平均粒子径となるまで行
うべきである。
他のプロセス変数の影響 処理中に窒素によるパージが省略された場合には（実験
23）、収量には認められる程の影響は、観察されない。
しかしながら、生成した油は、著しく低い粘度を有して
いた。反対に、温度勾配における低下（10〜５℃／分、
実験24）は、油収量（20.8から16.3％）および熱効率
（81.9から76.9％）の両方における減少という結果をも
たらした。可能な説明は、油の先駆物質が揮化しそして
変換される前に装置から消失するということである。
触媒添加の影響 油物質を生成する化学反応は、明らかに、汚泥の固形物
中にすでに存在していた粘土、沈泥および重金属のよう
な物質によつて自己触媒作用される気相発熱反応であ
り、そして事実、前記のバイエル（Bayer）の論文から
明らかに、触媒は、使用された比較的低いプロセス温度
において得られる比較的高い収量にとつて必須的である
と信じられている。通常の都市の汚泥は、ほとんど常に
反応に触媒作用をなしうる充分な物質を含有するであろ
うが、このことは、例えば食肉または野菜処理工場より
のもののような単一の源泉から主として由来する汚泥の
場合には当てはまらず、そしてそのような状況において
は、触媒物質を人工的に添加することが最適の生産にと
つて必要であろう。利用しうる汚泥にそのような添加物
に対する要求性の試験として、水素添加触媒であるニツ
ケルが、源泉Ｃの汚泥に1,000、2,000および10,000μg/
g-1の値で添加され、そして油収量が評価された。しか
しながら、この汚泥は、すでに約200μg/g-1の量でニツ
ケルを含有していたことに留意されたい（第１表参
照）。10,000μg/g-1を添加した場合に得られたデータ
は、第２表（実験19）に示されており、熱効率は向上し
たが、油収量には著しい改善がなされたとは思われな
い。しかしながら、上記の熱効率の向上は、典型的なも
のではない。何故ならば、ニツケルを添加された汚泥の
熱量値は、ニツケル無添加の汚泥に比較して約10％低か
つたからである。しかし、炭素および水素の収支は、1
0,000μg/g-1のニツケルの添加によつて油への交換にお
ける約10％の増加を示す。もちろん、各プロセスは、触
媒の添加を保証するのに充分なプロセス性能の改善が得
られているか否か、そしてもしそうならば添加すべき量
および種類について個別的な評価を必要とするであろ
う。
ガス／固体接触時間の影響 延長されたガス／固体接触時間が生成物の収量および品
質に影響を及ぼすか否かを評価するために、実験的二重
反応器系が組立てられた。元のものと同一の第２の反応
器が第１の反応器の下流に垂直な位置に置かれた。第１
の反応器からの蒸気は、凝縮する前にこの第２の反応器
に通された。第２の反応器内の温度は、最適の水準に維
持された。この方式で３つの実験が行なわれた。第１の
実験においては、延長されたガス滞留時間の影響を評価
するために空の反応器が使用された（実験31）。第２お
よび第３の実験（実験31、33）は、交互に炭または銅
（脱カルボキシル化触媒）を充填させた第２の反応器を
用いて行なわれ、これらの最後の２つの実験は、延長さ
れたガス／触媒接触時間がいかなる影響を与えるかを確
かめた。第２表のデータは、延長されたガス／触媒接触
時間が油の品質に劇的な影響を与えることを示してい
る。特に、ガス／触媒接触時間が延長された場合には油
の粘度が著しく低下したことが判明する。通常の条件下
では油は、室温において固体であり、すなわち粘度は21
4センチストークス以上であるが、これは炭が触媒とし
て使用された場合には39センチストークスに低下し、そ
して銅触媒が使用された場合には、31センチストークス
に低下した。他の実験においては、液体の油が生成され
たが（例えば、実験２、３、４、23、19）、２段階反応
器からの油は、最も低い粘度を有した。３つの実験にお
ける減少された熱効率は、おそらく完全な生成物の回収
が行なわれなかつたことによるものであつた。従つて、
これらの試験の結果は、コンベヤが固体物質をカバーを
貫通して移動せしめるのみならずまた反応する固体とガ
ス状物質との間の緊密な相互接触を保証するという本発
明によつて開示された特殊なプロセス装置の重要性を示
すものである。この効果は、またモーター調節器134を
介してモーター22の速度を調節することによつても調節
され、このモーター調節器134自体はプロセス調節器82
の制御下にある。
生成物の品質 油および炭は、カナダ国オンタリオ州オタワ市にあるカ
ンメツト社のエネルギー研究所（CANMET's Energy Rese
arch Laboratory）において、合成燃料の分析に通常使
用される一連の分析計によつて分析された。元素分析値
は、第３表に示されている。このデータは、評価された
プロセス条件の範囲に亘つて、油および炭の元素分析値
は、可能な最終用途に関して重大な差異はないことを示
している。すなわち、プロセス条件は、生成物の収量に
は影響を与えうるが、生成物の品質は、元素分析値に関
する限り、プロセスの変動に比較的鈍感であるようであ
る。概略の元素収支によれば、炭素の40〜50％および水
素の30〜40％が油に変換されることを示している。しか
しながら、酸素の３〜６％のみ、イオウの10〜15％およ
び窒素の20〜30％が油の中に残留している。リンの全部
およびイオウの75〜85％は、炭の中に残留している。油
はまた存在する成分の同定および定量のための試みとし
てシーケンシヤル・エリユーシヨン・ソルベント・クロ
マトグラフイーによつても分析された。この分析は、油
が脂肪族炭化水素約26％、モノ芳香族３％以下、ジ芳香
族1.93％およびポリ芳香族0.49％を含有することを示し
ている。ほとんどカルボン酸と思われる極性化合物は、
28％を占めたが、一方0.9％は塩基性のピリジン可溶性
の物質であり、残りの約39％は確認されなかつた。脂肪
族炭化水素の内訳は、前記の第４表に示されている。
第５表に記載された実験のために使用された汚泥は、バ
ツチ実験の源泉Ｃから得られたものであり、そして第１
表において示されたものと同じ組成のものであつた。こ
れらのバツチ実験の油の粘度は、室温（20〜25℃）にお
いて測定されたが、第５表のそれは38℃のASTM標準値に
おいて測定された。一つの典型的な実験は、異なつた部
分の異なつた温度における熱的平衡を得るために、いか
なる物質の供給も行なうことなく約１時間装置を操作さ
せることからなるものであつた。それは、次にプロセス
が平衡に達するための２〜３時間の固体滞留時間（SRT:
以下に説明する）の間操作され、そして分析用の試料
は、プロセスが平衡状態にあるときの次の３〜４時間の
固体滞留時間に等しい期間の間に採取された。固体滞留
時間は、反応管10の炭保有量（全炭含量）と反応管への
等しい炭供給量との比であり、後者は原料物質の炭収量
から推定される： すなわち 第５表において非凝縮性ガス（NCG）は、直接に測定さ
れ、そして第２表の場合のように差の計算によるもので
はない。連続的運転から得られたNCGは、バツチ実験か
ら得られた熱量値の少なくとも２倍の熱量値を有した。
第５表においては、NCGおよび熱分解水の収量は、一般
に第２表のバツチ実験について得られたそれよりも一般
に低く、一方油の収量はより高いらしいということが注
目される。しかし、連続的生成による油の熱量値は、一
般にバツチ式生成による生成物のそれよりも低く、その
ことは、油の中の、例えば遠心分離によつて除去される
必要のある、水の保留によるものと信じられる。連続方
を用いて得られる熱効率（油、炭、NCGその他の全部か
ら回収されるエネルギー）は、一般にバツチ法に比較し
てより高く、このことは予想されることである。
プロセス温度の影響は、実験34〜36によつて例示され
る。最適の結果は、実験35において得られた（450
℃）。実験34は350℃において操作され、油収量が29.71
％から18.53％まで著しく減少するという結果になり、
それに対応して熱効率は96.8％から73.85％まで低下し
た。より高い炭収量およびより高い炭の熱量値によつて
立証されるように、それはまた油の前駆物質の不完全な
揮発という結果になつた。500℃における操作（実験3
6）は、収量（28.16％まで低下）および熱効率（98.04
％まで上昇）への影響は比較的少なく、そして予想され
たように油の粘度は、350℃における160CSから450℃に
おける720CSおよび500℃における34へと低下した。理論
的計算によれば、管10はバツフルシール35が有効となる
ように63gの最小炭保有量を必要とし、そして３つの実
験のすべてについてこの値以下であつたことに注目され
る。極めて多量のガス流が比較的小さなギヤツプを通し
て生ずることができ、そしてこの装置は向流方式で操作
されたが、シールが完全に効果的であつたか否かは疑わ
しく、反応は従つて“混合流”操作、すなわち向流、並
流および加熱帯域後の直接排出の組合せと呼ばれる。
実験37、38および39の比較は、ガス／触媒の接触および
ガス接触時間の影響を説明する。実験37は、コンベヤの
シールが効果的であることを保証するために充分な炭保
留量を有し、このプロセスは真に向流的であり、一方実
験38は、加熱帯域16から発生したガスを全部取出しそし
てそれを直接に凝縮することによつて操作された。実験
39はシールバツフル35を取除きそしてガス出口54および
76を閉鎖し、入口60を今度は出口として作用せしめて操
作されたので、プロセスは真に向流的であつた。これら
の実験は、加熱帯域において生成した油前駆物質を炭触
媒と長時間に亘つてかつ均一に接触せしめることによつ
て粘度の低い改善された生成物が得られることを示して
いる。すなわち、最適の向流による実験37は、並流操作
（実験39）における粘度73CSの油および加熱帯域のみに
おける反応（実験38）における粘度110CSの油に比較し
て粘度33CSの油をもたらした。実験38によるNCG収量
は、最適の実験37において得られたそれよりも高い（6.
37％に比較して9.26％）が、熱量値がより低く（9.68MJ
/kgに比較して3.72MJ/kg）、そして前記のようにもし可
能ならばNCGを最小限とすることが通常好ましい。実験3
7および39のNCG収量は、類似するが（それぞれ6.37％お
よび6.67％）、実験37におけるNCGは、熱量値がより高
い（6.07に比較して9.68）。
油を生成するための反応に利用しうる蒸気の量は、もち
ろん装置への汚泥の供給量と共に増加し、一方利用しう
る触媒の両派、炭の保留量の増加と共に増加する。１つ
の有用な比は、炭保留量を汚泥供給量（SFR）で割つた
ものであり、そして油の粘度は、この比が増大するに従
つて低下することが見出されており、この影響は、実験
37、40および41よりの結果を比較することによつて説明
される。0.070（実験40）から0.176（実験41）への上記
の比の増大は、82から34への粘度の低下によつて伴なわ
れ、一方0.268（実験37）への増大は、33への僅かな低
下によつて伴なわれる。このことは、上記の比は、適当
かつ均一な炭／ガスの接触を保証するのに充分な程高く
あるべきことを示す。
これらの結果は、また油、炭、NCGの３種の生成物の間
のエネルギー収量の分布を、装置の操作条件を適当に調
整し、そして地元の市場によつて最も必要とされる生成
物を最大限に達せしめる可能性をも示している。
環境上の考慮 提出する必要のある環境上の考慮には下記のものが包含
される： （ｉ）プロセス放出物（NCGおよび熱分解水のような水
性および大気性の両方）； および （ii）生成物の最終目的（油、炭、NCG）の影響。
本格的な規模のものにおいては、プロセスを運転せしめ
そしてそれをできる限り自立的なものとするために必要
とされる熱を提供するために、NCGは、炭と共に燃焼さ
れうる。金属の収支は、金属は全部炭の中に残留し、そ
して従つて燃焼は、汚泥の直接燃焼によつて生ずる灰に
極めて類似した圧をもたらし、そして従来の空気汚染抑
制技術が適当なものとなるであろう。
生成した熱分解水は、微生物により分解されうる物質
（約10〜15％の有機炭素、本質的に低分子量の酸その
他）のかなりの量を含有する。予備分析を基準にして、
この流れの中の米国EPAによる優先的汚濁物の濃度は、
極めて低い。従つて、この流れは、可能性としてハイレ
ート嫌気法によつて処理されうるであろう。それはまた
直接燃焼に適したものとするのに充分な有機炭素を含有
する。油の金属分析は、銅、亜鉛、クロム、バナジウ
ム、鉛およびニツケルのような優先的汚濁金属について
は低水準（＜５μg/g）を示す。油にとつての最も価値
のない最終用途は、燃料油の代替物としてそれを燃やす
ことであるが、この点に関しては、過度の環境上の懸念
は、予想する必要はない。しかしながら、例えば輸送期
間用の燃料まで品質を改善することによつて、最終用途
の価値を増大させる可能性は存在する。
概して現時点においては、本発明による方法および装置
の利用を制限するであろうような、環境上の束縛は、確
認されていない。
有機汚泥成分を合成液体燃料に変換することが前述の他
の諸方法に比較して大規模操業では一層魅力的である多
数の理由がある。大きな理由は、それが、貯蔵および輸
送の問題を提起する可燃ガスまたは水蒸気を生成する他
の方法とは異なつて、容易に貯蔵し輸送しうる貴重な、
減少しつつある資源を生成するということである。更
に、本発明の方法は、簡単であり、かつ他の生物学的変
換方法のように、駄目になる傾向がない。一つの著しい
利点は、歴史的に汚泥を“望ましくないもの”と見なさ
しめた諸性質の多くが今や成功のための前提条件である
ということである。金属、特に銅は、本質的に油生成反
応に触媒作用をする。高い有機（揮発性）濃度は、望ま
しことであり、汚泥の源泉は、大きな工業的センターに
近接しているべきである。更に、本方法は、汚泥中の炭
素の95％までを液体および固体の燃料に変換する。対照
的に、例えば嫌気性消化は、通常炭素の約25％をメタン
に変換するのみである。最後に、汚泥に関連した潜在的
な病原性およびウイールスの問題は、必要な熱処理によ
つて取除かれ、そして究極的な固体処分の問題は、炭の
利用よりの灰に限られる。
近年、下水汚泥中に蓄積する有毒な有機化合物に関して
懸念が示され、そして殺虫剤、多核芳香族（PNA）およ
びフタレートが汚泥中の最もしばしば認められる有毒な
有機物質である。これらの化合物の存在は、多くの汚泥
の処分方法に対して悪影響を与えることがあるけれど
も、それらの存在は、本発明のそれのような合成油生成
方法には影響を与えそうもない。事実、天然産の原油
は、PNAを包含するこれらの有毒な有機化合物のかなり
の量を含有することが判つた。合成油に移動されない有
機化合物は、炭の中に残存し、その燃焼中に酸化される
べきである。また、現在、酸性雨に関する広範囲に亘る
懸念があり、この酸性雨は、一部炭化水素の燃焼から生
じたイオウおよび窒素の酸化物に原因する。汚泥から誘
導された油は、イオウ0.05〜1.2％を含有することが示
され、これは最も品質のよい天然産の粗製油に匹敵す
る。汚泥から誘導された油の窒素含量は、天然産の粗製
油よりも多少高い。これらの成分の両方は、ガスクリー
ナ58において脱離することによつて変換に先立つて容易
に除去されうる。従つて、品質の観点から汚泥から得ら
れた油の利用は、制限されないものと思われる。
この汚泥変換法をその可能性まで利用することは、廃水
処理の思考における当然の変化を意味する。接触安定
化、ハイレート活性汚泥およびデイープ・シヤフト法の
ような汚泥の生産を最大限にする系が有利である筈であ
る。生汚泥は、処理に先立つて脱水のみを行なうべきで
ある。更に、金属は、反応に触媒作用をすることが要求
されるので、産業流出物のための前処理の必要性は緩や
かなものでありうる。変換方法は、金属が炭の中に残留
するように保証するのに充分な程低い温度において操作
される。明らかに、そのような炭の燃焼から得られる炭
は、金属含量が極めて高いけれども、その容積が元の汚
泥よりも著しく少く、固めまたは埋め立て処理は、著し
い経済的不利益を生じない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による連続方法を実施するための本発
明による装置の縦断面を示す概略説明図である。 第1A図は、第１図に示された装置におけるコンベヤのス
クリユコンベヤ構成体14の端面を示す図である。 第２図は、第１図に示された装置において用いられるコ
ンベヤのリフテイング／コンベーイングブレード集合体
の透視図である。 第３図は、本発明による方法のプロセスデータを作製す
るために使用されたバツチ式実験室用装置の概略側面図
である。 第４図は、最適のプロセスコントロール温度の決定に使
用された示差走査熱量計セルの部分的断面図である。 第５図は、第４図に示された示差走査熱量計によつて測
定された下水汚泥の発熱反応を示すサーモグラムであ
る。 上記各図において、主要部分を参照数字をもつて示せば
下記のとおりである： 10…管状カバー 12a,12b…炉 14…スクリユコンベヤ構成体 16…加熱帯域 18…反応帯域 20…コンベヤ軸 22…可変速モーター 24…減速機 26…シール 28…シール室 30…管路 32…加熱帯域の固形物出口 34…反応帯域の固形物入口 35…部分的邪魔板 36…供給ホツパ 38…加熱帯域入口 40…水平スクリユコンベヤ 42…スクリユコンベヤ 44…垂直管 45…可変速モーター 48…熱交換器 49…ヘリカルスクリユコンベヤの部分 50…ブレード組立体 52…プレード 54…ガス状生成物出口 56…管路 58…ガス調節室 60…ガス状生成物入口 62…星形弁 64…炭貯蔵槽 66…コンベヤ 68…管路 70…弁 72…加熱帯域内のガスの流れの方向 74…加熱帯域内の固形物の流れの方向 76…ガス状生成物の出口 78…反応帯域内のガス流れの方向 80…反応帯域内の固形物の流れの方向 82…プロセス調節器 84…炉調節器 86,88…熱電対 90…記録計 92…管路 94…凝縮器 96…非凝縮ガス出口管 98…非凝縮ガス排出管 100…パイレツクス管 102…炉 104…フラスコ 106…管路 108…窒素供給容器 110…支持体 112…熱電対 114…読取り装置 116…熱量計本体 118…試料室 120…入口 122…蓋 124…皿支持体 126…参照皿 128…試料皿 130,132…熱電対 134…モーター調節器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハーバート・ダブリユ・キヤムプベル カナダ国、エル７エイチ６ケイ９、オンタ リオ州、ダンダース、ウアツトソン・レイ ン、139

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】下記の各工程： ａ）加熱帯域内で酸素の不存在下で乾燥汚泥／生物系廃
    棄物を、その中の油−生成有機物質を揮発させるために
    少なくとも250℃そして最高350℃の温度で充分に加熱し
    て両加熱帯域にガス状生成物を遊離して加熱された汚泥
    ／生物系廃棄物残査を生成し； ｂ）上記のガス状生成物を加熱帯域から取り出し； ｃ）その後、工程ａ）からの加熱された汚泥／生物系廃
    棄物残査を、その取り出された加熱帯域ガス状生成物と
    反応帯域内で酸素の不存在下で、ガス／固体の接触、油
    −生成反応の第一の温度より高い温度（280℃から600
    ℃）で接触せしめて両者の間に油生成反応を起こさせて
    反応帯域ガス状生成物を得、その際上記第一の温度およ
    び第二の温度はガス状生成物を分解する温度より低くす
    る、そして； ｄ）工程ｃ）の反応帯域ガス状生成物を反応帯域から取
    り出しそしてそれから少なくとも凝縮可能油生成物を分
    離する、 という工程からなる、有機物質を含有する汚泥／生物系
    廃棄物の変換方法。
  2. 【請求項２】工程ｃ）において、加熱された汚泥／生物
    系廃棄物および加熱帯域ガス状生成物がそれらの間に必
    要なガス／固体の接触を起こさせるために、互いに関し
    て向流的に反応帯域内に移動せしめられる特許請求の範
    囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】工程ａ）において、乾燥された汚泥／生物
    系廃棄物および加熱帯域ガス状物質が、油−生成有機物
    質が気化する間に互いに関して並流的に加熱帯域内を移
    動せしめられる特許請求の範囲第１項記載の方法。
  4. 【請求項４】粉砕された形の加熱された汚泥／生物系廃
    棄物固体物質を、反応帯域内をリフテイングコンベヤー
    によりこの固体物質を持ち上げ運ばれ、そして重力によ
    りその帯域内の加熱帯域ガス状生成物中を落下せしめて
    それらの間に必要なガス／固体の接触を起こさせる、特
    許請求の範囲第１〜第３項のうちのいずれかに記載の方
    法。
  5. 【請求項５】工程ａ）に先立って、汚泥／生物系廃棄物
    が20％ないし45重量％の固形物含量まで機械的に脱水さ
    れる、特許請求の範囲第１〜第３項のうちのいずれかに
    記載の方法。
  6. 【請求項６】工程ａ）に先立って、汚泥／生物系廃棄物
    が20％ないし45重量％の固形物含量まで機械的に脱水さ
    れ、そして脱水された汚泥／生物系廃棄物が少なくとも
    90重量％の固形物含量まで熱的に乾燥される、特許請求
    の範囲第１〜第３項のうちのいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】加熱帯域内の乾燥された汚泥／生物系廃棄
    物が250℃ないし350℃の範囲内の温度に加熱される、特
    許請求の範囲第１〜第３項に記載の方法。
  8. 【請求項８】反応帯域内の加熱された汚泥／生物系廃棄
    物が280℃ないし600℃の範囲内の温度に加熱される、特
    許請求の範囲第１項〜第３項のうちのいずれかに記載の
    方法。
  9. 【請求項９】乾燥された汚泥／生物系廃棄物の固体物質
    が加熱帯域内に入る前に粉砕される、特許請求の範囲第
    １〜第３項のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】乾燥された汚泥／生物系廃棄物が連続的
    に加熱帯域内に入り、そしてその中を連続的に運ばれ、
    加熱帯域からのガス状生成物が連続的にそこから取り出
    される、工程ａ）からの加熱された汚泥／生物系廃棄物
    が連続的に加熱帯域から反応帯域に運ばれ、そして連続
    的に反応帯域内を運ばれ、そして得られた別々の固体生
    成物およびガス状生成物が連続的に別々の固体生成物お
    よび反応生成物のそれぞれの出口を経て反応帯域から排
    出され、そして加熱帯域からのガス状生成物が連続的に
    固体生成物排出口に隣接する反応帯域内に供給されてこ
    の反応帯域内を固体生成物に対して向流的に移動せしめ
    られる、特許請求の範囲第１〜第３項のいずれかに記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】加熱帯域からのガス状生成物を、反応帯
    域に供給する前に望ましくない成分を除去するために処
    理する工程を包含する、特許請求の範囲第１〜第３項の
    いずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】加熱帯域からのガス状生成物を、反応帯
    域に供給する前に窒素および／またはイオウを除去する
    ために処理する工程を包含する、特許請求の範囲第１〜
    第３項のうちのいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】加熱帯域に供給された汚泥／生物系廃棄
    物の試料を、示差走査熱量測定により試験しそしてこの
    方法による油物質の生成を特徴づける発熱反応の温度範
    囲を示すサーモグラムを得、 このサーモグラムからエネルギー損失が少なく上記試料
    からの油生成物の最大収量をうるための最適温度を決定
    し、そして反応帯域の平均温度を、上記のようにして決
    定された油生成のための最適温度に等しくなるように調
    整する、という工程を包含する特許請求の範囲第１〜第
    ３項のうちのいずれかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】汚泥／生物系廃棄物が活性汚泥／生物系
    廃棄物50ないし88重量％を含有する下水汚泥／生物系廃
    棄物である特許請求の範囲第１〜第３項のうちのいずれ
    かに記載の方法。
  15. 【請求項１５】変動する成分の汚泥／生物系廃棄物を用
    いて連続操作をするために、さらに下記の各工程： ｅ）工程ｂ）およびｃ）を適用することによって時間間
    隔をおいて汚泥／生物系廃棄物を試験し、そして ｆ）工程ｄ）に従って反応の平均温度を調整しその際上
    記の時間間隔は平均温度を変動する組成の汚泥／生物系
    廃棄物のための最適温度に、あるいはその付近に維持す
    るのに充分な程煩雑なものとする、 各工程を包含する、特許請求の範囲第１〜第３項のいず
    れかに記載の方法。
  16. 【請求項１６】乾燥された汚泥／生物系廃棄物のための
    入口および加熱帯域ガス状生成物および残りの加熱帯域
    固体生成物のための別々の出口を有する加熱帯域を画定
    するカバー； 加熱帯域カバー内において固体生成物をその入口から固
    体生成物出口まで運ぶためのコンベア手段； ガス状および固体生成物のための別々の入口および上記
    のガス状および固体生成物のための別々の出口を有する
    加熱された反応帯域を画定するカバー； 反応帯域カバー内において固体生成物をその固体生成物
    入口からその固体生成物出口まで運ぶためのコンベア手
    段； 上記加熱帯域固体生成物の出口は固体生成物の通過のた
    めの反応帯域固体生成物の入口と連絡しており；そして 加熱帯域ガス状生成物出口を反応帯域ガス状生成物入口
    と連結するダクト手段； からなることを特徴とする、汚泥／生物系廃棄物を変換
    するための装置。
  17. 【請求項１７】ダクト手段が、加熱帯域ガス生成物の出
    口を、反応帯域固体生成物の出口に隣接する反応帯域ガ
    ス状生成物の入口と連結し、一方反応帯域ガス状生成物
    の出口が、反応帯域固体生成物の入口に隣接しており、
    従ってガス状生成物は、反応帯域内ではその中の固体生
    成物の運動と向流的に移動する、特許請求の範囲第16項
    に記載の装置。
  18. 【請求項１８】加熱帯域におけるコンベア手段および反
    応帯域におけるコンベア手段が単一の連続的コンベアで
    あり、そして加熱帯域と反応帯域との間に連結コンベア
    帯域を設けてその中を固体物質を加熱帯域から反応帯域
    までガス状物質中を実質的に通過することなく通ること
    ができるようにしたカバーが設けられていることを特徴
    とする特許請求の範囲第16項または第17項に記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】少なくとも反応帯域におけるコンベア
    が、固体物質を持ち上げそしてそれを上記反応帯域内の
    ガス状雰囲気中を重力下に落下せしめてこの帯域内の固
    体生成物とガス状生成物との間にガス／固体の接触を起
    こさせるリフテイングコンベアである、特許請求の範囲
    第16項または第17項に記載の装置。
  20. 【請求項２０】少なくとも反応帯域におけるコンベア
    が、固体物質を持ち上げそしてそれを上記反応帯域内の
    ガス状雰囲気中を重力下に落下せしめてこの帯域内の固
    体生成物とガス状生成物との間にガス／固体の接触を起
    こさせるリフテイングコンベアであり、そして上記のコ
    ンベアが長手方向の軸の回りを回転するように取り付け
    られた軸、および反応帯域内に長手方向に間隔を置いて
    放射状に延びている、長手軸に対して傾斜し、そして固
    体物質を長手軸の方向に対して横断方向に持ち上げ、そ
    してこの固体物質を上記軸の方向に縦に移動せしめる多
    数のリフテイングパドルを有している、特許請求の範囲
    第16項または第17項に記載の装置。
  21. 【請求項２１】加熱帯域におけるコンベア手段および反
    応帯域におけるコンベア手段が単一の連続的コンベアで
    あり、そして加熱帯域と反応帯域との間に連結コンベア
    帯域を設け、その中を固体物質を加熱帯域から反応帯域
    までガス状物質中を実質的に通過することなく通ること
    ができるようにした手段が設けられており、そして上記
    のコンベアが長手方向の軸の回りを回転するように取り
    付けられた軸、および反応帯域内に長手方向に間隔を置
    いて放射状に延びている、長手軸に対して傾斜し、そし
    て固体物質を長手軸の方向に対して横断方向に持ち上
    げ、そしてこの固体物質を上記軸の方向に縦に移動せし
    める多数のリフテイングパドルを有している、特許請求
    の範囲第16項または第17項に記載の装置。
  22. 【請求項２２】加熱帯域の出口と反応帯域の入口との間
    に連結された加熱帯域のガス状生成物を処理する手段を
    包含する、特許請求の範囲第16項または第17項に記載の
    装置。
  23. 【請求項２３】加熱帯域の出口と反応帯域の入口との間
    に連結された加熱帯域のガス状生成物から窒素および／
    またはイオウを除去するための手段を包含する、特許請
    求の範囲第16項または第17項に記載の装置。
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