JPH10263597A - 膨化汚泥を用いた固体燃料・水スラリの安定化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 膨化汚泥を固体燃料・スラリに適量混合する
ことにより、貯蔵中あるいは配管輸送中に固体燃料が沈
降したり、圧密化したりしない。 【解決手段】 有機性汚泥を加圧下において加熱し、そ
の後に加熱汚泥を瞬時に脱圧して得られた有機性膨化汚
泥と固体燃料・水スラリとを混合添加して沈降分離性の
小さい安定化スラリを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石炭および／または
石油コークスなどから成る固体燃料・水スラリに膨化汚
泥を適量混合して貯蔵中あるいは配管輸送中に固体燃料
が沈降したり、圧密化することのないように安定性に優
れた固体燃料・水スラリの安定化に関するものである。
更に詳しくは、工場廃水、生活廃水の処理残渣として発
生する有機性汚泥の有効利用化のために、有機性汚泥を
加圧下で加熱し、その後脱圧して得られた膨化汚泥を含
有する、石炭および／または石油コークスからなる固体
燃料・水スラリの安定化に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年エネルギー源として石炭、石油コー
クスなどの固体燃料が見直されてきている。とりわけ固
体燃料を石油のような流体燃料とするために、微粉状に
して水に分散させて固体燃料・水スラリとする流体燃料
化の開発が進められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
固体燃料・水スラリを製造する際、固体燃料の濃度を上
げるとスラリの粘度が著しく高くなり、スラリの流動性
が損なわれ、取扱いやパイプ輸送が困難となる。また逆
にスラリの粘度を下げるために固体燃料の濃度を下げる
と固体燃料が沈降したり、あるいは輸送効率が低下した
り、燃料やガス化原料として使用するためには後処理と
して脱水工程を必要とする難点があることが知られてい
る。

【０００４】このような問題点を解決するために、グア
ーガム、キサンタンガムなどの天然多糖類、ポリビニー
ルアルコール、ポリアクリルアミド、カルボキシメチル
セルロースほかの有機系安定化剤あるいはベントナイ
ト、アタパルジャイトほかの無機系安定化剤などを使用
したり、固体燃料の粒度分布を調整したりする方法が開
発されている。

【０００５】しかしながらこの場合でも、スラリを長期
間静置させておくと、比重の違いにより固体燃料の沈降
が生じ、しかも沈降物の圧密化による脱水現象により強
固な固体沈降層が形成されないようにするために高価な
有機系安定化剤や無機系安定化剤などを多量に添加する
と、結果的に粘度が高くなるとともに固体燃料・水スラ
リの価格が高くなり、経済的でないといった問題点が指
摘されていた。

【０００６】例えば、石炭−水スラリにポリアクリルア
ミドあるいはグアーガムなどの高分子界面活性剤を添加
した場合、高分子界面活性剤の添加により一応安定な石
炭−水スラリの製造は可能であるが、得られるスラリの
粘度は、20000cp 以上となり、取扱いや輸送が難しく、
実用的でない。

【０００７】また、石炭の粒度分布を調整したり、さら
には有機分散剤としてリグニンスルホン酸のアルカリ土
類金属塩、無機のアルカリ金属塩などを用いて高濃度
で、かつ安定な石炭−水スラリを製造する方法が知られ
ている（特開昭５７−９６０９０号公報参照）。しかし
提案された方法で石炭の粒度分布を調整し、リグニンス
ルホン酸のアルカリ土類塩などを添加して高濃度化を図
ろうとしても、必ずしも満足できる程度の高濃度のスラ
リが得られない。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、有機性汚泥を加圧化において加熱し、その後に加熱
汚泥を瞬時に脱圧して得られた膨化汚泥自体が沈降分離
せず、適当の粘度があり、さらに安価であることを参酌
して、固体燃料−水スラリに添加して固形燃料の沈降分
離を防止し、安定化を図ることを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明における第１の発明では、有機性汚泥を加圧
下において加熱し、その後に加熱汚泥を瞬時に脱圧して
得られた有機性膨化汚泥と固体燃料・水スラリとを混合
添加して混合スラリを製造する。また、第２の発明で
は、有機性汚泥を加圧下において加熱し、その後に加熱
汚泥を瞬時に脱圧して有機性膨化汚泥スラリを形成する
際に、前記有機性汚泥を加熱、加圧する反応槽に接続し
た循環ライン上にて循環流動させつつ加熱し、脱圧後に
膨化汚泥をミキシングすることにより生成した流動性に
優れた低粘度汚泥スラリを、石炭および／または石油コ
ークスなどからなる固体燃料を湿式粉砕して得られた固
体燃料・水スラリに供給して膨化汚泥と固体燃料・水ス
ラリとの混合スラリを製造する。さらに、第３の発明で
は、有機性汚泥を加圧下において加熱し、その後に加熱
汚泥を瞬時に脱圧して有機性膨化汚泥スラリを形成する
際に、前記加熱工程の前処理として汚泥の捏和処理を予
め行った後に膨化工程に供給して生成して得られた擂り
潰し汚泥を流動させつつ加熱し、脱圧後に膨化汚泥をミ
キシングすることにより生成した流動性に優れた低粘度
汚泥スラリを、石炭および／または石油コークスあるい
はガス化や熱分解などで生じた未反応炭素を主成分とす
る固体燃料を湿式粉砕して得られた固体燃料・水スラリ
に供給して膨化汚泥と固体燃料・水スラリとの混合スラ
リを製造するようにした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る膨化汚泥を用
いた固体燃料・水スラリの安定化方法の実施例を図１〜
図５を用いて説明する。

【００１１】図１は有機性汚泥の膨化処理構成を示すブ
ロック図、図２はその他の実施形態のシステム構成ブロ
ック図、図３はさらにその他の実施形態のシステム構成
ブロック図、図４は実施形態で得られた膨化汚泥の粘度
特性の比較図、図５は膨化汚泥の添加率と石炭−水スラ
リ粘度との関係図である。

【００１２】図１において、工場廃水や生活廃水の処理
の残渣として発生する有機性汚泥は廃水処理施設からの
輸送ハンドリングのために脱水処理され、通常の含水率
は７８〜８３重量％を有するものとなっている。この脱
水汚泥は、大部分が微生物細胞で構成され、汚泥は水分
を内包するように細胞膜で覆われている。この細胞膜は
単純な脱水処理によっては破壊されず、したがって上記
含水率以下に汚泥を脱水することが困難であり、含水率
は多いものの粘性が高い汚泥として本発明の処理システ
ムに導入するようにしている。

【００１３】このようなケーキ態様を示す有機性汚泥は
バンカ１０に一次的に貯溜され、バンカ下部の排出部に
設置されたスクリュウポンプ１２によって下流の処理シ
ステムに圧送供給される。スクリュウポンプ１２からの
汚泥送給ライン１４には予熱器１６が介装され、搬送す
る汚泥を加圧状態で加熱する汚泥膨化反応槽１８へ導入
する前に加熱し、汚泥膨化反応槽１８での熱負荷を小さ
くしている。

【００１４】前記汚泥膨化反応槽１８は、導入された予
熱汚泥を加熱、加圧処理するものであり、これは密閉容
器として構成されているが、この汚泥膨化反応槽１８に
は並列に汚泥循環ライン２０が接続され、反応槽１８の
下部排出口から槽上部に向けて汚泥を還流しつつ循環流
動させるようにしている。循環のために圧送ポンプ２２
が循環ライン２０に設けられており、前記汚泥送給ライ
ン１４を圧送ポンプ２２の入口に接続し、スクリュポン
プ１２から圧送されてくる汚泥８０を強制循環させるよ
うにしている。また、この循環ライン２０に加熱器２４
を設け、汚泥が循環する過程でこれを１６０〜１７０℃
程度まで加熱昇温させるようにしている。

【００１５】この汚泥膨化反応槽１８および循環ライン
２０から構成される循環流路を汚泥が加熱流動する過程
で昇圧し、これをほぼ７Ｋｇ／ｃｍ2 に維持するように
汚泥膨化反応槽１８には調圧バルブ（図示せず）が装備
されている。この実施形態では、スクリュポンプから連
続的に圧送されてくる汚泥は、循環流路を流動するが、
このとき汚泥膨化反応槽１８の汚泥量レベルが一定にな
るように調整しつつ、この加熱汚泥を次段のミキシング
槽３５に連続的に排出させるものとしている。

【００１６】循環流路を流動する間に加熱、加圧された
加熱汚泥の細胞破壊をなすために、前記循環ライン２０
の圧送ポンプ２２の出側（もしくは汚泥膨化反応槽１８
の下端側）には排出管２６が接続され、これをミキシン
グ槽３５に連結している。ここで、加圧されている加熱
汚泥を排出管２６を通じてミキシング槽３５に排出する
際、加圧汚泥の圧力を瞬時に大気圧まで開放してフラッ
シュさせるためのフラッシュ弁３０を排出管２６に設け
ている。

【００１７】したがって、循環流路のポンプ２２から加
圧状態で圧送されてくる加熱汚泥は、フラッシュ弁３０
を通過することにより、大気圧まで圧力が瞬時に開放さ
れ、この脱圧により汚泥細胞内に存在する水が急激に気
化膨張し、この作用により汚泥粒子の細胞膜の破壊が促
進され、水分の溶出と汚泥細胞膜の微細化により流動性
が極めて高い状態の膨化汚泥スラリが生成され、ミキシ
ング槽３５に収容される。

【００１８】ここで、ミキシング槽３５は縦中心軸に多
段に取付けられた回転翼３４と、ミキシング槽３５の内
壁側に固定され、前記回転翼３４の間に介在するように
配置された多段の静止翼３６とから構成されている。各
段の回転翼３４はミキシング槽３５の内壁面に接近する
ように放射状に延長された複数の翼刃からなり、回転翼
３４の回転に伴って収容されている汚泥に剪断力を与え
る刃部を有している。

【００１９】したがって、ミキシング槽３５内に導入さ
れた汚泥は、静止翼３６と回転翼３４による剪断作用を
受け、フラッシュ蒸発された膨化汚泥は槽内を流下する
際にミキシング攪拌されるものとなっている。このよう
なことから、汚泥膨化反応槽１８に予熱された汚泥を導
入し、この反応槽１８と循環ライン２０との間の循環流
路を循環流動させる過程で、汚泥は加熱器２４により加
熱され、加圧状態で循環され、汚泥が均一な温度状態と
なる。循環流動で、汚泥は１６０〜１７０℃に均一加熱
され、熱変質により汚泥細胞膜の一部が破壊され、同時
に汚泥中の水分が蒸発して気液平衡状態における圧力を
得ることができ、循環流路内圧力が７Ｋｇ／ｃｍ2 程度
に達するのである。

【００２０】そして、脱圧されたミキシング槽３５から
排出された汚泥は、回転翼３４の回転時のミキサの剪断
作用により、汚泥ブロックは微細化され、汚泥粒子細胞
単位もしくはそれらの小集合体まで細分化されるものと
なる。このようにして得られた膨化汚泥スラリは、部分
酸化反応によるガス化処理に供するために、ミキシング
槽３５から汚泥スラリ供給管４１を通じて湿式粉砕機４
４に供給されるようになっている。

【００２１】また、湿式粉砕機４４では、ガス化主原料
としての石油コークス９０を微粉砕しつつ、流動性調整
のための水を供給できるようにし、前記膨化汚泥スラリ
と混合し、できた混合スラリはスラリタンク４２に供給
してガス化原料スラリとするようにしている。

【００２２】ここで膨化汚泥スラリは循環流路中での加
熱、加圧およびフラッシュ操作の後、膨化汚泥のミキシ
ング作用をなしているため、粘度が１０００ｃｐ以下、
最大でも３５００ｃｐ以下の流動性の良い低粘度スラリ
である。したがって、膨化汚泥スラリに適宜な粒径に粉
砕した石油コークス９０や石炭などの化石燃料を混合し
て、ガス化原料スラリとすることができる。

【００２３】このとき、ガス化炉ではスラリスクリーン
やバーナへの供給条件から、現在ではガス化原料スラリ
の粘度は１０００ｃｐ以下であることが要求されてい
る。本実施形態では、有機性汚泥８０の膨化後にミキシ
ングを施してそのスラリ粘度を極めて低下させることが
できるため、ガス化に要求される含水率（３７〜４０重
量％）を維持してガス化原料スラリにおける膨化汚泥ス
ラリ中に含まれる有機性固形分をドライベースで最大約
４．０重量％まで高めることができる。

【００２４】また、逆にガス化原料スラリにおける膨化
汚泥スラリの混合率が１０重量％とするなど一定の値に
設定して、ミキシング工程で粘度を大幅に低下させた膨
化汚泥スラリを混合して、ガス化原料スラリに要求され
る流動性を維持しつつ、化石燃料自体のスラリ化に必要
な含水率を大きく低減することができる。

【００２５】スラリタンク４２には攪拌機４６が装備さ
れ、スラリタンク４２内で膨化汚泥スラリと粉砕石油コ
ークス９０の混合攪拌がなされ、ガス化原料が生成さ
れ、ここに一時的に貯溜される。前記スラリタンク４２
よりガス化原料スラリをスラリポンプ４８によってガス
化炉５０に送るようにしている。ガス化炉５０は頂部に
バーナ５２が取付けられており、ここでガス化原料であ
る有機性汚泥と石油コークス９０との混合物の理論燃焼
酸素量の４０〜６０％の量の酸素とともに、ガス化炉５
０に噴霧供給し、１、２５０〜１、４５０℃の温度で部
分酸化によるガス化を行うようにしている。

【００２６】この場合、ガス化炉５０内の圧力は２０〜
８０気圧程度に設定するようにしている。ガス化炉５０
の上部は耐火物５４で内張りされて反応室５６が形成さ
れている。また、ガス化炉５０の下部には急冷室５８が
設けられ、反応室５６と急冷室５８とをスロート部６０
で連通している。急冷室５８にはガス急冷用の水を送る
水ライン６２が開口され、適宜な水位となるように水を
供給するようにしている。

【００２７】この冷却水には下端部が水に没する筒状の
ディップチューブ６４およびドラフトチューブ６６が同
軸的に設けられている。したがって、反応室５６で発生
したガスは、スロート部６０およびディップチューブ６
４を通過し、急冷室５８内の水中に吹き込まれ、その
後、ディップチューブ６４とドラフトチューブ６６間の
環状部分を通った後、急冷室５８の水面の上方域に設け
られたガス排出口６８からガスライン７０を通って後続
するガス合成処理設備などに送給させるようにしてい
る。

【００２８】次に、図２および図３に示す実施形態によ
って、図１に示す類似の汚泥の膨化処理を行い、当該実
施形態で得られた膨化汚泥を湿式粉砕機４４にて粉砕中
の石炭および／または石油コークスから成る固体燃料・
水スラリに適量添加して安定性に優れた固体燃料・水ス
ラリを得る場合について説明する。

【００２９】まず、図２のその他の実施形態のシステム
構成ブロック図を用いて膨化汚泥の製造プロセスについ
て説明する。有機性汚泥を一次的に貯留するバンカ１０
が設けられており、バンカ１０下部の排出部に設置され
たスクリュウポンプ１２によって下流の処理システムに
圧送供給できるようにしている。バンカ１０からの汚泥
圧送ライン１４には予熱器１６が介装され、搬送する汚
泥を加圧状態で加熱する１次汚泥膨化反応槽１８での熱
負荷を小さくしている。

【００３０】前記１次汚泥膨化反応槽１８は、導入され
た予熱汚泥を加熱、加圧処理するものであり、これは密
閉容器として構成されているが、この１次汚泥膨化反応
槽１８には並列に汚泥循環ライン２０が接続され、１次
汚泥膨化反応槽１８の下部排出口から槽上部に向けて汚
泥を還流しつつ循環流動させるようにしている。

【００３１】循環のために循環ポンプ２２が循環ライン
２２に設けられており、前記予熱器１６から供給されて
くる予熱汚泥を循環ポンプ２２の入口に導入し、予熱汚
泥を１次汚泥膨化反応槽１８と循環ライン２０からなる
循環流路を強制循環させるようにしている。また、この
循環ライン２０に加熱器２４を設け、汚泥が循環する過
程で１次汚泥膨化反応槽１８および循環ライン２０から
構成される循環流路を汚泥が加熱流動する過程で昇圧
し、これをほぼ７Ｋｇ／ｃｍ2 に維持するように１次汚
泥膨化反応槽１８には調圧（図示せず）が装着されてい
る。

【００３２】この実施形態では、連続的に圧送されてく
る予熱汚泥は、循環流路を流動するが、このとき１次汚
泥膨化反応槽１８の汚泥量レベルが一定になるように調
整しつつ、この加熱汚泥を次段のタンクに連続的に排出
させるものとしている。もちろん、バッチ処理をするた
めに、循環流路を閉流路とすべく、１次汚泥膨化反応槽
１８と循環ライン２０から構成される循環ユニットの上
流側と下流側の流路を遮断する複数の流路遮断弁を設
け、このユニット内に一定量の汚泥を導入した状態で加
熱・加圧するようにしてもよい。

【００３３】循環流路を流動する間に加熱、加圧された
加熱汚泥は細胞破壊をなすため、１次汚泥膨化反応槽１
８の下端部（もしくは前記循環ライン２０の循環ポンプ
２２の出側）には排出管２６が接続され、これを２次汚
泥膨化反応槽２８に連結している。ここで、加熱されて
いる加熱汚泥膨化を排出管２６を通じて２次汚泥膨化反
応槽２８に排出する際、加熱汚泥の圧力を瞬時に大気圧
まで開放してフラッシュさせるためのフラッシュ弁３０
を排出管２６に設けている。

【００３４】したがって、循環流路のポンプ２２から加
圧状態で圧送されてくる加熱汚泥は、フラッシュ弁３０
を通過することにより、大気圧まで圧力が瞬時に開放さ
れ、この脱圧により汚泥細孔内に存在する水が急激に気
化膨張し、この作用により汚泥粒子の細孔膜の破壊が促
進され、水分の溶出と汚泥の微細化により流動性が極め
て高い状態の膨化スラリが生成され、２次汚泥膨化反応
槽２８に収容される。

【００３５】ここで、当該実施形態では、２次汚泥膨化
反応槽２８の内部にはミキサー３２が装備されている。
これは図１に示した場合と同様に、２次汚泥膨化反応槽
２８の縦中心軸に多段に取付けられた回転翼３４と、１
次汚泥膨化反応槽１８の内壁側に固定され、前記回転翼
３４の間に介在するように配置された多段の静止翼３６
を受け、フラッシュ蒸発された膨化は槽内に流下する際
にミキシング攪拌されるものとなっている。

【００３６】このようなことから、１次汚泥膨化反応槽
１８に予熱された汚泥を導入し、この１次汚泥膨化反応
槽１８と循環ライン２０との間の循環流路に循環流動さ
せる過程で、汚泥は加熱器２４により加熱され、加圧状
態で循環され、汚泥が均一な温度状態となる。循環流動
で、汚泥は１６０〜１７０℃に均一加熱され、熱変質に
より汚泥細胞膜の一部が破壊され、同時に汚泥中の水分
が蒸発して気液平衡状態における圧力を得ることがで
き、循環流路内圧力が７Ｋｇ／ｃｍ2 程度に達するので
ある。そして脱圧され２次汚泥膨化反応槽２８から排出
された汚泥は、反応槽内のミキサー３２の剪断作用によ
り、汚泥ブロックは微細化され、汚泥粒子細胞単位もし
くはそれらの小集合体まで細分化されるものとなる。

【００３７】次に図３の構成について示すが、図３では
図２と異なる要部についてのみ説明する。まず、バンカ
１０が設けられ、バンカ下部の排出部に設置されたスク
リュウポンプ１２によって下流の処理システムに圧送供
給できるようにしている。バンカ１０からの１次汚泥送
給ライン１４には予熱器１６が介装され、搬送する汚泥
を加圧状態で加熱する１次汚泥膨化反応槽１８へ導入す
る前に加熱し、１次汚泥膨化反応槽１８での熱負荷を小
さくしている。

【００３８】本実施形態では、１次汚泥膨化反応槽１８
に供給し、膨化処理する前に捏和装置１２０により予熱
された汚泥を擂り潰すために捏和処理をなすのである。
この捏和装置１２０としては、ボールミル、チューブミ
ル、またはテーブルミル等の粉砕装置、あるいはスクリ
ュ押出機、ロールミル、またはコニーダのような混練装
置等を用いることができる。例えば、ロールミルではロ
ールとロールの間隙を繰り返し通過させることにより汚
泥を圧延し、捏和効果を得るものである。

【００３９】ロールは１本から数本のものまであり、図
示のように２本以上有する場合は、第１ロールを低速に
し、第２ロールより順次回転を増やすようにして、各々
接するロールの間を通過する際に剪断、圧延を繰り返し
て捏和する。実施形態には２本のミルローラ１２２を備
えた例を示しており、これがほぼ転接する配置状態で回
転駆動可能とされ、ローラ対の上部隙間に汚泥を投入す
ることにより、ローラ間で汚泥粒子を擂り潰すようにし
ている。この捏和装置１２０は下部に圧送ポンプ１２３
を具備し、擂り潰し汚泥を後段の１次汚泥膨化反応槽１
８に圧送供給するようにしている。

【００４０】前記１次汚泥膨化反応槽１８は、導入され
た擂り潰し汚泥を加熱、加圧処理するものであり、これ
は密閉容器として構成されているが、この１次汚泥膨化
反応槽１８には並列に汚泥循環ライン１２４が接続さ
れ、１次汚泥膨化反応槽１８の下部排出口から槽上部に
向けて汚泥を還流しつつ循環流動させるようにしてい
る。循環のために循環ポンプ１２６が循環ライン１２４
に設けられており、前記捏和装置１２０から供給されて
くる擂り潰し汚泥を循環ポンプ１２６の入口に導入し、
擂り潰し汚泥を１次汚泥膨化反応槽１８と循環ライン１
２４からなる循環流路で強制循環させるようにしてい
る。

【００４１】また、この循環ライン１２４に加熱器１２
８を設け、汚泥が循環する過程でこれを１６０〜１７０
℃程度まで加熱昇温させるようにしている。この１次汚
泥膨化反応槽１８および循環ライン１２４から構成され
る循環流路は汚泥が加熱流動する過程で昇圧され、これ
をほぼ７Ｋｇ／ｃｍ2 に維持するように１次汚泥膨化反
応槽１８には調圧バルブ（図示せず）が装着されてい
る。この実施形態では、捏和装置１２０のホンプ１２３
から連続的に圧送されてくる擂り潰し汚泥は、循環流路
を流動するが、このとき１次汚泥膨化反応槽１８の汚泥
量レベルが一定になるように調整しつつ、この加熱汚泥
を次段のタンクに連続的に排出させるものとしている。

【００４２】もちろん、バッチ処理をするために、循環
流路を閉流路とすべく、１次汚泥膨化反応槽１８と循環
ライン１２４から構成される循環ユニットの上流側と下
流側の流路を遮断する複数の流路遮断弁を設け、このユ
ニット内に一定量の汚泥を導入した状態で加熱し、加熱
・加圧するようにしてもよい。

【００４３】循環流路を流動する間に加熱・加圧された
加熱汚泥の細胞破壊をなすため、１次汚泥膨化反応槽１
８の下端部（もしくは前記循環ライン１２４の循環ポン
プ１２６の出口側）には排出管１３０が接続され、これ
を２次汚泥膨化反応槽１３２に連結している。ここで、
加圧されている加熱汚泥を排出管１３０を通じて２次汚
泥膨化反応槽１３２に排出する際、加圧汚泥の圧力を瞬
時に大気圧まで開放してフラッシュさせるためのフラッ
シュ弁１３４を排出管１３０に設けている。

【００４４】したがって、循環流路１２４の循環ポンプ
１２６から加圧状態で圧送されてくる加熱汚泥は、フラ
ッシュ弁１３４を通過することにより、大気圧まで圧力
が瞬時に開放され、この脱圧により汚泥細胞内に存在す
る水が急激に気化膨張し、この作用により汚泥粒子の細
胞膜の破壊が促進され、水分の溶出と汚泥の微細化によ
り流動性が極めて高い状態の膨化汚泥スラリが生成さ
れ、２次汚泥膨化反応槽１３２に収容される。

【００４５】このように構成された有機性汚泥の処理方
法では、工場廃水や生活廃水の処理によって生じた有機
性汚泥がハンドリングのために７８〜８３重量％の含水
量とされるまで脱水して本システム内に導入され、これ
が予熱された後、捏和装置１２０によって汚泥粒子の擂
り潰しをなした上で膨化処理システム側に供給され、１
次汚泥膨化反応槽１８と汚泥循環ライン１２４からなる
閉流路を循環する間に加熱して２次汚泥膨化反応槽１３
２に導入されて瞬時に大気圧まで開放されてスラリとな
るが、この生成される膨化汚泥スラリの粘度は図４に示
すように極めて低い値を示すものとなっている。因み
に、図１、図２および図３に示す汚泥の膨化処理はいず
れも図４に示すような極めて低い値となるため、いずれ
の方法によって処理してもよい。

【００４６】図１、図２および図３のいずれかの形で汚
泥膨化処理された膨化汚泥を用いた固体燃料・水スラリ
の安定化方法について述べる。

【００４７】まず、本実施例に用いられた膨化汚泥の性
状を表１に示す。

【００４８】因みに、固体燃料・水スラリの沈降安定性
の評価は、石炭・油スラリ（ＣＯＭ）または石炭・水ス
ラリ（ＣＯＭ）に採用される棒貫入試験に準拠する。試
験容器にスラリを仕込み、所定期間静置後に針入棒を挿
入し、３０分経過後に針入した高さを測定する。沈降度
は、沈降高さ（＝全スラリ高さ−針入高さ）を全スラリ
高さで除した値で表示する。

【００４９】（１）実施例１ 湿式粉砕機４４で製造された濃度６３％の石油コークス
・水スラリ中の固形分１００重量部に対して、所定の重
量部の膨化汚泥スラリを添加し、調製した固体燃料・水
スラリの沈降安定性の結果を表２に示す。 （注）：表中＊はハードパック状態を示す。

【００５０】（２）実施例２ 湿式粉砕機４４に、石油コークス１００重量部に対して
固形分１重量部の膨化汚泥スラリを供給して製造された
濃度６３．５％の石油コークス・水スラリについて、実
施例１と同様に安定性を測定した結果、７日間静置後の
沈降度は７％であり、沈降安定性の良いことが判明し
た。

【００５１】一方、ガス化源の主原料である石油コーク
ス９０に適量の水を添加させた状態で湿式粉砕機４４に
供給し、平均粒径が１２５μになるまで粉砕した石油コ
ークススラリを得た後にスラリタンク４２に送給すると
ともに、ミキシングの完了した膨化汚泥スラリをもスラ
リタンク４２に送給して混合するが、この場合の混合基
準は、石油コークスの固形分（ドライベース）１００重
量部に対して膨化汚泥スラリ中の固形分（ドライベー
ス）０．３３〜４．０の重量部の割合で混合することが
望ましい。

【００５２】この理由は、還元雰囲気下における石油コ
ークス９０のアッシュ分の溶流点温度は１，５１０℃で
あり、石油コークス９０の１００％運転時に溶流点温度
の低いフラックス添加してガス化を行い、ガス化炉５０
壁に付着・堆積した石油コークス９０のアッシュ分をフ
ラックスの助けをかりて一緒に溶流流下するものである
が、当該フラックスとして有機性汚泥８０を膨化処理し
た膨化汚泥を、石油コークスの固形分（ドライベース）
１００重量部に対して膨化汚泥スラリ中の固形分（ドラ
イベース）０．３３重量部以上をスラリータンク４２で
石油コークススラリ９０と混合した場合にはアッシュ分
の溶流点温度が１，３００℃以下になることが判明し
た。

【００５３】すなわち、図１に示す部分酸化反応による
ガス化炉５０の操作条件は、炉内温度１，４５０℃、圧
力３８〜４０ata であり、冷ガス効率（ここで冷ガス効
率とは、石炭の発熱量に対するシンガスの発熱量の割合
をいう）アップのために、ＣＯガスがＣＯ₂ ガスに変化
するのを防止すると同時に耐火レンガの保護を図る必要
があることから、ガス化炉内温度を約１，４００℃近傍
まで下げざるを得ず、さらに相対的に石油コークスのア
ッシュ分の溶流点を下げる必要が生じる。

【００５４】反応室５６内における部分酸化反応の温度
Ｔ₀ は、アッシュの溶流点Ｔよりも３０〜１００℃高い
のが好ましい。すなわち、反応室７内の温度Ｔ0 は（Ｔ
＋３０）℃以上であり、（Ｔ＋１００）℃以下であるこ
とが好ましい。

【００５５】一方、石油コークス９０中のアッシュ分の
ガス化炉壁への付着防止の面から、石油コークスの固形
分（ドライベース）１００重量部に対する適量の膨化汚
泥スラリ中の固形分（ドライベース）の混合割合を考慮
する必要がある。このような観点からテストを行い、図
５に示すようなデータを得た。すなわち、ガス化操作温
度１４００℃、圧力３８ｋｇ／ｃｍ² Ｇ（３．８×１０
⁶ Ｐａ）下で、石油コークス９０に対して膨化汚泥の混
合割合を増加していくと、ガス化炉壁へのアッシュ分の
付着率は減少する傾向が認められた。

【００５６】このため、本発明においては、石油コーク
ス９０のガス化を行う場合、アッシュ分のガス化炉壁へ
の付着をなくすか、もし付着が生じても長期連続運転が
可能な程度の付着量、すなわち、ガス化炉壁へのアッシ
ュ分の付着率を２％以下にするため、石油コークス９０
の１００重量部に対して有機性汚泥を、一旦汚泥膨化反
応槽１８で処理した膨化汚泥を０．１６重量部以上混合
することが望ましいことが判明した。

【００５７】以上述べたように、石油コークス９０の１
００重量部に対して混合する膨化汚泥の最少添加量は、
貯蔵中あるいは配管輸送中に固体燃料が沈降したり、圧
密化することのないように安定性に優れた固体燃料・水
スラリを得るとともに、ガス化炉５０内の操作温度は
１，３００℃以下にしてＣＯガスがＣＯ₂ ガスに変化す
るのを防止すると同時に耐火レンガの保護を図る必要が
あるとの観点と、石油コークス９０中のアッシュ分のガ
ス化炉壁への付着を防止するなどを満足する必要があ
る。

【００５８】すなわち、石油コークス９０の１００重量
部に対して混合する膨化汚泥の添加量を０．１６重量部
とすると、ガス化炉壁へのアッシュ分の付着率を２％以
下にする目的は達成できても、ガス化炉５０内の操作温
度は約１，３８０℃となり、１，３００℃以下にしてＣ
ＯガスがＣＯ₂ ガスに変化するのを防止すると同時に耐
火レンガの保護を図る目的は達成できないことになる。

【００５９】このことから、必然的に石油コークス９０
の１００重量部に対して有機性汚泥を一旦汚泥膨化反応
槽１８で処理した膨化汚泥を０．３３重量部以下では、
ガス化炉５０内の操作温度は１，３００℃以上となって
望ましくないため、膨化汚泥を０．３３重量部以上混合
することが必要となる。

【００６０】また、逆に、石油コークス９０の１００重
量部に対して混合する膨化汚泥の最大添加量が４．０重
量部以上となると、石油コークス９０スラリに対して混
合する汚泥膨化の量が相対的に増加することになり、混
合後のスラリ粘性は１０００ｃｐを越える。ガス化炉５
０ではスラリスクリーンやバーナ５２への供給条件か
ら、現在ではガス化原料スラリの粘度は１０００ｃｐ以
下であることが要求されており、粘度が高いとバーナ５
２から炉内に噴霧される石油コークス・水スラリの噴霧
液滴が大きくなり、未燃物が増加することとなる。この
ことから、混合後のスラリ粘性は１０００ｃｐを越え、
貯蔵中あるいは配管輸送中に固体燃料が沈降したり、圧
密化することのないように安定性に優れた固体燃料・水
スラリを得るとともに、石油コークス９０の１００重量
部に対して混合する膨化汚泥の最大添加量を４．０重量
部以下にすることが望ましい。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、有機性汚泥を加圧下において加熱し、その後
に加熱汚泥を瞬時に脱圧して得られた有機性膨化汚泥と
固体燃料・水スラリとを混合添加して混合スラリとする
ことにより、貯蔵中あるいは配管輸送中に固体燃料が沈
降したり、圧密化することのないように沈降安定性が増
す。また、粘度の適正化により搬送が可能となり、有機
性汚泥の海洋投機や埋立なども行う必要がなく石油コー
クスに混合して部分酸化によるガス化源として用いると
ともに、膨化汚泥中のアッシュ分が溶融する際に石油コ
ークスのアッシュ分も一緒に流下するため、石油コーク
スのアッシュ分がガス化炉壁には付着せず良好な長期安
定な連続運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するのに好適な有機性汚泥の
膨化処理構成を示すブロック図である。

【図２】その他の実施形態のシステム構成ブロック図で
ある。

【図３】さらにその他の実施形態のシステム構成ブロッ
ク図である。

【図４】実施形態で得られた膨化汚泥の粘度特性の比較
図である。

【図５】膨化汚泥の添加率と石炭−水スラリ粘度との関
係図である。

【符号の説明】

１０ バンカ １２ スクリュウポンプ １４ 汚泥送給ライン １６ 予熱器 １８ 汚泥膨化反応槽 ２０ 汚泥循環ライン ２２ 圧送ポンプ ２４ 加熱器 ２６ 排出管 ３０ フラッシュ弁 ３４ 回転翼 ３５ ミキシング槽 ３６ 静止翼 ４０ 汚泥スラリー供給管 ４２ スラリータンク ４４ 湿式粉砕機 ４６ 攪拌機 ４８ スラリーポンプ ５０ ガス化炉 ５２ バーナ ５４ 耐火物 ５６ 反応室 ５８ 急冷室 ６０ スロート部 ６２ 水ライン ６４ ディップチューブ ６６ ドラフトチューブ ６８ ガス排出口 ７０ ガスライン ８０ 有機性汚泥 ９０ 石油コークス １２０ ミル装置（捏和装置） １２２ ミルローラ １２３ 圧送ポンプ １２４ 汚泥循環ライン １２６ 循環ポンプ １２８ 加熱器 １３０ 排出管 １３２ ２次汚泥膨化反応槽 １３４ フラッシュ弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 朋久 山口県宇部市西本町１丁目12番32号 宇部 興産株式会社宇部本社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 有機性汚泥を加圧下において加熱し、そ
   の後に加熱汚泥を瞬時に脱圧して得られた有機性膨化汚
   泥と固体燃料・水スラリとを混合添加して混合スラリを
   製造することを特徴とする膨化汚泥を用いた固体燃料・
   水スラリの安定化方法。
2. 【請求項２】 有機性汚泥を加圧下において加熱し、そ
   の後に加熱汚泥を瞬時に脱圧して有機性膨化汚泥スラリ
   を形成する際に、前記有機性汚泥を加熱、加圧する反応
   槽に接続した循環ライン上にて循環流動させつつ加熱
   し、脱圧後に膨化汚泥をミキシングすることにより生成
   した流動性に優れた低粘度汚泥スラリを、石炭および／
   または石油コークスからなる固体燃料を湿式粉砕して得
   られた固体燃料・水スラリに供給して膨化汚泥と固体燃
   料・水スラリとの混合スラリを製造することを特徴とす
   る膨化汚泥を用いた固体燃料・水スラリの安定化方法。
3. 【請求項３】 有機性汚泥を加圧下において加熱し、そ
   の後に加熱汚泥を瞬時に脱圧して有機性膨化汚泥スラリ
   を形成する際に、前記加熱工程の前処理として汚泥の捏
   和処理を予め行った後に膨化工程に供給して生成して得
   られた擂り潰し汚泥を流動させつつ加熱し、脱圧後に膨
   化汚泥をミキシングすることにより生成した流動性に優
   れた低粘度汚泥スラリを、石炭および／または石油コー
   クスからなる固体燃料を湿式粉砕して得られた固体燃料
   ・水スラリに供給して膨化汚泥と固体燃料・水スラリと
   の混合スラリを製造することを特徴とする膨化汚泥を用
   いた固体燃料・水スラリの安定化方法。