JPH11128870A - 廃棄物の炭化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイオキシン類発生の抑制効果を維持しつ
つ、処理時間の短縮、エネルギーの削減、残渣の減量・
減容および爆発事故防止が可能な廃棄物の炭化方法を提
供する。 【解決手段】 高温水蒸気を供給して雰囲気中の酸素濃
度を低減した状態で、廃棄物の乾留・炭化を行う乾留炭
化工程を有し、その後、水分を供給して処理物を冷却し
て炭化物を得る冷却工程を有する廃棄物の炭化方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、生ゴミを含む都市
ゴミ、産業廃棄物等の廃棄物の乾留・炭化を行う乾留炭
化工程とその処理物の冷却工程とを有する廃棄物の炭化
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、廃棄物を焼却する際、猛毒のダイ
オキシン類が発生し大きな社会問題となっている。これ
を解決する一手段として、焼却工程を伴わない廃棄物の
乾留・炭化による処理方法が取り上げられている。そし
て、このような炭化方法では、間接加熱方式により加熱
を行っているが、廃棄物の乾留・炭化炉では酸素を完全
に遮断できない状態で行われているのが通常である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
焼却処理方法に比較して、炭化処理の方法は下記のよう
な欠点があり、あまり採用されていない現状にある。つ
まり、 処理に要する時間が長くエネルギー消費量が
大きく、 残渣（灰や炭化物）が多く、 乾留ガス
（可燃性ガス）が発生し爆発の危険性があるなどの欠点
が指摘されている。

【０００４】上記については、廃棄物には生ゴミ、廃
プラスチック、紙くず、繊維くず、木くず、汚泥等、選
別されることなしにあらゆるものが含まれるが、特に水
分の多い生ゴミ等は水分の蒸発に時間が掛かり、さらに
表面が炭化すると表面の炭化物が断熱材となり中まで熱
が伝わらないこともあって炭化処理に長時間を要してい
る。また、炭化処理の場合、雰囲気を遮断しつつ処理物
に外部より熱を加える、いわゆる間接加熱方式となるた
め焼却処理のように廃棄物の発熱量を有効に利用出来な
いことから燃費が嵩み、炭化処理方法の採用を大きく阻
害している。

【０００５】上記については、廃棄物を炭化処理した
場合、灰分と多くの炭化物が残渣として残り、炭化物の
有効利用方法が見つからない現状において、埋め立て処
分場等に持込み処分する以外になく、炭化処理方法の採
用を阻んでいる。

【０００６】上記については、廃棄物には多量の廃プ
ラスチックが含まれており、炭化処理のために温度を上
げると廃プラスチックが気化し、可燃性のガス体とな
り、取り扱いを間違えると爆発の危険があり、安全で誰
にも扱えるような装置が実用化されていない。また、爆
発の危険から炭化温度は乾留ガスが爆発しない温度とさ
れる４００℃以下で運転する必要があり、炭化温度が４
００℃以上に上げられないことから処理に要する時間が
長くなり、上記の欠点を顕著にしている。

【０００７】従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑
み、ダイオキシン類発生の抑制効果を維持しつつ、処理
時間の短縮、エネルギーの削減、残渣の減量・減容およ
び爆発事故防止が可能な廃棄物の炭化方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の特徴構成は、高温水蒸気を供給して雰囲気中
の酸素濃度を低減した状態で、廃棄物の乾留・炭化を行
う乾留炭化工程を有し、その後、水分を供給して処理物
を冷却して炭化物を得る冷却工程を有する点にある。こ
こで、乾留とは、被処理物が水分を含むために、乾燥も
同時に生じる場合をも含む概念である。

【０００９】上記構成において、前記乾留炭化工程にて
発生するガスを、前記乾留炭化工程で加える熱エネルギ
ーの発生の燃料として使用することが、後述の作用効果
より好ましい。

【００１０】また、前記乾留炭化工程に先立って廃棄物
の発酵を行う発酵工程を有することが、後述の作用効果
より好ましい。

【００１１】そして、前記発酵工程は処理物温度４０℃
以上１００℃未満で行われることが、後述の作用効果よ
り好ましい。

【００１２】また、前記乾留炭化工程のうち、乾留が槽
内温度１００℃以上４００℃未満で行われ、炭化が槽内
温度４００℃以上８００℃未満で行われることが、後述
の作用効果より好ましい。

【００１３】なお、前記乾留炭化工程、又は前記乾留炭
化工程および前記発酵工程を攪拌しながら行うことが、
後述の作用効果より好ましい。

【００１４】〔作用効果〕本発明の上記特徴構成による
と、乾留炭化工程を高温水蒸気を供給して雰囲気中の酸
素濃度を低減した状態（好ましくは実質的に酸素不存在
下で）で行うため、乾留ガスの爆発の危険性を少なくで
き、しかも高温水蒸気での直接加熱により加熱効率が良
い。また高温水蒸気を用いるため乾燥効果が高く、更に
水蒸気が炭化物とガス反応を起こして、炭化物の大幅な
減容・減量が可能になる。更に、水分を供給して処理物
を冷却して炭化物を得る冷却工程を有するため、処理物
の熱により冷却時に水分の蒸発がおこり、その際の蒸発
潜熱が大きいため、処理物の冷却効率が高く、蒸気の発
生が爆発防止にも有効となる。また、例えば冷却後の炭
化物が保有熱を有する場合、含水している水分はこの保
有熱によって自然乾燥し、貯蔵、袋詰め等、取り扱い容
易な炭化物となる。その結果、ダイオキシン類発生の抑
制効果を維持しつつ、処理時間の短縮、エネルギーの削
減、残渣の減量・減容、および爆発事故防止が可能な廃
棄物の炭化方法を提供することができた。

【００１５】前記乾留炭化工程にて発生するガスを、前
記乾留炭化工程で加える熱エネルギーの発生の燃料とし
て使用する場合、乾留炭化工程にて発生するガスは、高
エネルギーのガスとなるが、これを水蒸気の発生の燃料
や、水蒸気加熱の燃料として使用することにより、装置
全体のエネルギー消費量をより削減することができる。

【００１６】前記乾留炭化工程に先立って廃棄物の発酵
を行う発酵工程を有する場合、発酵工程により、廃棄物
中に含まれる生ゴミ、特に炭化し難い肉、魚、野菜等の
生ゴミは適度な温度と時間によって発酵し、組織が破壊
され肉、魚、野菜等の組織内にある内部水は脱水して身
がぼろぼろとなり、後工程の乾燥、炭化が容易になる。
その結果、炭化物の減容・減量がより促進される。な
お、紙、繊維、木屑などを炭化する場合、発酵工程は不
要になるが、その場合でも本発明の炭化方法は、上述の
ような顕著な効果を示す。

【００１７】前記発酵工程が処理物温度４０℃以上１０
０℃未満で行われる場合、廃棄物中に含まれる生ゴミに
対する前述の発酵作用が好適に生じるが、かかる観点か
ら、より好ましくは７０℃以上８０℃未満で行われる。

【００１８】前記乾留炭化工程のうち、乾留が槽内温度
１００℃以上４００℃未満で行われ、炭化が槽内温度４
００℃以上８００℃未満で行われる場合、乾留と炭化は
本来区別しにくい現象であり、廃棄物のような混合物で
は同時に生じる場合もあるが、両者を別々の上記温度に
分けて行うことにより、前者で主に水分の蒸発と乾留ガ
スの発生を好適に行わせ、後者で主に炭化の促進と水性
ガス反応を好適に行わせることができ、更に、発生ガス
を個別に有効利用できる。なお、かかる観点から、乾留
が２００℃以上３５０℃未満で行われ、炭化が５００℃
以上７５０℃未満で行われるのが好ましい。

【００１９】前記乾留炭化工程、又は前記乾留炭化工程
および前記発酵工程を攪拌しながら行う場合、それぞれ
の工程において、熱的均一化とガス収支などが好適に行
われるため、各工程における処理効率が良くなり、処理
時間の短縮などにつながる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本実施形態では、廃棄物の発酵を
行う発酵工程、高温水蒸気を供給して雰囲気中の酸素濃
度を低減した状態で、廃棄物の乾留・炭化を行う乾留炭
化工程を、攪拌しながらバッチ形式により、１つの槽内
で順次行った後、槽内に水分を供給して処理物を冷却し
て炭化物を得る冷却工程を行なう例を示す。

【００２１】図１は本発明に係わる設備の概略構成を示
すものであり、本発明の炭化方法は、槽１中にて行われ
る。まず、設備の概略構成について説明する。槽１には
廃棄物投入口３と炭化物排出口４が開閉可能に取り付け
てあり、ガス燃焼室２にはバーナ５と排気口６が装備さ
れている。槽１の外側には蒸気管７が設けられている。
槽１は槽内に設けられた攪拌羽根９を駆動する駆動装置
１０が付随するが、槽１を回転させて攪拌する方式でも
よい。バーナ５には槽１内の温度を制御する温度制御装
置１１が設けられている。また、ガス燃焼室２には耐火
断熱材１２が内張りされている。ボイラ２０は水蒸気を
発生さて供給口７ａに供給を行い、蒸気は蒸気管７内で
燃焼排ガス熱で加熱され高温水蒸気となり、蒸気吹き出
し口７ｂより槽１内に放出される。槽１内のガスはガス
排出口８から排出され、熱交換器２２で予熱されたの
ち、脱臭炉２３でバーナ２４により燃焼脱臭され、排ガ
スとして放出される。その際、温度制御装置２５により
脱臭炉２３内の温度調整を行い、また脱臭炉２３から排
出された排ガスは熱交換器２２で冷却されたのち、誘引
排風機２６により排出される。

【００２２】発酵工程は、槽１の上部に設けられた廃棄
物投入口３より廃棄物と発酵菌を投入し投入口３の蓋を
閉めた後、槽内の攪拌羽根９により廃棄物と発酵菌を攪
拌混合しながら、ガス燃焼室２に装備されたバーナ５に
より、処理物温度を約７０〜８０℃に保ち、約１〜３時
間保持する。すると、廃棄物中の生ゴミは初期発酵によ
って、組織が破壊され組織内の内部水が脱水して身はば
らばらになり大きく減容する。なお、発酵工程は通常、
酸素の存在下にて上記温度で行われるため、ボイラ２０
による水蒸気の供給は行われない。

【００２３】乾留炭化工程は、この発酵工程終了後に行
われるが、乾留（主に水分の蒸発と乾留ガスの発生を指
す）と炭化（主に炭化の促進と水性ガス反応を指す）と
を別々の温度に分けて行う例を示す。乾留は、槽内の温
度を好ましくは約３００℃に上げ約０．５〜１時間保持
することによって行うが、排ガス熱で加熱された高温水
蒸気を槽１に吹き込んで加熱が行われる。これにより、
廃棄物中の廃プラスチックはガス化し、木くず、紙く
ず、繊維くず等は炭化が始まり、生ゴミは乾燥する。発
生した乾留ガス（水蒸気を多量に含む）は脱臭炉２３内
で可燃分が燃焼し、水蒸気を含む燃焼排ガスは熱交換器
２２で冷却されて大気中に放出される。

【００２４】乾留後に行われる炭化は、ボイラ２０によ
る水蒸気の供給とバーナ５による過熱により生成した高
温蒸気を槽内に吹き込みながら、槽内温度を好ましくは
約７００℃に昇温し、約０．５〜２時間保持することに
よって行われる。これにより、槽内廃棄物は金属、ガラ
ス等の不燃物を除き炭化し、さらに蒸気によるガス反応
によって炭化物は大幅に減量、減容する。一方、ガス反
応によって発生したガスは、脱臭炉２３内でに送られて
燃焼し、その燃焼排ガスは熱交換器２２で冷却されて大
気中に放出される。その際、バーナ２４への燃料供給
は、ほとんど不要になる。

【００２５】冷却工程は、炭化工程終了後に行われ、バ
ーナ５を消火し、炭化後の処理物を攪拌しながら槽１内
に水供給管２１より水を噴射して行うが、炭化物が１０
０〜１５０℃に温度が下がった後、取り出せば発火せ
ず、また炭化物を系外に取り出した際、含有している水
分は炭化物の保有熱によって自然乾燥し、短時間で貯
蔵、袋詰め等を可能にする。なお、炭化物出口４の下方
に水槽を設けて、その水槽内で処理物を冷却してもよ
い。

【００２６】次に、以上のような本実施形態の効果につ
いて説明する。処理の工程を三分割し炭化を容易にした
こと、炭化工程において安全に昇温が可能になったこと
などによって、処理時間は既存の炭化装置に比較して約
１／３に短縮した。また、工程ごとに温度の保持時間を
区分したこと、処理時間を短縮できたこと、さらに反応
によって可燃性ガスを発生させこれを燃料として使用す
ることによって、燃費は既存の炭化装置に比較して約１
／５に低減した。

【００２７】〔別実施形態〕以下に別実施形態を説明す
る。

【００２８】（１）先の実施形態では、図１に示すよう
にガス燃焼室と装置本体とを一体的に構成する装置を用
いる例を示したが、図２に示すように、両者を別個に構
成する装置を用いてもよい。その場合、図２に示すよう
に、例えば槽１より乾留ガスをガス燃焼室２に導入する
乾留ガス導入管８ａを取り付けて燃料の低減を図っても
よい。かかる装置によると、乾留時にガス反応によって
発生したガスはガス燃焼室２に送られ、槽１を加熱する
熱源として用いられ、ガス燃焼室２に装備されたバーナ
５の燃料使用量を大幅に削減することになる。

【００２９】また、上記装置では、炭化工程終了後、蒸
気管７の給水をそのまま続け、ガス燃焼室に設けられた
バーナ５を消火する。蒸気管７に給水されている水は蒸
気から水に移行し、槽１内に噴射されることによって炭
化物は冷却される。槽内の温度が約１００〜１５０℃に
なったことを確認し、炭化物を取り出すことによって、
大気中で発火することなしに安全に取り出すことができ
る。なおこの温度で取り出せば炭化物の保有熱によって
大気中で自然乾燥し、ドライの炭化物として取り扱いが
容易になる。また、槽内も冷却されるため次の新しい廃
棄物を速い段階で槽に投入することが可能である。

【００３０】（２）先の実施形態では、乾留炭化工程に
て発生するガスを、水蒸気の発生の燃料として使用しな
い例を示したが、ボイラに上記ガスを供給することによ
ってボイラの燃料使用量を削減してもよい。なお、上記
（１）の実施形態はガス燃焼室に上記ガスを供給するこ
とによって水蒸気の加熱のための燃料使用量を削減して
いる形態に相当する。

【００３１】（３）先の実施形態では、乾留炭化工程を
２段に分けて行う例を示したが、上記のごとき乾留と炭
化を、高温水蒸気を供給して雰囲気中の酸素濃度を低減
した状態で、同時に行うようにしてもよい。その場合、
操作温度５００〜７５０℃にて、被処理物の量や種類に
応じて適当な時間で行われる。

【００３２】（４）先の実施形態では、発酵、乾留、炭
化、冷却の各工程を同一の槽内でバッチ形式で行う例を
示したが、当然、各工程を別々の槽内で行っても良く、
各槽を連続的に接続して連続形式で行っても良い。連続
式処理を行う場合、搬送機能を備える回転炉や部分抜出
し機構などを有する攪拌炉などが用いられ、各部間のシ
ール方法としては、気密を維持しつつ被処理物の搬送が
可能な、回転式フィーダなどが採用できる。

【００３３】（５）先の実施形態では、蒸気加熱管が槽
の外周に配置される装置を用いる例を示したが、図３に
示すように、蒸気加熱管を脱臭炉に配置するものであっ
てもよい。その場合、脱臭炉２３で生じた燃焼排ガスに
より、蒸気加熱管７内で加熱された高温水蒸気は、槽１
に設けられた蒸気吹き出し口７ｂより槽１内に放出され
る。なお、図３に示す装置では、脱臭炉２３での燃焼排
ガスは、槽１の間接加熱の熱源としても利用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】炭化方法に用いられる設備の一例を示す概略構
成図

【図２】炭化方法に用いられる設備の一例の要部を示す
概略構成図（蒸気加熱管槽外周配置の例）

【図３】炭化方法に用いられる設備の一例の要部を示す
概略構成図（蒸気加熱管脱臭炉配置の例）

【符号の説明】

１ 槽 ７ 蒸気管 ２０ ボイラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中山 勝利 大阪府大阪市東成区中道一丁目４番２号 大阪ガスエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 森本 三次 大阪府大阪市東成区中道一丁目４番２号 大阪ガスエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 伊藤 拓仙 奈良県生駒市高山町8916−12 けいはんな 環境株式会社内 (72)発明者 都竹 節雄 愛知県一宮市大志１丁目13番19号 株式会 社オークス内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温水蒸気を供給して雰囲気中の酸素濃
   度を低減した状態で、廃棄物の乾留・炭化を行う乾留炭
   化工程を有し、その後、水分を供給して処理物を冷却し
   て炭化物を得る冷却工程を有する廃棄物の炭化方法。
2. 【請求項２】 前記乾留炭化工程にて発生するガスを、
   前記乾留炭化工程で加える熱エネルギーの発生の燃料と
   して使用する請求項１記載の廃棄物の炭化方法。
3. 【請求項３】 前記乾留炭化工程に先立って廃棄物の発
   酵を行う発酵工程を有する請求項１又は２記載の廃棄物
   の炭化方法。
4. 【請求項４】 前記発酵工程が処理物温度４０℃以上１
   ００℃未満で行われる請求項３記載の廃棄物の炭化方
   法。
5. 【請求項５】 前記乾留炭化工程のうち、乾留が槽内温
   度１００℃以上４００℃未満で行われ、炭化が槽内温度
   ４００℃以上８００℃未満で行われる請求項１〜４いず
   れか記載の廃棄物の炭化方法。
6. 【請求項６】 前記乾留炭化工程、又は前記乾留炭化工
   程および前記発酵工程を攪拌しながら行う請求項３〜５
   いずれか記載の廃棄物の炭化方法。