WO2016185631A1 - 有機物の炭化処理装置及び炭化処理方法 - Google Patents

有機物の炭化処理装置及び炭化処理方法 Download PDF

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伊藤　智章
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株式会社ワンワールド
伊藤　智章
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B09B3/00—Destroying solid waste or transforming solid waste into something useful or harmless
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form

Definitions

  • the present invention relates to an organic carbonization apparatus and a carbonization method that are suitably used for carbonizing food waste such as raw garbage and food scraps.
  • the carbonization processing apparatus for this purpose is a carbonization processing apparatus by the inventors of the present application, which has a storage container for storing organic substances, a transfer conveyor for transferring the storage container, and openings at both ends in the length direction.
  • a carbonization furnace comprising a tubular body, a superheated steam generator, and a supply pipe for supplying superheated steam generated by the superheated steam generator to the inside of the carbonization furnace, a transfer conveyor inside the carbonization furnace
  • Patent Document 1 A technique in which is installed is known (see Patent Document 1).
  • the present invention improves the conventional carbonization technology and further improves the energy consumption efficiency of carbonization treatment of organic matter such as food waste, and the carbonization treatment device of organic matter and organic matter carbonization treatment It aims to provide a method.
  • the present invention provides the following means.
  • a carbonization apparatus is an apparatus for containing organic waste and carbonizing with superheated steam, a carbonization furnace in which a porous water-absorbing base material is disposed on substantially the entire inner wall, a superheated steam generator, And a supply pipe section for supplying superheated steam generated by the superheated steam generator to the carbonization furnace.
  • a carbonization treatment method is a method of containing organic waste and carbonizing with superheated steam, a carbonization furnace in which a porous water-absorbing base material is disposed on substantially the entire inner wall, a superheated steam generator, And a carbonization apparatus having a supply pipe section for supplying superheated steam generated by the superheated steam generator to the carbonization furnace, and then absorbing water by the porous water-absorbing substrate after the organic waste is charged into the process furnace. It is characterized by comprising a carbonization treatment step in which the temperature is increased stepwise through the steps and a high temperature treatment and a cooling step in which the temperature is lowered stepwise to perform the cooling treatment.
  • the porous water-absorbing substrate is disposed on substantially the entire inner wall of the carbonization furnace, the water contained in the organic waste can be substantially eliminated from the beginning of the treatment process. As a result of shortening, it has become possible to greatly save processing energy.
  • This carbonization apparatus is suitably used for carbonizing food waste (food waste, food scraps, etc.).
  • the carbonization apparatus in the present embodiment includes a carbonization furnace 10, a superheated steam generator 20, a boiler 30, a supply pipe unit 201, and a communication pipe 301.
  • the carbonization furnace 10 includes an openable / closable upper opening 11 (FIG. 2) that serves as an inlet for organic matter before treatment, and an openable / closable sidewall opening 12 (FIG. 3) that discharges the treated carbide.
  • the upper surface wall is provided with a vent 13 and a vent duct 131 leading from the inside of the processing furnace to the vent, and an exhaust duct 14, an exhaust duct 141 leading from the inside of the processing furnace to the exhaust outlet, and an exhaust fan (not shown). (FIG. 1).
  • the porous water-absorbing base material C is spread over substantially the entire inner wall of the carbonization furnace, that is, the inner wall surface, the inner bottom surface, and the inner ceiling surface.
  • the carbonization furnace itself may be composed of the porous water-absorbing substrate.
  • the carbonization furnace 10 in the present embodiment has a rectangular parallelepiped shape, but is not limited to this shape as long as it satisfies the configuration of the present invention and exhibits a desired effect.
  • the porous water-absorbing substrate C is a synthetic zeolite fired with a special component blended, and is a porous water-absorbing substrate in which each pore diameter is the same as that of water molecules. It can be obtained by using a specially configured firing furnace capable of heating in 1 ° C increments in the temperature range of about 800 ° C to about 2000 ° C and firing for a long time under strict temperature control. When an organic substance containing water touches this, the porous structure functions to adsorb water molecules instantaneously.
  • the specific manufacturing method is as follows.
  • a powdery adsorbent that is generally available and a Na-stable pearl necklace-like silica sol that serves as a catalyst carrier are prepared in a ratio of 1: 4 (1000 g and 4000 g), and moisture content is obtained.
  • the blending period is 5-7 days, but this period varies depending on the temperature and humidity during blending.
  • the blending agent is applied to, for example, corrugated paper having a hole in the cross section serving as a base of the base material so as to block the holes.
  • working period is 2-3 days).
  • the base which has been coated with the preparation and sufficiently dried, is fired at about 800 ° C.
  • the base corrugated paper is carbonized and disappears during firing, and a porous synthetic zeolite is formed as a water-absorbing substrate.
  • the Na-stable pearl necklace-like silica sol described above is the central material of the synthetic zeolite component. 10 to 18 nm spherical particles are bonded to a length of 80 to 120 nm, the proportion of silicon dioxide is about 19%, the pH is 9.5 to 11.0, and the viscosity is 1.0 to 100.0 mPa ⁇ s. It has the characteristics that the voids of the dried gel are large.
  • the boiler 30 is a device that generates water vapor from water.
  • the steam generated by the boiler 30 is transferred to the superheated steam generator 20 through the communication pipe 301. That is, the boiler 30 and the superheated steam generator 20 are connected by a communication pipe 301.
  • the boiler 30 For example, a once-through steam boiler etc. are mentioned.
  • the superheated steam generator 20 is a device that generates superheated steam from steam. That is, the superheated steam generator 20 generates superheated steam from the steam transferred from the boiler 30.
  • the superheated steam generator 20 is not particularly limited, and examples thereof include an induction superheated steam generator.
  • the temperature of the superheated steam generated by the superheated steam generator 20 is, for example, about 60 ° C. to about 800 ° C., but is not particularly limited to such conditions.
  • the superheated steam generator 20 is set to 250 ° C. or higher, and preferably is treated with superheated steam at about 400 ° C. to 800 ° C. If it contains rare metal, it should be raised to about 1400 ° C. Is also possible.
  • One end of the supply pipe section 201 is connected to the superheated steam generator 20, and the tip is open in the carbonization furnace 10. That is, the superheated steam generated in the superheated steam generator 20 is supplied into the carbonization furnace 10 from the tip opening 201a through the supply pipe 201. In this embodiment, it is configured to supply from the side and the upper part (FIG. 1).
  • an exhaust fan (not shown) is driven and exhausted from the exhaust port 14 via the exhaust duct 141, whereby the inside of the carbonization furnace 10 is air-cooled. That is, in the carbonization furnace 10, external air is newly taken in from the vent 13 through the vent duct 131 along with the exhaust, thereby cooling the inside of the furnace.
  • the carbonization furnace 10 may be heated to 800 ° C. to 1400 ° C., preferably around 1200 ° C. outside the carbonization furnace 10, for example, from below the process furnace with a burner or the like (not shown).
  • the organic matter W to be carbonized is not particularly limited.
  • food waste food waste, food scraps, etc.
  • wood including railway sleepers
  • plastic plastic, tires, etc. Is mentioned.
  • a predetermined water absorption time is ensured without generating superheated water vapor so that the water in the organic matter W can be absorbed by the porous water absorption base material C spread in the furnace.
  • the water absorption time may be increased or decreased depending on the capacity of the carbonization furnace 10 or the capacity of the input organic matter.
  • carbonization treatment of the organic matter W in the furnace is performed by supplying superheated steam from the tip opening 201a of the supply pipe part 201 into the furnace stepwise from about 60 ° C. to about 700 ° C. for a predetermined time. To advance.
  • the side wall opening 12 is opened (FIG. 4), the treated carbide W in the furnace is discharged to the outside of the furnace, and a series of carbonization processes is completed.
  • a more efficient carbonization treatment can be achieved by heating at a temperature of 800 ° C. to 1400 ° C., preferably around 1200 ° C. outside the carbonization furnace 10, for example, from below the process furnace, with a burner or the like (not shown). It can be performed.
  • the organic carbonization apparatus according to the present invention is suitably used for carbonizing food waste such as garbage and food scraps, but is not particularly limited to such applications.
  • wood can also be used for carbonizing plastics (including railway sleepers), plastics, fishing nets and tires.

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Abstract

【課題】食品廃棄物等有機物の炭化処理に要するエネルギー効率を一段と向上させた有機物の炭化処理装置及び有機物の炭化処理方法を提供する。 【解決手段】有機廃棄物を収容し過熱水蒸気により炭化処理する方法において、内壁に多孔質吸水基材を敷き詰めた炭化処理炉と、過熱水蒸気発生装置と、前記過熱水蒸気発生装置で発生する過熱水蒸気を前記炭化処理炉へ供給する供給管部とを備えた炭化処理装置により、該処理炉への廃棄物投入後、多孔質吸水基材による吸水工程と、第一炭化処理工程と、該炭化処理工程より高温で処理してなる第二炭化処理工程と、空冷工程とからなる。

Description

有機物の炭化処理装置及び炭化処理方法
  本発明は、生ゴミ、食品端材等の食品廃棄物を炭化処理するのに好適に用いられる、有機物の炭化処理装置及び炭化処理方法に関する。
  生ゴミ、食品端材等の食品廃棄物などに代表される有機物系廃棄物の処理方法としては、有機物系廃棄物に無酸素状態で過熱水蒸気を接触せしめて炭化処理する方法が知られている。このための炭化処理装置としては、本願発明者による炭化処理装置であって、有機物を収容するための収容容器と、該収容容器を移送する移送コンベアと、長さ方向の両端に開口部を有する管状体からなる炭化処理炉と、過熱水蒸気発生装置と、該過熱水蒸気発生装置で発生する過熱水蒸気を前記炭化処理炉の内部に供給する供給管部とを備え、炭化処理炉の内部に移送コンベアが設置された技術が公知である（特許文献１参照）。
再表２０１３／０１１５５５号公報
　特許文献１に記載の炭化処理装置においては、移送コンベヤ及びこれに付随する技術を採用したことにより、従来技術に比して炭化処理効率の向上に成功したものの、産業界からは当該炭化処理に要するエネルギーの消費効率を向上させるよう強く望まれてきた。
  そこで本発明は、かかる技術的背景に鑑み、従来の炭化処理技術を改良し、食品廃棄物等有機物の炭化処理に要するエネルギーの消費効率を一段と向上させた有機物の炭化処理装置及び有機物の炭化処理方法を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
　［１］本発明に係る炭化処理装置は、有機廃棄物を収容し過熱水蒸気により炭化処理する装置において、内壁の略全面に多孔質吸水基材を配した炭化処理炉と、過熱水蒸気発生装置と、前記過熱水蒸気発生装置で発生する過熱水蒸気を前記炭化処理炉へ供給する供給管部とを備えたことを特徴とする。
　［２］本発明に係る炭化処理方法は、有機廃棄物を収容し過熱水蒸気により炭化処理する方法において、内壁の略全面に多孔質吸水基材を配した炭化処理炉と、過熱水蒸気発生装置と、前記過熱水蒸気発生装置で発生する過熱水蒸気を前記炭化処理炉へ供給する供給管部とを備えた炭化処理装置により、該処理炉への有機廃棄物の投入後、多孔質吸水基材による吸水工程を経て、段階的に温度を上げて高温処理する炭化処理工程と、段階的に温度を下げて冷却処理する冷却工程とからなることを特徴とする。
  本発明によれば、炭化処理炉の内壁の略全面に多孔質吸水基材を配したことにより、処理工程の当初から有機廃棄物が含有する水分を相当程度なくすことができるため、工程全体を短縮化できる結果、処理エネルギーを大幅に節約することが可能となった。
本発明に係る有機物の炭化処理装置の構成を示す説明図である。 ボイラーと過熱水蒸気発生装置との構成を示す概略図である。 炭化処理装置へ有機廃棄物を投入する様子を示す説明図である。 処理後の廃棄物を処理炉から排出する様子を示す説明図である。
  本発明に係る有機物の炭化処理装置の構成につき、図面を参照しながら説明する。この炭化処理装置は、食品廃棄物（生ゴミ、食品端材等）を炭化処理するのに好適に用いられる。
　本実施の形態における炭化処理装置は、炭化処理炉１０、過熱水蒸気発生装置２０、ボイラー３０、供給管部２０１、連通管３０１、を備える。
　前記炭化処理炉１０は、処理前有機物の投入口となる開閉自在の上部開口部１１（図２）と、処理後の炭化物を排出する開閉自在の側壁開口部１２（図３）とを備え、上面壁に通気口１３及び処理炉内から該通気口に通じる通気ダクト1３１を設け、排気口１４及び処理炉内から該排気口に通じる排気ダクト１４１並びに排気ファン（図示せず）を設けてなる（図１）。
　該炭化処理炉の内壁、即ち、内壁面、内底面、内天井面の略全面には、多孔質吸水基材Ｃが敷き詰められている。尚、炭化処理炉自体を該多孔質吸水基材で構成しても良い。
　本実施の形態における炭化処理炉１０は直方体をなすが、本発明の構成を満たし、所望の効果を発揮するものであれば、該形状に限定されない。
　前記多孔質吸水基材Ｃは、特殊成分を配合して焼成された合成ゼオライトであって、各孔径が水分子と同径に形成された多孔質吸水基材である。約８００℃～約２０００℃の温度範囲で１℃刻みに加温できる特別に構成された焼成炉を使用し、厳密な温度制御下で長時間焼成することにより得られる。水分を含んだ有機物等がこれに触れると、この多孔質構造が水分子を瞬時に吸着するよう機能するものである。
　その具体的な製法は、先ず、一般的に入手できるパウダー状の吸着材と、触媒担体となるＮａ安定型のパールネックレス状シリカゾルとを１対４の割合で調合し（１０００ｇと４０００g）、水分を飛ばして多少ドロっとした状態に調合する。調合期間は５日～7日であるが、調合時の温度や湿度によってこの期間は変動する。この調合が終了すれば、基材のベースとなる、例えば、断面の孔部がハニカム形状の段ボール紙などに、この調合剤を当該孔を塞ぐように塗り込む。一度塗り終われば、乾かしてから何度も塗り込み、乾燥させるという作業を繰り返す（作業期間は２日～３日）。調合剤を塗り込んで充分に乾燥した当該ベースを約８００℃で１２時間程焼成して終了する。ベースにした段ボール紙は焼成中に炭化して消失し、多孔質の合成ゼオライトが吸水基材として形成される
　上記したＮａ安定型のパールネックレス状シリカゾルが、当該合成ゼオライト成分の中心素材となるものであり、１０～１８ｎmの球状粒子が８０～１２０nmの長さに結合しており、二酸化ケイ素の割合は約１９％で、pｈ９．５～１１．０、粘度１．０～１００．０ｍPａ・ｓという特徴を有し、乾燥ゲルの空隙が大きいという特徴を有するものである。
　前記ボイラー３０は、水から水蒸気を生成する装置である。このボイラー３０で生成された水蒸気は、連通管３０１を介して過熱水蒸気発生装置２０へ移送される。即ち、前記ボイラー３０と該過熱水蒸気発生装置２０とは連通管３０１で接続されている。ボイラー３０としては、特に限定されるものではないが、例えば、貫流蒸気ボイラー等が挙げられる。
　前記過熱水蒸気発生装置２０は、水蒸気から過熱水蒸気を生成する装置である。即ち、過熱水蒸気発生装置２０は、前記ボイラー３０から移送されてくる水蒸気から過熱水蒸気を発生させる。過熱水蒸気発生装置２０としては、特に限定されるものではないが、例えば、誘導過熱式の過熱水蒸気発生装置等が挙げられる。
　前記過熱水蒸気発生装置２０で発生させる過熱水蒸気の温度としては、例えば、６０℃前後～８００℃程度を例示できるが、特にこのような条件に限定されない。有機物を十分に炭化させるには前記過熱水蒸気発生装置２０で、２５０℃以上とし、好ましくは４００℃～８００℃程度の過熱水蒸気で処理するが、レアメタルを含む場合には、１４００℃程度まで上げることも可能である。
  前記供給管部２０１は、一端が過熱水蒸気発生装置２０に接続され、炭化処理炉１０内において先端が開口している。即ち、前記過熱水蒸気発生装置２０で発生する過熱水蒸気を、供給管部２０１を介して先端開口部２０１ａから前記炭化処理炉１０内において供給する。本実施の形態においては、側面及び上部からそれぞれ供給する構成とした（図１）。
　なお、所定の工程において、排気ファン（図示せず）を駆動させて排気ダクト１４１を介して排気口１４から排気することにより、前記炭化処理炉１０内が空冷される。即ち、該炭化処理炉１０では、前記排気に伴って通気口１３から通気ダクト１３１を介して外部空気が新たに取り込まれることによって、炉内の空冷が行われる。
　また、前記炭化処理炉１０の外部、例えば、該処理炉の下方からバーナー等（図示せず）で、８００℃～１４００℃、好ましくは１２００℃前後で過熱する構成としてもよい。
  次に、本発明の炭化処理装置を用いて有機物Ｗを炭化処理する方法の一例について説明する。
  炭化処理の対象となる有機物Ｗとしては、特に限定されるものではないが、例えば、食品廃棄物（生ゴミ、食品端材等）のほか、木材（鉄道の枕木も含む）やプラスチック、タイヤ等が挙げられる。
  炭化処理炉の上部開口部を空け、炭化処理の対象となる有機物Ｗを投入し（図２）、排気口１４、通気口１３は開放しておく。このように開放されていても、有機物を過熱水蒸気で処理する際に外部の空気が入らず（無酸素状態に又は無酸素に近い状態にすることができる）、従って有機物を十分に炭化させることができる。
  次に、炉内に敷き詰めた多孔質吸水基材Ｃにより有機物中Ｗの水分を吸水させるべく、過熱水蒸気を発生させずに所定の吸水時間を確保する。該吸水時間は炭化処理炉１０の容量や、投入した有機物の容量に応じて長短を加減すればよい。
　前記所定の吸水時間経過した後、前記供給管部２０１の先端開口部２０１ａから炉内へ６０℃から７００℃程度まで段階的に過熱水蒸気を所定時間供給することにより炉内の有機物Ｗの炭化処理を進行させる。
  その後、十分に炭化処理が施されたことを確認し、排気ファン（図示せず）を稼動させることにより、炉内の気体を、排気ダクト１４１を介して排気口１４より外部へ排出すると、通気口１３、通気ダクト１３１を介して炉内へ外部空気が新たに取り込まれ、炉内の雰囲気や炭化物が空冷されることとなる。
  炉内の雰囲気や炭化物が空冷された後、側壁開口部１２を開口し（図４）、炉内の処理済炭化物Ｗを炉外へ排出し、一連の炭化処理を終了する。
　なお、前記炭化処理炉１０の外部、例えば、該処理炉の下方からバーナー等（図示せず）で、８００℃～１４００℃、好ましくは１２００℃前後で過熱することで、一層効率的な炭化処理を行うことができる。
  本発明に係る有機物の炭化処理装置は、生ゴミ、食品端材等の食品廃棄物を炭化処理するのに好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではなく、例えば、木材（鉄道の枕木も含む）、プラスチック、漁網、タイヤ等を炭化処理するのにも使用できる。また、前述の従来技術、即ち、コンベヤで連続して炭化処理を行う技術において用いられる収容容器に、本発明で使用する多孔質吸水基材を用いても良い。
１０…炭化処理炉
１１…上部開口部
１２…側壁開口部
１３…通気口
１３１…通気ダクト
１４…排気口
１４１…排気ダクト
２０…過熱水蒸気発生装置
２０１…供給管部
２０１ａ…先端開口部
３０…ボイラー
３０１…連通管
Ｃ…多孔質吸水基材
Ｗ…有機廃棄物

Claims (2)

  1. 有機廃棄物を収容し過熱水蒸気により炭化処理する装置において、
    内壁の略全面に多孔質吸水基材を配した炭化処理炉と、
    過熱水蒸気発生装置と、
    前記過熱水蒸気発生装置で発生する過熱水蒸気を前記炭化処理炉へ供給する供給管部と
    を備えた炭化処理装置。 
  2. 有機廃棄物を収容し過熱水蒸気により炭化処理する方法において、
    内壁の略全面に多孔質吸水基材を配した炭化処理炉と、
    過熱水蒸気発生装置と、
    前記過熱水蒸気発生装置で発生する過熱水蒸気を前記炭化処理炉へ供給する供給管部と、を備えた炭化処理装置により、
    該処理炉への有機廃棄物の投入後、
    多孔質吸水基材による吸水工程を経て、
    段階的に温度を上げて高温処理する炭化処理工程と、
    段階的に温度を下げて冷却処理する冷却工程と
    からなる炭化処理方法。
     
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