WO2018074189A1 - 炭化燃料製造装置及び炭化燃料製造方法 - Google Patents

炭化燃料製造装置及び炭化燃料製造方法 Download PDF

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WO2018074189A1
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screw
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ジェームス・コワルチェック
エル．ジョーンズ フレッド
敬通 松下
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ジェイアンドジー テクノロジーズ，エルエルシー
株式会社環境経営総合研究所
エコ バイオ プラスティックス ミッドランド インコーポレイテッド
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for making a high-quality fuel from a high calorie calorie resource including a synthetic resin and a resource including biomass.
  • synthetic resin In modern life, synthetic resin has become an indispensable material, and is widely used for packaging materials and structural materials including various products and containers.
  • synthetic resins in order to promote recycling, synthetic resins for recycling are being collected from ordinary households and business establishments.
  • synthetic resin bottles are widely collected, and are cut and melted and reused for fiber products and the like.
  • PET bottles and the like synthetic resin bottles
  • synthetic resin bottles are formed by mixing various components of synthetic resin.
  • various coating agents are used for the reason of giving gas barrier performance to the surface of the bottle.
  • the recycled raw material containing such a synthetic resin bottle may not be a material for a textile product depending on the component and the type of coating agent.
  • ⁇ Recycled materials such as those described above must be disposed of by incineration or landfill if they are not used.
  • general waste and industrial waste often include plastic packaging materials, foams such as foamed polystyrene, or garbage or paper. Usually, these wastes are also incinerated or landfilled.
  • Patent Document 1 a fuel production apparatus developed by the present inventors is known (Patent Document 1).
  • the apparatus disclosed in Patent Document 1 has a twin-screw extruder as a basic configuration, throws waste material or the like as a raw material into the twin-screw extruder, applies shearing force to the raw material in the apparatus, and compresses the raw material. It generates heat and carbonizes waste without applying heat from the outside.
  • Patent Document 1 can obtain a high quality carbonized fuel by carbonizing waste including plastics and garbage with a twin screw extruder, but in recent years, carbonization of waste more efficiently. There is a need for technology to use fuel.
  • the present invention aims to improve an apparatus for carbonizing a raw material containing a synthetic resin to make a fuel and a method for producing the carbonized fuel, and to provide an apparatus and a method that are more efficient than conventional equipment.
  • the fuel production apparatus of the present invention is a fuel production apparatus for continuously producing a carbonized fuel by compressing and kneading an organic raw material containing at least a synthetic resin, and driving means.
  • the screw has a rotating shaft and a blade member provided on the surface of the rotating shaft, and the casing has an input port through which raw materials are input, an outlet port through which processed material is derived, and the input
  • a plurality of exhaust ports provided between the outlet and the outlet port, and the exhaust ports are at least 3 in the order of the first exhaust port, the second exhaust port, and the third exhaust port from the upstream side of the casing.
  • the twin-screw extruder includes an introduction region from the charging port to the upstream side of the first exhaust port, a first exhaust region from the upstream side to the downstream side of the first exhaust port, and an upstream side to a downstream side of the second exhaust port.
  • a second exhaust region, a third exhaust region from upstream to downstream of the third exhaust port, a first kneading region provided between the introduction region and the first exhaust region, and the first exhaust A second kneading region provided between the region and the second exhaust region; a third kneading region provided between the second exhaust region and the third exhaust region; and from upstream of the outlet.
  • a lead-out area including the position of the lead-out port.
  • the blade member of the screw may have a maximum angle of 90 ° with respect to the rotation shaft with respect to the rotation shaft in a side view of the screw, and the screw is rotated.
  • the introduction region has a forward inclination when the direction in which the raw material is conveyed is defined as the forward inclination
  • the first kneading region has a forward inclination and a portion larger than the introduction region
  • the first exhaust region has a forward inclination
  • the second kneading region has the forward inclination.
  • the second exhaust region has a forward inclination
  • the third kneading region has a forward inclination and a larger inclination than the second exhaust region.
  • the third exhaust region has a forward direction
  • the derivation region has a forward inclination and a portion larger than the third exhaust region
  • the control means has a downstream temperature in the first kneading region of 100 ° C. to The drive means is driven so that the downstream temperature in the second kneading zone is 150 ° C. and the downstream temperature in the third kneading zone is 260 ° C. to 320 ° C. To do.
  • the first kneading region is provided between the introduction region and the first exhaust region, the backflow of the exhaust in the first exhaust region to the introduction region is prevented.
  • the angle of the blade member of the screw is larger than that in the introduction region, the material conveyance speed is reduced, and the material conveyed from the introduction region is compressed and kneaded.
  • the raw material is compressed and kneaded.
  • control means has a downstream temperature of 100 ° C. to 150 ° C. in the first kneading region, a downstream temperature of the second kneading region of 180 ° C. to 280 ° C., and a downstream temperature of the third kneading region.
  • the driving means is driven so that the temperature is 260 ° C. to 320 ° C. higher than the second kneading region.
  • the synthetic resin contained in the raw material does not volatilize, and the water contained in the raw material evaporates and is discharged as water vapor.
  • the amount of moisture in the raw material is reduced, and heating of the raw material by subsequent kneading and compression in the second kneading region and the third kneading region is facilitated.
  • the raw material can be efficiently carbonized finally in the third kneading region.
  • the first kneading region is set shorter in the axial direction than the second kneading region, and the second kneading region is set shorter in the axial direction than the third kneading region. It is preferable that By adopting such a configuration, the raw material can be gradually compressed and kneaded from the first kneading region to the third kneading region, and the raw material is gradually heated. It can be carbonized efficiently.
  • the first kneading region is provided between the upstream first kneading region continuous from the introduction region, and the upstream first kneading region and the first exhaust region.
  • the downstream bladed first kneading region, the inclination of the blade member of the screw in the upstream first kneading region is larger than the introduction region, the blade member of the screw in the downstream first kneading region is It is preferable that a plurality of elliptical plate members as viewed in the axial direction are stacked in the axial direction while changing the angle in the rotation direction, and the inclination of the plate member is 90 °.
  • the first kneading region is divided into the upstream side and the downstream side, and the inclination of the blade member of the screw in the upstream first kneading region is larger than the introduction region.
  • the raw materials can be compression kneaded.
  • the blade member of the screw is formed by a plurality of plate members that are 90 ° with respect to the axial direction, so that the raw material passing through the downstream first kneading region is larger. Compression force and shear force can be applied. Thereby, it can be made to generate heat with the calorie
  • the angle of the blade member in the downstream first kneading region may be substantially 90 °, and includes a range of about 5 percent in the front-rear direction.
  • the second kneading region is between the upstream second kneading region continuous from the first exhaust region, and between the upstream second kneading region and the second exhaust region.
  • a second kneading region on the downstream side, and an inclination of the blade member of the screw in the second kneading region on the upstream side is larger than that in the first exhaust region, and the second kneading region in the downstream side is kneaded.
  • the blade member of the screw is laminated in the axial direction by changing the angle of the elliptical plate member in the rotational direction when viewed in the axial direction, and the inclination of the plate member is 90 °.
  • the second kneading region is divided into the upstream side and the downstream side, and the inclination of the blade member of the screw in the upstream second kneading region is larger than that of the first exhaust region.
  • the raw material can be compression kneaded in the region.
  • the blade member of the screw is formed by a plurality of plate members that are 90 ° with respect to the axial direction, so that the raw material passing through this downstream second kneading region is larger. Compression force and shear force can be applied. Thereby, it can be made to generate heat with the calorie
  • the raw material since the raw material is heated in the first kneading region, the raw material can be further thermally decomposed by further heating in the second kneading region.
  • the 90 ° angle here includes a range of about 5 percent.
  • the third kneading region includes an upstream third kneading region continuous from the second exhaust region, a downstream third kneading region continuous to the third exhaust region, An intermediate third kneading region provided between the upstream third kneading region and the downstream third kneading region, and the inclination of the blade member of the screw in the upstream third kneading region is
  • the screw blade member of the intermediate third kneading region that is larger than the second exhaust region is laminated in the axial direction by laminating a plurality of elliptical plate members at different angles in the rotational direction as viewed in the axial direction.
  • the downstream third kneading region has a forward direction region in which the inclination of the blade member of the screw is in the forward direction, and the reverse direction region in which the inclination of the blade member of the screw is in the reverse direction. Is preferably provided on the downstream side
  • the third kneading region is divided into the upstream side, the middle portion, and the downstream side, and the inclination of the blade member of the screw in the upstream third kneading region is larger than that in the second exhaust region.
  • the raw materials can be compression kneaded in the three kneading regions.
  • the screw blade member is formed by a plurality of plate members having an angle of 90 ° with respect to the axial direction. Therefore, a larger compressive force is applied to the raw material passing through the intermediate third kneading region. And can give shearing force.
  • the downstream third kneading region has an upstream forward region and a downstream reverse region, a conveying force in a direction opposite to the conveying direction is applied to the raw material in the reverse region.
  • a frictional force and a shearing force are generated between the raw material and the blade member in the reverse direction region, and the raw material can be heated to a higher temperature. Therefore, according to the said structure, the raw material thermally decomposed in the 2nd kneading
  • This reverse direction region of the downstream third kneading region is provided in order to sufficiently retain the raw material in the third kneading region, but in order to gradually convey the raw material to the downstream side, the force of the reverse flow of the raw material It is necessary to increase the force for conveying the raw material. Therefore, in the fuel production apparatus of the present invention, it is preferable that the reverse direction region of the downstream third kneading region is set shorter in the axial direction than the forward direction region.
  • the lead-out region has an upstream lead-out region continuous from the third exhaust region and a lead-out opening region continuous from the upstream lead-out region, and the upstream lead-out region. It is preferable that the inclination of the blade member of the screw in the region is set to be smaller than the lead-out opening region.
  • the lead-out area is divided into the upstream side and the downstream side (lead-out opening area), and the inclination of the blade member of the screw in the upstream lead-out area is made smaller than the lead-out opening area.
  • the carbonized fuel which is the carbonized raw material can be conveyed while being gradually compressed, and the carbonized fuel can be smoothly led out from the outlet.
  • the lead-out area further has a reverse direction end area where the inclination of the blade member of the screw is in the reverse direction on the downstream side of the lead-out opening area.
  • the fuel production method of the present invention is a fuel production method for continuously producing a carbonized fuel by carbonizing an organic raw material containing at least a synthetic resin by compression kneading with a twin-screw extruder. Has characteristics.
  • a fuel production apparatus used in the fuel production method of the present invention is a twin-screw extruder comprising a biaxial screw driven at the same rotational speed in the same direction by a drive means, and a casing in which the screw is accommodated. And a control means for controlling the drive means, wherein the screw has a rotating shaft and a blade member provided on the surface of the rotating shaft, and the casing is supplied with a raw material. And a discharge port through which the processed substance is led out, and a plurality of exhaust ports provided between the input port and the lead-out port, the exhaust port being a first exhaust from the upstream side of the casing Provided in at least three locations in the order of a port, a second exhaust port, and a third exhaust port.
  • the twin-screw extruder includes an introduction region from the input port to an upstream side of the first exhaust port, and the first exhaust port.
  • the first exhaust region from upstream to downstream of the A second exhaust region from upstream to downstream of the second exhaust port; a third exhaust region from upstream to downstream of the third exhaust port; and a first exhaust region provided between the introduction region and the first exhaust region.
  • a derivation region including from the upstream of the derivation port to the position of the derivation port.
  • the raw material in a state where the twin-screw extruder is driven by the driving means, the raw material is charged into the charging port, and the charged raw material is conveyed downstream in the introduction region, Kneading while compressing the raw material transport speed in one kneading region slower than that in the introduction region, and compressing the raw material in the first exhaust region by making the raw material transport speed faster than that in the first kneading region.
  • the state is relaxed, the gas contained in the raw material is discharged from the first exhaust port, and the raw material is conveyed at a lower speed than the first exhaust region in the second kneading region, and the raw material is compressed while being compressed.
  • the conveying speed of the raw material is made faster than that in the second kneading region, the compressed state of the raw material is relaxed, and the gas contained in the raw material is discharged from the second exhaust port,
  • the raw material transport speed is slower than that of the second exhaust region to knead the raw material while compressing
  • the raw material transport speed is made faster than that of the third kneading region.
  • the compressed state of the raw material is relaxed, the gas contained in the raw material is discharged from the third exhaust port, and the raw material that has passed through the third exhaust region in the lead-out region is led out from the twin-screw extruder.
  • the control means is configured such that the temperature in the first kneading zone is 100 ° C. to 150 ° C., the temperature in the second kneading zone is 180 ° C. to 280 ° C., and the temperature in the third kneading zone is 260 ° C. to 320 ° C.
  • the driving means is driven so as to be higher than 2 kneading regions.
  • the temperature of the raw material is controlled to 100 ° C. to 150 ° C. in the first kneading region, and the moisture in the raw material is discharged as steam in the first exhaust region.
  • the temperature of the raw material is controlled to 180 ° C. to 280 ° C., and a synthetic resin having a low melting temperature in the raw material is thermally decomposed to generate a flammable gas. Is done.
  • the temperature of the raw material is controlled to 260 ° C. to 320 ° C.
  • the raw material can be efficiently made into carbonized fuel.
  • a reverse conveying force is applied to the raw material by rotation of the screw on the downstream side of the third kneading region.
  • a strong compressive force and shearing force can be applied to the raw material to generate heat with the amount of heat of the raw material itself.
  • a solid fuel can be produced at a low temperature of 320 ° C. or lower using a synthetic resinous resource or a waste containing a synthetic resin as a raw material. Therefore, according to the present invention, the raw material can be converted into fuel without requiring an incineration facility or the like.
  • the fuel production apparatus and the fuel production method of the present invention water vapor and combustible gas generated during the production of the solid fuel can be recovered. Therefore, the fuel can be manufactured without discharging gas such as CO 2 , CH 4 , or NO X when the fuel is manufactured by the fuel manufacturing apparatus.
  • the manufactured fuel is an excellent fuel that can be used in power generation facilities and the like, and can be used as fuel that should be discarded. Compared to the case where fuel such as ordinary coal is used. Cost and environmental load can be reduced.
  • Explanatory drawing which shows the outline
  • Explanatory drawing which shows the outline
  • Explanatory drawing which shows the screw of the twin-screw extruder in the fuel manufacturing apparatus of this invention.
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the introduction area
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the 1st kneading area
  • FIG. 6 is a reference diagram of a cross section taken along line VI-VI in FIG. 5.
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the 1st exhaust area of the screw of FIG.
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the 2nd kneading
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the 2nd exhaust area and 3rd exhaust area of the screw of FIG.
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the 3rd kneading
  • Explanatory drawing which shows the shape of the blade member of the screw in the lead-out
  • FIG. 1 shows a fuel production system 100 including a fuel production apparatus 1 of the present embodiment.
  • the fuel production system 100 includes a separator 2, a shredder 3, and a boiler 4 in addition to the fuel production apparatus 1.
  • the fuel production apparatus 1 is an apparatus that continuously produces carbonized fuel by carbonizing an organic raw material containing synthetic resin by compression kneading.
  • the fuel production apparatus 1 includes a drive device (drive means) 10, a twin-screw extruder 20 having a biaxial screw, a control device (control means) 16, and a cooler 17. ing.
  • the drive device 10 includes a motor 11 and a power transmission gear 12.
  • the twin-screw extruder 20 includes a screw 21, a casing 22, a material inlet 23, a plurality of exhaust ports (first exhaust port 24, second exhaust port 25, and third exhaust port 26), and processing. And a lead-out port 27 through which the formed substance is led out.
  • the casing 22 is a member in which an 8-shaped passage is formed in the axial view (see FIG. 6), and the screw 21 is accommodated therein. Further, the casing 22 is provided with the input port 23, the first exhaust port 24, the second exhaust port 25, the third exhaust port 26, and the outlet port 27. Thus, in this embodiment, the exhaust port is provided in three places of the casing 22. In addition, a water jacket (not shown) is provided on the outer periphery of the casing 22 so that the temperature can be controlled for each region described below.
  • a region where the inlet 23 is provided is an introduction region 31, and a region between the inlet 23 and the first exhaust port 24 is a first kneading region 32.
  • a nearby region is a first exhaust region 33.
  • a region between the first exhaust port 24 and the second exhaust port 25 is a second kneading region 34, and a region in the vicinity of the second exhaust port 25 is a second exhaust region 35.
  • a region between the second exhaust port 25 and the third exhaust port 26 is a third kneading region 36, and a region near the third exhaust port 26 is a third exhaust region 37.
  • a region including the positions of the third exhaust port 26 and the outlet port 27 is a lead-out region 38.
  • the first kneading region 32 is set shorter in the axial direction than the second kneading region 34, and the second kneading region 34 is set shorter in the axial direction than the third kneading region 36.
  • the casing 22 is provided with a temperature sensor that detects the downstream temperature of each region such as the introduction region 31.
  • the introduction region 31 has an introduction region temperature sensor 31t
  • the first kneading region 32 has a first kneading region temperature sensor 32t
  • the second kneading region 34 has a second kneading region temperature sensor 34t
  • a third kneading region denotes a third kneading region temperature sensor 36t
  • the cooler 17 is a cooler temperature sensor 17t.
  • the casing 22 is provided with a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas in each exhaust region.
  • the first exhaust region temperature sensor 33t is used for the first exhaust region 33
  • the second exhaust region temperature sensor 35t is used for the second exhaust region 35
  • the third exhaust region temperature sensor 37t is used for the third exhaust region 37. is there.
  • a derivation temperature sensor 27 t that detects the temperature of the generated carbonized fuel is provided at the derivation port 27 of the derivation region 38.
  • FIG. 3 is a plan view of the screw 21 built in the casing 22 of the fuel production apparatus 1 of the present embodiment.
  • Two screws 21 having the same shape are provided in parallel, and are driven by the motor 11 via the power transmission gear 12.
  • the rotation direction of each screw 21 is the same, and the rotation speed is also the same.
  • the screw 21 includes a rotating shaft 21a and blade members 210 (211 to 225).
  • the blade member 211 of the screw 21 is formed in a single spiral shape.
  • the angle of the blade member 211 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 60 ° in a side view, and the pitch is about 1.5D (D is the diameter of the screw).
  • the upstream surface 211a is formed at about 90 ° with respect to the surface of the rotating shaft 21a, and the downstream surface 211b is about 50 with respect to the surface of the rotating shaft 21a. Formed at °.
  • the angle of the blade member 211 with respect to the rotation shaft 21a is 90 ° as the maximum, and the direction in which the raw material charged when the screw 21 is rotated is conveyed to the downstream side is inclined in the forward direction.
  • the direction of transport to the upstream side is the reverse direction.
  • the first kneading region 32 is divided into an upstream first kneading region 32 a continuous from the introduction region 31 and a downstream first kneading region 32 b.
  • the blade member 212 of the screw 21 is formed in two spirals.
  • the angle of the blade member 212 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 70 °, and the pitch is about 1.0D.
  • the blade member 212 of the screw 21 has a portion that is inclined in the forward direction and is larger than the blade member 211 in the introduction region 31.
  • the shape of the blade member 213 has an elliptical shape (rugby ball shape) shown in FIG. 6, and four blade members 213 are provided in the axial direction of the rotation shaft 21a. ing.
  • the four blade members 213 are stacked and fixed in the axial direction by changing the angle in the rotational direction of the rotary shaft 21a.
  • the adjacent blade members 213 may be stacked with the same angle sequentially or may be stacked without making the angles uniform.
  • region 32b is formed at 90 degrees.
  • the shape of the blade member 214 of the screw 21 is formed in two spiral shapes.
  • the angle of the blade member 214 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 70 °, and the pitch is about 1.0D.
  • the second kneading region 34 is divided into an upstream second kneading region 34a and a downstream second kneading region 34b that are continuous from the first exhaust region 33.
  • the blade member 215 of the screw 21 is formed in a single spiral shape.
  • An angle of the blade member 215 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 85 °, and a pitch is about 0.25D.
  • the downstream second kneading region 34b has the same basic configuration as the downstream first kneading region 32b in the blade member 216 of the screw 21, but the blade member 216 in the downstream second kneading region 34b The thickness is smaller than that of the blade member in one kneading region 32b.
  • the number of blade members 216 is increased compared to the downstream first kneading region 32b.
  • the axial length of the downstream second kneading region 34b is about three times that of the downstream first kneading region 32b.
  • the blade member 217 of the screw 21 is formed in a single spiral shape.
  • An angle of the blade member 217 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 60 °, and a pitch is about 2.0D.
  • the blade member 217 in the second exhaust region 35 has a plate-like (rectangular) cross section.
  • the third kneading region 36 is divided into an upstream third kneading region 36a continuous from the second exhaust region 35, an intermediate third kneading region 36b, and a downstream third kneading region 36c. Yes.
  • the blade member 218 of the screw 21 is divided into a wide pitch portion 36d having two wide pitches from the upstream side and a narrow pitch portion 36e having one narrow pitch.
  • the blade member 218a of the screw 21 has a wide pitch of two strips, and the pitch is about 1.0D.
  • the narrow pitch portion 36e is similar in structure to the upstream second kneading region 34a in the basic configuration of the blade member 218b of the screw 21, but the axial length is about twice that of the upstream second kneading region 34a. ing.
  • the blade member 219 of the screw 21 is the same as the downstream second kneading region 34b, and the length in the axial direction is also the same.
  • the downstream third kneading region 36c has a forward direction region 36f and a reverse direction region 36g.
  • the blade member 220 of the screw 21 in the forward direction region 36f has the same configuration as the narrow pitch portion 36e in the upstream third kneading region 36a, and the reverse direction region 36g has an angle opposite to that of the forward direction region 36f with respect to the rotation axis 21a. It has become.
  • the blade member 221 of the screw 21 in the reverse direction region 36g has the same pitch as the forward direction region 36f, but the axial length is 1 ⁇ 2 of the forward direction region 36f.
  • the third exhaust region 37 has the same structure as the second exhaust region 35 shown in FIG. Specifically, the blade member 222 of the screw 21 is formed in a single spiral shape.
  • the blade member 222 has an angle of about 60 ° with respect to the rotation shaft 21a and a pitch of about 2.0D (D is the diameter of the screw).
  • the blade member 222 has a plate-like (rectangular) cross section.
  • the lead-out region 38 is divided into an upstream lead-out region 38a continuous from the third exhaust region 37 and a lead-out opening region 38b, and on the downstream side of the lead-out opening region 38b, the screw 21 A reverse end region 38c in which the blade member is inclined in the reverse direction is provided.
  • the upstream lead-out region 38a has the same basic configuration as the blade member 223 of the screw 21 and the wide pitch portion 36d of the upstream third kneading region 36a, but the axial length is longer than that of the wide pitch portion 36d. It is getting shorter.
  • the lead-out opening region 38b is a region open to the lead-out port 27, and the shape of the blade member 224 of the screw 21 is the same as that of the narrow pitch portion 36e of the upstream third kneading region 36a. The length in the direction is longer than that of the narrow pitch portion 36e.
  • the inclination of the blade member 223 of the screw 21 is smaller than the inclination of the blade member 223 in the lead-out opening area 38b.
  • the reverse direction termination region 38c has the same configuration as the reverse direction region 36g of the downstream third kneading region 36c in the shape of the blade member 225 of the screw 21.
  • the fuel production method using the fuel production apparatus 1 of the present embodiment will be described in the case of using waste as a raw material.
  • the waste W used as a raw material is put into the separator 2, and foreign substances C such as inorganic substances (glass) are removed.
  • the waste after the foreign matter C is removed is put into the shredder 3 and pulverized to a size of about 5 mm.
  • the waste W used as the raw material has a variety of contents, but as the waste thrown into the fuel production apparatus 1 of the present embodiment, a waste mainly containing organic waste containing synthetic resin is selected. .
  • a waste containing a plastic container or a foamed material such as styrene foam corresponds to this. Rubble or the like with a small content of organic waste containing synthetic resin is not suitable for processing with the fuel production apparatus 1 of the present embodiment.
  • the water content of the waste W is adjusted to 20% to 60%.
  • the water content is less than 20%, compression and kneading become difficult even if the moisture content is introduced into the fuel production apparatus 1.
  • the water content exceeds 60%, it becomes difficult to sufficiently heat the waste W even if it is put into the fuel production apparatus 1.
  • the raw material M crushed by the shredder 3 is transported to the fuel production apparatus 1 by a conveyor (not shown) and is fed into the twin screw extruder 20 from the charging port 23.
  • the raw material M introduced into the twin screw extruder 20 is first introduced into the introduction region 31.
  • the blade member 211 of the screw 21 is formed in a single spiral shape, and the pitch is a relatively wide pitch of 1.5D. Therefore, the charged raw material M is conveyed to the next first kneading region 32 at a relatively high speed.
  • the raw material M conveyed at a relatively high speed is kneaded and compressed by the screw 21 shown in FIG.
  • the raw material is kneaded by the two spiral blade members 212.
  • the blade member 211 has a single pitch of 1.5D, and the upstream first kneading area 32 a has a narrow pitch, so that the conveying speed of the raw material M is slowed down and the raw material M is compressed while being compressed. Is done.
  • the raw material M conveyed while being compressed and kneaded by the upstream first kneading region 32a is further compressed and kneaded in the downstream first kneading region 32b.
  • kneading is performed by an elliptical blade member 213 as viewed in the axial direction shown in FIG.
  • the raw material in the downstream first kneading region 32b is transferred by the raw material M conveyed from the upstream first kneading region 32a. It is kneaded while being extruded.
  • the first kneading region 32 has a shorter axial length than the other second kneading regions 34 and the third kneading region 36, the raw material M in the first kneading region 32 is compressed and kneaded. Little heat is generated.
  • the temperature of the raw material M in the downstream first kneading region 32b is detected by the first kneading region temperature sensor 32t, and is adjusted by the controller 16 so that the value becomes 100 ° C. to 150 ° C.
  • the raw material M is conveyed to the first exhaust area 33.
  • the shape of the blade member 214 of the screw 21 is a single spiral shape, and the angle of the blade member 214 with respect to the rotating shaft 21a is formed to be about 70 °. Is about 1.0D.
  • the conveyance speed of the compressed raw material M increases, and the compressed state is relaxed.
  • the raw material M Since the raw material M is compressed and kneaded in the first kneading region 32 and generates heat, when it is conveyed to the first exhaust region 33 and the compressed state is relaxed, the water in the raw material M evaporates and the water vapor S And is discharged from the first exhaust port 24 to the outside. On the other hand, since the heat generated by the first kneading region 32 is small and the component of the synthetic resin contained in the raw material M is not volatilized, the volatile component of the synthetic resin is not discharged from the first exhaust port 24.
  • the upstream side of the first exhaust region 33 is the first kneading region 32 and the downstream side is the second kneading region 34 described later, the raw material M is in a compressed state. Therefore, the gas containing the water vapor S generated in the first exhaust region 33 does not flow back to the introduction region 31 and does not proceed to the second kneading region 34.
  • the raw material M is conveyed to the second kneading region 34.
  • the second kneading region 34 first, it is conveyed to the upstream second kneading region 34a.
  • the blade member 215 of the screw 21 has a single spiral shape, the angle of the blade member 215 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 85 °, and the pitch is about 0.25D. Yes.
  • the raw material M is conveyed to the downstream second kneading region 34b.
  • the elliptical blade members 216 are stacked in a plurality of axial directions when viewed in the axial direction, and no downstream conveying force is generated by the blade members 216.
  • the material in the downstream second kneading region 34b is kneaded while being extruded by the material M conveyed from the kneading region 34a.
  • downstream second kneading region 34b is longer in the axial direction than the downstream first kneading region 32b, the raw material M is compressed and kneaded in the downstream second kneading region 34b. A lot of shearing force and compression force are applied to the material M, and a lot of heat is generated from the raw material M itself. The temperature of the raw material M at this time is detected by the second kneading region temperature sensor 34t, and adjusted by the control device 16 so that the value becomes 180 ° C. to 280 ° C.
  • the raw material is conveyed to the second exhaust area 35.
  • the shape of the blade member 217 of the screw 21 is a single spiral shape, and the angle of the blade member 217 with respect to the rotation shaft 21a is formed at about 60 °. Is about 2.0D.
  • the conveyance speed of the raw material M compressed and heated by the second kneading region 34 is increased, and the compressed state is relaxed.
  • the raw material M Since the raw material M is compressed and kneaded in the second kneading region 34 and heated to a temperature of 180 ° C. to 280 ° C., when the compressed state is relaxed, the combustible gas G1 generated by thermal decomposition from the raw material M is generated. It ejects into the second exhaust region 35. At this time, the combustible gas G1 is composed mainly of hydrocarbons, although it depends on the contents of the raw material M.
  • the upstream side of the second exhaust region 35 is the second kneading region 34 and the downstream side is the third kneading region 36, the raw materials M are both compressed. Therefore, the combustible gas G ⁇ b> 1 generated in the second exhaust region 35 does not flow back to the second kneading region 34 and does not advance to the third kneading region 36.
  • the raw material M is conveyed to the third kneading region 36.
  • the third kneading region 36 is divided into an upstream third kneading region 36a, an intermediate third kneading region 36b, and a downstream third kneading region 36c.
  • the raw material M is conveyed to the wide pitch portion 36d.
  • this wide pitch portion 36d has two blade members 218a of the screw 21, and the pitch is about 0.9D.
  • the conveying speed of the raw material M passing through the wide pitch portion 36d becomes slow and is gradually compressed.
  • the raw material M compressed to some extent by the wide pitch portion 36d is further compressed by the narrow pitch portion 36e in which the pitch of the blade members 218b is about 0.25D, and is further reduced.
  • the blade member 219 of the screw 21 is the same as the downstream second kneading region 34b. Accordingly, the raw material M compressed by the narrow pitch portion 36e of the upstream third kneading region 36a and applied with a strong conveying force passes through the intermediate third kneading region 36b, whereby a large amount of shearing force and compression are applied to the raw material M. A force is applied, and a lot of heat is generated from the raw material M itself.
  • a strong conveying force is applied to the raw material M by the forward direction region 36f having a narrow pitch similar to the narrow pitch portion 36e of the upstream third kneading region 36a.
  • the conveyance force of the reverse direction to a conveyance direction is added to the raw material M in the reverse direction area
  • the conveying force since the axial length of the forward direction region 36f is twice the length of the reverse direction region 36g, the conveying force applied to the raw material M is larger in the forward direction.
  • the temperature of the raw material M becomes high temperature.
  • the temperature of the raw material M in the downstream third kneading region 36c is detected by the third kneading region temperature sensor 36t, and adjusted by the controller 16 so that the value becomes 260 ° C. to 320 ° C.
  • the control device 16 controls the temperature of the raw material M in the third kneading region 36 to be higher than the temperature in the second kneading region 34.
  • the raw material M is conveyed to the third exhaust region 37.
  • the shape of the blade member 222 of the screw 21 is the same as that of the second exhaust region 35, so that the combustible gas G 2 generated from the raw material M is also ejected in the third exhaust region 37.
  • the main component of the combustible gas recovered in the third exhaust region 37 has a higher proportion of hydrocarbon components in the entire gas than in the second exhaust region. This is considered to be due to the fact that the third kneading region 36 generates higher heat than the second kneading region 34.
  • the raw material M is conveyed to the lead-out area 38 shown in FIG.
  • the raw material M is first conveyed to the upstream lead-out area 38a.
  • the blade member 223 of the screw 21 has two strips, and the pitch is about 0.9D.
  • the raw material M whose compression force has been relaxed in the upstream third exhaust region 37 is conveyed to the outlet opening region 38b while being compressed again by the upstream side outlet region 38a.
  • the pitch of the blade members 224 is about 0.25D
  • the raw material M is conveyed downstream while being further compressed.
  • the outlet 27 is opened downward in the outlet opening region 38b, the conveyed raw material M is led out of the twin screw extruder 20 from the outlet 27.
  • the raw material M is downstream of the lead-out opening region 38b. It is returned to the lead-out opening region 38b by the blade member 225 of the reverse direction termination region 38c provided on the side. Thereby, even if there is a raw material M that has once passed through the lead-out opening region 38b, it is returned again to the lead-out opening region 38b by the reverse direction termination region 38c and led out from the lead-out port 27 to the outside.
  • the raw material M derived from the outlet 27 is cooled by the cooler 17 and carried out as fuel F as shown in FIGS.
  • the cooler 17 the raw material M processed at a temperature of 260 ° C. to 310 ° C. is cooled to about 200 ° C. or less.
  • a water jacket (not shown) is provided on the outer periphery of the cooler 17, and water heated in the water jacket is used as water for generating steam in the boiler 4.
  • steam BS is generated using the combustible gases G1 and G2 as fuel, and the steam BS is supplied to a generator (not shown), an air conditioner, or the like.
  • the present invention is not limited to the configuration exemplified in the above embodiment.
  • the exhaust ports have been described by taking the three exhaust ports of the first exhaust port 24, the second exhaust port 25, and the third exhaust port as an example, but the number of exhaust ports is not limited to three. An exhaust port may be added.

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Abstract

【課題】合成樹脂や生ゴミ等を含む原料を二軸押出機で炭化することにより良質な炭化燃料を得ることができる燃料製造装置及び燃料製造方法を提供する。 【解決手段】燃料製造システム１００は、燃料製造装置１と、セパレータ２と、シュレッダ３と、ボイラ４とを備えている。燃料製造装置１は、二軸押出機２０のスクリュ２１の形状を工夫し、第１排気口２４から水蒸気Ｓを噴出させ、第２排気口２５から可燃性ガスＧ１を噴出させ、第３排気口２６から可燃性ガスＧ２を噴出させると共に、導出口２７から炭化された燃料Ｆが得られる。

Description

炭化燃料製造装置及び炭化燃料製造方法
　本発明は、合成樹脂を含む燃焼カロリーの高い資源、及びバイオマス等を含む資源を良質の燃料にするための装置及び方法に関する。
　現代の生活においては、合成樹脂は欠かすことのできない素材となっており、種々の製品や容器を含む包装材料、或いは構造材等に広く用いられている。また、合成樹脂については、現在リサイクル化を進めるため、一般家庭や事業所からリサイクル用の合成樹脂を回収することが行われている。
　例えば、合成樹脂製ボトル（いわゆるＰＥＴボトル等）については、広く回収が行われており、これを裁断して溶融させ、繊維製品等に再利用することが行われている。しかしながら、この合成樹脂製ボトルの再利用は、最終製品である繊維製品の品質を保つために良質なボトルを回収する必要があり、質の低いボトルは再利用されていないのが現状である。
　また、合成樹脂製ボトルは、様々な成分の合成樹脂が混合されて形成されている。また、ボトルの表面にガスバリア性能を持たせるため等の理由によりに種々のコーティング剤が用いられている。このため、このような合成樹脂製ボトルが含まれるリサイクル原料は、その成分やコーティング剤の種類によっては、繊維製品の材料にできない場合がある。また、樹脂の射出成形品の製造のために当該原料を使用することも考えられるが、コーティング剤等の種類によっては、他の材料と混合しにくい等の不都合により、現状ではあまり利用されていない。
　このように、現代社会においては、多くの合成樹脂製品が使用されているが、その再利用は思ったように進んでいない。例えば、製造業や運輸業等の企業で使用されている合成樹脂製のパレット等は、本来は複数回使用可能であるが、管理の手間がかかる等の理由から１回のみしか使われておらず、その後は廃棄されることが多い。また、建材等にも合成樹脂が多く使われているが、合成樹脂以外の廃棄物の混入が多い等の理由で、廃棄された後の再利用は進んでいない。
　上記のようなリサイクル材料は、使用用途がなければ焼却するか埋め立てる等の処分をする必要が生じる。また、一般廃棄物や産業廃棄物は、プラスチック製の包装材や発泡スチロール等の発泡体、又は生ゴミや紙等を含むものが多い。通常は、これらの廃棄物も焼却処分や埋め立て処分がなされる。
　ところが、使用できないリサイクル材料や廃棄物の処分には高いコストを必要とし、環境に悪影響を及ぼす。例えば、環境省が発表した「一般廃棄物処理事業実態調査の結果（平成26年度）について」には、一般廃棄物の焼却処理施設が１１６２箇所あり、コストとしては年間で２兆円を超える額になることが記載されている。
　一方で、上記のように再利用がしにくい合成樹脂や、合成樹脂を含む廃棄物は、それ自身で多くの熱量を有していることから、これを燃料に転換する技術も種々検討されている。例えば、本願発明者等が開発した燃料製造装置が知られている（特許文献１）。当該特許文献１に開示された装置は、二軸押出機を基本構成とし、当該二軸押出機に原料となる廃棄物等を投入し、装置内で原料に剪断力を与えると共に原料を圧縮して発熱させ、外部から熱を加えることなく廃棄物を炭化するものである。
特許第２９２７８４９号公報
　特許文献１に開示された装置は、プラスチックや生ゴミ等を含む廃棄物を二軸押出機で炭化することにより良質な炭化燃料を得ることができるが、近年では、さらに効率よく廃棄物を炭化燃料にする技術が求められている。
　そこで、本発明は、合成樹脂を含む原料を炭化させて燃料とする装置及び炭化燃料の製造方法の改良を目的とし、従来の設備に比べてさらに効率のよい装置及び方法を提供することを目的とする。
　本発明の燃料製造装置は、上記目的を達成するために、少なくとも合成樹脂が含まれる有機原料を圧縮混練することにより炭化させ、連続的に炭化燃料を製造する燃料製造装置であって、駆動手段により同一の方向に同一の回転速度で駆動される二軸のスクリュと、前記スクリュが収納されるケーシングとを備えた二軸押出機と、前記駆動手段の制御を行う制御手段とを備え、前記スクリュは、回転軸と、前記回転軸の表面に設けられる羽根部材とを有し、前記ケーシングには、原料が投入される投入口と、加工された物質が導出される導出口と、前記投入口と前記導出口との間に設けられた複数の排気口を有し、前記排気口は、前記ケーシングの上流側から第１排気口、第２排気口及び第３排気口の順で少なくとも３箇所に設けられ、前記二軸押出機は、前記投入口から前記第１排気口の上流までの導入領域と、前記第１排気口の上流から下流までの第１排気領域と、前記第２排気口の上流から下流までの第２排気領域と、前記第３排気口の上流から下流までの第３排気領域と、前記導入領域と前記第１排気領域との間に設けられた第１混練領域と、前記第１排気領域と前記第２排気領域との間に設けられた第２混練領域と、前記第２排気領域と前記第３排気領域との間に設けられた第３混練領域と、前記導出口の上流から前記導出口の位置までを含む導出領域とを有する。
　また、本発明の燃料製造装置において、前記スクリュの羽根部材は、前記スクリュの側面視において前記回転軸に対する角度について、前記回転軸に対して９０°となる角度を最大とし、前記スクリュが回転したときに投入された原料が下流側に搬送される方向を順方向の傾き、上流側に搬送される方向を逆方向の傾きとしたときに、前記導入領域は順方向の傾きを有し、前記第１混練領域は順方向の傾きで前記導入領域よりも傾きが大きい部分を有し、前記第１排気領域は順方向の傾きを有し、前記第２混練領域は順方向の傾きで前記第１排気領域よりも傾きが大きい部分を有し、前記第２排気領域は順方向の傾きを有し、前記第３混練領域は順方向の傾きで前記第２排気領域よりも傾きが大きい部分を有し、前記第３排気領域は順方向の傾きを有し、前記導出領域は順方向の傾きで前記第３排気領域よりも傾きが大きい部分を有しており、前記制御手段が、前記第１混練領域における下流側の温度が１００℃～１５０℃、前記第２混練領域における下流側の温度が１８０℃～２８０℃、前記第３混練領域における下流側の温度が２６０℃～３２０℃となるように前記駆動手段を駆動させることを特徴とする。
　本発明の燃料製造装置によれば、第１混練領域が導入領域と第１排気領域との間に設けられているため、第１排気領域における排気の導入領域への逆流が防止される。また、第１混練領域では、導入領域に比べてスクリュの羽根部材の角度が大きいため、原料の搬送速度が遅くなり、導入領域から搬送される原料が圧縮され、且つ混練される。同様に、第２混練領域及び第３混練領域においても、原料が圧縮され、且つ混練される。
　また、制御手段は、前記第１混練領域における下流側の温度が１００℃～１５０℃、前記第２混練領域における下流側の温度が１８０℃～２８０℃、前記第３混練領域における下流側の温度が２６０℃～３２０℃で前記第２混練領域よりも高くなるように前記駆動手段を駆動させる。
　当該制御手段により、第１排気領域では、原料に含まれる合成樹脂は揮発せず、原料に含まれる水分が蒸発して水蒸気となって排気される。これにより、原料中の水分量が減少するので、後の第２混練領域及び第３混練領域での混練、圧縮による原料の加熱が容易となる。
　また、第２混練領域から第３混練領域にかけて、徐々に原料の温度を上げていくことにより、最終的に第３混練領域において、原料を効率よく炭化することができる。
　また、本発明の燃料製造装置において、前記第１混練領域は前記第２混練領域に比べて軸方向に短く設定され、前記第２混練領域は前記第３混練領域に比べて軸方向に短く設定されていることが好ましい。このような構成とすることにより、第１混練領域から第３混練領域にかけて徐々に原料の圧縮及び混練を行うことができ、原料の段階的な加熱が行われるので、第３混練領域において原料を効率よく炭化させることができる。
　また、本発明の燃料製造装置においては、前記第１混練領域が、前記導入領域から連続する上流側第１混練領域と、前記上流側第１混練領域と前記第１排気領域との間に設けられた下流側第１混練領域とを有し、前記上流側第１混練領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが前記導入領域よりも大きく、前記下流側第１混練領域の前記スクリュの羽根部材が軸方向視で楕円状の板部材を回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層され前記板部材の傾きが９０°であることが好ましい。
　当該構成によれば、第１混練領域が上流側と下流側に分かれており、上流側第１混練領域のスクリュの羽根部材の傾きが導入領域よりも大きいため、この上流側第１混練領域で原料を圧縮混練することができる。また、下流側第１混練領域では、スクリュの羽根部材が軸方向に対して９０°とされた複数の板部材により形成されているので、この下流側第１混練領域を通過する原料にさらに大きな圧縮力と剪断力を与えることができる。これにより、原料自身が有する熱量により発熱させることができる。ここで、下流側第１混練領域における羽根部材の角度は、実質的に９０°であればよく、前後５パーセント程度の範囲が含まれる。
　また、本発明の燃料製造装置においては、前記第２混練領域が、前記第１排気領域から連続する上流側第２混練領域と、前記上流側第２混練領域と前記第２排気領域との間に設けられた下流側第２混練領域とを有し、前記上流側第２混練領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記第１排気領域よりも大きく、前記下流側第２混練領域の前記スクリュの羽根部材が軸方向視で楕円状の板部材を回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層され前記板部材の傾きが９０°であることが好ましい。
　当該構成によれば、第２混練領域が上流側と下流側に分かれており、上流側第２混練領域のスクリュの羽根部材の傾きが第１排気領域よりも大きいため、この上流側第２混練領域で原料を圧縮混練することができる。また、下流側第２混練領域では、スクリュの羽根部材が軸方向に対して９０°とされた複数の板部材により形成されているので、この下流側第２混練領域を通過する原料にさらに大きな圧縮力と剪断力を与えることができる。これにより、原料自身が有する熱量により発熱させることができる。また、原料は第１混練領域で加熱されているため、この第２混練領域でさらに加熱して原料を熱分解させることができる。なお、ここでの９０°の角度についても前後５パーセント程度の範囲が含まれる。
　また、本発明の燃料製造装置においては、前記第３混練領域が、前記第２排気領域から連続する上流側第３混練領域と、前記第３排気領域に連続する下流側第３混練領域と、前記上流側第３混練領域と前記下流側第３混練領域との間に設けられた中間第３混練領域とを有し、前記上流側第３混練領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記第２排気領域よりも大きく、前記中間第３混練領域の前記スクリュの羽根部材が軸方向視で楕円状の板部材を回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層すると共に前記板部材の傾きを９０°とし、前記下流側第３混練領域は、前記スクリュの羽根部材の傾きが順方向の順方向領域が上流側に設けられ、前記スクリュの羽根部材の傾きが逆方向の逆方向領域が下流側に設けられていることが好ましい。
　当該構成によれば、第３混練領域が上流側と中間と下流側に分かれており、上流側第３混練領域のスクリュの羽根部材の傾きが第２排気領域よりも大きいため、この上流側第３混練領域で原料を圧縮混練することができる。また、中間第３混練領域では、スクリュの羽根部材が軸方向に対して９０°とされた複数の板部材により形成されているので、この中間第３混練領域を通過する原料にさらに大きな圧縮力と剪断力を与えることができる。
　さらに、下流側第３混練領域が、上流側の順方向領域と下流側の逆方向領域を有しているため、逆方向領域で原料に搬送方向とは逆方向の搬送力が加えられる。これにより、原料と逆方向領域の羽根部材との間に摩擦力及び剪断力が発生し、原料をより高温に熱することができる。従って、当該構成によれば、第２混練領域で熱分解された原料を、この第３混練領域でさらに加熱して熱分解させ、炭化させることができる。
　この下流側第３混練領域の逆方向領域は、原料を第３混練領域に十分に滞留させるために設けられているが、原料を徐々に下流側に搬送させるためには、原料が逆流する力よりも原料を搬送する力を大きくする必要がある。そこで、本発明の燃料製造装置においては、前記下流側第３混練領域の前記逆方向領域は、前記順方向領域よりも軸方向に短く設定されていることが好ましい。
　また、本発明の燃料製造装置においては、前記導出領域は、前記第３排気領域から連続する上流側導出領域と、前記上流側導出領域から連続する導出開口領域とを有し、前記上流側導出領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記導出開口領域よりも小さく設定されていることが好ましい。
　当該構成によれば、導出領域が上流側と下流側（導出開口領域）に分かれており、上流側導出領域のスクリュの羽根部材の傾きを導出開口領域よりも小さくすることにより、導出開口領域に炭化された原料である炭化燃料を徐々に圧縮しながら搬送し、導出口から円滑に炭化燃料を導出することができる。
　また、本発明の燃料製造装置においては、前記導出領域は、前記導出開口領域の下流側に前記スクリュの羽根部材の傾きが逆方向である逆方向終端領域をさらに有することが好ましい。当該構成によれば、導出開口領域に搬送されてきた炭化燃料が導出口から導出されなかった場合でも、逆方向終端領域によって炭化燃料が導出開口領域に戻されるので、炭化燃料を導出口から円滑に導出させることができる。
　次に、本発明の燃料製造方法は、少なくとも合成樹脂が含まれる有機原料を二軸押出機によって圧縮混練することにより炭化させ、連続的に炭化燃料を製造する燃料製造方法であって、以下の特徴を有している。
　本発明の燃料製造方法に用いられる燃料製造装置は、駆動手段により同一の方向に同一の回転速度で駆動される二軸のスクリュと、前記スクリュが収納されるケーシングとを備えた二軸押出機と、前記駆動手段の制御を行う制御手段とを備え、前記スクリュは、回転軸と、前記回転軸の表面に設けられる羽根部材とを有し、前記ケーシングには、原料が投入される投入口と、加工された物質が導出される導出口と、前記投入口と前記導出口との間に設けられた複数の排気口を有し、前記排気口は、前記ケーシングの上流側から第１排気口、第２排気口及び第３排気口の順で少なくとも３箇所に設けられ、前記二軸押出機は、前記投入口から前記第１排気口の上流までの導入領域と、前記第１排気口の上流から下流までの第１排気領域と、前記第２排気口の上流から下流までの第２排気領域と、前記第３排気口の上流から下流までの第３排気領域と、前記導入領域と前記第１排気領域との間に設けられた第１混練領域と、前記第１排気領域と前記第２排気領域との間に設けられた第２混練領域と、前記第２排気領域と前記第３排気領域との間に設けられた第３混練領域と、前記導出口の上流から前記導出口の位置までを含む導出領域とを有している。
　本発明の燃料製造方法では、前記二軸押出機を前記駆動手段によって駆動した状態で、前記投入口に原料を投入し、投入された前記原料を前記導入領域において下流側に搬送し、前記第１混練領域で前記原料の搬送速度を前記導入領域よりも遅くして圧縮しながら混練し、前記第１排気領域において前記原料の搬送速度を前記第１混練領域よりも速くして前記原料の圧縮状態を緩和して前記第１排気口から前記原料に含まれるガスを排出させ、前記第２混練領域において前記原料の搬送速度を前記第１排気領域よりも遅くして前記原料を圧縮しながら混練し、前記第２排気領域において前記原料の搬送速度を前記第２混練領域よりも速くして前記原料の圧縮状態を緩和して前記第２排気口から前記原料に含まれるガスを排出させ、前記第３混練領域において前記原料の搬送速度を前記第２排気領域よりも遅くして前記原料を圧縮しながら混練し、前記第３排気領域において前記原料の搬送速度を前記第３混練領域よりも速くして前記原料の圧縮状態を緩和して前記第３排気口から前記原料に含まれるガスを排出させ、前記導出領域において前記第３排気領域を通過した原料を前記二軸押出機から導出するものであり、前記制御手段が、前記第１混練領域における温度が１００℃～１５０℃、前記第２混練領域における温度が１８０℃～２８０℃、前記第３混練領域における温度が２６０℃～３２０℃で前記第２混練領域よりも高くなるように前記駆動手段を駆動することを特徴とする。
　本発明の燃料製造方法では、第１混練領域において原料の温度が１００℃～１５０℃に制御され、第１排気領域において原料中の水分が蒸気となって排気される。また、第２混練領域において原料の温度が１８０℃～２８０℃に制御され、原料中の溶解温度が低い合成樹脂等が熱分解されて可燃性ガスが発生し、第２排気領域において外部に排気される。さらに、第３混練領域において原料の温度が２６０℃～３２０℃に制御され、原料中の溶解温度が高い合成樹脂等が熱分解されて可燃性ガスが発生し、第３排気領域において外部に排気される。当該制御により、原料を効率よく炭化燃料とすることができる。
　本発明の燃料製造方法においては、前記第３混練領域の下流側において、前記スクリュの回転によって原料に逆方向の搬送力を付与することが好ましい。このように、第３混練領域において原料に逆方向の搬送力を付与することにより、原料に強い圧縮力と剪断力を与えて原料自身の熱量で発熱させることができる。
　以上の本発明の燃料製造装置及び燃料製造方法によれば、合成樹脂性資源や、合成樹脂を含む廃棄物を原料として、３２０℃以下の低温で固形燃料を製造することができる。よって、本発明によれば、焼却処理施設等を必要とすることなく原料を燃料化することができる。
　また、本発明の燃料製造装置及び燃料製造方法によれば、固形燃料の製造時に発生する水蒸気や可燃性ガスは回収することができる。よって、燃料製造装置による燃料の製造の際に、ＣＯ２やＣＨ４、或いはＮＯＸ等のガスを排出することなく燃料を製造することができる。
　また、当該製造された燃料は、発電施設等で用いることができる優良な燃料であり、本来廃棄されるべきものを燃料とすることができるので、通常の石炭等の燃料を用いる場合に比べて、コストや環境負荷を低減することができる。
本発明の燃料製造装置を含む、燃料製造システムの概要を示す説明図。 本発明の燃料製造装置の概要を示す説明図。 本発明の燃料製造装置における二軸押出機のスクリュを示す説明図。 図３のスクリュの導入領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。 図３のスクリュの第１混練領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。 図５のＶＩ－ＶＩ線断面の参考図。 図３のスクリュの第１排気領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。 図３のスクリュの第２混練領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。 図３のスクリュの第２排気領域及び第３排気領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。 図３のスクリュの第３混練領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。 図３のスクリュの導出領域におけるスクリュの羽根部材の形状を示す説明図。
　次に、本発明の実施形態である燃料製造装置及び燃料製造方法について、図１乃至図１１を参照して説明する。
　図１は、本実施形態の燃料製造装置１を含む燃料製造システム１００を示している。この燃料製造システム１００は、燃料製造装置１の他に、セパレータ２と、シュレッダ３と、ボイラ４とを備えている。
　燃料製造装置１は、合成樹脂が含まれる有機原料を圧縮混練することにより炭化させ、連続的に炭化燃料を製造する装置である。この燃料製造装置１は、図２に示すように、駆動装置（駆動手段）１０と、二軸のスクリュを有する二軸押出機２０と、制御装置（制御手段）１６と、冷却器１７を備えている。駆動装置１０は、モータ１１と、動力伝達ギヤ１２とを有する。二軸押出機２０は、スクリュ２１と、ケーシング２２と、原料を投入する投入口２３と、複数の排気口（第１排気口２４、第２排気口２５、第３排気口２６）と、加工された物質が導出される導出口２７とを備えている。
　ケーシング２２は、内部に軸方向視で８の字状の通路が形成された部材であり（図６参照）、内部にスクリュ２１が収納される。また、ケーシング２２には、上記投入口２３と、第１排気口２４と、第２排気口２５と、第３排気口２６と、導出口２７が設けられる。このように、本実施形態では、排気口はケーシング２２の３箇所に設けられている。また、ケーシング２２の外周には、図示しないウォータージャケットが設けられ、以下に説明する各領域ごとに温度制御が可能に形成されている。
　二軸押出機２０は、投入口２３が設けられている領域が導入領域３１であり、投入口２３と第１排気口２４との間が第１混練領域３２であり、第１排気口２４の近傍の領域が第１排気領域３３となっている。また、第１排気口２４と第２排気口２５との間が第２混練領域３４であり、第２排気口２５の近傍の領域が第２排気領域３５となっている。また、第２排気口２５と第３排気口２６との間が第３混練領域３６であり、第３排気口２６の近傍の領域が第３排気領域３７となっている。また、第３排気口２６と導出口２７の位置までを含む領域が導出領域３８となっている。本実施形態では、第１混練領域３２が第２混練領域３４に比べて軸方向に短く設定され、第２混練領域３４が第３混練領域３６に比べて軸方向に短く設定されている。
　また、ケーシング２２には、導入領域３１等の各領域について、その下流側の温度を検出する温度センサがそれぞれ設けられている。具体的には、導入領域３１には導入領域温度センサ３１ｔ、第１混練領域３２には第１混練領域温度センサ３２ｔ、第２混練領域３４には第２混練領域温度センサ３４ｔ、第３混練領域３６には第３混練領域温度センサ３６ｔ、冷却器１７には冷却器温度センサ１７ｔである。
　また、ケーシング２２には、各排気領域において、排気ガスの温度を検出する温度センサが設けられている。具体的には、第１排気領域３３には第１排気領域温度センサ３３ｔ、第２排気領域３５には第２排気領域温度センサ３５ｔ、第３排気領域３７には第３排気領域温度センサ３７ｔである。さらに、導出領域３８の導出口２７には、生成された炭化燃料の温度を検出する導出温度センサ２７ｔが設けられている。
　次に、図３～図１１を参照して、上記各領域の詳細な構成について説明する。図３は、本実施形態の燃料製造装置１のケーシング２２内に内蔵されているスクリュ２１の平面図である。スクリュ２１は、同一の形状のものが２本並列に設けられており、動力伝達ギヤ１２を介してモータ１１により駆動される。各スクリュ２１の回転方向は同一であり、回転速度も同一となっている。スクリュ２１は、回転軸２１ａと羽根部材２１０（２１１～２２５）とから構成される。
　まず、導入領域３１は、図４に示すように、スクリュ２１の羽根部材２１１が１条のらせん状に形成されている。羽根部材２１１の回転軸２１ａに対する角度は側面視で約６０°に形成され、ピッチは約１．５Ｄ（Ｄはスクリュの直径）となっている。導入領域３１の羽根部材２１１の形状は、上流側の面２１１ａが回転軸２１ａの表面に対して約９０°に形成されており、下流側の面２１１ｂが回転軸２１ａの表面に対して約５０°に形成されている。本実施形態においては、羽根部材２１１の回転軸２１ａに対する角度は、９０°となる角度を最大とし、スクリュ２１が回転したときに投入された原料が下流側に搬送される方向を順方向の傾き、上流側に搬送される方向を逆方向の傾きとしている。
　第１混練領域３２は、図５に示すように、導入領域３１から連続する上流側第１混練領域３２ａと、下流側第１混練領域３２ｂとに分かれている。上流側第１混練領域３２ａは、スクリュ２１の羽根部材２１２が２条のらせん状に形成されている。羽根部材２１２の回転軸２１ａに対する角度は約７０°に形成され、ピッチは約１．０Ｄとなっている。即ち、第１混練領域３２においては、スクリュ２１の羽根部材２１２は、順方向の傾きで、導入領域３１の羽根部材２１１よりも傾きが大きい部分を有している。
　一方、下流側第１混練領域３２ｂは、羽根部材２１３の形状が、図６に示す楕円状（ラグビーボール状）を呈しており、この羽根部材２１３が回転軸２１ａの軸方向に４枚設けられている。この４枚の羽根部材２１３は、回転軸２１ａの回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層されて固定されている。その配列は、隣り合う羽根部材２１３ごとに順次同一の角度をつけて積層してもよく、角度を均一にせずに積層してもよい。また、下流側第１混練領域３２ｂのスクリュ２１の羽根部材２１３の側面視における傾きは９０°に形成されている。
　第１排気領域３３は、図７に示すように、スクリュ２１の羽根部材２１４の形状が２条の螺旋形状に形成されている。羽根部材２１４の回転軸２１ａに対する角度は約７０°に形成され、ピッチは約１．０Ｄとなっている。
　第２混練領域３４は、図８に示すように、第１排気領域３３から連続する上流側第２混練領域３４ａと下流側第２混練領域３４ｂとに分かれている。上流側第２混練領域３４ａは、スクリュ２１の羽根部材２１５が１条のらせん状に形成されている。羽根部材２１５の回転軸２１ａに対する角度は約８５°に形成され、ピッチは約０．２５Ｄとなっている。
　下流側第２混練領域３４ｂは、スクリュ２１の羽根部材２１６の基本構成が下流側第１混練領域３２ｂと同様になっているが、下流側第２混練領域３４ｂの羽根部材２１６は、下流側第１混練領域３２ｂの羽根部材に比べて厚さが薄くなっている。一方で、下流側第２混練領域３４ｂでは、下流側第１混練領域３２ｂに比べて羽根部材２１６の数を多くしている。これにより、下流側第２混練領域３４ｂの軸方向の長さは、下流側第１混練領域３２ｂの約３倍となっている。
　第２排気領域３５は、図９に示すように、スクリュ２１の羽根部材２１７が１条のらせん状に形成されている。羽根部材２１７の回転軸２１ａに対する角度は約６０°に形成され、ピッチは約２．０Ｄとなっている。第２排気領域３５の羽根部材２１７の形状は、断面が板状（長方形状）となっている。
　第３混練領域３６は、図１０に示すように、第２排気領域３５から連続する上流側第３混練領域３６ａと、中間第３混練領域３６ｂと、下流側第３混練領域３６ｃとに分かれている。上流側第３混練領域３６ａは、スクリュ２１の羽根部材２１８が、上流側から２条の広いピッチである広ピッチ部３６ｄと、１条の狭いピッチの狭ピッチ部３６ｅとに分かれている。
　広ピッチ部３６ｄは、スクリュ２１の羽根部材２１８ａが２条の広いピッチとなっており、ピッチは約１．０Ｄとなっている。狭ピッチ部３６ｅは、スクリュ２１の羽根部材２１８ｂの基本構成が上流側第２混練領域３４ａと同様であるが、軸方向の長さは上流側第２混練領域３４ａの約２倍の長さとなっている。中間第３混練領域３６ｂは、スクリュ２１の羽根部材２１９が下流側第２混練領域３４ｂと同様であり、軸方向の長さも同一となっている。
　下流側第３混練領域３６ｃは、順方向領域３６ｆと逆方向領域３６ｇを有している。順方向領域３６ｆのスクリュ２１の羽根部材２２０は、上流側第３混練領域３６ａの狭ピッチ部３６ｅと同一の構成であり、逆方向領域３６ｇは順方向領域３６ｆとは回転軸２１ａに対する角度が逆になっている。逆方向領域３６ｇのスクリュ２１の羽根部材２２１は、順方向領域３６ｆとピッチは同一であるが、軸方向の長さは順方向領域３６ｆの１／２となっている。
　第３排気領域３７は、図９に示す第２排気領域３５と同一の構造となっている。具体的には、スクリュ２１の羽根部材２２２が１条のらせん状に形成されている。羽根部材２２２の回転軸２１ａに対する角度は約６０°に形成され、ピッチは約２．０Ｄ（Ｄはスクリュの直径）となっている。また、この羽根部材２２２の形状は、断面が板状（長方形状）となっている。
　導出領域３８は、図１１に示すように、第３排気領域３７から連続する上流側導出領域３８ａと、導出開口領域３８ｂとに分かれており、導出開口領域３８ｂの下流側には、スクリュ２１の羽根部材の傾きが逆方向の逆方向終端領域３８ｃが設けられている。
　上流側導出領域３８ａは、スクリュ２１の羽根部材２２３の形状が上流側第３混練領域３６ａの広ピッチ部３６ｄと基本構成が共通しているが、軸方向の長さが広ピッチ部３６ｄよりも短くなっている。導出開口領域３８ｂは、導出口２７に開口している領域であり、スクリュ２１の羽根部材２２４の形状が上流側第３混練領域３６ａの狭ピッチ部３６ｅと基本構成が共通しているが、軸方向の長さは狭ピッチ部３６ｅよりも長くなっている。上流側導出領域３８ａにおいては、スクリュ２１の羽根部材２２３の傾きが、導出開口領域３８ｂの羽根部材２２３の傾きに比べて小さくなっている。逆方向終端領域３８ｃは、スクリュ２１の羽根部材２２５の形状が、下流側第３混練領域３６ｃの逆方向領域３６ｇと同一の構成となっている。
　次に、本実施形態の燃料製造装置１を用いた燃料製造方法について、廃棄物を原料とする場合について説明する。図１に示すように、原料となる廃棄物Ｗは、セパレータ２に投入され、無機物（ガラス）等の異物Ｃが除去される。異物Ｃが除去された後の廃棄物は、シュレッダ３に投入され、５ｍｍ程度の大きさに粉砕される。
　この原料となる廃棄物Ｗは、内容物が種々雑多であるが、本実施形態の燃料製造装置１に投入される廃棄物として、合成樹脂を含む有機廃棄物を主成分とするものが選ばれる。例えば、プラスチック製の容器や発泡スチロールのような発泡体等が含まれている廃棄物がこれに当たる。合成樹脂を含む有機廃棄物の含有量が少ない瓦礫等は本実施形態の燃料製造装置１で処理するには適さない。
　また、廃棄物Ｗの水分含有量は、２０％～６０％に調整されることが好ましい。水分含有量が２０％未満であると、燃料製造装置１内に投入しても圧縮、混練が困難となる。また、同様に、水分含有量が６０％を超えると、燃料製造装置１内に投入しても十分に廃棄物Ｗを発熱させることが困難となる。
　シュレッダ３で粉砕された原料Ｍは、燃料製造装置１まで図示しないコンベアで搬送され、投入口２３から二軸押出機２０内に投入される。二軸押出機２０内に投入された原料Ｍは、まずは導入領域３１内に導入される。導入領域３１では、図４に示すように、スクリュ２１の羽根部材２１１が１条のらせん状に形成されており、ピッチが１．５Ｄと比較的広いピッチとなっている。このため、投入された原料Ｍは、比較的速い速度で次の第１混練領域３２に搬送される。
　第１混練領域３２では、比較的速い速度で搬送されてきた原料Ｍを、図５に示すスクリュ２１によって混練及び圧縮を行う。上流側第１混練領域３２ａでは、２条のらせん状の羽根部材２１２により原料が混練される。導入領域３１では、羽根部材２１１が１条でピッチ１．５Ｄであり、上流側第１混練領域３２ａにおいてはピッチが狭くなるので、原料Ｍの搬送速度が遅くなり、原料Ｍが圧縮されながら混練される。
　次に、上流側第１混練領域３２ａによって圧縮、混練されながら搬送された原料Ｍは、下流側第１混練領域３２ｂにおいて、さらに圧縮、混練される。下流側第１混練領域３２ｂでは、図６に示す軸方向視で楕円状の羽根部材２１３によって混練される。
　下流側第１混練領域３２ｂでは、羽根部材２１３によっては下流側への搬送力は発生しないので、上流側第１混練領域３２ａから搬送される原料Ｍによって下流側第１混練領域３２ｂ内の原料が押し出されながら混練される。一方で、この第１混練領域３２は、軸方向の長さが他の第２混練領域３４や第３混練領域３６よりも短いため、この第１混練領域３２での原料Ｍの圧縮、混練によって生じる熱は少ない。この下流側第１混練領域３２ｂにおける原料Ｍの温度は、第１混練領域温度センサ３２ｔによって検出され、制御装置１６によってその値が１００℃～１５０℃となるように調整される。
　次に、原料Ｍは、第１排気領域３３に搬送される。この第１排気領域３３では、図７に示すように、スクリュ２１の羽根部材２１４の形状が１条の螺旋形状であり、羽根部材２１４の回転軸２１ａに対する角度は約７０°に形成され、ピッチは約１．０Ｄとなっている。ここで、圧縮された原料Ｍの搬送速度が速くなり、圧縮状態が緩和される。
　原料Ｍは、第１混練領域３２で圧縮、混練されて発熱しているため、この第１排気領域３３に搬送されて圧縮状態が緩和されると、原料Ｍ内の水分が蒸発して水蒸気Ｓとなり、第１排気口２４から外部に排出される。一方で、第１混練領域３２によって生じる熱は少なく、原料Ｍに含まれる合成樹脂の成分は揮発していないため、第１排気口２４からは合成樹脂の揮発成分は排出されない。
　また、第１排気領域３３の上流側は第１混練領域３２であり、下流側は後述する第２混練領域３４であるため、共に原料Ｍが圧縮された状態となっている。よって、第１排気領域３３で発生する水蒸気Ｓを含むガスが導入領域３１に逆流することがなく、第２混練領域３４に進行することがない。
　次に、原料Ｍは、第２混練領域３４に搬送される。この第２混練領域３４では、まず上流側第２混練領域３４ａに搬送される。上流側第２混練領域３４ａは、スクリュ２１の羽根部材２１５が１条のらせん状であり、羽根部材２１５の回転軸２１ａに対する角度は約８５°に形成され、ピッチは約０．２５Ｄとなっている。
　このため、この上流側第２混練領域３４ａでは、第１排気領域３３から搬送されてきた原料Ｍの搬送速度が遅くなり、原料Ｍが圧縮される。また、羽根部材２１５の角度が９０°に近くなっており、ピッチが狭いため、原料Ｍに強い搬送力が付与される。
　次に、原料Ｍは、下流側第２混練領域３４ｂに搬送される。この下流側第２混練領域３４ｂでは、軸方向視で楕円状の羽根部材２１６が複数軸方向に積層されており、羽根部材２１６によっては下流側への搬送力は発生しないので、上流側第２混練領域３４ａから搬送される原料Ｍによって下流側第２混練領域３４ｂ内の原料が押し出されながら混練される。
　また、この下流側第２混練領域３４ｂは、軸方向の長さが下流側第１混練領域３２ｂよりも長いため、この下流側第２混練領域３４ｂでの原料Ｍの圧縮、混練によって、原料Ｍに多くの剪断力や圧縮力が加えられ、原料Ｍ自身から多くの熱が発生する。このときの原料Ｍの温度は、第２混練領域温度センサ３４ｔによって検出され、制御装置１６によってその値が１８０℃～２８０℃となるように調整される。
　次に、原料は、第２排気領域３５に搬送される。この第２排気領域３５では、図９に示すように、スクリュ２１の羽根部材２１７の形状が１条の螺旋形状であり、羽根部材２１７の回転軸２１ａに対する角度は約６０°に形成され、ピッチは約２．０Ｄとなっている。ここで、第２混練領域３４により圧縮されて加熱された原料Ｍの搬送速度が速くなり、圧縮状態が緩和される。
　原料Ｍは、第２混練領域３４で圧縮、混練されて１８０℃～２８０℃の温度に加熱されているため、圧縮状態が緩和されると原料Ｍから熱分解して発生した可燃性ガスＧ１がこの第２排気領域３５内に噴出する。このときの可燃性ガスＧ１の成分は、原料Ｍの内容物の成分にもよるが、炭化水素が主成分となる。
　また、第２排気領域３５の上流側は第２混練領域３４であり、下流側は第３混練領域３６であるため、共に原料Ｍが圧縮された状態となっている。よって、第２排気領域３５で発生する可燃性ガスＧ１が第２混練領域３４に逆流することがなく、第３混練領域３６に進行することがない。
　次に、原料Ｍは、第３混練領域３６に搬送される。第３混練領域３６は、図１０に示すように、上流側第３混練領域３６ａと、中間第３混練領域３６ｂと、下流側第３混練領域３６ｃとに分かれている。
　上流側第３混練領域３６ａでは、まず広ピッチ部３６ｄに原料Ｍが搬送される。上流側の第２排気領域３５では原料Ｍの圧縮状態が緩和されているが、この広ピッチ部３６ｄはスクリュ２１の羽根部材２１８ａが２条であり、そのピッチが約０．９Ｄとなっているため、この広ピッチ部３６ｄを通過する原料Ｍの搬送速度が遅くなり、徐々に圧縮される。このように、広ピッチ部３６ｄによってある程度圧縮された原料Ｍは、羽根部材２１８ｂのピッチが約０．２５Ｄとなっている狭ピッチ部３６ｅによってさらに搬送速度が遅くなり、圧縮される。
　中間第３混練領域３６ｂでは、スクリュ２１の羽根部材２１９が下流側第２混練領域３４ｂと同様となっている。従って、上流側第３混練領域３６ａの狭ピッチ部３６ｅによって圧縮されて強い搬送力が加わった原料Ｍが、この中間第３混練領域３６ｂを通過することにより、原料Ｍに多くの剪断力や圧縮力が加えられ、原料Ｍ自身から多くの熱が発生する。
　下流側第３混練領域３６ｃでは、上流側第３混練領域３６ａの狭ピッチ部３６ｅと同様の狭いピッチを有する順方向領域３６ｆによって、原料Ｍに強い搬送力が加えられる。そして、逆方向領域３６ｇに原料Ｍが搬送されると、逆方向領域３６ｇでは原料Ｍに搬送方向とは逆方向の搬送力が加えられる。ここで、搬送力としては、順方向領域３６ｆの軸方向の長さが逆方向領域３６ｇの長さの２倍となっているため、原料Ｍに加えられる搬送力は順方向の方が大きい。
　よって、逆方向領域３６ｇでは、原料Ｍに逆方向の搬送力が加えられながら、原料Ｍは順方向に搬送されるので、原料Ｍには羽根部材２２１との強い摩擦力及び剪断力が加えられるので、原料Ｍの温度が高温となる。この下流側第３混練領域３６ｃにおける原料Ｍの温度は、第３混練領域温度センサ３６ｔによって検出され、制御装置１６によってその値が２６０℃～３２０℃となるように調整される。なお、制御装置１６は、第３混練領域３６における原料Ｍの温度が、第２混練領域３４における温度に比べて高くなるように制御している。
　次に、原料Ｍは、第３排気領域３７に搬送される。この第３排気領域３７においては、スクリュ２１の羽根部材２２２の形状が第２排気領域３５と同一であるため、この第３排気領域３７においても原料Ｍから発生した可燃性ガスＧ２が噴出する。この第３排気領域３７において回収される可燃性ガスの主成分は、第２排気領域よりもガス全体に占める炭化水素成分の割合が高くなっている。これは、第３混練領域３６において、第２混練領域３４よりも高い熱を発生させたことが要因と考えられる。
　次に、原料Ｍは、図１１に示す導出領域３８に搬送される。導出領域３８では、原料Ｍはまず上流側導出領域３８ａに搬送される。上流側導出領域３８ａは、スクリュ２１の羽根部材２２３が２条であり、ピッチは約０．９Ｄとなっている。上流側の第３排気領域３７で圧縮力が緩和された原料Ｍは、この上流側導出領域３８ａによって再度圧縮されながら導出開口領域３８ｂに搬送される。
　導出開口領域３８ｂでは、羽根部材２２４のピッチが約０．２５Ｄとなっているので、原料Ｍがさらに圧縮されながら下流側に搬送される。また、導出開口領域３８ｂでは、下方に導出口２７が開口しているため、搬送されてきた原料Ｍはこの導出口２７から二軸押出機２０の外部に導出される。
　ここで、導出開口領域３８ｂにおいて、スクリュ２１の羽根部材２２４に付着する等の理由により導出口２７から外部に導出されなかった原料Ｍがあった場合、当該原料Ｍは、導出開口領域３８ｂの下流側に設けられている逆方向終端領域３８ｃの羽根部材２２５によって導出開口領域３８ｂに戻される。これにより、一度導出開口領域３８ｂを通過した原料Ｍがあった場合であっても、逆方向終端領域３８ｃによって再び導出開口領域３８ｂに戻され、導出口２７から外部に導出される。
　導出口２７から導出された原料Ｍは、図１及び図２に示すように、冷却器１７によって冷却され、燃料Ｆとして搬出される。冷却器１７では、２６０℃～３１０℃の温度で加工された原料Ｍを、約２００℃以下に冷却する。冷却器１７の外周に図示しないウォータージャケットが設けられており、このウォータージャケット内で加熱された水は、ボイラ４の蒸気発生用の水として用いられる。ボイラ４では、可燃性ガスＧ１及びＧ２を燃料として水蒸気ＢＳを発生させ、この水蒸気ＢＳを発電機（図示せず）や空調機等に供給する。
　なお、本発明は、上記実施形態において例示された構成に限定されるものではない。例えば、排気口は、第１排気口２４、第２排気口２５、及び第３排気口の３個の排気口を例にして説明したが、３個に限定されることなく、必要に応じて排気口を追加してもよい。
　１…燃料製造装置、１０…駆動装置、１６…制御装置（制御手段）、２０…二軸押出機、２１…スクリュ、２１ａ…回転軸、２１０…羽根部材、２２…ケーシング、２３…投入口、２４…第１排気口、２５…第２排気口、２６…第３排気口、２７…導出口、３２…第１混練領域、３３…第１排気領域、３４…第２混練領域、３５…第２排気領域、３６…第３混練領域、３７…第３排気領域、３８…導出領域。

Claims (10)

  1. 　少なくとも合成樹脂が含まれる有機原料を圧縮混練することにより炭化させ、連続的に炭化燃料を製造する燃料製造装置であって、
    　駆動手段により同一の方向に同一の回転速度で駆動される二軸のスクリュと、前記スクリュが収納されるケーシングとを備えた二軸押出機と、前記駆動手段の制御を行う制御手段とを備え、
    　前記スクリュは、回転軸と、前記回転軸の表面に設けられる羽根部材とを有し、
    　前記ケーシングには、原料が投入される投入口と、加工された物質が導出される導出口と、前記投入口と前記導出口との間に設けられた複数の排気口を有し、
    　前記排気口は、前記ケーシングの上流側から第１排気口、第２排気口及び第３排気口の順で少なくとも３箇所に設けられ、
    　前記二軸押出機は、前記投入口から前記第１排気口の上流までの導入領域と、前記第１排気口の上流から下流までの第１排気領域と、前記第２排気口の上流から下流までの第２排気領域と、前記第３排気口の上流から下流までの第３排気領域と、前記導入領域と前記第１排気領域との間に設けられた第１混練領域と、前記第１排気領域と前記第２排気領域との間に設けられた第２混練領域と、前記第２排気領域と前記第３排気領域との間に設けられた第３混練領域と、前記導出口の上流から前記導出口の位置までを含む導出領域とを有し、
    　前記スクリュの羽根部材は、前記スクリュの側面視において前記回転軸に対する角度について、前記回転軸に対して９０°となる角度を最大とし、前記スクリュが回転したときに投入された原料が下流側に搬送される方向を順方向の傾き、上流側に搬送される方向を逆方向の傾きとしたときに、
    　前記導入領域は順方向の傾きを有し、前記第１混練領域は順方向の傾きで前記導入領域よりも傾きが大きい部分を有し、
    　前記第１排気領域は順方向の傾きを有し、前記第２混練領域は順方向の傾きで前記第１排気領域よりも傾きが大きい部分を有し、
    　前記第２排気領域は順方向の傾きを有し、前記第３混練領域は順方向の傾きで前記第２排気領域よりも傾きが大きい部分を有し、
    　前記第３排気領域は順方向の傾きを有し、前記導出領域は順方向の傾きで前記第３排気領域よりも傾きが大きい部分を有しており、
    　前記制御手段が、前記第１混練領域における下流側の温度が１００℃～１５０℃、前記第２混練領域における下流側の温度が１８０℃～２８０℃、前記第３混練領域における下流側の温度が２６０℃～３２０℃で前記第２混練領域よりも高くなるように前記駆動手段を駆動させることを特徴とする燃料製造装置。
  2. 　請求項１に記載の燃料製造装置であって、
    　前記第１混練領域は前記第２混練領域に比べて軸方向に短く設定され、前記第２混練領域は前記第３混練領域に比べて軸方向に短く設定されていることを特徴とする燃料製造装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の燃料製造装置であって、
    　前記第１混練領域が、前記導入領域から連続する上流側第１混練領域と、前記上流側第１混練領域と前記第１排気領域との間に設けられた下流側第１混練領域とを有し、
    　前記上流側第１混練領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記導入領域よりも大きく、
    　前記下流側第１混練領域の前記スクリュの羽根部材が軸方向視で楕円状の板部材を回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層され前記板部材の傾きが９０°であることを特徴とする燃料製造装置。
  4. 　請求項１又は２に記載の燃料製造装置であって、
    　前記第２混練領域が、前記第１排気領域から連続する上流側第２混練領域と、前記上流側第２混練領域と前記第２排気領域との間に設けられた下流側第２混練領域とを有し、
    　前記上流側第２混練領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記第１排気領域よりも大きく、
    　前記下流側第２混練領域の前記スクリュの羽根部材が軸方向視で楕円状の板部材を回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層され前記板部材の傾きが９０°であることを特徴とする燃料製造装置。
  5. 　請求項１又は２に記載の燃料製造装置であって、
    　前記第３混練領域が、前記第２排気領域から連続する上流側第３混練領域と、前記第３排気領域に連続する下流側第３混練領域と、前記上流側第３混練領域と前記下流側第３混練領域との間に設けられた中間第３混練領域とを有し、
    　前記上流側第３混練領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記第２排気領域よりも大きく、
    　前記中間第３混練領域の前記スクリュの羽根部材が軸方向視で楕円状の板部材を回転方向に角度を変えて複数枚軸方向に積層すると共に前記板部材の傾きを９０°とし、
    　前記下流側第３混練領域は、前記スクリュの羽根部材の傾きが順方向の順方向領域が上流側に設けられ、前記スクリュの羽根部材の傾きが逆方向の逆方向領域が下流側に設けられていることを特徴とする燃料製造装置。
  6. 　請求項５に記載の燃料製造装置であって、
    　前記下流側第３混練領域の前記逆方向領域は、前記順方向領域よりも軸方向に短く設定されていることを特徴とする燃料製造装置。
  7. 　請求項１又は２に記載の燃料製造装置であって、
    　前記導出領域は、前記第３排気領域から連続する上流側導出領域と、前記上流側導出領域から連続する導出開口領域とを有し、
    　前記上流側導出領域の前記スクリュの羽根部材の傾きが、前記導出開口領域よりも小さく設定されていることを特徴とする燃料製造装置。
  8. 　請求項７に記載の燃料製造装置であって、
    　前記導出領域は、前記導出開口領域の下流側に前記スクリュの羽根部材の傾きが逆方向である逆方向終端領域をさらに有することを特徴とする燃料製造装置。
  9. 　少なくとも合成樹脂が含まれる有機原料を燃料製造装置によって圧縮混練することにより炭化させ、連続的に炭化燃料を製造する燃料製造方法であって、
    　前記燃料製造装置は、駆動手段により同一の方向に同一の回転速度で駆動される二軸のスクリュと、前記スクリュが収納されるケーシングとを備えた二軸押出機と、前記駆動手段の制御を行う制御手段とを備え、
    　前記スクリュは、回転軸と、前記回転軸の表面に設けられる羽根部材とを有し、
    　前記ケーシングには、原料が投入される投入口と、加工された物質が導出される導出口と、前記投入口と前記導出口との間に設けられた複数の排気口を有し、
    　前記排気口は、前記ケーシングの上流側から第１排気口、第２排気口及び第３排気口の順で少なくとも３箇所に設けられ、
    　前記二軸押出機は、前記投入口から前記第１排気口の上流までの導入領域と、前記第１排気口の上流から下流までの第１排気領域と、前記第２排気口の上流から下流までの第２排気領域と、前記第３排気口の上流から下流までの第３排気領域と、前記導入領域と前記第１排気領域との間に設けられた第１混練領域と、前記第１排気領域と前記第２排気領域との間に設けられた第２混練領域と、前記第２排気領域と前記第３排気領域との間に設けられた第３混練領域と、前記導出口の上流から前記導出口の位置までを含む導出領域とを有しており、
    　前記二軸押出機を前記駆動手段によって駆動した状態で、前記投入口に原料を投入し、
    　投入された前記原料を前記導入領域において下流側に搬送し、
    　前記第１混練領域で前記原料の搬送速度を前記導入領域よりも遅くして圧縮しながら混練し、
    　前記第１排気領域において前記原料の搬送速度を前記第１混練領域よりも速くして前記原料の圧縮状態を緩和して前記第１排気口から前記原料に含まれるガスを排出させ、
    　前記第２混練領域において前記原料の搬送速度を前記第１排気領域よりも遅くして前記原料を圧縮しながら混練し、
    　前記第２排気領域において前記原料の搬送速度を前記第２混練領域よりも速くして前記原料の圧縮状態を緩和して前記第２排気口から前記原料に含まれるガスを排出させ、
    　前記第３混練領域において前記原料の搬送速度を前記第２排気領域よりも遅くして前記原料を圧縮しながら混練し、
    　前記第３排気領域において前記原料の搬送速度を前記第３混練領域よりも速くして前記原料の圧縮状態を緩和して前記第３排気口から前記原料に含まれるガスを排出させ、
    　前記導出領域において前記第３排気領域を通過した原料を前記二軸押出機から導出するものであり、
    　前記制御手段が、前記第１混練領域における温度が１００℃～１５０℃、前記第２混練領域における温度が１８０℃～２８０℃、前記第３混練領域における温度が２６０℃～３２０℃で前記第２混練領域よりも高くなるように前記駆動手段を駆動することを特徴とする炭化燃料を製造する燃料製造方法。
  10. 　請求項９に記載の燃料製造方法であって、
    　前記第３混練領域の下流側において、前記スクリュの回転によって原料に逆方向の搬送力を付与することを特徴とする燃料製造方法。

     
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