JP2007119740A - Process for production of carbide product and production apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】下水汚泥に代表される有機性廃棄物を原料として、ク溶性リン酸の含有率が高くしかもタール分の少ない炭化品を工業的に製造できる技術を提供する。
【解決手段】下水汚泥などの有機性廃棄物をロータリーキルンなどの炭化装置1により700℃以下の温度で炭化処理したうえ、炭化装置1の後段に接続された内圧が−0.5kPa〜+0.5kPaのスクリュー搬送式の筒状加熱装置2に導入する。その内部には水蒸気や燃焼排ガスまたは窒素等の不活性ガスが炭化品の進行方向とは逆方向に流され、炭化品は250〜700℃に加熱されながらタール分をガス側に移行させる。得られた炭化品はク溶性リン酸の含有率が10%程度と高く、しかも植物の生育を阻害するタール分をまったく含まない。
【選択図】図1Provided is a technique for industrially producing a carbonized product having a high content of soluble phosphoric acid and a low tar content, using organic waste represented by sewage sludge as a raw material.
An organic waste such as sewage sludge is carbonized at a temperature of 700 ° C. or less by a carbonizer 1 such as a rotary kiln, and an internal pressure connected to a subsequent stage of the carbonizer 1 is −0.5 kPa to +0. It introduce | transduces into the screw conveyance type cylindrical heating apparatus 2 of 5kPa. An inert gas such as water vapor, combustion exhaust gas, or nitrogen is flowed in the direction opposite to the direction in which the carbonized product proceeds, and the carbonized product is heated to 250 to 700 ° C., and the tar content is transferred to the gas side. The obtained carbonized product has a high content of soluble phosphonic acid of about 10% and does not contain any tar content that inhibits the growth of plants.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、下水汚泥などの有機性廃棄物を原料として、植物の育成に適したリン酸肥料の原料を製造することができる炭化品の製造方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a carbonized product manufacturing method and apparatus capable of manufacturing a phosphate fertilizer raw material suitable for plant growth using organic waste such as sewage sludge as a raw material.
下水処理設備の普及に伴い、下水汚泥の発生量は年々増加している。下水汚泥の処理法として従来は焼却が中心であったが、最近では特許文献1,2に示されるように、下水汚泥を炭化処理することにより汚泥中の可燃分を燃料等として有効利用する方法が開発されている。このほか、下水汚泥等には多量のリンが含まれることに着目し、炭化品をリン酸肥料の原料として活用する方法も検討されている。
With the spread of sewage treatment facilities, the amount of sewage sludge generated is increasing year by year. Conventionally, incineration was mainly used as a treatment method for sewage sludge, but recently, as shown in
植物肥料としては、ク溶性リン酸(クエン酸可溶性リン酸)が5%以上含まれることが求められる。このためには汚泥の炭化処理温度を700℃以下の範囲とすることが必要であり、これよりも高温で炭化させるとリンが結晶化してしまい、植物の生育に有効なク溶性リン酸が減少してしまう。ところが、700℃以下の低温で炭化処理を行うと、植物の生育を阻害するタール分を十分に取り除くことができなくなる。 The plant fertilizer is required to contain 5% or more of soluble phosphonic acid (citric acid soluble phosphoric acid). For this purpose, it is necessary to set the carbonization temperature of the sludge to a range of 700 ° C. or lower. If carbonized at a temperature higher than this, phosphorus crystallizes, and the amount of kurea-soluble phosphoric acid effective for plant growth decreases. Resulting in. However, if carbonization is performed at a low temperature of 700 ° C. or lower, tar components that inhibit plant growth cannot be sufficiently removed.
一方、タール分を含まない炭化物を得るためには700〜800℃での炭化処理が必要である。ところがこのような温度域で炭化処理を行うと、タール分を揮発蒸発させることはできるもののク溶性リン酸が減少してしまう。従って、これまでのところク溶性リン酸の含有率が高くしかもタール分の少ない炭化品は製造が困難であった。
従って本発明の目的は、下水汚泥に代表される有機性廃棄物を原料として、ク溶性リン酸の含有率が高くしかもタール分の少ない炭化品を工業的に製造できる炭化品の製造方法及び装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbonized product production method and apparatus capable of industrially producing a carbonized product having a high content of soluble phosphoric acid and a small amount of tar using organic waste represented by sewage sludge as a raw material. Is to provide.
上記の課題を解決するためになされた本発明の炭化品の製造方法は、有機性廃棄物を炭化装置により700℃以下の温度で炭化処理したうえ、炭化装置の後段に接続された内圧が−0.5kPa〜+0.5kPaの筒状加熱装置に導入し、250〜700℃に加熱しながらキャリアガスを炭化品の進行方向とは逆方向に流し、タール分を除去することを特徴とするものである。キャリアガスとしては、水蒸気、低酸素ガス、不活性ガスの何れかを使用することが好ましい。有機性廃棄物としては下水汚泥が代表的なものであるが、生ゴミや剪定枝などのバイオマス原料を混合したものでもよく、リンを含む有機性廃棄物、例えば畜産廃棄物や食品工場廃棄物などであってもよい。 In the carbonized product production method of the present invention made to solve the above problems, organic waste is carbonized at a temperature of 700 ° C. or less with a carbonization device, and the internal pressure connected to the subsequent stage of the carbonization device is − It is introduced into a cylindrical heating device of 0.5 kPa to +0.5 kPa, and the carrier gas is allowed to flow in the direction opposite to the direction of carbonization while heating to 250 to 700 ° C. to remove tar content. Is. As the carrier gas, it is preferable to use any one of water vapor, low oxygen gas, and inert gas. Sewage sludge is a typical organic waste, but it may be a mixture of raw materials such as garbage and pruned branches, and organic waste containing phosphorus, such as livestock waste and food factory waste. It may be.
また上記の課題を解決するためになされた本発明の炭化品の製造装置は、有機性廃棄物を700℃以下の温度で炭化処理する炭化装置の後段に、内圧が−0.5kPa〜+0.5kPaに維持され、その内部で炭化品を250〜700℃に加熱するスクリュー搬送式の筒状加熱装置を接続するとともに、この筒状加熱装置の出口側に、キャリアガスを炭化品の進行方向とは逆方向に供給する接続口を設けたことを特徴とするものである。炭化装置としてはロータリーキルンが使用でき、筒状加熱装置の熱源としては、炭化装置の加熱排気、または炭化装置から得られる可燃性ガスを燃焼した廃熱を利用することができる。外気の浸入を防止するために、搬送用スクリューの軸をシールして、筒状加熱装置内に外気の侵入を防止するシール機構を設けることが好ましい。 In addition, the carbonized product manufacturing apparatus of the present invention made to solve the above-mentioned problems has an internal pressure of −0.5 kPa to +0 after the carbonizing apparatus for carbonizing organic waste at a temperature of 700 ° C. or lower. A screw conveying type cylindrical heating device which is maintained at 0.5 kPa and heats the carbonized product to 250 to 700 ° C. is connected to the inside thereof, and the carrier gas is moved to the outlet side of the cylindrical heating device in the traveling direction of the carbonized product. Is provided with a connection port for supplying in the opposite direction. A rotary kiln can be used as the carbonization device, and heat exhaust from the carbonization device or waste heat obtained by burning a combustible gas obtained from the carbonization device can be used as the heat source of the cylindrical heating device. In order to prevent the intrusion of outside air, it is preferable to provide a sealing mechanism that seals the shaft of the conveying screw and prevents the outside air from entering the cylindrical heating device.
本発明によれば、有機性廃棄物を700℃以下の温度で炭化処理することによりク溶性リン酸の含有率を高めつつ、その後段に設けたスクリュー搬送式の筒状加熱装置において
炭化品を250〜700℃に加熱しつつ、キャリアガスを炭化品の進行方向とは逆方向に流し、タール分をキャリアガスの流れに同伴させて取り除く。この結果、タール分による植物の生育阻害のおそれが無く、ク溶性リン酸の含有率が高い炭化品を安定して製造することができる。この炭化品はク溶性リン酸肥料の原料としてのみならず、不快なタール臭のない炭化製品を得ることも可能で、リン酸肥料の原料以外の利用用途にも有効である。
According to the present invention, carbonization is performed in a screw conveyance type cylindrical heating device provided in a subsequent stage while increasing the content of soluble phosphoric acid by carbonizing organic waste at a temperature of 700 ° C. or lower. While heating at 250 to 700 ° C., the carrier gas is caused to flow in the direction opposite to the direction in which the carbonized product proceeds, and the tar content is removed along with the carrier gas flow. As a result, there is no risk of plant growth inhibition due to tar content, and a carbonized product having a high content of soluble phosphonic acid can be stably produced. This carbonized product can be used not only as a raw material for the soluble phosphate fertilizer, but also to obtain a carbonized product free from an unpleasant tar odor, and is effective for uses other than the raw material for the phosphate fertilizer.
装置内部で可燃性ガスや可燃性の炭化品が生成されるこの種の装置においては、外気の吸引による爆発を防止するために筒状加熱装置の内圧を大気圧よりもかなり高圧にするのが普通である。しかし本発明では、筒状加熱装置の内圧をゲージ圧で−0.5kPa〜+0.5kPaという大気圧近傍の圧力としたので、炭化品へのタール分の再付着が抑制され、タール分の除去が効率的に行われる。 In this type of device, where flammable gas and combustible carbonized products are produced inside the device, the internal pressure of the cylindrical heating device should be much higher than atmospheric pressure in order to prevent explosions due to the suction of outside air. It is normal. However, in the present invention, since the internal pressure of the cylindrical heating apparatus is set to a pressure in the vicinity of atmospheric pressure of −0.5 kPa to +0.5 kPa as a gauge pressure, the reattachment of tar to the carbonized product is suppressed, and the tar content is reduced. Removal is performed efficiently.
また本発明では搬送用スクリューの軸をシールして、筒状加熱装置内への外気の侵入を防止するシール機構を設けたので、上記のような圧力にしても安全であり、特にキャリアガスと同種のガスをシール部に供給するようにすれば、より安全である。 Further, in the present invention, since the shaft of the conveying screw is sealed to provide a sealing mechanism for preventing the outside air from entering the cylindrical heating device, it is safe even under the above-described pressure, and particularly with the carrier gas. If the same kind of gas is supplied to the seal portion, it is safer.
以下に本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1は本発明に用いる装置構成の一例を示す図であり、炭化装置1と筒状加熱装置2とを垂直管3により接続した形態のものである。炭化装置1は外熱式のロータリーキルンであり、炉本体の外周に加熱用のジャケット4が設けられており、図示しない熱風炉等で発生させた熱風をジャケット4に供給することにより、その内部温度は700℃以下、より好ましくは500〜550℃に維持されている。また炭化装置1の内部は当然ながら低酸素雰囲気に維持されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a view showing an example of a device configuration used in the present invention, in which a carbonizing device 1 and a
下水汚泥等の有機性廃棄物は投入ホッパ5から炭化装置1の内部に投入され、700℃以下の比較的低温で炭化処理される。有機性廃棄物中に含有されている有機物は低酸素雰囲気中で熱分解され、可燃性の乾留ガスと水分を揮発させ炭化される。発生した乾留ガスと水蒸気は炭化装置1の後端部から抜き出され、排ガス処理装置6により除塵・洗浄・乾留ガスの二次燃焼等を行った後、煙突7から放出される。もちろん、この乾留ガスを二次燃焼させずに燃料ガスとして回収することも可能である。
Organic waste such as sewage sludge is charged into the carbonization apparatus 1 from the charging hopper 5 and carbonized at a relatively low temperature of 700 ° C. or lower. The organic matter contained in the organic waste is thermally decomposed in a low oxygen atmosphere, and is combusted by volatilizing combustible dry distillation gas and moisture. The generated dry distillation gas and water vapor are extracted from the rear end portion of the carbonization device 1 and are discharged from the
このように有機性廃棄物は700℃以下の比較的低温で炭化処理されるため、炭化装置1の後端に達した炭化品はク溶性リン酸を豊富に含むが、またタール分も含む。本実施形態では、この炭化品は炭化装置1の後端下部に設けられた垂直管3を通じ、筒状加熱装置2の入口に落下する。
As described above, since the organic waste is carbonized at a relatively low temperature of 700 ° C. or lower, the carbonized product that has reached the rear end of the carbonization apparatus 1 contains abundantly soluble phosphoric acid, but also contains tar content. In the present embodiment, the carbonized product falls to the inlet of the
筒状加熱装置2は細長い筒状本体8の内部に搬送用スクリュー9を設置したもので、モータ10によって搬送用スクリュー9を回転させることにより、炭化品を撹拌しながら出口側に送る。筒状本体8の長さは1〜10m程度、内径は100〜2000mm程度とする。また搬送用スクリュー9の回転速度は1〜20min−1程度とし、毎分5〜30cmの速度で炭化品を移送する。筒状本体8の外周にはヒータまたはバーナ等の加熱手段11、もしくは、炭化装置1の加熱排気、または炭化装置1から得られる可燃性ガスを燃焼した廃熱を利用するものが設置されており、内部を250〜700℃に加熱している。この温度が250℃未満ではタール分の除去を十分に行えず、700℃を超えるとク溶性リン酸が減少する。
The
出口側の接続口12から、キャリアガスを出口側から入口側に向かって流す。キャリアガスとしては、水蒸気、低酸素ガス、不活性ガスの何れかを使用することができる。低酸素ガスは例えば燃焼排ガスであり、不活性ガスは例えば窒素である。その流量は0.1〜1000L/分とする。水蒸気は、炭化品へ熱を伝える熱伝達性が優れるためタール分を効率良く短時間で揮発飛散させることができる。
From the outlet-
炭化品はこの筒状加熱装置2の内部を15〜120分程度の時間をかけて緩やかに移動しながら250〜700℃に加熱され、筒状加熱装置2の出口側から排出されるが、その間に炭化品の進行方向とは逆方向に流れるキャリアガスに同伴し、タール分は揮発除去される。キャリアガスを炭化品と逆方向に流したのは、キャリアガス側に移動したタール分が炭化品に再付着することを防止するためである。このようにしてタール分が除去された炭化品は筒状加熱装置2の出口側から排出され、タール分を含んだキャリアガスは筒状加熱装置2の入口側の垂直管3を通じて炭化装置1の後端部に入り、乾留ガスとともに抜き出される。
The carbonized product is heated to 250 to 700 ° C. while slowly moving inside the
この種の装置においては、外気の吸引による爆発を防止するために、筒状加熱装置2の内圧を大気圧よりもかなり高圧にするのが普通である。しかし本発明では前記したように、筒状加熱装置2の内圧をゲージ圧で−0.5kPa〜+0.5kPaという大気圧近傍の圧力とする。このような微負圧〜微正圧とすることにより、炭化品からのタール分の揮発が抑制されず、後記する実施例のデータに示すように、タール分の除去が効率的に行われる。
In this type of apparatus, the internal pressure of the
このように外気の吸引を防ぎ、筒状加熱装置2の内部を−0.5kPa〜+0.5kPaに維持するには、搬送用スクリュー9の軸9aと筒状加熱装置2の筒状本体8とをシールするシール機構15を設けることが好ましい。図2に示されるように、シール機構15は主に、搬送用スクリューの軸9aをシールするリング状のパッキン15aと、このパッキン15aを保持する本体部材15bと、気体供給管15dとから構成されている。
Thus, in order to prevent the suction of outside air and maintain the inside of the
パッキン15aは、搬送用スクリュー9の軸9aの軸方向にある一定の間隔をおいて、軸9aの外表面に密着して、2個取り付けられている。本体部材15bは、筒状本体8に隣接して配置され、2個のパッキン15aの、搬送用スクリュー9の軸9aの軸方向の動きを規制し、パッキン15aの外周を包囲して、パッキン15aを保持している。2個のパッキン15aの間には、搬送用スクリュー9の軸9aの全周にわたって空隙15cが形成されている。この空隙15cに気体を供給する気体供給管15dが接続されている。
Two
気体供給管15dにはキャリアガスが供給され、軸9aの空隙15cに露出している部分の全周を、キャリアガスでパージし、筒状加熱装置2内に外気が侵入することを確実に防止している。従って、筒状本体8の内圧が微負圧であっても筒状本体8内部には、空気が混入して、高温の乾留ガスと接触して爆発する危険性がない。なお、筒状本体8の内部圧力を微正圧にした場合にも、上記のようなシール機構15を設けることが好ましい。
Carrier gas is supplied to the
このように本発明によれば、有機性廃棄物を原料としてク溶性リン酸の含有率が高くしかもタール分の少ない炭化品を工業的に製造することができる。以下に実施例を示す。 As described above, according to the present invention, it is possible to industrially produce a carbonized product having a high content of soluble phosphoric acid and a low tar content using organic waste as a raw material. Examples are shown below.
下水処理場のベルトプレス脱水機から排出される下水脱水汚泥(含水率74%)を500〜550℃で予備乾燥させた乾燥汚泥(含水率10%)の汚泥サンプルを製造した。これを実施形態において説明した炭化装置に供給し、炭化温度を500℃、550℃、600℃に変えて処理した。なおこの温度は炭化装置1と筒状加熱装置2とも同一とし、内圧はともに0kPa(大気圧)とした。使用した筒状加熱装置2の内径は500mm、長さ4mであり、キャリアガスとして水蒸気及び窒素ガスを炭化品とは逆方向に流した。炭化装置1内の滞留時間は60分、筒状加熱装置2内の滞留時間は20分である。
A sludge sample of dried sludge (
得られた炭化品につき、ク溶性リン酸の含有率とタール分を測定した。なおタール分の測定は、日本肥糧株式会社が作成し公表している「下水汚泥炭化物中のタール分簡易測定法」に基づき、炭化品をエタノールと接触させてタール分を抽出し、分光光度計で200〜800nmの吸光度を測定する方法で行った。評価は0から5までの数値で示されるが、植物肥料としては0.5以下であることが要求されるものである。その結果を表1に示す。なお表1には比較のため、筒状加熱装置を使用しない場合のデータも示した。 About the obtained carbonized product, the content rate and tar content of soluble phosphoric acid were measured. The tar content is measured based on the “Simple method for measuring tar content in sewage sludge carbide” prepared and published by Nippon Fertilizer Co., Ltd. This was carried out by measuring the absorbance at 200 to 800 nm with a total. Although the evaluation is indicated by a numerical value from 0 to 5, the plant fertilizer is required to be 0.5 or less. The results are shown in Table 1. For comparison, Table 1 also shows data when the cylindrical heating device is not used.
このデータに示されるように、本発明によればク溶性リン酸の濃度が高くタール分を含有しない炭化品を得ることができた。しかし、炭化装置のみを用いた従来法では植物肥料として要求されるタール分0.5以下の基準を満足できなかった。また、水蒸気の場合は、窒素ガスの場合に比べて、タール除去時間は1/3程度の短時間で処理が可能であることが確認できた。 As shown in this data, according to the present invention, a carbonized product having a high concentration of soluble phosphoric acid and containing no tar content could be obtained. However, the conventional method using only the carbonization apparatus cannot satisfy the standard of tar content of 0.5 or less required as a plant fertilizer. Further, in the case of water vapor, it was confirmed that the tar removal time can be processed in a short time of about 1/3 as compared with the case of nitrogen gas.
図3に、炭化温度とク溶性リン酸濃度の関係のグラフを示す。図3のグラフから明らかなように、炭化処理温度が500℃〜700℃にて、ク溶性リン酸濃度が最も濃縮された炭化品を得ることができる。 FIG. 3 shows a graph of the relationship between the carbonization temperature and the soluble phosphoric acid concentration. As is apparent from the graph of FIG. 3, a carbonized product having the most concentrated soluble phosphoric acid concentration at a carbonization temperature of 500 ° C. to 700 ° C. can be obtained.
次に、炭化炉及び筒状加熱装置の温度条件及び炉内圧を変化させた場合の、タール分簡易測定の結果を示す。 Next, the result of the simple measurement of tar content when the temperature conditions and the furnace pressure of the carbonization furnace and the cylindrical heating apparatus are changed will be shown.
表1のRUN1、RUN2の結果より、筒状加熱装置の加熱温度が150℃、200℃の場合には、炭化品に含まれるタール分の除去が不十分であり、筒状加熱装置の加熱温度が280℃の場合は、炭化品に含まれるタール分の除去が十分となる。このため、筒状加熱装置の加熱温度を250℃以上にする。 From the results of RUN1 and RUN2 in Table 1, when the heating temperature of the cylindrical heating device is 150 ° C. and 200 ° C., the removal of tar contained in the carbonized product is insufficient, and the heating temperature of the cylindrical heating device When the temperature is 280 ° C., the tar content contained in the carbonized product is sufficiently removed. For this reason, the heating temperature of a cylindrical heating apparatus shall be 250 degreeC or more.
表1のRUN5とRUN6の結果より、炭化装置及び筒状加熱装置の内部が本発明範囲を超える正圧の場合には、エタノールにて抽出されるタール分が多く、炭化品に含まれるタール分の残量が多い。これは、炭化装置内に投入された有機性廃棄物は、水分が蒸発した後、乾留ガスが発生するが、炭化装置や筒状加熱装置内の圧力が高い場合には、有機性廃棄物が炭化して炭化品となった表面に、乾留ガス中のタール分が付着・凝固してしまうからである。従って、炭化装置や筒状加熱装置の内圧を、RUN3,RUN4に示すように本発明範囲内とすることにより、タール分が十分に除去された炭化品を得ることができる。 From the results of RUN5 and RUN6 in Table 1, when the inside of the carbonizing device and the cylindrical heating device is a positive pressure exceeding the range of the present invention, the tar content extracted with ethanol is large, and the tar content contained in the carbonized product The remaining amount of is large. This is because the organic waste put into the carbonization device generates dry distillation gas after the water evaporates, but when the pressure in the carbonization device or the cylindrical heating device is high, the organic waste This is because the tar content in the dry distillation gas adheres and solidifies on the carbonized surface. Therefore, by setting the internal pressure of the carbonization device or the cylindrical heating device within the range of the present invention as shown by RUN3 and RUN4, a carbonized product from which tar content has been sufficiently removed can be obtained.
1 炭化装置
2 筒状加熱装置
3 垂直管
4 ジャケット
5 投入ホッパ
6 排ガス処理装置
7 煙突
8 筒状本体
9 搬送用スクリュー
9a 軸
10 モータ
11 加熱手段
12 出口側の接続口
15 シール機構
15a パッキン
15b 本体部材
15c 空隙
15d 気体供給管
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