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JP7770755B2 - Manufacturing method of powdered carbide - Google Patents
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JP7770755B2 - Manufacturing method of powdered carbide - Google Patents

Manufacturing method of powdered carbide

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Description

この発明は、籾殻等のバイオマスと脱水汚泥との混合物を乾留処理して炭化物を得る炭化物の製造方法およびこれに用いられる炭化物の製造設備に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbonized product by dry distilling a mixture of biomass such as rice husks and dewatered sludge to obtain a carbonized product, and to a carbonized product production facility used for this method.

家庭等から排出される有機物含有の排水は、一般に下水処理施設で排水処理される。
この排水処理に伴って有機汚泥が発生するが、排水処理量の増加とともに有機汚泥の発生量も年々増加し、その処理・処分が大きな問題となっている。
Wastewater containing organic matter discharged from households and other facilities is generally treated in sewage treatment facilities.
This wastewater treatment generates organic sludge, and as the amount of wastewater treated increases, the amount of organic sludge generated also increases year by year, making its treatment and disposal a major problem.

有機汚泥を処分するに際し、有機汚泥には99.9%程度の水が含まれていてそのままでは処分できず、そこで減量化のために濃縮及び脱水処理したり、或いは更に焼却したり溶融したりするなど様々な処理が現在施されている。
有機汚泥の減量化処理の一つの方法として、汚泥を乾留処理により炭化することが提案されている。この炭化処理は、汚泥が基質中に炭素分を45質量%程度含んでいることから、焼却,溶融処理のように汚泥中の炭素分を消費してしまうのではなく、汚泥を無酸素或いは低酸素状態で熱分解(炭化)することにより炭素分を残留させ、新しい組成を持つ炭化物(炭化製品)として生成させるものである。
When disposing of organic sludge, it contains approximately 99.9% water and cannot be disposed of as is. Therefore, various treatments are currently being carried out to reduce the volume, such as concentration and dehydration, or further incineration or melting.
One method proposed for reducing the volume of organic sludge is carbonization of the sludge by dry distillation. This carbonization process does not consume the carbon content of the sludge, as in incineration or melting, but rather involves pyrolysis (carbonization) of the sludge in an oxygen-free or low-oxygen environment, leaving the carbon content behind and producing a carbonized product with a new composition.

汚泥を乾留処理により炭化する際には、脱水機により含水率80%程度まで脱水された脱水汚泥を用いるが、これをそのまま乾留処理すると汚泥の付着の問題が発生する場合があるため、まず乾燥処理して、例えば40%程度にまで含水率を減じ、その後、乾燥処理された汚泥の乾留処理が行われる。このような処理に用いられる炭化処理設備は、例えば下記特許文献1,特許文献2に開示されている。 When carbonizing sludge through dry distillation, dehydrated sludge that has been dehydrated to a moisture content of approximately 80% using a dehydrator is used. However, if this sludge is dry distilled as is, problems with sludge adhesion may occur. Therefore, the sludge is first dried to reduce its moisture content, for example, to approximately 40%, and then the dried sludge is dry distilled. Carbonization equipment used for this type of process is disclosed, for example, in Patent Documents 1 and 2 below.

図8は、従来の炭化処理設備の一例を示したものである。図中200は受入ホッパであり、含水率80%程度まで脱水された脱水汚泥がこの受入ホッパ200に先ず受け入れられる。ここに受け入れられた脱水汚泥は、汚泥搬送ポンプ(定量供給装置)202にて乾燥機204へと送られ、そこで所定の含水率、例えば40%程度の含水率になるまで乾燥処理される。 Figure 8 shows an example of a conventional carbonization treatment facility. 200 in the figure is a receiving hopper, into which dewatered sludge that has been dewatered to a moisture content of approximately 80% is first received. The dewatered sludge received here is sent to a dryer 204 by a sludge transfer pump (quantitative supply device) 202, where it is dried until it reaches a predetermined moisture content, for example, approximately 40%.

乾燥機204は、回転ドラムを乾燥容器として備えており、その軸方向の一端側から内部に供給された汚泥を、回転ドラムを回転させつつ内部に沿って軸方向に移動させ、その移動の過程で熱風により汚泥を乾燥処理して、乾燥後の汚泥を軸方向の他端側から排出する。乾燥後の汚泥は、その後、搬送コンベア206を介して炭化炉208に送られて乾留処理される。そして最終的に乾留残渣としての炭化物が炭化炉208から排出される。
また図8において、210は乾燥機204に供給する熱風を発生させるための熱風発生炉で、ここでは供給された燃料が燃焼空気の供給の下で燃焼させられて熱風を発生する。
The dryer 204 is equipped with a rotary drum as a drying container, and sludge is supplied into the interior from one axial end of the rotary drum and moved axially along the interior while the rotary drum is rotated. During this movement, the sludge is dried by hot air, and the dried sludge is discharged from the other axial end. The dried sludge is then sent to the carbonization furnace 208 via the transport conveyor 206 and carbonized. Finally, carbonized material is discharged from the carbonization furnace 208 as a carbonization residue.
In FIG. 8, reference numeral 210 denotes a hot air generating furnace for generating hot air to be supplied to the dryer 204, in which supplied fuel is combusted under the supply of combustion air to generate hot air.

このような従来の炭化処理設備にあっては、汚泥を乾燥処理させるための乾燥機204や乾燥に用いる熱風を発生させる熱風発生炉210が必要となるため、炭化処理設備の構成機器が増えてしまう問題があった。また熱風を発生させるための燃料の消費が処理コストを上昇させる要因となっていた。 Such conventional carbonization treatment equipment requires a dryer 204 to dry the sludge and a hot air generating furnace 210 to generate the hot air used for drying, which increases the number of components required for the carbonization treatment equipment. Furthermore, the fuel consumed to generate the hot air increases treatment costs.

尚、下記特許文献3には「有機性含水廃棄物の炭化方法」についての発明が示され、そこにおいて、下水汚泥および籾殻を混合してロータリキルンに投入し、炭化物を製造するようになした点が開示されている。しかしながらこの特許文献3に記載の炭化処理の方法は、乾燥機を用いて下水汚泥を乾燥させる工程を備えている点、また本発明よりも低含水率の混合物を用いて乾留処理を行っている点で、本発明とは異なっている。 Incidentally, Patent Document 3 listed below discloses an invention for a "method for carbonizing organic water-containing waste," in which sewage sludge and rice husks are mixed and fed into a rotary kiln to produce a carbonized product. However, the carbonization method described in Patent Document 3 differs from the present invention in that it includes a step of drying the sewage sludge using a dryer, and in that it uses a mixture with a lower moisture content than the present invention and performs the dry distillation process.

特開平11-33599号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-33599 特開平11-37644号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-37644 特開2011-68824号公報JP 2011-68824 A

本発明は以上のような事情を背景とし、熱風による乾燥処理を不要とした簡素な構成で、汚泥を含む混合物の炭化を行うことが可能な炭化物の製造方法および炭化物の製造設備を提供することを目的としてなされたものである。 The present invention has been made against the background of the above circumstances, and aims to provide a carbonized material manufacturing method and carbonized material manufacturing equipment that can carbonize a mixture containing sludge with a simple configuration that does not require drying treatment using hot air.

而して請求項1は炭化物の製造方法に関するもので、バイオマスと脱水汚泥とを混合して見掛け含水率30~70%の混合物を得る混合工程と、前記混合物を無酸素若しくは低酸素条件で、外熱式ロータリキルン型炭化炉におけるレトルト内部に投入された前記混合物を700~900℃にて乾留処理して炭化物を得る炭化工程と、を備え
前記炭化工程において、前記混合物から発生する可燃ガスの燃焼が、前記レトルト内部の加熱に利用されることを特徴とする炭化物の製造方法(ただし、前記可燃ガスに対して触媒を用いた改質反応を行う炭化物の製造方法を除く)。
Claim 1 relates to a method for producing a carbonized material , comprising: a mixing step of mixing biomass and dewatered sludge to obtain a mixture with an apparent moisture content of 30 to 70%; and a carbonization step of dry distilling the mixture, which is introduced into a retort of an externally heated rotary kiln-type carbonization furnace under oxygen-free or low-oxygen conditions, at 700 to 900°C to obtain a carbonized material .
A method for producing a carbonized product, characterized in that in the carbonization process, combustion of combustible gas generated from the mixture is used to heat the inside of the retort (excluding methods for producing a carbonized product in which a reforming reaction is performed on the combustible gas using a catalyst).

ここで見掛け含水率とは、バイオマスと脱水汚泥とから成る混合物の水分重量と総重量(混合物の水分重量と混合物の乾燥重量との合計)との比率である。混合物の総重量をT(g)とし、混合物の水分重量をh(g)とすると、見掛け含水率p(重量%)は、p=h/T×100で表すことができる。 Here, apparent moisture content is the ratio of the moisture weight of a mixture consisting of biomass and dewatered sludge to the total weight (the sum of the moisture weight of the mixture and the dry weight of the mixture). If the total weight of the mixture is T (g) and the moisture weight of the mixture is h (g), then the apparent moisture content p (wt%) can be expressed as p = h/T x 100.

請求項2のものは、請求項1において、前記バイオマスが籾殻であることを特徴とする。ここで籾殻とは、一般的に籾殻として知られる稲、麦などの穀粒および外皮を備える穀物から得られた外皮部分である。通常は稲や麦などの脱穀作業によって生じる籾殻であってよい。 Claim 2 is the same as claim 1, characterized in that the biomass is rice husks. Here, rice husks are the outer husk portion obtained from grains such as rice and wheat, which are generally known as rice husks and have both a grain grain and an outer husk. They may typically be rice husks produced during the threshing process of rice, wheat, etc.

請求項3のものは、請求項2において、前記籾殻は、かさ密度が2~10倍となるように粉砕されたものであることを特徴とする。
ここでかさ密度とは、ゆるめかさ密度をいう。かさ密度の測定は、内径2.3cm(容積100cm3)の容器に籾殻を上部から供給し、容器が一杯になった時点で山になった部分をヘラですり取り、容器内の籾殻全量の重量を測定することによって行い、次の式から算出することができる。
かさ密度(g/cm3)=籾殻の重量(g)/容器の容量(cm3
なお、上記測定によれば有姿の籾殻のかさ密度は、略0.1g/cm3であり、本発明では、粉砕後にかさ密度が、0.2~1.0g/cm3となった籾殻を使用することが望ましい。
The third aspect of the present invention is characterized in that, in the second aspect, the rice husks are pulverized so that the bulk density is 2 to 10 times that of the rice husks.
Here, bulk density refers to loose bulk density. Bulk density is measured by feeding rice husks into a container with an inner diameter of 2.3 cm (volume 100 cm3 ) from the top, scraping off the pile of rice husks with a spatula when the container is full, and measuring the weight of the total amount of rice husks in the container. Bulk density can be calculated using the following formula.
Bulk density (g/cm 3 )=weight of rice husks (g)/volume of container (cm 3 )
According to the above measurement, the bulk density of intact rice husks is approximately 0.1 g/cm 3 , and in the present invention, it is desirable to use rice husks whose bulk density after crushing is 0.2 to 1.0 g/cm 3 .

請求項4のものは、請求項1~3の何れかにおいて、前記混合工程では、二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機を用いて籾殻等の前記バイオマスと脱水汚泥とを混合することを特徴とする。 Claim 4 is a method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the mixing step, the biomass such as rice husks and dewatered sludge are mixed using a biaxial paddle or biaxial rod mixer.

請求項5のものは、請求項1~3の何れかにおいて、前記混合工程では、一軸ねじ式ポンプを用いて籾殻等の前記バイオマスと脱水汚泥とを混合することを特徴とする。 Claim 5 is a method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the mixing step, the biomass, such as rice husks, and the dewatered sludge are mixed using a single-axis screw pump.

請求項6は炭化物の製造設備に関するもので、バイオマスと脱水汚泥とを混合して混合物を得る混合機と、前記混合物を700~900℃での乾留処理により炭化する炭化炉と、を備え、
前記炭化炉は、炉体と、前記炉体の内部に配設された円筒形状のレトルトと、前記炉体の内部かつ前記レトルトの外周に配設された外熱室と、前記レトルトに設けられ、前記混合物から発生する可燃ガスを前記レトルトの内部から前記外熱室へと抜け出させる吹出パイプと、前記炉体の内部に配設され、前記外熱室の内部を加熱する助燃バーナと、を備える外熱式ロータリキルン型炭化炉であり、前記脱水汚泥を乾燥処理する乾燥機を備えていないことを特徴とする炭化物の製造設備(ただし、前記可燃ガスに対して改質反応を行う触媒改質器を備える炭化物の製造設備を除く)。
Claim 6 relates to a carbonized material manufacturing facility , which includes a mixer that mixes biomass and dewatered sludge to obtain a mixture, and a carbonization furnace that carbonizes the mixture by dry distillation at 700 to 900°C .
The carbonization furnace is an externally heated rotary kiln-type carbonization furnace comprising: a furnace body; a cylindrical retort disposed inside the furnace body; an external heating chamber disposed inside the furnace body and on the outer periphery of the retort; an outlet pipe disposed in the retort for allowing combustible gas generated from the mixture to escape from the inside of the retort to the external heating chamber; and an auxiliary burner disposed inside the furnace body for heating the inside of the external heating chamber, and is a carbonization production equipment characterized in that it does not have a dryer for drying the dewatered sludge (excluding carbonization production equipment having a catalytic reformer that performs a reforming reaction on the combustible gas).

以上のように本発明は、純汚泥に代えて、籾殻等のバイオマスと汚泥(脱水汚泥)との混合物を用いて炭化物を生成するようになしたものである。脱穀後の籾殻は、家畜敷料等に利用されてはいるが、廃棄処分に困ることが一般的であったが、本発明によれば、廃棄せずに有効に使用することができる。
本発明では、籾殻等のバイオマスと脱水汚泥との混合により混合物の見掛け含水率が調整されるため、汚泥の水分調整にこれまで使用されていた乾燥機および熱風発生炉を不要とし得て、炭化処理設備の構成機器の簡略化を図ることができる。また、水分調整のための熱風が不要となるため、処理コスト(燃料使用量)を低減させることができる。
As described above, the present invention produces carbonized material by using a mixture of biomass such as rice husks and sludge (dehydrated sludge) instead of pure sludge. Although rice husks after threshing are used as livestock bedding and the like, they are generally difficult to dispose of. However, according to the present invention, they can be used effectively without being discarded.
In the present invention, the apparent moisture content of the mixture is adjusted by mixing biomass such as rice husks with dewatered sludge, which eliminates the need for the dryers and hot air generators that have been used to adjust the moisture content of sludge, thereby simplifying the components of the carbonization treatment facility.In addition, since hot air for moisture adjustment is no longer necessary, the treatment cost (amount of fuel used) can be reduced.

ところで炭化物に求められる性状は、その利用用途によって異なる。そして粉状の炭化物が求められる場合、混合物の見掛け含水率は30~40%が好適である一方、飛散し難い粒状の炭化物が求められる場合には、混合物の見掛け含水率は60~70%が好適である。このように、炭化物に求められる性状に応じて、好適な見掛け含水率も異なることから、本発明では、混合物の見掛け含水率は30~70%の範囲内で適宜決定することができる。 The properties required of a carbide vary depending on its intended use. If a powdered carbide is required, an apparent moisture content of 30-40% is appropriate for the mixture, while if a granular carbide that is less likely to scatter is required, an apparent moisture content of 60-70% is appropriate. As the appropriate apparent moisture content differs depending on the properties required of the carbide, in this invention the apparent moisture content of the mixture can be appropriately determined within the range of 30-70%.

本発明では、有姿の籾殻のほか、粉砕された籾殻(籾殻粉)を用いることができる。粉砕された籾殻を用いることでより均一な混合が図られ、生成される炭化物の品位を高めることができる。
また、かさ密度が小さい有姿の籾殻と脱水汚泥との混合物は、密度が小さく、炭化炉内で排ガス経路側に飛散し易く、炭化物の収率が悪化してしまうおそれがある。これに対し、微細に粉砕された籾殻と脱水汚泥との混合物は、密度を高めることができ、炭化炉内で飛散し難く、炭化物の収率を高めることができる。このような効果を得るためには、かさ密度が2~10倍となるように粉砕された籾殻を用いるのが望ましい。
In the present invention, in addition to whole rice husks, crushed rice husks (rice husk flour) can be used. The use of crushed rice husks allows for more uniform mixing, thereby improving the quality of the resulting charcoal.
Furthermore, a mixture of intact rice husks with low bulk density and dewatered sludge has a low density and is prone to scattering into the exhaust gas path inside the carbonization furnace, which may result in a poor carbonized product yield. In contrast, a mixture of finely crushed rice husks and dewatered sludge can have a high density, is less likely to scatter inside the carbonization furnace, and can increase the carbonized product yield. To achieve this effect, it is desirable to use rice husks crushed to a bulk density of 2 to 10 times.

本発明の混合工程では、二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機を用いて籾殻等のバイオマスと脱水汚泥とを混合することができる。
二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機は、例えば有姿の籾殻のような、かさ密度の小さい籾殻を用いて混合物を得る場合に好適である。また二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機を用いて生成された混合物は、見掛け含水率が同じであれば、後述の一軸ねじ式ポンプを用いた場合に比べて細かくばらけた状態で(ばらばらの状態で)排出されるため、より細粒化された炭化物を得るのに好適である。
In the mixing step of the present invention, the biomass such as rice husks and the dewatered sludge can be mixed using a twin-shaft paddle type or twin-shaft rod type mixer.
A twin-shaft paddle or twin-shaft rod mixer is suitable for obtaining a mixture using rice husks with a low bulk density, such as intact rice husks. Furthermore, a mixture produced using a twin-shaft paddle or twin-shaft rod mixer is discharged in a finer, more dispersed state (loose state) than a mixture produced using a single-shaft screw pump (described later) if the apparent moisture content is the same, and is therefore suitable for obtaining finer-grained carbonized material.

また本発明の混合工程では、一軸ねじ式ポンプを用いて籾殻等のバイオマスと脱水汚泥とを混合することも可能である。
一軸ねじ式ポンプを用いた場合、圧密状態で籾殻等のバイオマスと脱水汚泥が混合されるため、空隙が少なく密度の高い混合物を形成するのに好適である。また一軸ねじ式ポンプを用いて生成された混合物は、前述の二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機を用いた場合に比べて、より大きな塊の状態で排出されるため、粒径の大きな炭化物を得るのに好適である。また一軸ねじ式ポンプを用いた場合、一軸ねじ式ポンプと炭化炉とを直接配管で連結することで、コンベア等の搬送装置を省略することが可能となり、炭化処理設備をより簡素な構成とすることができる。
In the mixing step of the present invention, it is also possible to mix the biomass such as rice husks with the dewatered sludge using a single screw pump.
When a single-screw pump is used, biomass such as rice husks and dewatered sludge are mixed in a compacted state, making it suitable for forming a dense mixture with few voids. Furthermore, the mixture produced using a single-screw pump is discharged in larger chunks than when the aforementioned twin-screw paddle or twin-screw rod mixers are used, making it suitable for obtaining carbonized material with large particle sizes. Furthermore, when a single-screw pump is used, by directly connecting the single-screw pump and the carbonization furnace with piping, it is possible to omit a conveying device such as a conveyor, thereby simplifying the configuration of the carbonization treatment equipment.

以上のような本発明によれば、熱風による乾燥処理を不要とした簡素な構成で、汚泥を含む混合物の炭化を行うことが可能な炭化処理方法および炭化処理設備を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a carbonization method and carbonization equipment that can carbonize a mixture containing sludge using a simple configuration that does not require drying treatment using hot air.

本発明の一実施形態の炭化処理方法を用いた炭化処理設備の構成を示した図である。1 is a diagram showing the configuration of a carbonization treatment facility using a carbonization treatment method according to one embodiment of the present invention. 図1における混合機の要部を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a main part of the mixer in FIG. 1 . 図1における炭化炉の内部構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the internal configuration of the carbonization furnace in FIG. 1. 図1における炭化炉投入機の構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a carbonization furnace input device in FIG. 1. 本発明の他の実施形態の炭化処理方法を用いた炭化処理設備の構成を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a carbonization treatment facility using a carbonization treatment method according to another embodiment of the present invention. 図5における混合機の要部を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a main part of the mixer in FIG. 5 . 本発明の更に他の実施形態の炭化処理方法を用いた炭化処理設備の構成を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a carbonization treatment facility using a carbonization treatment method according to still another embodiment of the present invention. 従来の炭化処理設備の全体構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a conventional carbonization treatment facility.

次に本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。図1は、本発明の一実施形態の炭化処理方法を用いた炭化処理設備1の構成を示したものである。炭化処理設備1は、第1の受入ホッパ10、第2の受入ホッパ16、混合機14および炭化炉40を備え、排水処理に伴って発生する有機汚泥を利用して炭化物を生成する。なお、以下の実施形態では、籾殻を用いる場合を例にしているが、本発明は、籾殻以外のバイオマスにも適用することができる。 Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Figure 1 shows the configuration of a carbonization treatment facility 1 that uses a carbonization treatment method according to one embodiment of the present invention. The carbonization treatment facility 1 includes a first receiving hopper 10, a second receiving hopper 16, a mixer 14, and a carbonization furnace 40, and produces carbonized material using organic sludge generated during wastewater treatment. Note that the following embodiment uses rice husks as an example, but the present invention can also be applied to biomass other than rice husks.

第1の受入ホッパ10は脱水汚泥貯留槽であり、含水率70~85%程度(通常は80%程度)まで脱水された脱水汚泥が受け入れられる。この第1の受入ホッパ10に受け入れられた脱水汚泥は、その後、定量供給装置12により混合機14へと送られる。 The first receiving hopper 10 is a dewatered sludge storage tank that receives dewatered sludge that has been dewatered to a moisture content of approximately 70-85% (usually approximately 80%). The dewatered sludge received in this first receiving hopper 10 is then sent to the mixer 14 by the constant volume feeder 12.

一方、第2の受入ホッパ16は籾殻貯留槽であり、この第2の受入ホッパ16には、籾殻が受入れられる。なお、籾殻の含水率は10%程度である。
第2の受入れホッパ16の下向きの排出口16aにはロータリバルブ17が接続されており、第2の受入ホッパ16に受け入れられた籾殻は、ロータリバルブ17を介して混合機14へと送られる。
本例では、混合機14にて見掛け含水率40%の混合物が得られるように、脱水汚泥と籾殻とがそれぞれ混合機14に定量的に供給される。詳しくは、混合機14の貯留槽20に供給される。
On the other hand, the second receiving hopper 16 is a rice husk storage tank, and rice husks are received in this second receiving hopper 16. The moisture content of rice husks is about 10%.
A rotary valve 17 is connected to the downward discharge outlet 16 a of the second receiving hopper 16 , and the rice husks received in the second receiving hopper 16 are sent to the mixer 14 via the rotary valve 17 .
In this example, dewatered sludge and rice husks are respectively supplied to the mixer 14 in a fixed amount so that a mixture with an apparent moisture content of 40% is obtained in the mixer 14. More specifically, they are supplied to the storage tank 20 of the mixer 14.

混合機14は、二軸パドル式の混合機で、本発明の混合工程は、この混合機14を用いて行われる。混合機14は、パドルミキサー部21と、パドルミキサー部21の投入口21aに取り付けられた貯留槽20とを備えている。パドルミキサー部21は、ケーシングの内部に一対の回転軸22,24(図2参照)が設けられていて、それぞれに略平板状のミキシング羽根26,28が放射状に固設されている。
パドルミキサー部21では、回転軸22,24が互いに逆向きに回転し、貯留槽20からパドルミキサー部21へと供給された脱水汚泥および籾殻がミキシング羽根26,28の重なり部分でこねるようにして混合される。
The mixer 14 is a twin-shaft paddle mixer, and the mixing step of the present invention is carried out using this mixer 14. The mixer 14 includes a paddle mixer section 21 and a storage tank 20 attached to an inlet 21a of the paddle mixer section 21. The paddle mixer section 21 has a pair of rotating shafts 22, 24 (see FIG. 2) provided inside a casing, and approximately flat mixing blades 26, 28 are fixedly mounted radially on each of the rotating shafts.
In the paddle mixer section 21, the rotary shafts 22, 24 rotate in opposite directions, and the dewatered sludge and rice husks supplied from the storage tank 20 to the paddle mixer section 21 are mixed by being kneaded at the overlapping portions of the mixing blades 26, 28.

この混合機14では、回転軸22と24とが不等速で回転する。従ってミキシング羽根26と28との間には周速に差があり、その周速の差に基づいて脱水汚泥と籾殻とを高効率でこね合せることができる。 In this mixer 14, the rotating shafts 22 and 24 rotate at unequal speeds. Therefore, there is a difference in peripheral speed between the mixing blades 26 and 28, and this difference in peripheral speed allows the dewatered sludge and rice husks to be mixed together with high efficiency.

ミキシング羽根26,28は、回転軸22,24に対しそれぞれ傾斜して取り付けられており、パドルミキサー部21へと供給された脱水汚泥および籾殻は、混合されつつミキシング羽根26,28の送り作用で軸方向に送られる。そして軸方向端部に設けられた排出口21bからは、脱水汚泥と籾殻とが混合された、所定の見掛け含水率(本例では見掛け含水率40%)の混合物が排出される。排出された混合物は、搬送コンベア38により炭化炉40に搬送される。 The mixing blades 26, 28 are mounted at an angle relative to the rotating shafts 22, 24, respectively. The dewatered sludge and rice husks supplied to the paddle mixer section 21 are mixed and sent axially by the feeding action of the mixing blades 26, 28. A mixture of dewatered sludge and rice husks with a predetermined apparent moisture content (40% apparent moisture content in this example) is then discharged from the discharge outlet 21b located at the axial end. The discharged mixture is transported to the carbonization furnace 40 by the transport conveyor 38.

なお、本例の混合機14では、場合によっては上記ミキシング羽根26,28を棒状のロッドと置き換えて、二軸ロッド式の混合機とすることも可能である。 In some cases, the mixing blades 26, 28 of the mixer 14 in this example can be replaced with rods to create a twin-rod mixer.

炭化炉40は、被処理物を無酸素もしくは酸素濃度が10%以下の低酸素雰囲気下で脱水及び熱分解する外熱式ロータリキルン型の炭化炉で、本発明での炭化工程は、この炭化炉40を用いて行われる。
図3に示すように、炭化炉40は、炉体42の内部に乾留容器としての円筒形状のレトルト44を有しており、このレトルト44の図中左端側の内部に、含水率が40%に調節された被処理物としての混合物が投入される。
投入された混合物は、先ず炉体42内部に配設された助燃バーナ46による外熱室48内部の雰囲気加熱によって加熱される。すると混合物中に含まれていた可燃ガスが、レトルト44に設けられた吹出パイプ45を通じて外熱室48の雰囲気中に抜け出し、そしてこの可燃ガスが着火して、以後はその可燃ガスの燃焼によりレトルト44内部の混合物の加熱が行われる。この段階で助燃バーナ46は燃焼停止される。
The carbonization furnace 40 is an externally heated rotary kiln type carbonization furnace that dehydrates and pyrolyzes the material to be treated in an oxygen-free or low-oxygen atmosphere with an oxygen concentration of 10% or less, and the carbonization process in the present invention is carried out using this carbonization furnace 40.
As shown in Figure 3, the carbonization furnace 40 has a cylindrical retort 44 as a dry distillation container inside the furnace body 42, and a mixture as the material to be treated, with a moisture content adjusted to 40%, is placed inside the retort 44 on the left end side in the figure.
The charged mixture is first heated by heating the atmosphere inside the external heating chamber 48 using the auxiliary burner 46 installed inside the furnace body 42. Then, the combustible gas contained in the mixture escapes into the atmosphere inside the external heating chamber 48 through the blow-out pipe 45 installed in the retort 44, and this combustible gas ignites, and thereafter the mixture inside the retort 44 is heated by the combustion of this combustible gas. At this stage, the combustion of the auxiliary burner 46 is stopped.

外熱室48を囲む炉体42には、外熱室48に燃焼用空気を導入するための空気導入口43が形成されている。本例では、図示を省略する制御部により、空気導入口43を通じて外熱室48に導入される燃焼用空気の量を調整することで、外熱室48の温度が予め設定された目標温度と一致するように制御される。 The furnace body 42 surrounding the external heating chamber 48 is formed with an air inlet 43 for introducing combustion air into the external heating chamber 48. In this example, a control unit (not shown) adjusts the amount of combustion air introduced into the external heating chamber 48 through the air inlet 43, thereby controlling the temperature of the external heating chamber 48 to match a preset target temperature.

レトルト44内部の混合物は、図中左端からレトルト44の回転とともに図中右方向に移って行き(レトルト44には若干の勾配が設けてある)、レトルト44内の上流側にて水分が効率的に蒸発させられ、レトルト44内の下流側に移行した後は外熱室48の雰囲気に近い700~900℃にて乾留処理される。そして最終的に乾留残渣としての炭化物(炭化製品)がレトルト44の図中右端の出口52、つまり炭化炉40から排出される。 The mixture inside the retort 44 moves from the left end of the figure to the right as the retort 44 rotates (the retort 44 has a slight gradient), and the water is efficiently evaporated in the upstream part of the retort 44. After moving to the downstream part of the retort 44, it is carbonized at 700-900°C, which is close to the atmosphere in the external heating chamber 48. Finally, the carbonized product (carbonized product) as the carbonization residue is discharged from the outlet 52 at the right end of the retort 44 in the figure, i.e., the carbonization furnace 40.

炉体42の内部には、外熱室48と仕切られた排ガス処理室50が設けられており、外熱室48からの排ガスがここに導かれる。排ガス処理室50には排ガス処理室用バーナ47が設けられており、排ガス処理室50内に導かれた排ガス中の未燃ガスが、この排ガス処理室用バーナ47にて2次燃焼される。
排ガス処理室50内の排ガスは、続いて排気口51から排出される。排ガス処理室50からは排気口51を介して排ガス路が延び出しており、炭化炉40からの排ガスは、例えば図8で示すように、炭化炉排ガスファンにより、排ガス路を通じて炭化炉排ガス熱交換器を経て煙突から外部に放出される。
An exhaust gas treatment chamber 50 separated from the external heat chamber 48 is provided inside the furnace body 42, and exhaust gas from the external heat chamber 48 is led into this chamber. An exhaust gas treatment chamber burner 47 is provided in the exhaust gas treatment chamber 50, and unburned gas in the exhaust gas led into the exhaust gas treatment chamber 50 is subjected to secondary combustion in this exhaust gas treatment chamber burner 47.
The exhaust gas in the exhaust gas treatment chamber 50 is then discharged from an exhaust port 51. An exhaust gas passage extends from the exhaust gas treatment chamber 50 through the exhaust port 51, and the exhaust gas from the carbonization furnace 40 is passed through the exhaust gas passage by a carbonization furnace exhaust gas fan, passes through a carbonization furnace exhaust gas heat exchanger, and is discharged to the outside from a chimney, as shown in Figure 8, for example.

本例の炭化炉40の前端部には、図4で示すように、炭化炉投入機54が設けられている。炭化炉投入機54は、スクリューコンベア60を備え、スクリューコンベア60の投入口60aに貯留槽56が取り付けられている。
貯留槽56の内部には、回転軸57が回転可能に支持され、また回転軸57の軸方向の異なる位置には、回転軸57と一体に回転する複数の掻取片58設けられている。これら回転軸57および掻取片58は、スクリューコンベア60と連動して回転するようにスクリューコンベア60の駆動機構に連結されている。
4, a carbonization furnace charger 54 is provided at the front end of the carbonization furnace 40 of this example. The carbonization furnace charger 54 includes a screw conveyor 60, and a storage tank 56 is attached to an inlet 60a of the screw conveyor 60.
A rotating shaft 57 is rotatably supported inside the storage tank 56, and a plurality of scraping pieces 58 that rotate integrally with the rotating shaft 57 are provided at different axial positions of the rotating shaft 57. The rotating shaft 57 and scraping pieces 58 are connected to the drive mechanism of the screw conveyor 60 so as to rotate in conjunction with the screw conveyor 60.

スクリューコンベア60は、スクリュー軸61、スクリュー軸61から螺旋状に突出したスクリュー羽根62、およびスクリュー軸61を回転駆動させる駆動モータ63を備えており、スクリューコンベア60の排出側の端部は、炭化炉40のレトルト44内に挿入されている。 The screw conveyor 60 comprises a screw shaft 61, screw blades 62 that protrude spirally from the screw shaft 61, and a drive motor 63 that rotates the screw shaft 61. The discharge end of the screw conveyor 60 is inserted into the retort 44 of the carbonization furnace 40.

本例によれば、貯留槽56内に投入された混合物は、貯留槽56内部の掻取片58の回転運動により下方のスクリューコンベア60に向けて落下する。落下した混合物はスクリューコンベア60のスクリュー羽根62と62との間の溝に収容され、スクリュー軸61の回転に伴ない前方に押出され、レトルト44内部に投入される。 In this example, the mixture introduced into the storage tank 56 falls toward the screw conveyor 60 below due to the rotational movement of the scraping pieces 58 inside the storage tank 56. The falling mixture is contained in the groove between the screw blades 62 of the screw conveyor 60, and is pushed forward as the screw shaft 61 rotates, and is introduced into the retort 44.

以上のような本実施形態の炭化処理方法によれば、籾殻と脱水汚泥との混合により混合物の見掛け含水率が調整されるため、汚泥の水分調整に従来使用されていた乾燥機および熱風発生炉を不要とし得て、炭化処理設備1の構成機器の簡略化を図ることができる。また、乾留処理前の混合物を乾燥させるための熱風が不要となるため、処理コスト(燃料使用量)を低減させることができる。 According to the carbonization method of this embodiment, the apparent moisture content of the mixture is adjusted by mixing the rice husks with the dewatered sludge, eliminating the need for the dryers and hot air furnaces conventionally used to adjust the moisture content of the sludge, thereby simplifying the components of the carbonization treatment facility 1. Furthermore, since hot air is no longer required to dry the mixture before the carbonization treatment, processing costs (fuel consumption) can be reduced.

また本実施形態では、籾殻と脱水汚泥とを混合して混合物を得る混合工程に、二軸パドル式の混合機14を用いているため、得られる混合物は、見掛け含水率が同じであれば、後述の一軸ねじ式ポンプを用いた場合に比べて細かくばらけた状態で(ばらばらの状態で)排出されるため、より細粒化された炭化物を得るのに好適である。 In addition, in this embodiment, a twin-shaft paddle mixer 14 is used in the mixing process in which rice husks and dewatered sludge are mixed to obtain a mixture. Therefore, if the apparent moisture content is the same, the resulting mixture is discharged in a finer, more fragmented state (loose state) than when a single-shaft screw pump (described below) is used, making it suitable for obtaining finer-grained carbonized material.

なお、本実施形態では、有姿の籾殻のほか、粉砕された籾殻(籾殻粉)を用いることができる。粉砕された籾殻を用いることで汚泥との間でより均一な混合が図られ、生成される炭化物の品位を高めることができる。
また、かさ密度が小さい有姿の籾殻と脱水汚泥との混合物は、密度が小さく、炭化炉40内で排ガス経路側に飛散し易く、炭化物の収率が悪化してしまうおそれがある。これに対し、微細に粉砕された籾殻と脱水汚泥との混合物は、密度を高めることができ炭化炉40内で飛散し難く、炭化物の収率を高めることができる。このような効果を得るためには、かさ密度が2~10倍となるように粉砕された籾殻を用いるのが望ましい。籾殻の粉砕は、らいかい機(擂潰機)や、ハンマーミル等を用いて実施することができる。
In this embodiment, in addition to whole rice husks, crushed rice husks (rice husk powder) can be used. By using crushed rice husks, more uniform mixing with sludge can be achieved, and the quality of the generated carbonized material can be improved.
Furthermore, a mixture of intact rice husks with low bulk density and dewatered sludge has a low density and is likely to scatter into the exhaust gas path inside the carbonization furnace 40, which may result in a decrease in the yield of carbonized material. In contrast, a mixture of finely crushed rice husks and dewatered sludge can have a high density and is less likely to scatter inside the carbonization furnace 40, thereby increasing the yield of carbonized material. To achieve this effect, it is desirable to use rice husks that have been crushed to a bulk density of 2 to 10 times the original size. Crushing of rice husks can be carried out using a mortar and pestle, a hammer mill, or the like.

図5は、本発明の他の実施形態(第2の実施形態)を示した図である。この例では、混合工程に一軸ねじ式ポンプを用いて籾殻と脱水汚泥とを混合するようになした点が、上記第1の実施形態と異なっている。他の構成については、第1の実施形態と同じである。 Figure 5 shows another embodiment (second embodiment) of the present invention. This example differs from the first embodiment in that a single-shaft screw pump is used in the mixing process to mix the rice husks and dewatered sludge. The other configurations are the same as those of the first embodiment.

図5に示す炭化処理設備1Bにおける混合機64は、一軸ねじ式ポンプ68と、一軸ねじ式ポンプ68の投入口68aに取り付けられた貯留槽66とを備えている。
一軸ねじ式ポンプ68は、図6に示すように、筒状のケーシング69の内部に、ステータ70とロータ72とを備えている。ステータ70には一定のひねり角でねじられながら軸方向に延設され且つ断面長円形の貫通孔が形成されている。ロータ72は、断面円形の棒状をなしステータ70の貫通孔に沿って配設されている。そしてステータ70とロータ72との間には軸方向に連続する螺旋状のキャビティ74が形成されている。
A mixer 64 in a carbonization treatment facility 1B shown in FIG. 5 includes a uniaxial screw pump 68 and a storage tank 66 attached to an inlet 68a of the uniaxial screw pump 68.
As shown in Figure 6, the uniaxial screw pump 68 includes a stator 70 and a rotor 72 housed inside a cylindrical casing 69. The stator 70 is twisted at a constant twist angle and has an oval cross-sectional through-hole extending in the axial direction. The rotor 72 is rod-shaped with a circular cross-section and is disposed along the through-hole of the stator 70. A spiral cavity 74 is formed between the stator 70 and the rotor 72, continuing in the axial direction.

ロータ72は、図示を省略するジョイント部材を介して駆動用モータ76と連結されている。そして駆動用モータ76が回転すると、ロータ72は、断面長円形の貫通孔内を回転運動し、その結果、キャビティ74内に収容された内容物が軸方向に漸次移動するように構成されている。 The rotor 72 is connected to the drive motor 76 via a joint member (not shown). When the drive motor 76 rotates, the rotor 72 rotates within the through-hole with an oval cross-section, causing the contents contained within the cavity 74 to gradually move in the axial direction.

そして一軸ねじ式ポンプ68の排出口68bは、図5に示すように、配管77にて炭化炉40(詳しくは炭化炉投入機54の貯留槽56)に連結されている。 The discharge port 68b of the uniaxial screw pump 68 is connected to the carbonization furnace 40 (more specifically, the storage tank 56 of the carbonization furnace input device 54) via piping 77, as shown in Figure 5.

本例では、投入口68aを介してキャビティ74内に流入した籾殻及び脱水汚泥が、回転運動するロータ72により、圧密状態で練り合わされるため、上記第1の実施形態で用いられた二軸パドル式の混合機に比べ、空隙が少なく密度の高い混合物を連続的に形成することができる。
このように本実施形態の炭化処理方法によれば、密度の高い混合物が炭化炉40に供給されるため、混合物が炭化炉40内で排ガス経路側に飛散して、炭化物の収率が悪化してしまうのを抑制することができる。このような効果は、かさ密度が2~10倍となるように粉砕された籾殻を用いた場合に特に有効である。
In this example, the rice husks and dewatered sludge that flow into the cavity 74 through the inlet 68a are mixed in a compressed state by the rotating rotor 72, so that a mixture with fewer voids and higher density can be continuously formed compared to the twin-shaft paddle mixer used in the first embodiment above.
As described above, according to the carbonization method of this embodiment, a high-density mixture is supplied to the carbonization furnace 40, so that it is possible to prevent the mixture from scattering into the exhaust gas path inside the carbonization furnace 40, which would result in a decrease in the yield of char. This effect is particularly effective when using rice husks that have been pulverized to increase the bulk density by 2 to 10 times.

また本例では、一軸ねじ式ポンプ68の排出口68bと炭化炉40とが直接、配管77にて連結されており、上記第1の実施形態におけるコンベア38のような別途の搬送装置を用いることなく混合物を炭化炉40に供給することができるため、炭化処理設備の構成を更に簡素なものとすることができる。 In addition, in this example, the discharge port 68b of the single-axis screw pump 68 is directly connected to the carbonization furnace 40 via piping 77, so the mixture can be supplied to the carbonization furnace 40 without using a separate transport device such as the conveyor 38 in the first embodiment, further simplifying the configuration of the carbonization treatment equipment.

図7は、本発明の更に他の実施形態(第3の実施形態)を示した図である。本例は、一軸ねじ式ポンプ68を用いた混合機64と炭化炉40との間に、二軸パドル式の第2の混合機80を設けた点が、上記第2の実施形態と異なっている。なお、第2の混合機80の構成は、上記第1の実施形態における二軸パドル式の混合機14と同じである。 Figure 7 shows yet another embodiment (third embodiment) of the present invention. This example differs from the second embodiment in that a second twin-shaft paddle mixer 80 is provided between the mixer 64 using a single-shaft screw pump 68 and the carbonization furnace 40. The configuration of the second mixer 80 is the same as the twin-shaft paddle mixer 14 in the first embodiment.

本例では、一軸ねじ式ポンプ68の排出口68bと、第2の混合機80の貯留槽20とが配管82で連結されており、一軸ねじ式ポンプ68にて混合された混合物が配管82を通じて第2の混合機80に搬送される。また第2の混合機80と炭化炉40との間に搬送コンベア38が設けられており、第2の混合機80から排出された混合物が炭化炉40に搬送されるように構成されている。 In this example, the discharge port 68b of the uniaxial screw pump 68 is connected to the storage tank 20 of the second mixer 80 by a pipe 82, and the mixture mixed by the uniaxial screw pump 68 is transported to the second mixer 80 via the pipe 82. In addition, a transport conveyor 38 is provided between the second mixer 80 and the carbonization furnace 40, and is configured to transport the mixture discharged from the second mixer 80 to the carbonization furnace 40.

本例によれば、2種類の混合機64,80を用いることでより均一に混合された混合物を得ることができる。またこれに加えて、後段に設けられた二軸パドル式の第2の混合機80により細粒化された状態の混合物を炭化炉40に供給することができる。 In this example, a more uniformly mixed mixture can be obtained by using two types of mixers 64, 80. In addition, the mixture can be finely granulated by the second twin-shaft paddle mixer 80 installed downstream and supplied to the carbonization furnace 40.

<その他の変形例・適用例>
本発明では、籾殻以外のバイオマスと脱水汚泥とを混合して所定含水率の混合物を得ることも可能である。ここでバイオマスとは、生物由来の有機性資源であり、具体的には、(1)農作物の非食用部である稲わら、バナナ茎、コーヒーかす、ヤシ殻/房、ココナッツ殻、とうもろこし穂軸、サトウキビの搾りかす、キャッサバ幹、そのほかの食物残渣、(2)資源作物としてのサトウキビ、トウモロコシ、キャッサバ、(3)木材から得られる木質チップ・ペレット、間伐材、廃材木などを例示することができる。
<Other modified examples and application examples>
In the present invention, it is also possible to mix biomass other than rice husks with dewatered sludge to obtain a mixture with a predetermined moisture content. Here, biomass refers to organic resources derived from living organisms, and specific examples include: (1) inedible parts of agricultural crops such as rice straw, banana stalks, coffee grounds, coconut shells/husks, coconut husks, corn cobs, sugarcane pomace, cassava stems, and other food residues; (2) resource crops such as sugarcane, corn, and cassava; and (3) wood chips/pellets, thinned wood, and waste wood obtained from wood.

これらバイオマスの性状は様々である。このため、脱水汚泥との間で均一な混合が図られるように、また所望の粒径の炭化物が得られるように、適宜、裁断または粉砕されたバイオマスを使用することができる。使用するバイオマスは、その長さが30mm以下であることが好ましい。更に好ましい長さは20mm以下である。
また、使用するバイオマスの含水率については30%以下が好ましく、更に好ましい含水率は20%以下である。
These biomass materials have various properties. Therefore, biomass can be cut or crushed as needed to ensure uniform mixing with the dewatered sludge and to obtain carbonized material of the desired particle size. The length of the biomass used is preferably 30 mm or less, and more preferably 20 mm or less.
The moisture content of the biomass used is preferably 30% or less, and more preferably 20% or less.

籾殻以外のバイオマスを使用する場合も、上記実施形態にて例示した二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機、および/または、一軸ねじ式ポンプを備えた混合機を用いて脱水汚泥との混合を行うことができる。 When using biomass other than rice husks, it can be mixed with dewatered sludge using the twin-shaft paddle or twin-shaft rod mixer exemplified in the above embodiment, and/or a mixer equipped with a single-shaft screw pump.

以上本発明の実施形態を詳述したがこれらはあくまで一例示である。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。 The above detailed description of an embodiment of the present invention is provided by way of example only. The present invention can be implemented in various modified forms without departing from the spirit of the invention.

1,1B,1C 炭化処理設備
14,64,80 混合機
40 炭化炉
1, 1B, 1C carbonization treatment equipment 14, 64, 80 mixer 40 carbonization furnace

Claims (5)

バイオマスと脱水汚泥とを混合して見掛け含水率30~70%(ただし60~70%を除く)の混合物を得る混合工程と、
前記混合物を無酸素若しくは低酸素条件で、外熱式ロータリキルン型炭化炉におけるレトルト内部に投入された前記混合物を700~900℃にて乾留処理して粉状の炭化物を得る炭化工程と、を備え、
前記炭化工程において、前記混合物から発生する可燃ガスの燃焼が、前記レトルト内部の加熱に利用されることを特徴とする粉状の炭化物の製造方法(ただし、前記可燃ガスに対して触媒を用いた改質反応を行う炭化物の製造方法を除く)。
a mixing step of mixing biomass and dewatered sludge to obtain a mixture having an apparent moisture content of 30 to 70% (excluding 60 to 70%) ;
a carbonization step of carbonizing the mixture introduced into a retort of an externally heated rotary kiln-type carbonization furnace at 700 to 900°C under oxygen-free or low-oxygen conditions to obtain a powdery carbonized product;
A method for producing a powdered charcoal, characterized in that in the carbonization process, combustion of combustible gas generated from the mixture is used to heat the inside of the retort (excluding methods for producing charcoal by carrying out a reforming reaction of the combustible gas using a catalyst).
前記バイオマスが籾殻であることを特徴とする請求項1に記載の粉状の炭化物の製造方法。 2. The method for producing a powdery charcoal according to claim 1, wherein the biomass is rice husk. 前記籾殻は、かさ密度が2~10倍となるように粉砕されたものであることを特徴とする請求項2に記載の粉状の炭化物の製造方法。 The method for producing powdered carbide according to claim 2, characterized in that the rice husks are pulverized so that their bulk density is 2 to 10 times that of the original. 前記混合工程では、二軸パドル式もしくは二軸ロッド式の混合機を用いて籾殻等の前記バイオマスと脱水汚泥とを混合することを特徴とする請求項1~3の何れかに記載の粉状の炭化物の製造方法。 The method for producing powdery carbonized material described in any one of claims 1 to 3, characterized in that in the mixing step, the biomass such as rice husks and dewatered sludge are mixed using a biaxial paddle type or a biaxial rod type mixer. 前記混合工程では、一軸ねじ式ポンプを用いて籾殻等の前記バイオマスと脱水汚泥とを混合することを特徴とする請求項1~3の何れかに記載の粉状の炭化物の製造方法。 The method for producing powdery carbonized material according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the mixing step, the biomass such as rice husks and the dewatered sludge are mixed using a single-axis screw pump.
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