炭化物製造装置
【課題】 絶乾物から半炭化物、炭化物および活性炭化物まで用途や種類の異なる炭化物を、一台の装置で容易にかつ確実に製造することができる炭化物製造装置を提供する。
【解決手段】 円筒状コンベヤケーシング４内の中心部軸方向にリボンスクリュー６を配設したスクリューコンベヤ２を、加熱炉３内を前後方向に貫通させて設け、加熱炉３より前方に突出するスクリューコンベヤ２の端部に原料投入口２１を設けるとともに、加熱炉３より後方に突出するスクリューコンベヤ２の端部に製品排出口２２を設け、原料投入口２１より投入した下水汚泥Ｂを乾燥して炭化する炭化物製造装置において、リボンスクリュー６の外径を円筒状コンベヤケーシング４の内径よりも小さく形成するとともに、スクリュー回転軸５を円筒状コンベヤケーシング４に対し昇降可能に構成している。
【解決手段】 円筒状コンベヤケーシング４内の中心部軸方向にリボンスクリュー６を配設したスクリューコンベヤ２を、加熱炉３内を前後方向に貫通させて設け、加熱炉３より前方に突出するスクリューコンベヤ２の端部に原料投入口２１を設けるとともに、加熱炉３より後方に突出するスクリューコンベヤ２の端部に製品排出口２２を設け、原料投入口２１より投入した下水汚泥Ｂを乾燥して炭化する炭化物製造装置において、リボンスクリュー６の外径を円筒状コンベヤケーシング４の内径よりも小さく形成するとともに、スクリュー回転軸５を円筒状コンベヤケーシング４に対し昇降可能に構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、下水汚泥、畜産廃棄物、食品廃棄物などの炭素を含有する湿潤系有機性廃棄物を原料として、絶乾物から半炭化物、炭化物および吸着用活性炭などの活性炭化物まで幅広い用途の炭化物を同一の装置で製造可能な炭化物製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止の観点から、湿潤系バイオマス賦存量のかなりの割合を占める下水汚泥の燃料化について様々な研究開発や実設備の計画がなされている。下水汚泥は、湿潤系バイオマスのうちでも廃棄物処理費用が高いことと、発生量が一年を通して安定していることから、燃料としての有効利用が期待されている。また、下水道の普及率が向上するのに伴って下水汚泥の発生量が増大する一方、社会経済活動の高度化により廃棄物が増大し、廃棄物処理場の新規立地が困難な状況にあり、とくに下水汚泥の炭化は、その焼却や溶融と比較して排ガス発生量が少ないうえに、その製品としての炭化物は木炭に似た特性をもつことから、有効利用可能な用途先が多く、新しい資材として注目されている。
【０００３】
ところで、下水汚泥から製造される活性炭化物は、例えばごみ焼却排ガスのダイオキシン吸着材として有効に利用できるが、こうしたダイオキシン類の吸着用活性炭化物として利用するには、８００℃以上の高温で炭化する必要がある。一方、５５０℃以下の低温で炭化させると、即効性リン酸（可給態リン酸）および遅効性リン酸（ク溶性リン酸）を有効に含有する肥料のリン酸原料としての炭化物が得られ、また１００〜３００℃程度のさらに低温で炭化させると、高カロリーを有する絶乾物や半炭化物からなる燃料として有効な炭化物が得られるなど、炭化させる温度を調整することにより、全く用途の異なる炭化物が得られることが分かっている。
【０００４】
上記したとおり下水汚泥など有機性廃棄物の発生量は年々増大しているが、ダイオキシン類の吸着用活性炭化物としての需要は限られていることから、周囲の需要に応じて多種多様の炭化物を製造することが望まれる。しかし、従来の炭化物製造装置では、活性炭化物から肥料用炭化物、そして燃料用炭化物に至る広範囲の炭化物を、同一の装置にて製造することができなかった。
【０００５】
この種の製造装置に関する先行技術として、円筒ケーシング内の中心部軸方向にガス流路が形成されるようにスクリューを収納したスクリューコンベヤを、炉体を貫通させて、前部が乾燥ゾーン、中部が炭化ゾーン、後部が賦活ゾーンとなるように設け、前部の乾燥ゾーンのスクリューコンベヤの端部入口に湿潤系有機性廃棄物を投入するための原料投入口を設け、後部の賦活ゾーンのスクリューコンベヤの端部出口に製品排出口を設け、乾燥ゾーンで発生した水蒸気及び炭化ゾーンで発生した乾留ガスを炭化ゾーンからの炭化物と後部の賦活ゾーンのスクリューコンベヤ内で接触させて炭化物を賦活・活性化させることができるようにした活性炭化物の製造装置であって、後部の賦活ゾーンより処理物流れの下流部分の円筒ケーシングを耐火材で被覆し、この被覆耐火材および円筒ケーシングに乾留ガス排気口を設け、この排気口の周りを遮蔽壁で区分して熱風発生部とし、この熱風発生部にバーナを接続した構造の装置が提案されている(例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
そのほか、有機性廃棄物を熱分解することにより得られる炭化物を液体に浮遊させることによって、液体中に浮き高品質燃料となる炭素分と、液体中に沈んだ灰分とに分けることで、炭化物から高品質な燃料を製造する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、炭化炉への供給空気量を好適に制御して空気の過不足を防止し、熱効率および炭化処理効率を高める炭化物製造装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
さらに、乾留ガスに含まれるタール分や煤等で配管が閉塞することがなく、長時間の連続運転が可能で、燃料の消費量が僅かでランニングコストを低減でき、しかも有害成分や悪臭成分の除去効率も高い有機性廃棄物の炭化処理装置が提供されている（例えば、特許文献４参照））。この装置では、燃焼炉内に燃焼空間を残してガス化炭化炉を設置し、有機性廃棄物をガス化炭化炉内で撹拌しつつ炭化させながら乾留ガスを発生させ、その乾留ガスをガス化炭化炉の乾留ガス出口から燃焼空間に直接導入して燃焼させるとともに、その燃焼ガスを燃焼ガス導入口からガス化炭化炉内に導入している。
【特許文献１】特開２００４−３５２５３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８３８０号公報
【特許文献３】特開２００１−１９２６６４号公報
【特許文献４】特開２００６−００８７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載の製造装置では、スケーリングによる断熱を防止し、被炭化物が必要とする温度まで加熱することにより品質の向上を図るために、スクリュー羽根の周縁部とケーシング内壁との間隙が最小限になるように間隙を調整する対策がとられている。この特許文献１に記載の装置をはじめ、上記した特許文献２〜４に記載のいずれの炭化物製造装置でも、用途の異なる炭化物、いいかえれば絶乾物および半炭化物などの低温炭化物から炭化物および活性炭化物などの高温炭化物まで同一の装置で炭化温度を任意に調整して製造することはできない。
【００１０】
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、絶乾物から半炭化物、炭化物および活性炭化物まで用途や種類の異なる炭化物を、一台の装置で容易にかつ確実に製造することができる、炭化物製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明に係る炭化物製造装置は、円筒状コンベヤケーシング内の中心部軸方向にガス流路が形成されるようにリボンスクリューを配設したスクリューコンベヤを、加熱炉内の前後方向に貫通させて、上流部が乾燥ゾーン、中流部が炭化ゾーン、下流部が賦活ゾーンとなるように設け、前記乾燥ゾーンの前記加熱炉より前方に突出するスクリューコンベヤの端部に原料投入口を設けるとともに、前記賦活ゾーンの前記加熱炉より後方に突出するスクリューコンベヤの端部に製品排出口を設け、前記原料投入口より下水汚泥などの湿潤系有機性廃棄物を投入し、前記乾燥ゾーンで発生する水蒸気および前記炭化ゾーンで発生する乾留ガスを前記賦活ゾーンで炭化物に接触させて同炭化物を賦活・活性化させる炭化物製造装置において、前記リボンスクリューの外径を前記円筒状コンベヤケーシングの内径よりも小さく形成するとともに、前記スクリュー回転軸を前記円筒状コンベヤケーシングに対し昇降可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
上記構成を有する本発明の炭化物製造装置によれば、製造する炭化物の種類(例えば、絶乾物、炭化物)に応じて、コンベヤケーシング内周壁とリボンスクリュー外周縁部とのクリアランスをスクリュー回転軸を昇降させその上下方向の位置を調整することにより、変更することができる。これにより、クリアランス部に原料としての有機性廃棄物もしくはその炭化物からなるスケーリング層を意図的に形成させ、スケーリング層にて断熱作用を生じさせられるから、コンベヤケーシング外面温度を一定(例えば、９００℃〜９５０℃）に保った場合でも、被炭化物（有機性廃棄物）の材料温度を例えば５００℃や６００℃になるように加熱でき、所望の炭化物を製造することができる。また、スクリュー回転軸の位置を下げてコンベヤケーシング内周壁とのクリアランスを０あるいはリボンスクリュー外周縁部を特に賦活ゾーンでコンベヤケーシング内周壁に接触させることにより、被炭化物を８００〜９００℃以上の高温で加熱でき、高品質の活性炭化物を製造することもできる。
【００１３】
請求項２に記載のように、前記スクリュー回転軸の回転速度を変更可能に構成することができる。
【００１４】
このように構成することで、コンベヤケーシング内周壁とリボンスクリュー外周縁部とのクリアランスを調整し、コンベヤケーシングから被炭化物（下水汚泥など）へ伝達される温度を調節するとともに、スクリューの回転速度を変更することにより、コンベヤケーシング内における被炭化物の滞留時間を調整することによって、被炭化物の加熱量を容易にかつ確実に調節することができる。
【００１５】
請求項３に記載のように、前記スクリューコンベヤのスクリュー回転軸の両端部をそれぞれ前記円筒状ケーシングの外方へ突出させ、前記スクリュー回転軸の各突出部をシリンダ装置により昇降可能かつ回転可能に支持することができる。
【００１６】
このように構成することで、スクリュー回転軸の前部側と後部側とでコンベヤケーシング内周壁とスクリュー外周縁部とのクリアランスを自在に設定することで、被炭化物の加熱量をスクリュー回転軸の軸方向に沿って変更することもできる。
【００１７】
請求項４に記載のように、前記スクリュー回転軸の軸方向の熱伸縮を許容する可動軸受けを介して同スクリュー回転軸の前記各突出部をシリンダ装置により昇降可能に支持することができる。
【００１８】
このように構成することで、スクリュー回転軸が加熱されて熱膨張しても後端部の可動軸受けで外輪が滑ることで回転軸の伸長動が許容されるので、軸受けを損傷するなどの悪影響がなく、またケーシングの内壁に対する接触でスクリュー外周縁部が摩耗してもシリンダ装置によりスクリュー回転軸の位置を下げて対応できる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る炭化物製造装置は上記の構成からなるから、下記のような優れた効果を奏する。
【００２０】
コンベヤケーシング内周壁とスクリュー外周縁部とのクリアランスを、スクリュー回転軸を昇降させその上下方向の位置を調整することにより容易に変更できるので、絶乾物から半炭化物、炭化物および活性炭化物まで、幅広い性状をもつ炭化物を、同一の装置で容易にかつ確実に製造できる。したがって、下水汚泥などの有機性廃棄物から製造される炭化物を広範囲の用途に応じた各種性状の炭化物として得られるので、有機性廃棄物の有効利用が図れ、用途の幅が格段に拡がり、地域特性や季節に応じて最も有利な、つまり高需要の製品を製造できる。具体例を挙げると、1)地方都市や近郊では、春先から夏場にかけて農地還元用の需要が高まるため、炭化処理条件としてク溶性リン酸を多量に含有する炭化物となるように熱履歴(材料温度５００℃）を設定して製造する。2)また秋口から冬場の農閑期には、連作に障害のある物質を吸着し土壌改良材として機能する活性炭化物となるように熱履歴(材料温度８００℃以上）を設定して製造する。3)あるいは温室栽培用の燃料として使用する炭化物としての、高カロリーを具備する絶乾物や半炭化物となるように熱履歴（材料温度１００℃〜３００℃）を設定して製造する。近隣に石炭火力発電所がある場合には、臭気の許容度や燃料比などの受け入れ条件に応じて高カロリーの炭化物を製造する。4)その他、年間を通して一定量の需要が見込めるごみ焼却炉のダイオキシン吸着剤をはじめとする各種吸着剤(いわゆる活性炭化物）を、高温加熱（材料温度８００℃以上）により製造する。以上のように、クリアランス部に原料としての有機性廃棄物もしくはその炭化物からなるスケーリング層を意図的に(任意に)形成し、スケーリング層にて断熱作用を生じさせてコンベヤケーシング外面温度を一定に保ったまま、被炭化物（有機性廃棄物）の温度を任意に調節して、所望の炭化物を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明に係る炭化物製造装置について実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は下水汚泥を原料とする炭化物製造装置全体の実施例を概略的に示す断面図、図２は図１の炭化物製造装置をより詳細に示す断面図である。
【００２３】
図１・図２に示すように、本実施例の炭化物製造装置１は、スクリューコンベヤ２と加熱炉３とを備え、スクリューコンベヤ２は加熱炉３内を前後方向に貫通して設けられ、加熱炉３から前方に突出するスクリューコンベヤ２の前部突出部上面に原料としての乾燥汚泥Ｂの投入口２１が、加熱炉３から後方に突出する後部突出部下面に製品としての炭化物Ｃの排出口２２がそれぞれ開口されている。また、スクリューコンベヤ２の後部上面にガス排気口２３が開口されている。スクリューコンベヤ２は、円筒状コンベヤケーシング４内にリボンスクリュー６の螺旋状羽根６ａが回転軸５の周囲に周方向に等間隔に配置されたリブフレーム６ｂを介して配設され、コンベヤケーシング４内の中心部軸方向にガス流路が形成されている。スクリュー回転軸５はコンベヤケーシング４内の前後方向において軸方向に貫通して設けられている。
【００２４】
加熱炉３内には、燃焼設備３１のバーナ３２がスクリューコンベヤ２のガス排気口２３の上方に臨ませて設けられている。そして、バーナ３２により燃焼される高温ガスが加熱炉３内のスクリューコンベヤ２の周りを後部から前部にかけて蛇行しながら移動するように、前後方向に間隔をあけてスクリューコンベヤ２の上下に交互に配置される上下方向の炉壁３３、３４、３５によって加熱炉３内が仕切られている。また、下側の中央炉壁３４は前後端の炉壁３ａ、３ｂと相俟って円筒状コンベヤケーシング４の下側を支持している。加熱炉３の前端部上面には排ガスの排出口３ｃが設けられ、その下流側に煙道３６が設置されている。スクリューコンベヤ２の内部は前部(上流部）が乾燥ゾーン２ｘに、中部(中流部）が炭化ゾーン２ｙに、後部(下流部）が賦活ゾーン２ｚに構成される。
【００２５】
図２に示すように、円筒状コンベヤケーシング４から円形前端壁４１を貫通して前方に突出する回転軸５の前部は、可動軸受け７により回転可能にかつ軸方向(前後方向）へ変位可能に支持されており、可動軸受け７の支持ボックス７２の前端と前端壁４１とは蛇腹式円筒状金属継手４２により接続され、可動軸受け７により支持された回転軸５の上下動に追随する。また、回転軸５の前端には減速機構８１を介して電動モータ８が接続されている。
【００２６】
回転軸５の後部も可動軸受け９により、回転可能にかつ軸方向(前後方向）へ変位可能に支持されており、可動軸受け９の支持ボックス９２の前端と本体後端壁４４とが蛇腹式円筒状金属継手４５により接続され、可動軸受け９により支持された回転軸５の上下動に追随する。可動軸受け７・９は支持ボックス７２・９２の外壁に対し外輪７３・９３が前後に摺動可能な構造で、回転軸５の熱膨張による伸びを許容する。
【００２７】
また、可動軸受け７・９を下からシリンダ装置、本例ではエアシリンダ１０・１１により昇降可能に支持し、リボンスクリュー回転軸５の前後両端部の上下方向の位置（高さ）を調整することによって、乾燥ゾーン２ｘ、炭化ゾーン２ｙおよび賦活ゾーン２ｚにおけるリボンスクリュー６の（羽根６ａの）外周縁部とコンベヤケーシング４の内周壁との間でクリアランスを変更できるようにしている。つまり、製造しようとする炭化物の適温になるようにクリアランスを形成し、スケーリング層を介して断熱することにより低温で加熱したり、クリアランスを全くなくして高温で加熱したりできるようにしている。なお、昇降装置はエアシリンダ１０・１１には限定するものではなく、例えば、油圧シリンダや電動シリンダを使用することができる。
【００２８】
さらに、図３・図４に示すようにリボンスクリュー６の（羽根６ａの）外径を円筒状コンベヤケーシング４の内径より小さく（１０％程度）し、スクリュー６の外周縁部（羽根６ａ）とコンベヤケーシング４内周壁との隙間を０ｍｍから数十ｍｍの間で調整できるようにしている。これにより、リボンスクリュー６の外周縁部をコンベヤケーシング４の内周壁に近接あるいは接触させてスケーリングの発生を抑制する一方、リボンスクリュー６とコンベヤケーシング４とにクリアランスを設けることによりスケーリング層が形成されるようにしている。
【００２９】
詳しくは、スクリューコンベヤ２内の賦活ゾーン２ｚにおいて、図３（ａ）に示すように、リボンスクリュー６の外周縁部とコンベヤケーシング４の内周壁とにスケーリングがほとんど付着することがない状態、つまり加熱炉３内の燃焼ガス（バーナ３２部付近では９５０℃程度）による間接加熱で炭化物の温度が規定の材料温度(通常８００℃以上）になって賦活・活性化が確実に遂行される状態から、図４に示すように、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁部とコンベヤケーシング４の内周壁とに大きなクリアランスが生じ、例えば２０ｍｍ前後のスケーリング層が形成され、加熱炉３内の燃焼ガス（９５０℃程度）による間接加熱で炭化物の温度が低温炭化物製造に適した材料温度(例えば、５００℃〜６００℃）になる状態へ、図３（ｂ）に示すように、さらにクリアランスが増大し、スケーリング層の厚みも増して極低温炭化物製造に適した材料温度(例えば１００℃〜３００℃）になる状態へも調整可能になる。
【００３０】
上記のようにして本発明の実施例に係る炭化物製造装置１が構成されるが、この炭化物製造装置１の使用態様について説明する。
【００３１】
最初に活性炭化物Ｅの製造に関しては、スクリュー回転軸５の後端部側をエアシリンダ１１により下降させ、賦活ゾーン２ｚでリボンスクリュー６の外周縁部をコンベヤケーシング４の内周壁に接触させる。そして、図１に示すように、ホッパー１１１からスクリューコンベヤ１１２およびシュート１１３を経て搬送されてくる乾燥汚泥Ｂが、投入口２１からスクリューコンベヤ２内の乾燥ゾーン２ｘに投入される。乾燥ゾーン２ｘでは、加熱炉３内を流通する燃焼排ガスＧによりコンベヤケーシング４の金属壁（鉄皮）を介して間接加熱され、乾燥汚泥Ｂが水蒸気を発生しつつ十分に乾燥される。なお、乾燥汚泥Ｂの含水率は通常２０％前後である。そして、乾燥ゾーン２ｘで乾燥された乾燥汚泥（絶乾物）Ｃは、リボンスクリュー６により円筒状コンベヤケーシング４内を後方の炭化ゾーン２ｙへ送られる。炭化ゾーン２ｙでは、乾燥汚泥Ｃが乾留・炭化されて乾留ガスを発生する。炭化ゾーン２ｙで炭化された汚泥炭化物Ｄは、リボンスクリュー６によりさらに後方（の賦活ゾーン２ｚ）へ送られる。賦活ゾーン２ｚでは、汚泥炭化物Ｄ自体が賦活に必要かつ十分な温度である８００℃以上に燃焼排ガスによって円筒状ケーシング４を介して間接加熱されるとともに、前方から送られてくる水蒸気および乾留ガスと接触し反応して活性化される。これにより、汚泥炭化物Ｄは表面に多数の細孔を有する活性炭化物Ｅになる。また、この賦活ゾーン２ｚにおいて、スクリュー６の外周縁部を円筒状ケーシング４の内壁に接触しながら回転するため、スケーリングの発生およびケーシング４の内壁などへの付着がなく、燃焼排ガスによる熱がコンベヤケーシング４の壁面およびリボンスクリュー６を伝導して炭化物Ｄに伝達され、間接加熱処理される。
【００３２】
以上のようにして、乾燥汚泥Ｂから活性炭化物Ｅが製造され、後端の排出口２２から冷却コンベヤ１４１上に排出され、搬送の間に常温付近まで冷却される。そして、製品貯留サイロ（図示せず）に投入され、ここで貯留される。なお、炭化物製造装置１には、バーナ３２に給気するためのファン１４３および助燃材タンク１４４内の燃料をバーナ３２へ供給して噴射するための噴燃ポンプ（図示せず）が配備されている。
【００３３】
つぎに、材料温度が５００℃程度の低温炭化物の製造に関しては、図２において前後のエアシリンダ１０・１１によりスクリュー回転軸５を上昇させ、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁とコンベヤケーシング４の内周壁（下面）とに、図４に示すように２０ｍｍ程度のクリアランスが生じるようにする。いいかえれば、２０ｍｍ程度のスケーリング層が形成されるようにする。なお、図４はコンベヤケーシング４内のスケーリング層と温度の関係を示す説明図であるが、同図に示すように、コンベヤケーシング４の外面温度が９５０℃、コンベヤケーシング４の内周壁面の雰囲気温度を３００℃と仮定し、汚泥Ｂへの伝熱は平面で行われ、またコンベヤケーシング４の伝熱抵抗は無視できるものとする。
【００３４】
ｔ１（外面温度）：９５０℃
ｔ２（内面温度）：３００℃
α１（コンベヤケーシング金属壁への表面熱伝導率）:１００００Ｗ／ｍ・ｋ
α２（スケーリング層より内面への表面熱伝導率）:１０Ｗ／ｍ・ｋ
δ０（コンベヤケーシング金属壁の厚さ）：１２ｍｍ
δ１（スケーリング層の厚さ）：２０ｍｍ
λ０（コンベヤケーシング金属壁の熱伝導率）：２８Ｗ／ｍ・ｋ
λ１（スケーリング層の熱伝導率）：０.１Ｗ／ｍ・ｋ（表１参照）
Ｑ（放射熱量）＝（ｔ１−ｔ２）／Ｒ＝２１６２.９Ｗ／ｍ・ｋ
Ｒ（伝熱抵抗）＝１／α１＋１／α２＋δ０／λ０＋δ１／λ１
＝０.３００５Ｗ／ｍ・ｋ
t'２（スケーリング層表面温度;汚泥の温度）＝Ｑ／α２＋ｔ２＝５１６.３℃
このように、コンベヤケーシング４の後端部側の外面温度を９５０℃に保ったままで、２０ｍｍ程度の厚みのスケーリング層を形成すれば、スケーリング層による断熱効果で材料温度５００℃程度の低温炭化物を製造することができる。材料温度５００℃程度の低温炭化物はク溶性リン酸含有率が極めて高いので、肥料として非常に有効である。
【００３５】
【表１】
スケーリング層の熱伝導率（０.１Ｗ／ｍ・ｋ）は実測値であり、かなり高い断熱効果が得られることが分かる。
【００３６】
つぎに、材料温度が６００℃程度の低温炭化物の製造に関しては、前後のエアシリンダ１０・１１によりスクリュー回転軸５を下降させ、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁とコンベヤケーシング４の内周壁（下面）とに、３ｍｍ程度のクリアランスが生じるようにする。いいかえれば、３ｍｍ程度のスケーリング層が形成されるようにする。また、加熱炉３内の燃焼ガスの温度を７５０℃前後に下げる。ここでは、コンベヤケーシング４の外面温度が７００℃、コンベヤケーシング４の内周壁面の雰囲気温度を３００℃と仮定し、汚泥Ｂへの伝熱は平面で行われ、またコンベヤケーシング４の伝熱抵抗は無視できるものとする。
【００３７】
ｔ１（外面温度）：７００℃
ｔ２（内面温度）：３００℃
α１（コンベヤケーシング金属壁への表面熱伝導率）:１００００Ｗ／ｍ・ｋ
α２（スケーリング層より内面への表面熱伝導率）:１０Ｗ／ｍ・ｋ
δ０（コンベヤケーシング金属壁の厚さ）：１２ｍｍ
δ１（スケーリング層の厚さ）：３ｍｍ
λ０（コンベヤケーシング金属壁の熱伝導率）：２８Ｗ／ｍ・ｋ
λ１（スケーリング層の熱伝導率）：０.１Ｗ／ｍ・ｋ
Ｑ（放射熱量）＝（ｔ１−ｔ２）／Ｒ＝３０６４.５Ｗ／ｍ・ｋ
Ｒ（伝熱抵抗）＝１／α１＋１／α２＋δ０／λ０＋δ１／λ１
＝０.１３０５Ｗ／ｍ・ｋ
t'２（スケーリング層表面温度;汚泥の温度）＝Ｑ／α２＋ｔ２＝６０６.４℃
このように、コンベヤケーシング４の後端部側の外面温度を７００℃に下げた場合でも、スケーリング層が３ｍｍ程度の厚みにしかならなけば、材料温度６００℃程度の低温炭化物が製造されることになる。一方、加熱炉３の制御温度は、９００℃〜９５０℃前後に設定するのが、排ガスがクリーンで、脱臭塔が不要であるなど設備面で有利であるうえに、加熱炉としての熱効率が高い。したがって、加熱炉を９００℃〜９５０℃前後で運転し、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁とコンベヤケーシング４の内周壁（下面）とのクリアランスを調整して汚泥の温度を下げるのが有利である。
【００３８】
とくに、火力発電所の燃料として利用する場合には、揮発成分をできるだけ多く残した高カロリーの半炭化物を製造するのが望ましい。この場合、乾燥汚泥Ｂをコンベヤケーシング４内の全長にわたって１００℃程度で加熱し、よりカロリーの高い含水率０％の絶乾物を製造することができる。こうして製造した絶乾物は高カロリーであるが、汚泥臭が消えないことがあるので、需要者の要求に応じて材料温度を３００℃前後に上げて汚泥臭のない半炭化物を製造することができる。
【００３９】
以上に本発明の炭化物製造装置の実施例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、電動モータ８に可変速モータを使用してスクリュー回転軸５の回転速度を変更可能な構成とすることができる。この場合、スクリュー回転軸５および供給機（スクリューコンベヤ）１１２の回転速度を上げれば、コンベヤケーシング４内へ投入される乾燥汚泥Ｂの投入量が増え、コンベヤケーシング４内の滞留時間が減少し、処理量が上がって材料温度を下げることができる。つまり、スケーリング層の厚みを調整することと、乾燥汚泥の処理量を変更することの、二つのパラメータを組み合わせれば、炭化物の材料温度を容易にかつ確実に制御できることになる。また、可動軸受け７・９に代えて一般的な軸受けを使用し、エアシリンダ等により昇降できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る炭化物製造装置の実施例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の炭化物製造装置をより詳細に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は活性炭化物製造時のコンベヤケーシング内のリボンスクリュー６と回転軸５の関係を示す縦断面図とスケーリング層と温度の関係を示す説明図、図３（ｂ）は低温炭化物製造時のコンベヤケーシング内のリボンスクリュー６と回転軸５の関係を示す縦断面図とスケーリング層と温度の関係を示す説明図である。
【図４】上段はコンベヤケーシング内のリボンスクリュー６と回転軸５の関係を示す縦断面図、下段はスケーリング層と温度の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 炭化物製造装置
２ スクリューコンベヤ
３ 加熱炉
４ 円筒状コンベヤケーシング
５ スクリュー回転軸
６ リボンスクリュー
７・９ 可動軸受け
８ 電動モータ
１０・１１ エアシリンダ(シリンダ装置）
２１ 原料投入口
２２ 製品排出口
２ｘ 乾燥ゾーン
２ｙ 炭化ゾーン
２ｚ 賦活ゾーン
３２ バーナ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、下水汚泥、畜産廃棄物、食品廃棄物などの炭素を含有する湿潤系有機性廃棄物を原料として、絶乾物から半炭化物、炭化物および吸着用活性炭などの活性炭化物まで幅広い用途の炭化物を同一の装置で製造可能な炭化物製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止の観点から、湿潤系バイオマス賦存量のかなりの割合を占める下水汚泥の燃料化について様々な研究開発や実設備の計画がなされている。下水汚泥は、湿潤系バイオマスのうちでも廃棄物処理費用が高いことと、発生量が一年を通して安定していることから、燃料としての有効利用が期待されている。また、下水道の普及率が向上するのに伴って下水汚泥の発生量が増大する一方、社会経済活動の高度化により廃棄物が増大し、廃棄物処理場の新規立地が困難な状況にあり、とくに下水汚泥の炭化は、その焼却や溶融と比較して排ガス発生量が少ないうえに、その製品としての炭化物は木炭に似た特性をもつことから、有効利用可能な用途先が多く、新しい資材として注目されている。
【０００３】
ところで、下水汚泥から製造される活性炭化物は、例えばごみ焼却排ガスのダイオキシン吸着材として有効に利用できるが、こうしたダイオキシン類の吸着用活性炭化物として利用するには、８００℃以上の高温で炭化する必要がある。一方、５５０℃以下の低温で炭化させると、即効性リン酸（可給態リン酸）および遅効性リン酸（ク溶性リン酸）を有効に含有する肥料のリン酸原料としての炭化物が得られ、また１００〜３００℃程度のさらに低温で炭化させると、高カロリーを有する絶乾物や半炭化物からなる燃料として有効な炭化物が得られるなど、炭化させる温度を調整することにより、全く用途の異なる炭化物が得られることが分かっている。
【０００４】
上記したとおり下水汚泥など有機性廃棄物の発生量は年々増大しているが、ダイオキシン類の吸着用活性炭化物としての需要は限られていることから、周囲の需要に応じて多種多様の炭化物を製造することが望まれる。しかし、従来の炭化物製造装置では、活性炭化物から肥料用炭化物、そして燃料用炭化物に至る広範囲の炭化物を、同一の装置にて製造することができなかった。
【０００５】
この種の製造装置に関する先行技術として、円筒ケーシング内の中心部軸方向にガス流路が形成されるようにスクリューを収納したスクリューコンベヤを、炉体を貫通させて、前部が乾燥ゾーン、中部が炭化ゾーン、後部が賦活ゾーンとなるように設け、前部の乾燥ゾーンのスクリューコンベヤの端部入口に湿潤系有機性廃棄物を投入するための原料投入口を設け、後部の賦活ゾーンのスクリューコンベヤの端部出口に製品排出口を設け、乾燥ゾーンで発生した水蒸気及び炭化ゾーンで発生した乾留ガスを炭化ゾーンからの炭化物と後部の賦活ゾーンのスクリューコンベヤ内で接触させて炭化物を賦活・活性化させることができるようにした活性炭化物の製造装置であって、後部の賦活ゾーンより処理物流れの下流部分の円筒ケーシングを耐火材で被覆し、この被覆耐火材および円筒ケーシングに乾留ガス排気口を設け、この排気口の周りを遮蔽壁で区分して熱風発生部とし、この熱風発生部にバーナを接続した構造の装置が提案されている(例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
そのほか、有機性廃棄物を熱分解することにより得られる炭化物を液体に浮遊させることによって、液体中に浮き高品質燃料となる炭素分と、液体中に沈んだ灰分とに分けることで、炭化物から高品質な燃料を製造する装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
また、炭化炉への供給空気量を好適に制御して空気の過不足を防止し、熱効率および炭化処理効率を高める炭化物製造装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
さらに、乾留ガスに含まれるタール分や煤等で配管が閉塞することがなく、長時間の連続運転が可能で、燃料の消費量が僅かでランニングコストを低減でき、しかも有害成分や悪臭成分の除去効率も高い有機性廃棄物の炭化処理装置が提供されている（例えば、特許文献４参照））。この装置では、燃焼炉内に燃焼空間を残してガス化炭化炉を設置し、有機性廃棄物をガス化炭化炉内で撹拌しつつ炭化させながら乾留ガスを発生させ、その乾留ガスをガス化炭化炉の乾留ガス出口から燃焼空間に直接導入して燃焼させるとともに、その燃焼ガスを燃焼ガス導入口からガス化炭化炉内に導入している。
【特許文献１】特開２００４−３５２５３８号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８３８０号公報
【特許文献３】特開２００１−１９２６６４号公報
【特許文献４】特開２００６−００８７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１に記載の製造装置では、スケーリングによる断熱を防止し、被炭化物が必要とする温度まで加熱することにより品質の向上を図るために、スクリュー羽根の周縁部とケーシング内壁との間隙が最小限になるように間隙を調整する対策がとられている。この特許文献１に記載の装置をはじめ、上記した特許文献２〜４に記載のいずれの炭化物製造装置でも、用途の異なる炭化物、いいかえれば絶乾物および半炭化物などの低温炭化物から炭化物および活性炭化物などの高温炭化物まで同一の装置で炭化温度を任意に調整して製造することはできない。
【００１０】
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、絶乾物から半炭化物、炭化物および活性炭化物まで用途や種類の異なる炭化物を、一台の装置で容易にかつ確実に製造することができる、炭化物製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明に係る炭化物製造装置は、円筒状コンベヤケーシング内の中心部軸方向にガス流路が形成されるようにリボンスクリューを配設したスクリューコンベヤを、加熱炉内の前後方向に貫通させて、上流部が乾燥ゾーン、中流部が炭化ゾーン、下流部が賦活ゾーンとなるように設け、前記乾燥ゾーンの前記加熱炉より前方に突出するスクリューコンベヤの端部に原料投入口を設けるとともに、前記賦活ゾーンの前記加熱炉より後方に突出するスクリューコンベヤの端部に製品排出口を設け、前記原料投入口より下水汚泥などの湿潤系有機性廃棄物を投入し、前記乾燥ゾーンで発生する水蒸気および前記炭化ゾーンで発生する乾留ガスを前記賦活ゾーンで炭化物に接触させて同炭化物を賦活・活性化させる炭化物製造装置において、前記リボンスクリューの外径を前記円筒状コンベヤケーシングの内径よりも小さく形成するとともに、前記スクリュー回転軸を前記円筒状コンベヤケーシングに対し昇降可能に構成したことを特徴とする。
【００１２】
上記構成を有する本発明の炭化物製造装置によれば、製造する炭化物の種類(例えば、絶乾物、炭化物)に応じて、コンベヤケーシング内周壁とリボンスクリュー外周縁部とのクリアランスをスクリュー回転軸を昇降させその上下方向の位置を調整することにより、変更することができる。これにより、クリアランス部に原料としての有機性廃棄物もしくはその炭化物からなるスケーリング層を意図的に形成させ、スケーリング層にて断熱作用を生じさせられるから、コンベヤケーシング外面温度を一定(例えば、９００℃〜９５０℃）に保った場合でも、被炭化物（有機性廃棄物）の材料温度を例えば５００℃や６００℃になるように加熱でき、所望の炭化物を製造することができる。また、スクリュー回転軸の位置を下げてコンベヤケーシング内周壁とのクリアランスを０あるいはリボンスクリュー外周縁部を特に賦活ゾーンでコンベヤケーシング内周壁に接触させることにより、被炭化物を８００〜９００℃以上の高温で加熱でき、高品質の活性炭化物を製造することもできる。
【００１３】
請求項２に記載のように、前記スクリュー回転軸の回転速度を変更可能に構成することができる。
【００１４】
このように構成することで、コンベヤケーシング内周壁とリボンスクリュー外周縁部とのクリアランスを調整し、コンベヤケーシングから被炭化物（下水汚泥など）へ伝達される温度を調節するとともに、スクリューの回転速度を変更することにより、コンベヤケーシング内における被炭化物の滞留時間を調整することによって、被炭化物の加熱量を容易にかつ確実に調節することができる。
【００１５】
請求項３に記載のように、前記スクリューコンベヤのスクリュー回転軸の両端部をそれぞれ前記円筒状ケーシングの外方へ突出させ、前記スクリュー回転軸の各突出部をシリンダ装置により昇降可能かつ回転可能に支持することができる。
【００１６】
このように構成することで、スクリュー回転軸の前部側と後部側とでコンベヤケーシング内周壁とスクリュー外周縁部とのクリアランスを自在に設定することで、被炭化物の加熱量をスクリュー回転軸の軸方向に沿って変更することもできる。
【００１７】
請求項４に記載のように、前記スクリュー回転軸の軸方向の熱伸縮を許容する可動軸受けを介して同スクリュー回転軸の前記各突出部をシリンダ装置により昇降可能に支持することができる。
【００１８】
このように構成することで、スクリュー回転軸が加熱されて熱膨張しても後端部の可動軸受けで外輪が滑ることで回転軸の伸長動が許容されるので、軸受けを損傷するなどの悪影響がなく、またケーシングの内壁に対する接触でスクリュー外周縁部が摩耗してもシリンダ装置によりスクリュー回転軸の位置を下げて対応できる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明に係る炭化物製造装置は上記の構成からなるから、下記のような優れた効果を奏する。
【００２０】
コンベヤケーシング内周壁とスクリュー外周縁部とのクリアランスを、スクリュー回転軸を昇降させその上下方向の位置を調整することにより容易に変更できるので、絶乾物から半炭化物、炭化物および活性炭化物まで、幅広い性状をもつ炭化物を、同一の装置で容易にかつ確実に製造できる。したがって、下水汚泥などの有機性廃棄物から製造される炭化物を広範囲の用途に応じた各種性状の炭化物として得られるので、有機性廃棄物の有効利用が図れ、用途の幅が格段に拡がり、地域特性や季節に応じて最も有利な、つまり高需要の製品を製造できる。具体例を挙げると、1)地方都市や近郊では、春先から夏場にかけて農地還元用の需要が高まるため、炭化処理条件としてク溶性リン酸を多量に含有する炭化物となるように熱履歴(材料温度５００℃）を設定して製造する。2)また秋口から冬場の農閑期には、連作に障害のある物質を吸着し土壌改良材として機能する活性炭化物となるように熱履歴(材料温度８００℃以上）を設定して製造する。3)あるいは温室栽培用の燃料として使用する炭化物としての、高カロリーを具備する絶乾物や半炭化物となるように熱履歴（材料温度１００℃〜３００℃）を設定して製造する。近隣に石炭火力発電所がある場合には、臭気の許容度や燃料比などの受け入れ条件に応じて高カロリーの炭化物を製造する。4)その他、年間を通して一定量の需要が見込めるごみ焼却炉のダイオキシン吸着剤をはじめとする各種吸着剤(いわゆる活性炭化物）を、高温加熱（材料温度８００℃以上）により製造する。以上のように、クリアランス部に原料としての有機性廃棄物もしくはその炭化物からなるスケーリング層を意図的に(任意に)形成し、スケーリング層にて断熱作用を生じさせてコンベヤケーシング外面温度を一定に保ったまま、被炭化物（有機性廃棄物）の温度を任意に調節して、所望の炭化物を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、この発明に係る炭化物製造装置について実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は下水汚泥を原料とする炭化物製造装置全体の実施例を概略的に示す断面図、図２は図１の炭化物製造装置をより詳細に示す断面図である。
【００２３】
図１・図２に示すように、本実施例の炭化物製造装置１は、スクリューコンベヤ２と加熱炉３とを備え、スクリューコンベヤ２は加熱炉３内を前後方向に貫通して設けられ、加熱炉３から前方に突出するスクリューコンベヤ２の前部突出部上面に原料としての乾燥汚泥Ｂの投入口２１が、加熱炉３から後方に突出する後部突出部下面に製品としての炭化物Ｃの排出口２２がそれぞれ開口されている。また、スクリューコンベヤ２の後部上面にガス排気口２３が開口されている。スクリューコンベヤ２は、円筒状コンベヤケーシング４内にリボンスクリュー６の螺旋状羽根６ａが回転軸５の周囲に周方向に等間隔に配置されたリブフレーム６ｂを介して配設され、コンベヤケーシング４内の中心部軸方向にガス流路が形成されている。スクリュー回転軸５はコンベヤケーシング４内の前後方向において軸方向に貫通して設けられている。
【００２４】
加熱炉３内には、燃焼設備３１のバーナ３２がスクリューコンベヤ２のガス排気口２３の上方に臨ませて設けられている。そして、バーナ３２により燃焼される高温ガスが加熱炉３内のスクリューコンベヤ２の周りを後部から前部にかけて蛇行しながら移動するように、前後方向に間隔をあけてスクリューコンベヤ２の上下に交互に配置される上下方向の炉壁３３、３４、３５によって加熱炉３内が仕切られている。また、下側の中央炉壁３４は前後端の炉壁３ａ、３ｂと相俟って円筒状コンベヤケーシング４の下側を支持している。加熱炉３の前端部上面には排ガスの排出口３ｃが設けられ、その下流側に煙道３６が設置されている。スクリューコンベヤ２の内部は前部(上流部）が乾燥ゾーン２ｘに、中部(中流部）が炭化ゾーン２ｙに、後部(下流部）が賦活ゾーン２ｚに構成される。
【００２５】
図２に示すように、円筒状コンベヤケーシング４から円形前端壁４１を貫通して前方に突出する回転軸５の前部は、可動軸受け７により回転可能にかつ軸方向(前後方向）へ変位可能に支持されており、可動軸受け７の支持ボックス７２の前端と前端壁４１とは蛇腹式円筒状金属継手４２により接続され、可動軸受け７により支持された回転軸５の上下動に追随する。また、回転軸５の前端には減速機構８１を介して電動モータ８が接続されている。
【００２６】
回転軸５の後部も可動軸受け９により、回転可能にかつ軸方向(前後方向）へ変位可能に支持されており、可動軸受け９の支持ボックス９２の前端と本体後端壁４４とが蛇腹式円筒状金属継手４５により接続され、可動軸受け９により支持された回転軸５の上下動に追随する。可動軸受け７・９は支持ボックス７２・９２の外壁に対し外輪７３・９３が前後に摺動可能な構造で、回転軸５の熱膨張による伸びを許容する。
【００２７】
また、可動軸受け７・９を下からシリンダ装置、本例ではエアシリンダ１０・１１により昇降可能に支持し、リボンスクリュー回転軸５の前後両端部の上下方向の位置（高さ）を調整することによって、乾燥ゾーン２ｘ、炭化ゾーン２ｙおよび賦活ゾーン２ｚにおけるリボンスクリュー６の（羽根６ａの）外周縁部とコンベヤケーシング４の内周壁との間でクリアランスを変更できるようにしている。つまり、製造しようとする炭化物の適温になるようにクリアランスを形成し、スケーリング層を介して断熱することにより低温で加熱したり、クリアランスを全くなくして高温で加熱したりできるようにしている。なお、昇降装置はエアシリンダ１０・１１には限定するものではなく、例えば、油圧シリンダや電動シリンダを使用することができる。
【００２８】
さらに、図３・図４に示すようにリボンスクリュー６の（羽根６ａの）外径を円筒状コンベヤケーシング４の内径より小さく（１０％程度）し、スクリュー６の外周縁部（羽根６ａ）とコンベヤケーシング４内周壁との隙間を０ｍｍから数十ｍｍの間で調整できるようにしている。これにより、リボンスクリュー６の外周縁部をコンベヤケーシング４の内周壁に近接あるいは接触させてスケーリングの発生を抑制する一方、リボンスクリュー６とコンベヤケーシング４とにクリアランスを設けることによりスケーリング層が形成されるようにしている。
【００２９】
詳しくは、スクリューコンベヤ２内の賦活ゾーン２ｚにおいて、図３（ａ）に示すように、リボンスクリュー６の外周縁部とコンベヤケーシング４の内周壁とにスケーリングがほとんど付着することがない状態、つまり加熱炉３内の燃焼ガス（バーナ３２部付近では９５０℃程度）による間接加熱で炭化物の温度が規定の材料温度(通常８００℃以上）になって賦活・活性化が確実に遂行される状態から、図４に示すように、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁部とコンベヤケーシング４の内周壁とに大きなクリアランスが生じ、例えば２０ｍｍ前後のスケーリング層が形成され、加熱炉３内の燃焼ガス（９５０℃程度）による間接加熱で炭化物の温度が低温炭化物製造に適した材料温度(例えば、５００℃〜６００℃）になる状態へ、図３（ｂ）に示すように、さらにクリアランスが増大し、スケーリング層の厚みも増して極低温炭化物製造に適した材料温度(例えば１００℃〜３００℃）になる状態へも調整可能になる。
【００３０】
上記のようにして本発明の実施例に係る炭化物製造装置１が構成されるが、この炭化物製造装置１の使用態様について説明する。
【００３１】
最初に活性炭化物Ｅの製造に関しては、スクリュー回転軸５の後端部側をエアシリンダ１１により下降させ、賦活ゾーン２ｚでリボンスクリュー６の外周縁部をコンベヤケーシング４の内周壁に接触させる。そして、図１に示すように、ホッパー１１１からスクリューコンベヤ１１２およびシュート１１３を経て搬送されてくる乾燥汚泥Ｂが、投入口２１からスクリューコンベヤ２内の乾燥ゾーン２ｘに投入される。乾燥ゾーン２ｘでは、加熱炉３内を流通する燃焼排ガスＧによりコンベヤケーシング４の金属壁（鉄皮）を介して間接加熱され、乾燥汚泥Ｂが水蒸気を発生しつつ十分に乾燥される。なお、乾燥汚泥Ｂの含水率は通常２０％前後である。そして、乾燥ゾーン２ｘで乾燥された乾燥汚泥（絶乾物）Ｃは、リボンスクリュー６により円筒状コンベヤケーシング４内を後方の炭化ゾーン２ｙへ送られる。炭化ゾーン２ｙでは、乾燥汚泥Ｃが乾留・炭化されて乾留ガスを発生する。炭化ゾーン２ｙで炭化された汚泥炭化物Ｄは、リボンスクリュー６によりさらに後方（の賦活ゾーン２ｚ）へ送られる。賦活ゾーン２ｚでは、汚泥炭化物Ｄ自体が賦活に必要かつ十分な温度である８００℃以上に燃焼排ガスによって円筒状ケーシング４を介して間接加熱されるとともに、前方から送られてくる水蒸気および乾留ガスと接触し反応して活性化される。これにより、汚泥炭化物Ｄは表面に多数の細孔を有する活性炭化物Ｅになる。また、この賦活ゾーン２ｚにおいて、スクリュー６の外周縁部を円筒状ケーシング４の内壁に接触しながら回転するため、スケーリングの発生およびケーシング４の内壁などへの付着がなく、燃焼排ガスによる熱がコンベヤケーシング４の壁面およびリボンスクリュー６を伝導して炭化物Ｄに伝達され、間接加熱処理される。
【００３２】
以上のようにして、乾燥汚泥Ｂから活性炭化物Ｅが製造され、後端の排出口２２から冷却コンベヤ１４１上に排出され、搬送の間に常温付近まで冷却される。そして、製品貯留サイロ（図示せず）に投入され、ここで貯留される。なお、炭化物製造装置１には、バーナ３２に給気するためのファン１４３および助燃材タンク１４４内の燃料をバーナ３２へ供給して噴射するための噴燃ポンプ（図示せず）が配備されている。
【００３３】
つぎに、材料温度が５００℃程度の低温炭化物の製造に関しては、図２において前後のエアシリンダ１０・１１によりスクリュー回転軸５を上昇させ、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁とコンベヤケーシング４の内周壁（下面）とに、図４に示すように２０ｍｍ程度のクリアランスが生じるようにする。いいかえれば、２０ｍｍ程度のスケーリング層が形成されるようにする。なお、図４はコンベヤケーシング４内のスケーリング層と温度の関係を示す説明図であるが、同図に示すように、コンベヤケーシング４の外面温度が９５０℃、コンベヤケーシング４の内周壁面の雰囲気温度を３００℃と仮定し、汚泥Ｂへの伝熱は平面で行われ、またコンベヤケーシング４の伝熱抵抗は無視できるものとする。
【００３４】
ｔ１（外面温度）：９５０℃
ｔ２（内面温度）：３００℃
α１（コンベヤケーシング金属壁への表面熱伝導率）:１００００Ｗ／ｍ・ｋ
α２（スケーリング層より内面への表面熱伝導率）:１０Ｗ／ｍ・ｋ
δ０（コンベヤケーシング金属壁の厚さ）：１２ｍｍ
δ１（スケーリング層の厚さ）：２０ｍｍ
λ０（コンベヤケーシング金属壁の熱伝導率）：２８Ｗ／ｍ・ｋ
λ１（スケーリング層の熱伝導率）：０.１Ｗ／ｍ・ｋ（表１参照）
Ｑ（放射熱量）＝（ｔ１−ｔ２）／Ｒ＝２１６２.９Ｗ／ｍ・ｋ
Ｒ（伝熱抵抗）＝１／α１＋１／α２＋δ０／λ０＋δ１／λ１
＝０.３００５Ｗ／ｍ・ｋ
t'２（スケーリング層表面温度;汚泥の温度）＝Ｑ／α２＋ｔ２＝５１６.３℃
このように、コンベヤケーシング４の後端部側の外面温度を９５０℃に保ったままで、２０ｍｍ程度の厚みのスケーリング層を形成すれば、スケーリング層による断熱効果で材料温度５００℃程度の低温炭化物を製造することができる。材料温度５００℃程度の低温炭化物はク溶性リン酸含有率が極めて高いので、肥料として非常に有効である。
【００３５】
【表１】
スケーリング層の熱伝導率（０.１Ｗ／ｍ・ｋ）は実測値であり、かなり高い断熱効果が得られることが分かる。
【００３６】
つぎに、材料温度が６００℃程度の低温炭化物の製造に関しては、前後のエアシリンダ１０・１１によりスクリュー回転軸５を下降させ、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁とコンベヤケーシング４の内周壁（下面）とに、３ｍｍ程度のクリアランスが生じるようにする。いいかえれば、３ｍｍ程度のスケーリング層が形成されるようにする。また、加熱炉３内の燃焼ガスの温度を７５０℃前後に下げる。ここでは、コンベヤケーシング４の外面温度が７００℃、コンベヤケーシング４の内周壁面の雰囲気温度を３００℃と仮定し、汚泥Ｂへの伝熱は平面で行われ、またコンベヤケーシング４の伝熱抵抗は無視できるものとする。
【００３７】
ｔ１（外面温度）：７００℃
ｔ２（内面温度）：３００℃
α１（コンベヤケーシング金属壁への表面熱伝導率）:１００００Ｗ／ｍ・ｋ
α２（スケーリング層より内面への表面熱伝導率）:１０Ｗ／ｍ・ｋ
δ０（コンベヤケーシング金属壁の厚さ）：１２ｍｍ
δ１（スケーリング層の厚さ）：３ｍｍ
λ０（コンベヤケーシング金属壁の熱伝導率）：２８Ｗ／ｍ・ｋ
λ１（スケーリング層の熱伝導率）：０.１Ｗ／ｍ・ｋ
Ｑ（放射熱量）＝（ｔ１−ｔ２）／Ｒ＝３０６４.５Ｗ／ｍ・ｋ
Ｒ（伝熱抵抗）＝１／α１＋１／α２＋δ０／λ０＋δ１／λ１
＝０.１３０５Ｗ／ｍ・ｋ
t'２（スケーリング層表面温度;汚泥の温度）＝Ｑ／α２＋ｔ２＝６０６.４℃
このように、コンベヤケーシング４の後端部側の外面温度を７００℃に下げた場合でも、スケーリング層が３ｍｍ程度の厚みにしかならなけば、材料温度６００℃程度の低温炭化物が製造されることになる。一方、加熱炉３の制御温度は、９００℃〜９５０℃前後に設定するのが、排ガスがクリーンで、脱臭塔が不要であるなど設備面で有利であるうえに、加熱炉としての熱効率が高い。したがって、加熱炉を９００℃〜９５０℃前後で運転し、リボンスクリュー６の羽根６ａの外周縁とコンベヤケーシング４の内周壁（下面）とのクリアランスを調整して汚泥の温度を下げるのが有利である。
【００３８】
とくに、火力発電所の燃料として利用する場合には、揮発成分をできるだけ多く残した高カロリーの半炭化物を製造するのが望ましい。この場合、乾燥汚泥Ｂをコンベヤケーシング４内の全長にわたって１００℃程度で加熱し、よりカロリーの高い含水率０％の絶乾物を製造することができる。こうして製造した絶乾物は高カロリーであるが、汚泥臭が消えないことがあるので、需要者の要求に応じて材料温度を３００℃前後に上げて汚泥臭のない半炭化物を製造することができる。
【００３９】
以上に本発明の炭化物製造装置の実施例を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、電動モータ８に可変速モータを使用してスクリュー回転軸５の回転速度を変更可能な構成とすることができる。この場合、スクリュー回転軸５および供給機（スクリューコンベヤ）１１２の回転速度を上げれば、コンベヤケーシング４内へ投入される乾燥汚泥Ｂの投入量が増え、コンベヤケーシング４内の滞留時間が減少し、処理量が上がって材料温度を下げることができる。つまり、スケーリング層の厚みを調整することと、乾燥汚泥の処理量を変更することの、二つのパラメータを組み合わせれば、炭化物の材料温度を容易にかつ確実に制御できることになる。また、可動軸受け７・９に代えて一般的な軸受けを使用し、エアシリンダ等により昇降できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る炭化物製造装置の実施例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の炭化物製造装置をより詳細に示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は活性炭化物製造時のコンベヤケーシング内のリボンスクリュー６と回転軸５の関係を示す縦断面図とスケーリング層と温度の関係を示す説明図、図３（ｂ）は低温炭化物製造時のコンベヤケーシング内のリボンスクリュー６と回転軸５の関係を示す縦断面図とスケーリング層と温度の関係を示す説明図である。
【図４】上段はコンベヤケーシング内のリボンスクリュー６と回転軸５の関係を示す縦断面図、下段はスケーリング層と温度の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 炭化物製造装置
２ スクリューコンベヤ
３ 加熱炉
４ 円筒状コンベヤケーシング
５ スクリュー回転軸
６ リボンスクリュー
７・９ 可動軸受け
８ 電動モータ
１０・１１ エアシリンダ(シリンダ装置）
２１ 原料投入口
２２ 製品排出口
２ｘ 乾燥ゾーン
２ｙ 炭化ゾーン
２ｚ 賦活ゾーン
３２ バーナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状コンベヤケーシング内の中心部軸方向にガス流路が形成されるようにリボンスクリューを配設したスクリューコンベヤを、加熱炉内の前後方向に貫通させて、上流部が乾燥ゾーン、中流部が炭化ゾーン、下流部が賦活ゾーンとなるように設け、前記乾燥ゾーンの前記加熱炉より前方に突出するスクリューコンベヤの端部に原料投入口を設けるとともに、前記賦活ゾーンの前記加熱炉より後方に突出するスクリューコンベヤの端部に製品排出口を設け、前記原料投入口より下水汚泥などの湿潤系有機性廃棄物を投入し、前記乾燥ゾーンで発生する水蒸気および前記炭化ゾーンで発生する乾留ガスを前記賦活ゾーンで炭化物に接触させて同炭化物を賦活・活性化させる炭化物製造装置において、
前記リボンスクリューの外径を前記円筒状コンベヤケーシングの内径よりも小さく形成するとともに、前記スクリュー回転軸を前記円筒状コンベヤケーシングに対し昇降可能に構成したことを特徴とする炭化物製造装置。
【請求項２】
前記スクリュー回転軸の回転速度を変更可能に構成した請求項１記載の炭化物製造装置。
【請求項３】
前記スクリューコンベヤのスクリュー回転軸の両端部をそれぞれ前記円筒状コンベヤケーシングの外方へ突出させ、前記スクリュー回転軸の各突出部をシリンダ装置により昇降可能かつ回転可能に支持した請求項１または２記載の炭化物製造装置。
【請求項４】
前記スクリュー回転軸の軸方向の熱伸縮を許容する可動軸受けを介して同スクリュー回転軸の前記各突出部をシリンダ装置により昇降可能に支持した請求項３記載の炭化物製造装置。
【請求項１】
円筒状コンベヤケーシング内の中心部軸方向にガス流路が形成されるようにリボンスクリューを配設したスクリューコンベヤを、加熱炉内の前後方向に貫通させて、上流部が乾燥ゾーン、中流部が炭化ゾーン、下流部が賦活ゾーンとなるように設け、前記乾燥ゾーンの前記加熱炉より前方に突出するスクリューコンベヤの端部に原料投入口を設けるとともに、前記賦活ゾーンの前記加熱炉より後方に突出するスクリューコンベヤの端部に製品排出口を設け、前記原料投入口より下水汚泥などの湿潤系有機性廃棄物を投入し、前記乾燥ゾーンで発生する水蒸気および前記炭化ゾーンで発生する乾留ガスを前記賦活ゾーンで炭化物に接触させて同炭化物を賦活・活性化させる炭化物製造装置において、
前記リボンスクリューの外径を前記円筒状コンベヤケーシングの内径よりも小さく形成するとともに、前記スクリュー回転軸を前記円筒状コンベヤケーシングに対し昇降可能に構成したことを特徴とする炭化物製造装置。
【請求項２】
前記スクリュー回転軸の回転速度を変更可能に構成した請求項１記載の炭化物製造装置。
【請求項３】
前記スクリューコンベヤのスクリュー回転軸の両端部をそれぞれ前記円筒状コンベヤケーシングの外方へ突出させ、前記スクリュー回転軸の各突出部をシリンダ装置により昇降可能かつ回転可能に支持した請求項１または２記載の炭化物製造装置。
【請求項４】
前記スクリュー回転軸の軸方向の熱伸縮を許容する可動軸受けを介して同スクリュー回転軸の前記各突出部をシリンダ装置により昇降可能に支持した請求項３記載の炭化物製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−１３３７７（Ｐ２００８−１３３７７Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８３１３０（Ｐ２００６−１８３１３０）
【出願日】平成１８年７月３日（２００６．７．３）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３日（２００６．７．３）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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