粉末状の有機物を成形して炭化する製法
【課題】有機廃棄物の有効活用の一環として、炭化物として再利用する事例が増えているが、得られる粉末状の炭化物は用途が限定されることから、新たな用途開拓のための技術開発が求められている。
【解決手段】炭化工程の前に成形工程を設けることにより、炭化後の形状を顆粒・ペレット形状にすることが可能となる。更に、含水率の高い有機廃棄物を用いる場合、炭化物を添加物として加えれば、含水率が低減してペレット加工が容易になると共に、炭化後の製品の性能が改善される。又、ペレット加工用に２軸押出機を用いる場合には、含水率の高い素材が使用出来る上、異形・パイプ状等の形状に加え、膨化物とすることも可能なので、用途に最適な形状を得ることが出来る。この様に押出機を用いて、粉末状の原料をペレット状・膨化物に成形した後に炭化する工法を採用することで、水分率の高い食品残渣等の炭化が可能となる上、複数の素材を添加すれば、炭化品の性能が向上し、炭化物の用途開拓に資するものである。
【解決手段】炭化工程の前に成形工程を設けることにより、炭化後の形状を顆粒・ペレット形状にすることが可能となる。更に、含水率の高い有機廃棄物を用いる場合、炭化物を添加物として加えれば、含水率が低減してペレット加工が容易になると共に、炭化後の製品の性能が改善される。又、ペレット加工用に２軸押出機を用いる場合には、含水率の高い素材が使用出来る上、異形・パイプ状等の形状に加え、膨化物とすることも可能なので、用途に最適な形状を得ることが出来る。この様に押出機を用いて、粉末状の原料をペレット状・膨化物に成形した後に炭化する工法を採用することで、水分率の高い食品残渣等の炭化が可能となる上、複数の素材を添加すれば、炭化品の性能が向上し、炭化物の用途開拓に資するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、希望する形状と性能を有する炭化物を低コストで生産する技術に関するものであり、特に有機廃棄物の炭化活用に資することを目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化物は、主に木材・竹材等を原料として炭化炉で焼成することで生産されているが、炭化物の粉末は再加工することが難しく、燃料以外での利用にも制約があった。
【０００３】
一方、オカラ、汚泥等の様に８０％以上の水分を含む粉末を炭化する試みも増えてきており、廃棄物処理の促進と共に、その有効活用策が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノコ屑・オカラ・汚泥等の粉末状の素材を炭化する場合、バッチ式の炭化炉では、粉末状の素材が通気性を阻害して焼成処理を不能にするので、ロータリ−キルン方式の回転炉が採用されている。ロータリーキルン方式は、連続生産・大量生産に最適な工法であるが、粉末状の粉炭しか得られず用途が限定されてしまう。
【０００５】
本発明は、炭化処理の前上程で、粉末状の素材をペレット状または膨化物に加工することにより、パッチ式の炭化炉で炭化することが可能となる上、粉末で無い炭化物を得ることが出来る。又、ペレット加工・膨化加工時に数種類の素材を添加すれば、複合的な吸着性能を持つ炭化物を得ることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明では、オカラ・汚泥を炭化するにあたり、炭化物の粉末を添加することで含有水分率を下げ、顆粒・ペレット化が容易になる。加えて、添加した炭化物は炭化工程で収縮しないから、収縮による分子間の間隙を大きくせず炭化することが可能となる。
【０００７】
又、添加する炭化物は、固有の吸着性能を持っており、オカラ・汚泥の炭化で得られる吸着性能との複合性能とすることが可能となるから、新たな用途開発が可能となる。
【０００８】
一方、ペレット化にあたり、中空等の形状を選ぶことが可能であるから、用途に適した形状の炭化物を得ることが出来るので、炭化時の収縮を考慮した形状を選ぶことで、炭化後の加工では得られない超細孔等の形状が可能となり、新たな性能を得ることも可能となる。
【０００９】
又、ペレット化された素材は、炭化工程中に、含有水分を除去する昇温条件を適切に設定することで、相互に密着する現象を示すから、通気性を阻害しない様に工夫された型枠に収納して炭化することで、型枠形状を再現した炭化物を得ることが可能となる。
【００１０】
ペレット加工設備に２軸押出機を使用すれば、膨化物を得ることも可能である。膨化させた素材を炭化することで、蜂の巣状の構造をした炭化物が得られ、新たな用途が開拓可能である。
【発明の効果】
【００１１】
発明の効果を述べると、粉末状の有機物全てが対象となるから、特に有機廃棄物を使用すれば、廃棄物の有効活用に資することが出来る。
【００１２】
複合した素材を用いることで、単体の炭化物では得られない性能が期待出来る上、炭化物の形状が自由に選択可能なので、飛散防止を含め、新たな用途が開拓可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［請求項１］に述べた如く、有機物の粉末を押出機に投入し、ペレット状に加工した後炭化する。この際、ペレット加工を可能とするために、水分調整及びバインダーとして粉末状の有機物を添加する。
【００１４】
又、膨化物とした後に炭化するには、上記、有機物粉末に澱粉又は熱可塑性樹脂を添加して、２軸押出機に投入し、含有水分の蒸発を利用した膨化物を作成することが必要である。この時は、水を発泡剤として用いるので、含有水分率を約１５％以下に調整することが必須条件となる。
【００１５】
炭化工程前に、ペレット状または膨化物に加工することでバッチシステムの炭化が可能となるが、炭化物の収率を高めるためには、［請求項２］に述べた如く、炭化物及び無機質の粉末を添加してやると良い。
【実施例】
【００１６】
有機廃棄物の炭化検討を行なうに当り、オカラ製のトイレ砂による予備テストを実施した。使用したトイレ砂は、［特願平１０−１７２２８２］による乾燥オカラによる筒状吸収体で行なった。炭化工程前の含水率は１０％で、外径４φｍｍ、内径２φｍｍであったが、得られた炭化物は、外径が約３φｍｍ、内径約１．４φｍｍで収率が約２１％程度であった。
【実施例１】
【００１７】
豆腐工場から排出される生オカラを入手した。含水率は約８５％であったが、１軸押出機に投入し、６φｍｍのダイス穴から吐出させペレットを得た後、バッチ式の炭化炉で炭化させた。炭化後の外径は約２φｍｍとなり、投入した生オカラに対する収率は、約４％であった。尚、［００１６］に於ける収率との差については、炭化前の含水率の差で説明される。
【実施例２】
【００１８】
上記、生オカラに備長炭粉末を添加して、１軸押出機に投入し、３φｍｍのダイス穴から吐出させペレットを得た。添加比率は１：１とした。炭化後の外径は約２．５φｍｍであった。収率は約５０％となり、［実施例１］の収率の１０倍以上になることが判った。備長炭粉末の添加による収率向上が証明された。
【実施例３】
【００１９】
２軸押出機により膨化物を生産した後、炭化して網状構造の炭化物を得た。膨化物の組成は、備長炭粉末４０：ポリプロピレンペレット３０：乾燥オカラ３０であった。予め水分率が１２％になる様調整した後、撹拌装置で混合・撹拌したものを２軸押出機に投入し、スクリューで混練・加熱・加圧後シリンダー先端のダイス穴から大気中に吐出・膨化させた。ダイス穴径は３．６φｍｍであったが、膨化後の外径は約２０φｍｍで発泡倍率は約３０倍であった。
【００２０】
切断長を約４０ｍｍとした上記膨化物を炭化させた。収率が約４０％の炭化物が得られ、外径は４φｍｍ以下となったが、外周をアルミ箔で密封して炭化させたものは、アルミ箔に密着した形で内部に空洞構造を持った炭化物が得られた。この現象は、膨化物の空隙内に含まれている気体の昇温による膨張圧によるもので、アルミ箔が有る場合は、ポリプロピレン成分が押し拡げられてアルミ箔に密着した後、炭化した結果である。無い場合は、膨張圧で膜が破裂して気体が漏洩し、逆にポリプロピレンが熱収縮を起こし、収縮したと思われる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
炭化物の素材として、粉末状有機物が全て活用可能なことから、従来廃棄処分されていたものが炭化素材として検討可能となる。又、炭化物の形状が自由になるだけでなく、複合素材を用いることで炭化物の組成・性能が多様化するので、新たな用途開発が期待される。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、希望する形状と性能を有する炭化物を低コストで生産する技術に関するものであり、特に有機廃棄物の炭化活用に資することを目的とするものである。
【背景技術】
【０００２】
炭化物は、主に木材・竹材等を原料として炭化炉で焼成することで生産されているが、炭化物の粉末は再加工することが難しく、燃料以外での利用にも制約があった。
【０００３】
一方、オカラ、汚泥等の様に８０％以上の水分を含む粉末を炭化する試みも増えてきており、廃棄物処理の促進と共に、その有効活用策が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ノコ屑・オカラ・汚泥等の粉末状の素材を炭化する場合、バッチ式の炭化炉では、粉末状の素材が通気性を阻害して焼成処理を不能にするので、ロータリ−キルン方式の回転炉が採用されている。ロータリーキルン方式は、連続生産・大量生産に最適な工法であるが、粉末状の粉炭しか得られず用途が限定されてしまう。
【０００５】
本発明は、炭化処理の前上程で、粉末状の素材をペレット状または膨化物に加工することにより、パッチ式の炭化炉で炭化することが可能となる上、粉末で無い炭化物を得ることが出来る。又、ペレット加工・膨化加工時に数種類の素材を添加すれば、複合的な吸着性能を持つ炭化物を得ることが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明では、オカラ・汚泥を炭化するにあたり、炭化物の粉末を添加することで含有水分率を下げ、顆粒・ペレット化が容易になる。加えて、添加した炭化物は炭化工程で収縮しないから、収縮による分子間の間隙を大きくせず炭化することが可能となる。
【０００７】
又、添加する炭化物は、固有の吸着性能を持っており、オカラ・汚泥の炭化で得られる吸着性能との複合性能とすることが可能となるから、新たな用途開発が可能となる。
【０００８】
一方、ペレット化にあたり、中空等の形状を選ぶことが可能であるから、用途に適した形状の炭化物を得ることが出来るので、炭化時の収縮を考慮した形状を選ぶことで、炭化後の加工では得られない超細孔等の形状が可能となり、新たな性能を得ることも可能となる。
【０００９】
又、ペレット化された素材は、炭化工程中に、含有水分を除去する昇温条件を適切に設定することで、相互に密着する現象を示すから、通気性を阻害しない様に工夫された型枠に収納して炭化することで、型枠形状を再現した炭化物を得ることが可能となる。
【００１０】
ペレット加工設備に２軸押出機を使用すれば、膨化物を得ることも可能である。膨化させた素材を炭化することで、蜂の巣状の構造をした炭化物が得られ、新たな用途が開拓可能である。
【発明の効果】
【００１１】
発明の効果を述べると、粉末状の有機物全てが対象となるから、特に有機廃棄物を使用すれば、廃棄物の有効活用に資することが出来る。
【００１２】
複合した素材を用いることで、単体の炭化物では得られない性能が期待出来る上、炭化物の形状が自由に選択可能なので、飛散防止を含め、新たな用途が開拓可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［請求項１］に述べた如く、有機物の粉末を押出機に投入し、ペレット状に加工した後炭化する。この際、ペレット加工を可能とするために、水分調整及びバインダーとして粉末状の有機物を添加する。
【００１４】
又、膨化物とした後に炭化するには、上記、有機物粉末に澱粉又は熱可塑性樹脂を添加して、２軸押出機に投入し、含有水分の蒸発を利用した膨化物を作成することが必要である。この時は、水を発泡剤として用いるので、含有水分率を約１５％以下に調整することが必須条件となる。
【００１５】
炭化工程前に、ペレット状または膨化物に加工することでバッチシステムの炭化が可能となるが、炭化物の収率を高めるためには、［請求項２］に述べた如く、炭化物及び無機質の粉末を添加してやると良い。
【実施例】
【００１６】
有機廃棄物の炭化検討を行なうに当り、オカラ製のトイレ砂による予備テストを実施した。使用したトイレ砂は、［特願平１０−１７２２８２］による乾燥オカラによる筒状吸収体で行なった。炭化工程前の含水率は１０％で、外径４φｍｍ、内径２φｍｍであったが、得られた炭化物は、外径が約３φｍｍ、内径約１．４φｍｍで収率が約２１％程度であった。
【実施例１】
【００１７】
豆腐工場から排出される生オカラを入手した。含水率は約８５％であったが、１軸押出機に投入し、６φｍｍのダイス穴から吐出させペレットを得た後、バッチ式の炭化炉で炭化させた。炭化後の外径は約２φｍｍとなり、投入した生オカラに対する収率は、約４％であった。尚、［００１６］に於ける収率との差については、炭化前の含水率の差で説明される。
【実施例２】
【００１８】
上記、生オカラに備長炭粉末を添加して、１軸押出機に投入し、３φｍｍのダイス穴から吐出させペレットを得た。添加比率は１：１とした。炭化後の外径は約２．５φｍｍであった。収率は約５０％となり、［実施例１］の収率の１０倍以上になることが判った。備長炭粉末の添加による収率向上が証明された。
【実施例３】
【００１９】
２軸押出機により膨化物を生産した後、炭化して網状構造の炭化物を得た。膨化物の組成は、備長炭粉末４０：ポリプロピレンペレット３０：乾燥オカラ３０であった。予め水分率が１２％になる様調整した後、撹拌装置で混合・撹拌したものを２軸押出機に投入し、スクリューで混練・加熱・加圧後シリンダー先端のダイス穴から大気中に吐出・膨化させた。ダイス穴径は３．６φｍｍであったが、膨化後の外径は約２０φｍｍで発泡倍率は約３０倍であった。
【００２０】
切断長を約４０ｍｍとした上記膨化物を炭化させた。収率が約４０％の炭化物が得られ、外径は４φｍｍ以下となったが、外周をアルミ箔で密封して炭化させたものは、アルミ箔に密着した形で内部に空洞構造を持った炭化物が得られた。この現象は、膨化物の空隙内に含まれている気体の昇温による膨張圧によるもので、アルミ箔が有る場合は、ポリプロピレン成分が押し拡げられてアルミ箔に密着した後、炭化した結果である。無い場合は、膨張圧で膜が破裂して気体が漏洩し、逆にポリプロピレンが熱収縮を起こし、収縮したと思われる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
炭化物の素材として、粉末状有機物が全て活用可能なことから、従来廃棄処分されていたものが炭化素材として検討可能となる。又、炭化物の形状が自由になるだけでなく、複合素材を用いることで炭化物の組成・性能が多様化するので、新たな用途開発が期待される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末状の原料を、押出機によりペレット状生成物又は膨化物を成形した後、炭化することを特徴とする炭化物の製造方法
【請求項２】
原料に、炭化物及び無機質材の粉粒体のいずれか又は両方を添加した後、ペレット状生成物又は膨化物を成形して炭化する［請求項１］の製品
【請求項１】
粉末状の原料を、押出機によりペレット状生成物又は膨化物を成形した後、炭化することを特徴とする炭化物の製造方法
【請求項２】
原料に、炭化物及び無機質材の粉粒体のいずれか又は両方を添加した後、ペレット状生成物又は膨化物を成形して炭化する［請求項１］の製品
【公開番号】特開２００９−１１４４１９（Ｐ２００９−１１４４１９Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１１５６９（Ｐ２００７−３１１５６９）
【出願日】平成１９年１１月３日（２００７．１１．３）
【出願人】（５９８０８１４１４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月３日（２００７．１１．３）
【出願人】（５９８０８１４１４）
【Ｆターム（参考）】
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