JP2010084078A - 固形燃料及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水分含有率が高い有機廃棄物と、油水分離槽で分離された油脂系汚泥や鉱物系、植物系の廃油等を使用し、熱量も十分で、石炭や石油等の代替燃料として利用しやすく、製造時に消費するエネルギーを低く抑えることができる固形燃料を提供する。
【解決手段】固形燃料は、有機廃棄物と、吸水性を有する含水吸着材と、酸化カルシウム、二酸化マンガン、硫酸マンガン及び硫酸コバルトのうち少なくとも１つを含み水と反応して熱を発生し水分を蒸発させる脱水縮合剤と、硫酸、塩酸及び硝酸のうち少なくとも１つを含み水と反応して熱を発生し水分を蒸発させる乾燥促進剤と、グリーストラップで分離された油脂を加熱精製した油、鉱物系廃油及び植物系廃油のうち少なくとも１つを含む燃焼促進剤を混合したものを圧縮成形して固形化したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、固形燃料及びその製造方法に関するものである。更に詳しくは、例えば飲食店において生じる水分含有率が高い有機廃棄物と、排水部に設置された油水分離槽（グリーストラップ）で分離された油脂系汚泥や鉱物系、動植物系の廃油等を使用し、十分な熱量を有し、石炭や石油の代替燃料として利用できる固形燃料及びその製造方法に関する。

例えばレストランや料理店等の飲食店において生じる厨芥等の水分含有率が高い有機廃棄物は、生ゴミとして回収され、堆肥化処理施設において微生物を利用して堆肥化されたり、焼却施設によって焼却処分されている。また、畜糞等の畜産廃棄物や焼酎粕等も同様に、堆肥化されたり、焼却処分されている。

このような水分が多い廃棄物の堆肥化は、処理するのに長い時間がかかり効率が悪いという問題がある。また、できた堆肥全てが有効に利用できれば処理方法として理想的であるが、現実には使い切れず処分に困っているという構造的な問題もある。さらに、廃棄物を焼却処分する場合は、廃棄物が自燃しにくいため、一般に補助燃料として重油が用いられており、その分の多大なコストがかかっている。

一方、近年においては、汚水処理施設の負荷軽減のために、油脂系汚泥の下水道への排出が抑制されるようになり、各種飲食店等の厨房設備の排水部には、油脂系汚泥が下水道に流れ込まないようにするための油水分離槽（グリーストラップ）が設置されている。油水分離槽で分離された油脂系汚泥は相当に大きい熱量を有しているが、一般には回収業者によって集められた後、埋め立て処分されている。また、鉱物系や植物系の廃油も回収されて石鹸等の二次製品として一部利用されることはあるが、大部分は廃棄されているのが実情である。

これらいくつかの問題を解消するために、有機廃棄物を用いて固形燃料を製造する方法がすでに提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の方法は、水分量が多い有機廃棄物に、水分量の少ない木屑、紙屑、廃タタミ及び繊維屑のうちの少なくとも１つからなる増量成分を混合して減圧発酵に適する水分量を有する混合物を調製し、混合物を減圧下で発酵脱臭し、減圧下で加熱乾燥するときに混合物を脱臭乾燥し、脱臭乾燥後の混合物に廃プラスチックからなる高熱量つなぎ成分を添加して総熱量を調整し、これらの材料を混練、圧縮及び成形し、水分含量１５％以下、かつ、熱量5000〜6500kcal/kgに調整するというものである。

また、油水分離槽で分離された油脂系汚泥が大きい熱量を有することに着目して、これを燃料として使用する汚泥処理方法も提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載の方法は、油脂系汚泥を破砕する破砕工程、破砕された油脂系汚泥をし渣類と再生燃料とに分別する分別工程、分別された再生燃料を濃縮する濃縮工程、スラッジケーキに再生燃料を添加する添加工程、再生燃料が添加されたスラッジケーキを焼却炉に供給して焼却する焼却工程を含み、油脂系汚泥を焼却炉に供給されるスラッジケーキに補助燃料として添加するというものである。

特開２００８−１９５９１０ 特開２００７−１９１５４２

しかしながら、特許文献１、２に記載の汚泥処理方法には、次のような課題があった。
すなわち、特許文献１に記載の方法は、水分量が多い有機廃棄物に、水分量の少ない木屑等の増量成分を混合して減圧発酵に適する水分量として発酵させた後、水分量をさらに減らすために減圧下で加熱乾燥するようになっており、このときに燃料等の加熱エネルギーが必要である。しかしながら、様々な分野で省エネルギーが叫ばれる現代において、廃棄物処理の分野も例外ではなく、処理のために過大なエネルギーを消費する状況は、好ましいとはいえない。

また、特許文献２に記載の方法は、水分含有率が高いスラッジケーキを燃焼させるために油脂系汚泥を単に補助燃料として使用するものであって、このような使い方では用途が限定され、汎用性がなく使いにくく、ましてや石炭や石油等の代替燃料としての利用は到底できない。

（本発明の目的）
本発明の目的は、例えば飲食店において生じる厨芥等、水分含有率が高い有機廃棄物と、例えば排水部に設置された油水分離槽（グリーストラップ）で分離された油脂系汚泥や鉱物系、植物系の廃油等を使用し、熱量も十分で、石炭や石油等の代替燃料として利用しやすく、製造時に消費するエネルギーを低く抑えることができる、固形燃料及びその製造方法を提供することである。

上記課題を解決するために本発明が講じた手段は次のとおりである。

本発明は、
有機廃棄物と、吸水性を有する含水吸着材と、酸化カルシウム、二酸化マンガン、硫酸マンガン及び硫酸コバルトのうち少なくとも１つを含み水と反応して熱を発生し水分を蒸発させる脱水縮合剤と、硫酸、塩酸及び硝酸のうち少なくとも１つを含み水と反応して熱を発生し水分を蒸発させる乾燥促進剤と、グリーストラップで分離された油脂を加熱精製した油、鉱物系廃油及び植物系廃油のうち少なくとも１つを含む燃焼促進剤を混合したものを圧縮成形して固形化した、
固形燃料である。

本発明は、
原料となる所要量の有機廃棄物に含水吸着材（オガクズ等）を所要割合で混合する工程、
脱水縮合剤（生石灰：酸化カルシウム等）を所要割合で混合し、さらに乾燥促進剤（硫酸、塩酸、硝酸等）を所要割合で混合して混合物に含まれる水分との反応熱によって水分を蒸散させて乾燥させる工程、
燃焼促進剤（グリーストラップで分離された油脂を加熱精製した油、鉱物系廃油、動植物系廃油等）を所要割合で混合し、これを圧縮成形して固形化する工程、
を含む、
固形燃料の製造方法である。

本発明は、
前記固形燃料の製造方法において、
燃焼促進剤を混合した後に固形化するまでに、
凍結防止剤（ジプロピレングリコール等）を所要割合で混合する工程、
カーボンスラジ分解剤（ポリブデン等）を所要割合で混合する工程、
殺菌剤（塩化亜鉛等）を所要割合で混合する工程、
脱臭吸着剤を所要割合で混合する工程、
脱臭吸着剤、分解剤（備長炭、活性炭等）を所要割合で混合する工程、
の各工程のうち選ばれた１または複数の工程を含む、
固形燃料の製造方法である。

本明細書及び特許請求の範囲にいう「有機廃棄物」としては、例えば厨芥（生ゴミ）、屎尿（人糞、畜糞）、パルプスラッジ、飲料水や焼酎製造時に生じる絞り滓その他の残渣、グリーストラップで分離された油脂系汚泥、その他余剰汚泥、農業廃棄物、水産業廃棄物、農水産加工業廃棄物及び食品工業廃棄物等であるが、これらに限定されるものではない。

また、「含水吸着材」としては、例えばオガクズ、籾殻、ピートモス、微粉砕貝殻、トウモロコシの粉砕粕等があげられ、増量材としての機能性を併せ持つものであるが、これらに限定されるものではない。
「脱水縮合剤」としては、例えば生石灰（酸化カルシウム）、二酸化マンガン、硫酸マンガン、硫酸コバルト等があげられるが、これらに限定されるものではない。
「乾燥促進剤」としては、例えば硫酸、塩酸、硝酸等の強酸があげられるが、これらに限定されるものではない。

「燃焼促進剤」としては、例えばグリーストラップで分離された油脂を加熱精製した油、鉱物系廃油、動植物系廃油、食品残渣油(BOF)、ナフテン酸、イソプロピルアルコール、ロジン等があげられるが、これらに限定されるものではない。
「凍結防止剤」としては、例えばジプロピレングリコール、イソプロピルアルコール等があげられるが、これらに限定されるものではない。
「カーボンスラジ分散分解剤」としては、例えばポリブデン等があげられるが、これに限定されるものではない。

「殺菌剤、消毒剤」としては、例えば塩化亜鉛、イソプロピルアルコール等があげられるが、必要に応じて酸素を入れる等、これらに限定されるものではない。
「脱臭吸着剤、分解剤」としては、例えば備長炭、活性炭、ゼオライト、チタン、シリカ、消石灰、塩化コバルト等があげられるが、これらに限定されるものではない。

（作用）
本発明に係る固形燃料を製造するために、原料となる所要量の有機廃棄物にオガクズ等の含水吸着材を所要割合で混合し、生石灰（酸化カルシウム）等の脱水縮合剤を所要割合で混合し、さらに濃硫酸等の乾燥促進剤を所要割合で混合する。

水分含有率の高い有機廃棄物に含水吸着材を混合することにより有機廃棄物の水分含有率が低くなる。また、この混合物に脱水縮合剤を混合することにより、混合物に含まれる水分が脱水縮合剤と反応し、反応熱が発生する。この反応熱によって水分が蒸発し、有機廃棄物の水分含有率がさらに低下する。

そして、この混合物に乾燥促進剤を混合すると、乾燥促進剤が水と反応して反応熱が発生し、脱水縮合剤の場合と同様に水分含有率を低下させることができ、水分含有率が例えば１５％程度となり、加熱のための燃料を使用しないで水分含有率を極めて低くすることができる。
その後、必要に応じて各種添加剤を所要量混合し、専用の装置を使用してペレット化する等して固形燃料とする。

このようにして製造された固形燃料は、製造時に消費されるエネルギーを低く抑えながら、原料となる有機廃棄物全体を燃料化しているので、有機廃棄物が有している熱量を有効に利用でき、その熱量を他のエネルギーに変える燃料として、あるいは他のものを燃やすための補助燃料として使用することができる。
また、固形燃料は、例えばダイオキシンを始め各種の有害ガスや二酸化炭素を排出するだけの焼却や、処理スパンが極めて長く処理効率が悪い堆肥化等と比較して、環境負荷を小さくすることができる。

本発明は、例えば飲食店において生じる厨芥等、水分含有率が高い有機廃棄物と、例えば排水部に設置された油水分離槽（グリーストラップ）で分離された油脂系汚泥や鉱物系、動植物系の廃油等を使用し、熱量も十分で、石炭や石油等の代替燃料として利用しやすく、製造時に消費するエネルギーを低く抑えることができる、固形燃料及びその製造方法を提供することができる。

本発明を図面に示した実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明に係る固形燃料の製造方法を示す説明図である。

（１）原料となる有機廃棄物である生ゴミを撹拌処理槽１に入れ、撹拌、破砕する。生ゴミの投入量は、１００重量部である。
（２）含水吸着材であるオガクズを撹拌処理槽１に入れる。オガクズの投入量は、１０〜５０重量部である。水分含有率の高い有機廃棄物に含水吸着材を混合することにより有機廃棄物の水分が吸着されて、水分含有率が低くなる。

（３）脱水縮合剤である生石灰（酸化カルシウム）を生ゴミを撹拌処理槽１に入れる。生石灰の投入量は１０重量部である。これにより消石灰（水酸化カルシウム）が生成され、反応熱が発生する。反応式は、 CaO＋H₂O→Ca(OH)₂＋熱 である。
この反応熱によって、混合物に含まれている水分が蒸発し、有機廃棄物の水分含有率がさらに低下する。

（４）乾燥促進剤である濃硫酸を撹拌処理槽１に入れる。濃硫酸の投入量は、２〜５重量部である。乾燥促進剤を混合することにより、乾燥促進剤が水と反応して反応熱が発生し、脱水縮合剤の場合と同様に水分含有率を低下させることができ、水分含有率は１５％程度となった。このように、加熱するための燃料を使用しないで、混合物全体の水分含有率を極めて低くすることができる。

（５）燃焼促進剤であるグリーストラップで分離された油脂を加熱し精製した油及び動植物系の食用廃油、鉱物廃油を撹拌処理槽１に入れる。これら油脂の投入量は、５重量部である。なお、前記食用廃油と鉱物廃油は、廃棄された状態そのままで使用できる。

（６）凍結防止剤であるジプロピレングリコールを１重量部入れ、カーボンスラジ分散分解剤であるポリブデンを２．５重量部入れ、殺菌剤、消毒剤であるイソプロピルアルコールを２重量部入れ、脱臭吸着剤、分解剤である活性炭、ゼオライト、消石灰を適量入れ、さらに粒状化硬化剤であるアルギン酸ソーダ、ゼラチン、デキストリンを適量入れる。
なお、各配合材の投入量は前記に限定されるものではなく、適宜調節ができる。

この混合物を、さらに撹拌、破砕して粉体とする。その後、スクリュー押出機等、専用の装置を使用して、前記混合物を圧縮成形してペレット化する等し、これを固形燃料とする。

このようにして製造された固形燃料は、製造時に消費されるエネルギーを低く抑えながら、原料となる有機廃棄物全体を燃料化しているので、有機廃棄物が有している熱量を有効に利用でき、その熱量を他のエネルギーに変える燃料として、あるいは他のものを燃やすための補助燃料として使用することができる。

また、固形燃料は、例えばダイオキシンを始め各種の有害ガスや二酸化炭素を排出するだけの焼却や、処理スパンが極めて長く処理効率が悪い堆肥化等と比較して、環境負荷を小さくすることができる。
なお、固形燃料は、石炭や石油の代替燃料とすることができ、例えば電力、製鉄、セメント（鉱業）、製紙の各工業分野において、あるいは自治体の焼却炉、農業用ハウスの暖房用として有効に利用することができる。

本実施の形態に係る固形燃料の燃料としての性状を調べた。

前記製造方法によって得られた固形燃料の性状は次のとおりである。
（固形燃料の分析結果）
（分析項目） （単位） （分析結果）
低位発熱量 kj/kg 27500
低位発熱量 kcal/kg 6580
灰分 % 0.47
炭素 % 56.2
水素 % 12.1
窒素 % 0.36
硫黄 % 0.08
塩素 % 0.01未満

そして、固形燃料を単独で燃焼させたときの排気ガスの性状は次のとおりである。
まず、炉において本実施の形態に係る固形燃料を使用し、排ガスは触媒装置で処理して排出した。触媒装置は、加熱蒸気装置、カルシウム系の吸着、活性炭、ゼオライト、備長炭、チタン、二酸化鉄（酸化第二鉄）、シリカ、コバルト、ニッケル等を混合し、破砕微粉化したものを、アルミナを粒状化した担体に多孔質の触媒として層にし、排ガスを通過させて清浄化して排出する構造である。その際、排出口の温度はヒートパイプを使用し、２００℃程度まで下げるようにした。

（排気ガスの分析結果）
ダイオキシン類 ＜0.01mg-TEQ/m3N
煤塵 ＜0.01g/m3N
硫黄酸化物 ＜20ppm
窒素酸化物 ＜50ppm（触媒有り）
一酸化炭素 ＜20ppm

また、固形燃料を単独で燃焼させたときの排気ガスに含まれる煤塵の性状は次のとおりである。
（煤塵の分析結果）
鉛 ＜0.001mg/L
カドミウム ＜0.001mg/L
水銀 ＜0.00005mg/L
六価クロム ＜0.002mg/L
砒素 ＜0.001mg/L
弗素 ＜0.008mg/L

この分析結果からわかるように、煤塵（焼却灰）は、無公害物質である。したがって、例えば廃棄物の固化処理に使用する固化助剤及び有害物質安定化剤、廃棄物の固化処理方法、廃棄物の固化処理によって得られたセメント固化物、透水性ブロック、型枠を用いて焼却スラグ、灰、煤塵を処理して有効利用することができる等、広い範囲で利用可能である。

なお、煤塵は、磁力選鉱によって磁性物質と非磁性物質に分けるようにする。磁性物質については、公知手段にて汚染物質の無公害化を行う。また、非磁性物質は、例えば水銀(Hg)については希硫酸にて分解、除去し、亜鉛(Zn)については非磁性比重選鉱にて分離し、カーボン(C)については浮遊させて分離する。

（考察）
このように、本実施の形態の固形燃料は、前記固形燃料の分析結果から分かるように、燃料としての十分な熱量を有しており、石炭や石油の代替燃料として、あるいは補助燃料として使用することができる。
また、前記排気ガスの分析結果から分かるように、燃焼時のダイオキシン、NOx,SOx,CO₂の排出量が少なく、悪臭もほとんど発生しなかった。さらに燃焼時に排出される成分は、それぞれ基準値を下回っており、環境に負荷をあまりかけない燃料であることがわかった。このように優れた特性を発揮するメカニズムは定かでないが、生石灰が水と反応してできた消石灰（水酸化カルシウム）の特別な作用によるものとも考えられる。

なお、本明細書で使用している用語と表現は、あくまでも説明上のものであって、なんら限定的なものではなく、本明細書に記述された特徴およびその一部と等価の用語や表現を除外する意図はない。また、本発明の技術思想の範囲内で、種々の変形態様が可能であるということは言うまでもない。

本発明に係る固形燃料の製造方法を示す説明図。

符号の説明

１ 撹拌処理槽

Claims (3)

1. 有機廃棄物と、吸水性を有する含水吸着材と、酸化カルシウム、二酸化マンガン、硫酸マンガン及び硫酸コバルトのうち少なくとも１つを含み水と反応して熱を発生し水分を蒸発させる脱水縮合剤と、硫酸、塩酸及び硝酸のうち少なくとも１つを含み水と反応して熱を発生し水分を蒸発させる乾燥促進剤と、グリーストラップで分離された油脂を加熱精製した油、鉱物系廃油及び植物系廃油のうち少なくとも１つを含む燃焼促進剤を混合したものを圧縮成形して固形化した、
   固形燃料。
2. 原料となる所要量の有機廃棄物に含水吸着材を所要割合で混合する工程、
   脱水縮合剤を所要割合で混合し、さらに乾燥促進剤を所要割合で混合して混合物に含まれる水分との反応熱によって水分を蒸散させて乾燥させる工程、
   燃焼促進剤を所要割合で混合し、これを圧縮成形して固形化する工程、
   を含む、
   固形燃料の製造方法。
3. 請求項２記載の固形燃料の製造方法において、
   燃焼促進剤を混合した後に固形化するまでに、
   凍結防止剤を所要割合で混合する工程、
   カーボンスラジ分解剤を所要割合で混合する工程、
   殺菌剤を所要割合で混合する工程、
   脱臭吸着剤を所要割合で混合する工程、
   分解剤を所要割合で混合する工程、
   の各工程のうち選ばれた１または複数の工程を含む、
   固形燃料の製造方法。

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