JP2000273460A

JP2000273460A - 可燃性廃棄物の合成石炭化方法および合成石炭化装置

Info

Publication number: JP2000273460A
Application number: JP11081772A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Yokota; 正和横田; Yuji Komatsu; 雄二小松; Yukie Otsuji; 幸枝尾辻; Noriaki Hashimoto; 憲明橋本; Satoshi Kondo; 訓近藤
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】可燃性廃棄物を取り扱いが容易で燃焼性
の良い燃料としてリサイクルする。【解決手段】可燃性廃棄物を破砕手段３で破砕し乾燥
手段６で含水率１０％程度に乾燥させ、二軸押出機２２
に定量的に供給し前段で約２００℃に加熱保持して混合
移送しつつ含水率数％まで乾燥させ、中段で約３００℃
に昇温保持して混練移送しつつ希薄酸素下での分解溶融
と炭化、加圧下での分解ガス、溶融プラスチック類、炭
化物の混練均質化をし、後段で混練移送しつつ１００℃
程度まで急冷して先端部２９より石炭様材料として排出
処理する。【効果】悪臭がなくて取り扱い性がよく、さらに
着火性、熱量ともに優れた実用性の高い固形燃料を効率
的に得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般廃棄物の中の可
燃ゴミとして分別収集される廃棄物を石炭化する合成石
炭化方法および合成石炭化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般廃棄物の中の紙類、木くず、プラス
チック、厨芥類等の可燃性の廃棄物は、多くの自治体に
おいてその殆どが可燃ゴミとして分別収集された後、焼
却処理されている。この焼却処理においては、廃棄物の
含水率が高いうえ可燃性が不十分なため、発熱量が低く
完全燃焼が難しいことから補助燃料の使用を余儀なくさ
れており、熱回収および経済性の面からも効率のよくな
い処理がなされている。一方、近年、この可燃性廃棄物
を減容化処理あるいは固形燃料として回収しリサイクル
処理する方法も実用化されてきている。この代表的な方
法の一つとして、廃棄物を破砕後、スクリュ式の押出成
形機で混練、移送して、この押出成形機による加圧圧縮
作用と自己発熱による材料の昇温とを利用して、材料中
のプラスチックを溶融圧縮成形して粒状の固形燃料とす
る方法がある。また、破砕した可燃性廃棄物に生石灰を
添加して混合反応処理し、さらに成形機にて圧縮混練し
て粒状化し、乾燥処理後、固形燃料とする方法も開発さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の可燃性
廃棄物の焼却処理においては、廃棄物の含水率が５０〜
６０％と高く、しかも原形の大きさのまま処理されるの
で発熱量が１０００〜２０００ｋｃａｌ／ｋｇと比較的
低く、組成を含めて質的な変動も大きいため安定な処理
操作が困難で発生熱の利用効率も低いのが実状である。
一方、可燃性廃棄物をそのまま破砕調整し、押出成形機
にて溶融圧縮成形して固形燃料とする方式では、押出成
形機における材料の昇温が混練圧縮による約２００℃程
度にとどまるため、ある程度の材料の乾燥はなされるも
のの溶融したプラスチック類以外の紙類、厨芥類等は質
的に殆ど変化しない。このため得られた燃料の発熱量は
約３５００ｋｃａｌ／ｋｇと低く、着火性も良くないの
で燃料としての価値は不十分である。しかも燃料には悪
臭が残っているため取り扱い上の問題も生じている。さ
らに、含水率の高い廃棄物を処理する場合には、押出成
形機の中で水分を蒸発揮散させて含水率を１０％程度に
乾燥処理することが必要となるが、熱量および蒸発面積
が不足するためこの処理は困難となっている。

【０００４】また、可燃性廃棄物に生石灰を加えて成形
機で粒状化する方式の場合、多量の生石灰を調整材とし
て使用することになるので処理コストが高価になるとい
う問題がある。また、処理時の材料温度が約２００℃以
下であるため、前記方式と同様に材料の質的変化即ち固
形燃料として改質がなされておらず、発熱量は最大でも
約４０００ｋｃａｌ／ｋｇ以下程度で、発熱量が低いう
え残査灰の量が増加するなどの問題点がある。したがっ
て現在は、可燃性廃棄物を燃料価値が高く取り扱い性も
良好な固形燃料として回収リサイクル処理できる実用性
のある処理方法および装置は見当たらないのが実状であ
る。

【０００５】本発明は、上記事情を背景としてなされた
ものであり、取り扱い性がよく、また燃料価値の高い固
形燃料を製造コストを上げることなく効率的に得られる
可燃性廃棄物の合成石炭化方法および合成石炭化装置を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の可燃性廃棄物の合成石炭化方法のうち第１
の発明は、生ゴミ、紙類、プラスチック類等を主成分と
する可燃性廃棄物を破砕し含水率１０％程度に乾燥させ
た後、二軸押出機に定量的に供給し前段で約２００℃に
加熱保持し混合移送しながら含水率数％まで乾燥させ、
次いで中段で約３００℃に昇温保持し混練移送しながら
希薄酸素下で分解溶融と炭化を行いさらに加圧下で分解
ガス、溶融プラスチック類、生ゴミ等炭化物を混練均質
化して半溶融状態の材料を形成し、最後に後段でこの材
料を混練移送しながら１００℃程度まで急冷し先端部よ
り固形状の石炭様材料として排出処理することを特徴と
する。

【０００７】第２の発明の可燃性廃棄物の合成石炭化方
法は、第１の発明の可燃性廃棄物の合成石炭化方法にお
いて、二軸押出機の処理過程で生じる乾燥および分解排
ガスを二軸押出機の前処理における可燃性廃棄物の乾燥
処理用の熱風発生装置に供給し燃焼させて熱源の一部と
して利用することを特徴とする。

【０００８】また、本発明の可燃性廃棄物の合成石炭化
装置は、生ゴミ、紙類、プラスチック類等を主成分とす
る可燃性廃棄物を破砕する破砕手段と、破砕した可燃性
廃棄物を乾燥させる乾燥手段と、乾燥した可燃性廃棄物
を混練、移送しつつ、乾燥、溶融、冷却を行う二軸押出
機とを備えており、前記二軸押出機は、押し出し方向に
おいて少なくとも３つのゾーンが割り当てられていると
ともに各ゾーンに合わせてシリンダ内の温度を制御する
加熱冷却制御装置を有しており、前記ゾーンのうち廃棄
物の投入側のゾーンは、廃棄物を溶融が生じない温度に
加熱保持して含水率を数％まで低減させる乾燥ゾーンか
らなり、このゾーンよりも押出方向側のゾーンは、乾燥
した廃棄物を希薄酸素下で高温に加熱保持して廃棄物の
分解溶融および炭化を行うとともに、加圧状態で分解ガ
ス、溶融プラスチック、生ゴミ類炭化物を混練均質化す
る溶融・炭化ゾーンからなり、さらに押出方向側のゾー
ンは、半溶融材料を急冷して固形状材料を得る冷却ゾー
ンからなることを特徴とする。

【０００９】本発明では、紙類、厨芥類、プラスチック
類等を主成分とする可燃性廃棄物を対象としており、こ
れらは一般には可燃ゴミとして分別収集されたものであ
る。本発明で使用される可燃性廃棄物は、組成的に多種
多様であり、その形状も数十センチの大きいものから紛
状、フィルム状のものまで広範におよぶものであり、本
発明としてはこれらについて限定されるものではない。
また、本発明としては、可燃性廃棄物の種別や混合比が
特に限定されるものでもないが、通常は、ゴミとして廃
棄されるものであり、生物系材料とプラスチック類とを
含んでいる。

【００１０】上記廃棄物を二軸押出機で処理する場合、
通常は、定量的に二軸押出機に供給することが必要とな
る。供給手段としては、ベルト式、スクリュ式等が考え
られるが、上記廃棄物のように組成、形状が広範囲にお
よぶ形状特性では安定かつ定量的な供給は困難であり、
現状技術では適用できる供給フィーダがない。したがっ
て本発明においては、多段カッター式等の破砕手段を設
けて廃棄物を破砕し、スクリュ式供給フィーダ等で安定
かつ定量的に供給できるようにする。また、廃棄物を破
砕することにより、二軸押出機において良好に処理する
ことが可能になる。

【００１１】破砕手段により破砕する大きさは、特に限
定されないが、数十ｍｍ粒径以下が望ましく、好適には
１０ｍｍ以下である。破砕手段としては、多段カッター
式の破砕機などを例示することができるが、その種別、
構造が特に限定されるものではない。上記により破砕さ
れた廃棄物は、熱風方式乾燥機等の乾燥手段によって乾
燥する。可燃性廃棄物は通常、５０〜６０％程度の水分
を含んでおり、二軸押出機による処理の前に、上記乾燥
手段によって廃棄物の含水率を１０％程度にまで下げ
る。好適には含水率１０％以下とする。この乾燥手段と
しては、キルン式の熱風方式乾燥機等が例示されるが、
本発明としては乾燥手段の種別、構造が特に限定される
ものではない。

【００１２】二軸押出機投入前に上記のように廃棄物の
含水率が低くなっていることにより、後述する二軸押出
機での処理が確実になされる。すなわち、二軸押出機で
乾燥処理を行う場合、混合、加熱及びベントでの脱気操
作で材料中の水分を蒸発揮散させることになる。廃棄物
はそのままの状態では、通常、５０％以上の水分を含有
しており、従来はこれを直接、二軸押出機に供給して乾
燥処理しており、その処理においては熱量不足のため、
含水率の低減は大きくない。これを補うために押出機の
加熱容量を大きくすることも考えられる。しかし、５０
％以上の水分を含有する廃棄物を二軸押出機で約１０％
程度の含水率まで乾燥処理した場合、押出機の中で多量
の水蒸気が発生し、異種異形の固形状材料の混合流れと
あいまって異常な昇圧と圧力変動が生じて材料の安定的
な処理操作が困難になる。しかも、押出機内での材料の
蒸発面積およびシリンダー部の加熱面積が不足するので
所定量の処理を行うことができなくなり、その結果処理
量が極端に低下することになる。本発明では、このよう
な不具合をなくすために、該廃棄物を破砕した後、二軸
押出機での処理前に熱風式などを適用したキルン方式等
乾燥装置により含水率を低減させる。

【００１３】上記により、破砕、乾燥処理された可燃性
廃棄物は、好適にはホッパ等の定量供給機を用いて二軸
押出機に供給する。二軸押出機は、押出機シリンダ内に
二軸のスクリュウを配置したものであり、スクリュウ
は、後述する３つのゾーンの処理条件に適合するように
フルフライト、逆フライト、角フライト、ニーディング
等セグメント型を適宜組合わせて構成する。また、シリ
ンダ部には、加熱冷却制御装置から熱媒を供給すること
によって、上記ゾーンに合わせて前段、中段、後段に分
けてそれぞれ材料温度を制御する方式とする。加熱冷却
制御装置では、使用する熱媒の種別や加熱手段による温
度調整によって温度を制御する。

【００１４】（乾燥ゾーン）上記ゾーンとして廃棄物の
投入側は、図１に示すように廃棄物の溶融が生じない温
度に加熱して廃棄物の含水率を低減させる乾燥ゾーンか
らなる。このゾーンでは、廃棄物の混練、移送、微細化
を行う。したがって、このゾーンに含まれるスクリュウ
は、混合、移送、微細化に適合するスクリュ構造とす
る。そして、このシリンダでは、シリンダ部に設けた加
熱冷却制御装置による加熱および混練に伴う摩擦熱によ
って廃棄物の温度が上昇するが、その温度は、廃棄物が
溶融しない温度とするのが望ましい。また、廃棄物の分
解についてもこのゾーンの目的とするところではない
が、軽度な分解は生じるものであってもよい（本格的な
分解反応が生じない温度が望ましい）。一方、温度が低
すぎると、乾燥に要する熱量が不足するので、ある程度
の温度まで上昇させる必要がある。このような観点か
ら、このゾーンでは２００℃程度に加熱する。好適には
１８０〜２００℃である。なお、この温度は目標温度で
あるので、この温度に達していない昇温過程がゾーンに
含まれるものであってもよい。

【００１５】このゾーンでは、廃棄物を乾燥させて押出
機投入前に低減した廃棄物含水率をさらに低下させる。
この含水率の低減が不十分であると、押出機内での後ゾ
ーンで水蒸気が予定以上に発生して均質な混練が困難に
なる。このため、このゾーンでは含水率を数％程度にま
で低減する。好適には含水率を５％以下とする。また、
過度に乾燥させても押出機での負担が増えるのみで均質
な混練に対する効果は飽和するので、下限として含水率
は１％以上とすることができる。また、このゾーンの終
了部に位置するシリンダには、廃棄物の乾燥時に生じる
蒸発水分の抜き出し用ベントを設けるのが望ましい。こ
のベントを通して加熱乾燥により生じる蒸気を吸引排気
することができる。このゾーンから排気されるガスに
は、上記したように軽度な分解による可燃性のガスも含
まれている。したがって、このガスは回収して前記した
乾燥手段に供給して燃料の一部として利用することがで
きる。これにより、エネルギ効率の高い処理が可能にな
る。ガスの回収、供給は、例えば配管とブロワからなる
回収・供給手段により行う。

【００１６】（溶融・炭化ゾーン）次に、上記ゾーンよ
りも押出方向側は、図１に示すように乾燥した廃棄物を
希薄酸素下で高温に加熱保持して廃棄物の分解溶融およ
び炭化を行うとともに、加圧状態で分解ガス、溶融プラ
スチック、生ゴミ類炭化物を混練均質化して半溶融材料
を得る溶融・炭化ゾーンからなる。このゾーンでは上記
のように廃棄物を混練、移送、加圧圧縮するので、スク
リュウはこれに適合する構造とする。そしてこのゾーン
では、廃棄物のうち、特にプラスチック類は溶融状態に
し、厨芥類等の生ゴミ、紙類等の生物系材料からなる廃
棄物は分解、炭化させる。このため、このゾーンでは、
上記ゾーンよりも相当に高い温度で混練を行う。この温
度としては、低すぎると上記溶融、分解、炭化が良好に
なされず、一方、高すぎるとプラスチック類の熱分解に
よるガス・液化、生物系材料の過剰な分解・ガス化が生
じるため、適温に設定する必要があり、約３００℃まで
加熱昇温させるのが望ましい。好適には２８０〜３２０
℃である。なお、この温度も目標温度であるので、この
温度に達していない昇温過程がゾーンに含まれるもので
あってもよい。なお、上記加熱は加熱冷却制御装置から
シリンダ部への高温熱媒の供給により行うことができ
る。

【００１７】また、このゾーンは濃度１％以下の希薄酸
素下であるため、有機材料の酸化分解による炭酸ガス、
水への変換を防ぎ、熱分解によるエネルギ変換を行うう
えで有効となる。この希薄酸素下は押出機の溶融・炭化
ゾーンにおいては、内部が半溶融・流動性材料で充満
し、材料供給ホッパー、乾燥ゾーンを経て、同伴、流入
する空気を遮断シールすることで達成される。

【００１８】また、このゾーンでは、プラスチックが溶
融するとともに、廃棄物の熱変性あるいは熱分解により
生物系材料から有機酸類、アルコール類、タール類、木
ガス類、重合物等が発生し、残存水分から水蒸気などが
発生して、生物系材料の炭化が進む。またスクリュによ
る移送、圧縮作用と発生ガスの蓄積により圧力が上昇す
る。そして、この昇圧した分解ガスは、溶融状態のプラ
スチックと炭化物が混合した半溶融状態の材料中に溶解
して封じ込められ、均質化、安定化した材料となり、最
終的に得られる燃料の熱容量、着火性を向上させる。な
お、このときの上昇圧力は低すぎると、上記分解ガスを
材料中に封じ込めるのが難しく、また、圧力が高すぎる
と、ベント部からの材料の吹出し、過負荷等が生じて、
安定運転が困難となる。これらの観点から上昇圧力は、
３０〜４０気圧が望ましく、好適には、３５気圧であ
る。圧力の調整は、スクリュウ構造によって調整できる
が、上昇圧力を抑えるためにこのゾーンの終了部に当た
るシリンダに分解ガス圧力調整用のベントを設けること
ができる。このベントの作用により、上昇圧力を所定圧
力以下に抑えるように調整することができる。このベン
トからは、上記したように可燃性成分が多く含まれるガ
スが排出されるので、乾燥ゾーンと同様に、回収して前
記した乾燥手段に供給して燃料の一部として利用するこ
とができる。これにより、さらにエネルギ効率の高い処
理が可能になる。ガスの回収、供給は、上記と同様に例
えば配管とブロワからなる回収・供給手段により行う。

【００１９】（冷却ゾーン）さらに押出方向側は、図１
に示すように半溶融材料を混練、移送しながら急冷して
固形状材料を得る固形材料形成ゾーンからなる。このゾ
ーンに含まれるスクリュウは、混練、移送に適合するス
クリュ構造とする。このゾーンでは、材料を急冷して材
料を固形状にするとともに分解揮発分の揮散を抑え、よ
り安定化した材料とする。上記温度が十分に低くないと
固形状の材料が得られず、後工程の負担が増え、また分
解揮発分の揮散が生じて材料の品質が損なわれる。ま
た、温度が低くなりすぎると、材料の流動性が極端に低
下し、過負荷状態が生じて安定処理ができなくなる。し
たがって、このゾーンにおける排出端部の目標温度は約
１００℃以下とする。好適には６０〜８０℃である。な
お、このゾーンにおいても目標温度を超える温度の冷却
過程を含むものであってもよい。なお、材料の急冷は、
加熱冷却制御装置からシリンダ部へ低温の熱媒を供給す
ることにより行うことができる。冷却された材料は、押
出方向先端に設けたダイスを通して外部に排出すること
ができる。

【００２０】押出機から押し出した材料は、所望により
連続空冷式の冷却器を設けて処理後材料を常温付近（４
０〜５０℃）まで冷却するようにする。その後に所望に
より破砕機を設けて破砕し粒状化処理することにより粒
状（紛状）の石炭様の固形燃料となる。二軸押出機によ
る炭化処理の形態の模式図を図１に示す。

【００２１】

【発明の実施形態】以下、本発明による実施形態につい
ては図２に基づいて説明する。貯留槽１は処理する可燃
性廃棄物を貯留して後工程に供給するものであり、内部
に送り装置１ａが配置されている。この貯留槽１の出口
付近には、ベルトコンベヤ２の一端部が臨ませてあり、
該ベルトコンベヤ２の送り方向に当たる他端部側に多段
カッター型破砕機３が配置されている。該破砕機３の出
口側には廃棄物中から鉄系異物を取り除く磁選機４が設
置されている。該磁選機４の出口付近にはベルトコンベ
ヤ５の一端部が配置され、該ベルトコンベヤ５の送り方
向に当たる他端部はキルン式熱風乾燥機６の投入部に臨
ませてある。キルン式熱風乾燥機６には熱風発生装置７
が接続されており、該熱風発生装置７には、燃料フィー
ダ８および後述する排気管３７が接続されている。ま
た、キルン式熱風乾燥機６には、排気ブロワ１０を介設
した排気管１１が接続されており、該排気管１１は、脱
臭装置１２に接続されている。上記キルン式熱風乾燥機
６の排出部側には、ベルトコンベヤ１３の一端が臨ませ
てあり、該ベルトコンベヤ１３の送り方向に当たる他端
部側には供給フィーダ１４が臨ませてある。該供給フィ
ーダ１４の出側は、二軸押出機２０の定量供給器である
ホッパ２１に臨ませてある。

【００２２】二軸押出機２０は、シリンダ２２内に２軸
のスクリュウ２３、２３を配置したものであり、シリン
ダ外部には、該スクリュウ２３、２３を駆動する駆動装
置２４が備えられている。該シリンダ内は、図１に示す
ように３つのゾーン、すなわち、ホッパ側から出側に向
けて、乾燥ゾーン、溶融・炭化ゾーン、冷却ゾーンが割
り当てられている。スクリュウ２３、２３は、これらゾ
ーンに合わせて、乾燥ゾーンに相当する部位は、廃棄物
の混練、移送、微細化に適合するスクリュ構造としてあ
り、溶融・炭化ゾーンに相当する部位は、廃棄物の混
練、移送、加圧圧縮に適合するスクリュウ構造としてあ
り、冷却ゾーンに相当する部位は、廃棄物の混練、移送
に適合するスクリュウ構造としてある。

【００２３】上記シリンダ２２はシリンダジャケット２
５で覆われており、該シリンダジャケット２５には、熱
媒配管３１ａ、３１ｂを通して熱媒ユニット３０が接続
されている。詳細には、該熱媒ユニットは、高温熱媒を
供給する高温側ユニット３０ａと低温熱媒を供給する低
温側ユニット３０ｂとから構成されており、シリンダジ
ャケット２５では、上記３つのゾーンに合わせて乾燥ゾ
ーンと溶融・炭化ゾーンに相当する部位に高温の媒体が
供給されるように熱媒配管３１ａが接続され、冷却ゾー
ンに相当する部位には低温の媒体が供給されるように、
熱媒配管３１ｂが接続されている。これら熱媒ユニット
３０と、熱媒配管３１ａ、３１ｂと、図示しない加熱手
段と温度設定部とによって加熱冷却制御装置が構成され
ている。

【００２４】また、シリンダ２２には、乾燥ゾーンの終
端部（押出側）に相当する位置に水分抜き出し用ベント
２６が設けられており、溶融・炭化ゾーンの終端部に相
当する位置に分解ガス圧力調整用ベント２７が設けられ
ている。上記ベント２６、２７には、排気管３３、３４
がそれぞれ接続されており、排気管３４には排ガス冷却
器３５および調圧弁３６が設けられている。さらに排気
管３３、３４は、合流して排気管３７に接続されてお
り、該排気管３７は排ガスブロワ３８を介して前記した
熱風発生装置７に接続されている。これら排気管３３、
３４、排ガス冷却器３５、調圧弁３６、排気管３７、排
ガスブロワ３８によって、排ガスを二軸押出機から回収
して乾燥手段に供給する排ガス回収・供給手段が構成さ
れている。また、シリンダ２２の押出方向先端にダイス
２９が設けられており、該ダイス２９の排出方向に材料
冷却器４０の投入部が臨ませてある。

【００２５】該材料冷却器４０には、エア配管４２を介
して冷却ブロワ４３が接続されている。この材料冷却器
４０の排出部の近傍には、破砕機４５が配置されてお
り、該破砕機４５の排出側にコンベア４６の一端が配置
されている。コンベヤ４６の移送方向にあたる他端部に
は、製品ホッパ５０が配置されている。製品ホッパ５０
の排出口には排出バルブ５１が設けられており、該排出
口付近に製品バッグ５５を載置する計量器５６が設置さ
れている。

【００２６】次に、上記装置を用いた石炭状燃料の製造
過程について説明する。生ゴミ、紙類、プラスチック類
等を主成分とする適宜の可燃性廃棄物を用意し、貯留槽
１に投入する。貯留槽１では、送り装置１ａによって廃
棄物が徐々にベルトコンベヤ２へと送られ、ベルトコン
ベヤ２によって破砕機３に供給される。破砕機３では廃
棄物を破砕して粒径数十ｍｍ以下の材料とする。次い
で、この材料は磁選器４に投入して鉄系異物を除去した
後、コンベア５によって熱風乾燥機６に供給する。熱風
乾燥機６に接続された熱風発生装置７では、燃料フィー
ダ８によって固形燃料を供給し、これを燃焼させる。ま
た、既に二軸押出機２０で処理を行っている状態では、
二軸押出機２０で発生して排気されるガス分を排気管３
７を通して送風ブロワ３８で熱風発生装置７内に供給
し、これを燃料の一部として燃焼させる。熱風発生装置
７で発生させた熱は熱風として熱風乾燥機６内に供給
し、内部の廃棄物の乾燥に用いられる。熱風乾燥機６で
は、廃棄物の水分量が約１０％程度になるまで乾燥させ
る。熱風乾燥機６で生じた排気ガス（悪臭成分等を含
む）は、排気ブロワ１０の作動により排気管１１を通し
て吸引、排出され、脱臭装置１２で脱臭処理される。熱
風乾燥機６で乾燥処理した廃棄物は、ベルトコンベヤ１
３によって供給フィーダ１４に投入、収容する。供給フ
ィーダ１４では、この廃棄物を二軸押出機２０のホッパ
２１に定量的に供給する。

【００２７】二軸押出機２０では、駆動装置２４によっ
てスクリュウ２３、２３を回転させるとともに、熱媒ユ
ニット３０によってシリンダジャケット２５に、各ゾー
ンに合わせて熱媒を供給し、シリンダ２２内を加熱す
る。すなわち、乾燥ゾーンに相当する部位では、熱媒ユ
ニット３０ａより配管３１ａを経て供給される、例えば
３５０℃の熱媒によりシリンダージャケット２５を通し
て加熱され、廃棄物は約２００℃まで昇温保持され、二
軸スクリュウ２３、２３による操作で材料の混合均質化
・微細化がなされると同時に水分が蒸発揮散する。これ
により、材料の含水率は数％にまで低下する。また、こ
の加熱により軽度な分解も生じて少量の有機酸等ガスが
発生する。これらのガスは、供給原料に同伴する空気も
含めて水分抜き出し用ベント２６から排出され、排気管
３３、３７を通して、上記のように熱風発生装置７に移
送され、熱源の一部として使用される。

【００２８】次いでこの材料はシリンダ２２内で中段の
溶融・炭化ゾーンに移動し、前記と同様に熱媒ユニット
３０ａより配管３１ａを経て供給される、例えば３５０
℃の熱媒によりシリンダージャケット２５を通して加熱
され、スクリュウ２３、２３による加圧圧縮の作用と相
まって廃棄物の温度が約３００℃に昇温する。このゾー
ンでは、二軸スクリュ２３、２３による操作で材料全体
の乾燥と紙、厨芥類等の分解、プラスチック類の溶融が
行われる。紙、厨芥類等からは、多量の有機酸類、アル
コール類、タール類、木ガス類等が発生し炭素分が遊離
された形で炭化される。プラスチック類は溶融状態とな
るが、生物系材料の炭化物と分解ガスおよび溶融プラス
チックが混練、移送されながら圧力３０〜４０ｋｇ／ｃ
ｍ^２で加圧圧縮されて高分子系の分解ガスが液化融合
し、全体として半溶融、均質化した材料となる。このと
きのガス圧力は、排気管３４に設けた調圧弁３６の調整
により上限を越えないように制御することができる。こ
のとき、一定圧力を越えて存在する分解ガスは、乾燥時
に生じる水蒸気及び同伴空気とともにベント２７、排気
管３４を通して移送され、冷却器３５で冷却された後、
調圧弁３６を経て排気管３７へと移動し、乾燥ゾーンで
発生しベント２６から回収された乾燥排ガスとともに熱
風発生装置７に送られて熱風用の燃料源の一部として使
用される。

【００２９】上記した溶融・炭化ゾーンで処理された材
料は、最後に冷却ゾーンに入り、混練、移送されながら
熱媒ユニット３０ｂより配管３１ｂを経て供給される約
５０℃の低温熱媒によりシリンダージャケット２５を通
して急冷され、最終的には１００℃程度まで冷却されて
先端のダイス２９を通して排出される。この操作では、
溶融・炭化ゾーンで形成された生物系材料の炭化物、分
解ガス、溶融プラスチックの混相半溶融用材料が、冷却
されることにより、溶融プラスチックが固形化するとと
もに分解ガスはより完全に液化凝固化し、全体として黒
色の石炭様材料となる。この材料は、バンド型の空冷式
冷却器４０においてエア配管４２を通して冷却ブロワ４
３によって冷却風を吹き付けて約４０℃に冷却する。冷
却した材料は、さらに破砕機４５に移送し、該破砕機４
５で粒状に破砕する。その後、コンベヤ４６で製品ホッ
パ５０に移送し、排出バルブ５１の調整および計量器５
６による計量によって製品バッグ５５に定量宛収容し、
製品として出荷し、一部は、所望により熱風発生装置７
の固形燃料として使用する。得られた製品は悪臭もな
く、取り扱いが容易であり、燃料として使用する際にも
着火性がよく、発熱量が多い。

【００３０】

【実施例】次に、表１に示す成分組成からなる可燃性廃
棄物１ｔ／ｈを用いて、上記実施形態における装置およ
び作業手順に従って可燃性廃棄物から石炭状燃料を製造
する実験を行った。可燃性廃棄物はそのままでは含水率
５５％を有しており、これを熱風乾燥機６で約１０％ま
で連続的に乾燥処理した。なお、熱風乾燥機６に接続し
た熱風発生装置７の固形燃料として、本装置の製品であ
る燃料の一部を使用した。次に、二軸押出機２２による
乾燥処理では約２２ｋｇ／ｈの水分が蒸発揮散して含水
率６％に低下した。また、この加熱による軽度な分解で
約５ｋｇ／ｈの有機酸等ガスが発生し、供給原料に同伴
する空気約１ｋｇ／ｈを含めて全体で約２８ｋｇ／ｈの
排ガスが生じた。このガスは上記したように、熱風発生
装置７の熱源の一部として使用した。この材料は、二軸
押出機における中段の溶融・炭化ゾーンでさらに乾燥し
て、２５ｋｇ／ｈの水分が蒸発して含水率が６％から
０．６８％に迄低下した。このゾーンでは、紙類、厨芥
類等生物系材料の約３５％が分解した。また、このゾー
ンにおいて一定圧力を越えて存在する分解ガス約２６ｋ
ｇ／ｈは、乾燥時、生じる水蒸気約２５ｋｇ／ｈ及び同
伴空気とともにベント２７から排出され、上記と同様に
熱風発生装置７で燃料の一部として使用した。上記二軸
押出機２２による処理の結果、４２２ｋｇ／ｈ（含水率
０．６８％）で黒色の石炭様材料が得られた。

【００３１】なお、熱風発生装置７では、上記したよう
に二軸押出機２２からのベント排ガス８０ｋｇ／ｈ（水
蒸気４７ｋｇ／ｈ、有機系分解ガス３１ｋｇ／ｈ、空気
２ｋｇ／ｈ）と固形燃料化製品が使用される。因みにこ
の燃料収支を検討すると熱風乾燥機６での処理量１ｔ／
ｈ、含水率５５％を含水率１０％まで乾燥処理した場合
の所要熱量は、熱損失も考慮して約５．８×１０^５ｋｃ
ａｌ／ｈなり、ベント排ガスの発熱量は分解ガス基準で
約６０００ｋｃａｌ／ｋｇ見込めることからこの燃焼熱
量は３１ｋｇ／ｈ×６０００ｋｃａｌ／ｋｇ＝１．８６
×１０^５ｋｃａｌ／ｈとなる。したがって、残りの熱量
を固形燃料で賄うとすると、この発熱量は実測値より７
１００ｋｃａｌ／ｋｇであるとすると所要量は（５．８
０−１．８６）１０^５ｋｃａｌ／ｈ÷７１００ｋｃａｌ
／ｋｇ＝５５．５ｋｇ／ｈとなる。回収した固形燃料の
約１３％が原料の予備乾燥用として使用されることにな
り、熱風発生装置における燃料を全て製造過程で得られ
る副生物および製品でまかなうことができ、優れたエネ
ルギ効率を有していることが分かる。また、この処理装
置により得られた固形燃料の特性の一例を通常の石炭と
比較したものを表２に示す。表から明らかなように、本
発明により得られた石炭様材料は、水分、灰分及び有害
性物質の含有率が低く、しかも通常の石炭と同等の発熱
量を有している。また、従来の固形燃料に比べて臭気も
殆どなく、着火性も良好で発熱量は格段に優れている。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
生ゴミ、紙類、プラスチック類等を主成分とする可燃性
廃棄物を破砕し含水率１０％程度に乾燥させた後、二軸
押出機に定量的に供給し前段で約２００℃に加熱保持し
混合移送しながら含水率を数％まで乾燥させ、次いで中
段で約３００℃に昇温保持し混練移送しながら希薄酸素
下で分解溶融と炭化を行いさらに加圧下で分解ガス、溶
融プラスチック類、生ゴミ等炭化物を混練均質化して半
溶融状態の材料を形成し、最後に後段でこの材料を混練
移送しながら１００℃程度まで急冷し先端部より固形状
の石炭様材料として排出処理するので、生石灰など添加
することなく安定的な処理と従来の固形燃料化に比し悪
臭のない、着火性及び取り扱い性の良好かつ長期間の保
存の可能な固形燃料を得ることができる。また、この燃
料は通常の石炭燃料に比べて同等以上の発熱量を有し活
有害性物質の含有率も低く、灰分も非常に少ない高品質
なものとなる。さらに、二軸押出機による乾燥、炭化、
冷却の一括操作の適用と副生する分解排ガスの乾燥燃料
としての活用により効率的かつ経済的な処理が可能とな
るなど実現され可燃性廃棄物を対象とする実用性の高い
固形燃料化装置の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二軸押出機における処理ゾーンを示
すグラフである。

【図２】本発明の一実施形態における装置のシステム
図である。

【符号の説明】

１貯留槽３破砕機６キルン式熱風乾燥機７熱風発生装置８燃料フィーダ１４供給フィーダ２０二軸押出機２３スクリュウ２５シリンダジャケット２６水分抜き出し用ベント２７分解ガス圧力調整用ベント２９ダイス３０熱媒ユニット３０ａ高温側ユニット３０ｂ低温側ユニット３１ａ熱媒配管３１ｂ熱媒配管３３排気管３４排気管３５排ガス冷却器３６調圧弁３７排気管３８排ガスブロワ４０材料冷却器４３冷却ブロワ４５破砕機

フロントページの続き (72)発明者尾辻幸枝広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号株式会社日本製鋼所内 (72)発明者橋本憲明広島県広島市安芸区船越南１丁目６番１号株式会社日本製鋼所内 (72)発明者近藤訓東京都府中市日鋼町１番１株式会社日本製鋼所内Ｆターム(参考） 4D004 AA03 AA07 AA12 BA03 CA04 CA09 CA15 CA26 CA29 CA32 CA42 CA45 CA50 CB09 CB13 CB28 CB46 CC02 DA02 DA03 DA06 DA09 4H012 HA05 4H015 AA01 AA02 AA12 AA17 AB01 BA09 BA12 BB02 BB03 BB06 CB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生ゴミ、紙類、プラスチック類等を主成
分とする可燃性廃棄物を破砕し含水率１０％程度に乾燥
させた後、二軸押出機に定量的に供給し前段で約２００
℃に加熱保持し混合移送しながら含水率数％まで乾燥さ
せ、次いで中段で約３００℃に昇温保持し混練移送しな
がら希薄酸素下で分解溶融と炭化を行いさらに加圧下で
分解ガス、溶融プラスチック類、生ゴミ等炭化物を混練
均質化して半溶融状態の材料を形成し、最後に後段でこ
の材料を混練移送しながら１００℃程度まで急冷し先端
部より固形状の石炭様材料として排出処理することを特
徴とする可燃性廃棄物の合成石炭化方法
【請求項２】二軸押出機の処理過程で生じる乾燥およ
び分解排ガスを、二軸押出機の前処理における可燃性廃
棄物の乾燥処理用の熱風発生装置に供給し燃焼させて熱
源の一部として利用することを特徴とする請求項１記載
の可燃性廃棄物の合成石炭化方法
【請求項３】生ゴミ、紙類、プラスチック類等を主成
分とする可燃性廃棄物を破砕する破砕手段と、破砕した
可燃性廃棄物を乾燥させる乾燥手段と、乾燥した可燃性
廃棄物を混練、移送しつつ、乾燥、溶融、分解、炭化、
冷却を行う二軸押出機とを備えており、前記二軸押出機
は、押し出し方向において少なくとも３つのゾーンが割
り当てられているとともに各ゾーンに合わせてシリンダ
内の温度を制御する加熱冷却制御装置を有しており、前
記ゾーンのうち廃棄物の投入側のゾーンは、廃棄物を溶
融が生じない温度に加熱保持して含水率を数％まで低減
させる乾燥ゾーンからなり、このゾーンよりも押出方向
側のゾーンは、乾燥した廃棄物を希薄酸素下で高温に加
熱保持して廃棄物の分解溶融および炭化を行うととも
に、加圧状態で分解ガス、溶融プラスチック、生ゴミ類
炭化物を混練均質化する溶融・炭化ゾーンからなり、さ
らに押出方向側のゾーンは、半溶融材料を急冷して固形
状材料を得る冷却ゾーンからなることを特徴とする可燃
性廃棄物の合成石炭化装置