JP5854507B2 - Biomass waste utilization method and cement raw fuel conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、バイオマス系廃棄物の利用方法等に関し、特に、一般家庭から排出されるバイオマス系廃棄物をセメント原燃料化して利用する方法及び装置に関する。 The present invention relates to a method for utilizing biomass waste, and more particularly to a method and apparatus for using biomass waste discharged from a general household as a raw material for cement.
一人の人間が排出する生ごみや***物の量は、各々約２５０ｇ／日と約１００ｇ／日であるが、前者は焼却処理され、後者は下水として処理場に集められ、資源として活用されていない。これらの総量は、日本国内で約９００万トン／年、約３６０万トン／年となり、産業界から排出される下水等を合わせると、水資源や下水処理コストは大きな社会負担となっていた。 The amount of garbage and excrement discharged by one person is about 250 g / day and about 100 g / day, respectively. The former is incinerated, and the latter is collected as sewage at a treatment plant and used as a resource. Absent. The total amount of these was about 9 million tons / year and about 3.6 million tons / year in Japan, and when combined with sewage discharged from the industry, water resources and sewage treatment costs were a great social burden.
そこで、本出願人は、セメントキルン等のセメント製造設備を廃棄物の処理に有効に活用するため、ロータリーキルン又はロータリードライヤーを用い、ごみ袋に収容された生ごみを含む都市ごみ等の廃棄物をそのままロータリーキルン又はロータリードライヤーに投入し、発酵処理する方法等を提案した（特許文献１及び２参照）。 Therefore, in order to effectively use cement manufacturing facilities such as cement kilns for the disposal of waste, the present applicant uses a rotary kiln or rotary dryer to dispose of waste such as municipal waste including garbage in garbage bags. The method etc. which put it in a rotary kiln or a rotary dryer as it is and fermented were proposed (refer patent documents 1 and 2).
また、特許文献３には、おが屑及び糞尿を撹拌して微生物により分解処理し、家庭用トイレや、各種のイベント等で臨時に設置される仮設トイレとして利用できる糞尿の分解処理装置が提案されている。この装置による分解処理物は、堆肥や土壌改良材として有効利用することができる。 Patent Document 3 proposes an apparatus for decomposing and treating manure that agitates sawdust and manure and decomposes them with microorganisms, and can be used as a domestic toilet or a temporary toilet installed temporarily in various events. Yes. The decomposition product by this apparatus can be effectively used as compost or soil improvement material.
上記生ごみや***物以外の家畜***物、食品廃棄物等のバイオマス系廃棄物は、以下に示すように種々の方法で処理されている。 Biomass waste such as livestock excrement and food waste other than the above garbage and excrement is treated by various methods as shown below.
家畜***物、わら、もみ殻等の動植物の有機物は、堆積又は撹拌して腐熟させてコンポスト化することで、微生物によって有機物を分解し、その際に発生する熱により水分を蒸発させ、病原菌等を死滅させるなどして衛生的で安全なものとしている。 Organic matter of animals and plants such as livestock excrement, straw, rice husks, etc. are accumulated or stirred and ripened and composted to decompose organic matter by microorganisms, evaporate moisture by heat generated at that time, It is made sanitary and safe by killing.
また、メタン発酵は、家畜***物等に含まれる有機物を酸素のない状態で微生物の活動によって分解し、最終的にメタンと二酸化炭素とを生成する。 In methane fermentation, organic matter contained in livestock excreta is decomposed by the activity of microorganisms in the absence of oxygen, and finally methane and carbon dioxide are generated.
上記コンポスト化、メタン発酵以外にも、もみ殻等の固体バイオマスを空気の供給を遮断するなどして加熱して炭を生成したり、生ごみ等を減容化する炭化や、バイオマス系廃棄物を加圧熱水の中に置いて加水分解と熱分解でガス化する水熱ガス化や、バイオマス系廃棄物を高温高圧中の熱水中で熱分解して気相、水相、油相を得る水熱液化等の技術が存在する。 In addition to composting and methane fermentation above, solid biomass such as rice husk is heated to shut off the supply of air to produce charcoal, carbonization to reduce the volume of garbage, and biomass waste Hydrothermal gasification where gas is hydrolyzed and pyrolyzed by placing it in pressurized hot water, or biomass waste is pyrolyzed in hot water at high temperature and high pressure to produce gas phase, water phase, oil phase There are technologies such as hydrothermal liquefaction to obtain
しかし、特許文献１及び２に記載の方法は、発酵処理に３日程必要とし、発酵処理等のための運転コストも考慮する必要がある。 However, the method described in Patent Documents 1 and 2 requires about 3 days fermentation process, operating costs for the fermentation process or the like must also be considered.
一方、特許文献３に記載の装置を用いることで、分解処理物を得て堆肥や土壌改良材として有効利用することができるものの、処理される***物の量は、日本全体で発生する***物の総量に対してごく僅かである。 On the other hand, by using the device described in Patent Document 3, it is possible to obtain a decomposed product and effectively use it as a compost or soil improver, but the amount of excrement to be processed is the amount of excrement generated throughout Japan Is negligible with respect to the total amount.
また、コンポスト化やメタン発酵は、設備が大掛かりになると共に、処理に長時間を要し、運転コストも高いという問題があった。さらに、炭化についても装置コストが高く、水熱ガス化や水熱液化は、パイロットプラントが運転されているが、商用プラントはまだ建設されていないのが現状である。 In addition, composting and methane fermentation have the problems that the facilities are large, the treatment takes a long time, and the operation cost is high. In addition, the cost of carbonization is high, and the hydrothermal gasification and hydrothermal liquefaction are currently operated in pilot plants, but no commercial plant has been constructed yet.
そこで、本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、装置コスト及び運転コストを低く抑え、処理に要する時間を短縮しながら、バイオマス系廃棄物を有効に利用する方法等を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional technology, and a method for effectively using biomass-based waste while keeping apparatus costs and operation costs low and shortening the time required for processing. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明は、バイオマス系廃棄物の利用方法であって、バイオマス系廃棄物を、仮焼されたセメント原料、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダスト、又は生石灰の少なくともいずれか１つと混合し、該混合物を、比重の低い粉分と、比重の高い粉分とに分別し、該比重の低い粉分をセメント製造用の燃料として利用し、該比重の高い粉分をセメント製造用原料として利用することを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is a method for using biomass waste, wherein the biomass waste is a calcined exhaust gas from the calcined cement raw material, the kiln bottom of the cement kiln to the bottom cyclone. Mixing at least one of dust obtained by collecting the combustion gas extracted from the flow path or quick lime , separating the mixture into a powder having a low specific gravity and a powder having a high specific gravity, It is characterized in that a powder having a low specific gravity is used as a fuel for producing cement, and a powder having a high specific gravity is used as a raw material for producing cement .
そして、本発明によれば、バイオマス系廃棄物を仮焼されたセメント原料等を用いて高温で滅菌処理すると共に、バイオマス系廃棄物に含まれる水分量を低下させることで、移送や運搬が容易になるように改質することができる。また、バイオマス系廃棄物に生石灰を混合した場合には、生石灰より生じた消石灰はアルカリ性であり、バイオマス系廃棄物の腐敗や雑菌の繁殖を防ぐ効果がある。これによって、バイオマス系廃棄物を焼却処理したり、この廃棄物に水を添加することなく、そのままセメント原燃料として有効に利用することができる。ここで、『そのまま』とは、『エネルギーを使用した積極的な乾燥、又は造粒装置等を用いた積極的な固形化、粒状化等を行うことなく。』という意味で使用しており、セメントキルン等に投入する前の放置、搬送による自然乾燥、撹拌による流動化、他の原材料との混合等の操作までをも排除するものではない。さらに、比重の低いバイオマス系廃棄物の粉分を燃料として、比重の高い仮焼されたセメント原料の粉分等をセメント製造用原料として各々に適した用途に用いることができる。 According to the present invention, the biomass waste is sterilized at a high temperature using a calcined cement raw material and the like, and the amount of water contained in the biomass waste is reduced, thereby facilitating transfer and transportation. Can be modified to Moreover, when quicklime is mixed with biomass waste, the slaked lime produced from quicklime is alkaline, and has the effect of preventing the decay of biomass waste and the propagation of germs. Thereby, biomass-based waste can be effectively used as raw cement fuel without incineration or without adding water to the waste. Here, “as is” means “without active drying using energy, or without aggressive solidification or granulation using a granulator or the like. It does not exclude operations such as standing before being put into a cement kiln, natural drying by conveyance, fluidization by stirring, mixing with other raw materials, and the like. Furthermore, the powder content of biomass waste having a low specific gravity can be used as a fuel, and the powder content of a calcined cement raw material having a high specific gravity can be used as a raw material for cement production.
前記バイオマス系廃棄物の利用方法において、前記混合物から廃プラスチックを除去し、除去したプラスチックを５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に破砕してセメントキルンバーナから吹き込むことができる。これにより、バイオマス系廃棄物に廃プラスチックが含まれている場合でも容易に対応することができる。また、バイオマス系廃棄物の細粉、粒状の廃プラスチック及び処理媒体としての生石灰等を、各々補助燃料、代替燃料及びセメント原料として利用することができ、最適な廃棄物のサーマルリカバリーや水資源の利用削減を図ることができる。 In the method of using biomass waste, waste plastic can be removed from the mixture, and the removed plastic can be crushed to 5 mm to 50 mm and blown from a cement kiln burner. Thereby, even when the waste plastic is contained in the biomass waste, it can be easily handled. In addition, fine powder of biomass waste, granular waste plastic and quick lime as a processing medium can be used as auxiliary fuel, alternative fuel and cement raw material, respectively, for optimal thermal recovery of waste and water resources. Use reduction can be achieved.
前記バイオマス系廃棄物の利用方法において、前記バイオマス系廃棄物は、一般家庭から排出される生ごみ又は／及び***物を含むことができる。 In the method for using biomass waste, the biomass waste may include garbage or / and excrement discharged from a general household.
また、本発明は、バイオマス系廃棄物のセメント原燃料化装置であって、バイオマス系廃棄物を、仮焼されたセメント原料、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダスト、又は生石灰の少なくともいずれか１つと混合する混合装置と、該混合装置から排出された混合物を、比重の低い粉分と、比重の高い粉分とに分別する分別装置と、該分別装置によって分別された前記比重の低い粉分と、前記比重の高い粉分とを、各々別々にセメント製造装置に供給する供給装置とを備えることを特徴とする。 The present invention is also an apparatus for converting biomass waste into a raw fuel for cement, wherein the biomass waste is converted into a kiln exhaust gas flow path from the calcined cement raw material, the kiln bottom of the cement kiln to the bottom cyclone. A mixing device that mixes at least one of dust or quick lime obtained by collecting the extracted combustion gas, and a mixture discharged from the mixing device with a low specific gravity powder and a high specific gravity powder. A separation device that separates the powder into small fractions; and a supply device that separately supplies the low specific gravity powder and the high specific gravity powder separated by the separation device to a cement manufacturing apparatus. And
そして、本発明によれば、上述のように、バイオマス系廃棄物を移送や運搬が容易になるように改質し、バイオマス系廃棄物の腐敗や雑菌の繁殖を防ぐことで、バイオマス系廃棄物を焼却処理したり、この廃棄物に水を添加することなく、そのままセメント原燃料として有効に利用することができる。また、比重の低いバイオマス系廃棄物の粉分、比重の高い仮焼されたセメント原料の粉分等を各々に適した用途に用いることができる。 According to the present invention, as described above, the biomass waste is modified so that the biomass waste is easily transferred and transported, and the biomass waste is prevented from being spoiled or germs are propagated. Without being incinerated or adding water to this waste, it can be used effectively as a raw cement fuel. Moreover, the powder content of biomass waste with a low specific gravity, the powder content of a calcined cement raw material with a high specific gravity, etc. can be used for each suitable use.
前記バイオマス系廃棄物のセメント原燃料化装置において、前記混合装置から排出された混合物から廃プラスチックを分別する分別装置と、該分別装置によって分別された廃プラスチックを５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に破砕する破砕装置とを備え、前記供給装置は、前記破砕装置で破砕された廃プラスチックをセメントキルンバーナに供給することができる。これにより、上述のように、バイオマス系廃棄物に廃プラスチックが含まれている場合でも容易に対応することができ、最適な廃棄物のサーマルリカバリーや水資源の利用削減を図ることができる。 In the biomass raw material cement raw fuel production apparatus, a separation device for separating waste plastic from the mixture discharged from the mixing device, and a crushing device for crushing the waste plastic separated by the separation device to 5 mm to 50 mm The said supply apparatus can supply the waste plastic crushed with the said crushing apparatus to a cement kiln burner. As a result, as described above, even when waste plastic is contained in biomass-based waste, it is possible to easily cope with it, and optimal thermal recovery of waste and reduction of use of water resources can be achieved.
以上のように、本発明によれば、装置コスト及び運転コストを低く抑え、短い処理時間で、バイオマス系廃棄物を有効に利用することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to effectively use biomass waste in a short processing time while keeping apparatus costs and operation costs low.
本発明は、バイオマス系廃棄物を、仮焼されたセメント原料、セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダスト、又は生石灰の少なくともいずれか１つと混合し、セメント製造用の燃料又は／及び原料として利用することを特徴とする。 The present invention is a biomass waste, pre-calcined cement raw material, dust obtained by collecting the combustion gas extracted from the kiln exhaust gas passage from the kiln bottom of the cement kiln to the lowest cyclone, or It is mixed with at least one of quicklime and used as a fuel or / and raw material for cement production.
バイオマス系廃棄物とは、一般家庭から排出される生ごみや***物、家畜***物、食品廃棄物、林業や畜産業で排出される廃棄物、もみ殻、し尿等をいう。 Biomass waste refers to garbage and excrement discharged from ordinary households, livestock excrement, food waste, waste discharged from forestry and livestock industry, rice husk, human waste and the like.
仮焼されたセメント原料とは、セメント焼成装置のプレヒータや仮焼炉で仮焼されたセメント原料であって、セメントキルンに投入される前に分取されたものなどをいう。 The calcined cement raw material refers to a cement raw material calcined in a pre-heater or a calcining furnace of a cement baking apparatus, which is separated before being put into a cement kiln.
セメントキルンの窯尻から最下段サイクロンに至るまでのキルン排ガス流路より抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダストとは、例えば、セメント焼成装置に付設されている塩素バイパスシステムで得られたダストの粗粉であって、塩素濃度が比較的低く、カルシウム濃度の比較的高いダストをいう。 Dust obtained by collecting the combustion gas extracted from the kiln exhaust gas flow path from the kiln bottom of the cement kiln to the bottom cyclone is obtained by, for example, the chlorine bypass system attached to the cement baking equipment. It is a coarse powder of dust that has a relatively low chlorine concentration and a relatively high calcium concentration.
次に、本発明に係るバイオマス系廃棄物の利用方法の一実施の形態について、図１を参照しながら説明する。 Next, an embodiment of a method for utilizing biomass waste according to the present invention will be described with reference to FIG.
一般家庭１のシンク２やトイレ３から排出される生ごみや、***物からなるバイオマス系廃棄物Ｗに、セメント工場１１のセメントキルン１２の窯尻１３から抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダストＤを添加し、ミキサー車４のミキシングドラムで撹拌混合する。バイオマス系廃棄物ＷにダストＤを混合することで、高温でバイオマス系廃棄物Ｗの滅菌処理を行う共に、バイオマス系廃棄物Ｗに含まれる水分量を低下させて運搬を容易に行うことができる。
Obtained by collecting the combustion gas extracted from the
次に、バイオマス系廃棄物ＷとダストＤの混合物Ｍを篩装置（分別装置）５に供給し、混合物Ｍを比重の低い粉分Ｌと、比重の高い粉分Ｈとに分別し、比重の低い粉分Ｌをセメント焼成用燃料（補助燃料）としてセメントキルン１２に吹き込み、比重の高い粉分Ｈをセメント原料としてセメントキルン１２に投入する。これにより、比重の高い粉分Ｈ及び比重の低い粉分Ｌを各々に適した用途に用いることができる。
Next, the mixture M of biomass waste W and dust D is supplied to a sieving device (separation device) 5, and the mixture M is separated into a powder L with a low specific gravity and a powder H with a high specific gravity. A low powder content L is blown into the
また、図示を省略するが、一般家庭１から排出される生ごみには、容器・包装系の廃プラスチックも混入しているが、バイオマス系廃棄物Ｗをミキサー車４のミキシングドラムに投入する前に、バイオマス系廃棄物Ｗに混入した廃プラスチックを分別し、分別した廃プラスチックを５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に破砕してセメント燃料として利用することができる。
Although illustration is omitted, although the garbage discharged from the general household 1 is also mixed with waste plastic of containers and packaging, before the biomass waste W is put into the mixing drum of the
以上のように、本実施の形態によれば、バイオマス系廃棄物ＷとダストＤの混合物Ｍから、比重の低い粉分Ｌをセメント焼成用の補助燃料として用いることができ、分別した廃プラスチックの破砕物を化石燃料の代替燃料として用いることができ、比重の高い粉分Ｈをセメント原料として利用することができるため、最適な廃棄物のサーマルリカバリーや水資源の利用削減を図ることができる。 As described above, according to the present embodiment, the powder L having a low specific gravity can be used as the auxiliary fuel for the cement firing from the mixture M of the biomass waste W and the dust D. Since the crushed material can be used as an alternative fuel for fossil fuel, and the powder H having a high specific gravity can be used as a cement raw material, optimum thermal recovery of waste and reduction of water resources can be achieved.
尚、上記実施の形態においては、ミキサー車４のミキシングドラムでバイオマス系廃棄物Ｗと、セメント工場１１のセメントキルン１２の窯尻１３から抽気した燃焼ガスを集塵して得られたダストＤを混合したが、このダストＤに代えて、またダストＤと共に、仮焼されたセメント原料や、生石灰を混合することができ、これらすべてを同時に混合してもよい。特に生石灰を混合した場合には、生石灰より生じた消石灰はアルカリ性であるため、バイオマス系廃棄物Ｗの腐敗や雑菌の繁殖を防ぐ効果がある。
In the above embodiment, the dust D obtained by collecting the biomass waste W and the combustion gas extracted from the
一般に強アルカリ性（ｐＨ１１以上）においては、アルカリ耐性菌等の微生物を除き、微生物が死滅し腐敗が起こりにくくなることが知られている。生石灰を混合した場合には、生石灰より生じた消石灰はアルカリ性であり、その添加量を調整し、ｐＨを１１以上にすることで、バイオマス系廃棄物Ｗの腐敗や雑菌の繁殖を防ぐことができる。アルカリ耐性菌とは、Bacillus属、Alkaliphilus transvaalensis、Alkalibacterium indicireducens、Halobacterium属等をいい、本発明では対象としない。
In general, it is known that in the case of strong alkalinity (
また、上記実施の形態においては、バイオマス系廃棄物Ｗとして一般家庭１から排出される生ごみや***物を例示したが、その他のバイオマス系廃棄物を利用することもできる。 Moreover, in the said embodiment, although the garbage and excrement discharged | emitted from the general household 1 were illustrated as the biomass-type waste W, other biomass-type waste can also be utilized.
さらに、ミキサー車４のミキシングドラムでバイオマス系廃棄物ＷとダストＤを混合したが、一般的に用いられている混合装置を用いてもよく、ミキサー車４や混合装置からセメント工場１１への比重の高い粉分Ｈや比重の低い粉分Ｌの搬送及び供給も、一般的に用いられている搬送装置や供給装置を用いることができる。
Further, the biomass waste W and the dust D are mixed with the mixing drum of the
また、上述のように、篩装置５を用いて混合物Ｍを比重の高い粉分Ｈや比重の低い粉分Ｌに分別してセメント工場１１で利用するのが好ましいが、必ずしも篩装置５を設置する必要はなく、混合物Ｍをそのまま窯尻１３等に投入することも可能である。
In addition, as described above, it is preferable to use the sieve device 5 to separate the mixture M into a powder H with a high specific gravity or a powder L with a low specific gravity and use them in the
１ 一般家庭
２ シンク
３ トイレ
４ ミキサー車
５ 篩装置
１１ セメント工場
１２ セメントキルン
１３ 窯尻
Ｄ ダスト
Ｈ 比重の高い粉分
Ｌ 比重の低い粉分
Ｍ 混合物
Ｗ バイオマス系廃棄物
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 General household 2 Sink 3
Claims (5)
該混合装置から排出された混合物を、比重の低い粉分と、比重の高い粉分とに分別する分別装置と、
該分別装置によって分別された前記比重の低い粉分と、前記比重の高い粉分とを、各々別々にセメント製造装置に供給する供給装置とを備えることを特徴とするバイオマス系廃棄物のセメント原燃料化装置。 Biomass waste is at least any one of calcined cement raw material, dust obtained by collecting combustion gas extracted from the kiln exhaust gas flow path from the kiln bottom of the cement kiln to the bottom cyclone, and quick lime A mixing device for mixing with
A separation device for separating the mixture discharged from the mixing device into a powder having a low specific gravity and a powder having a high specific gravity;
A cement raw material for biomass waste, comprising: a supply device for separately supplying the low-specific gravity powder separated by the separation device and the high-specific gravity powder to a cement production device. Fueling device.
該分別装置によって分別された廃プラスチックを５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に破砕する破砕装置とを備え、
前記供給装置は、前記破砕装置で破砕された廃プラスチックをセメントキルンバーナに供給することを特徴とする請求項４に記載のバイオマス系廃棄物のセメント原燃料化装置。 A separation device for separating waste plastic from the mixture discharged from the mixing device;
A crushing device that crushes the waste plastic separated by the sorting device into 5 mm or more and 50 mm or less,
The said supply apparatus supplies the waste plastic crushed with the said crushing apparatus to a cement kiln burner, The cement raw fuel conversion apparatus of the biomass waste of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
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