JP5877007B2

JP5877007B2 - 固形燃料の製造方法

Info

Publication number: JP5877007B2
Application number: JP2011171834A
Authority: JP
Inventors: 洋一渡邉; 康彦金尾
Original assignee: 株式会社日本リサイクルマネジメント
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2031-08-05
Also published as: JP2013035919A

Description

本発明は、固形燃料の製造方法に係わり、詳しくは、一般家庭から廃棄された生ごみを含む所謂「都市ゴミ」を主原料に、従来から一般に用いられている所謂「化石燃料」より地球温暖化対策に有効なバイオマス燃料としての固形燃料を効率良く製造する技術に関する。

都市ゴミを処理し、それをリサイクル再利用する技術に、該都市ゴミを破砕、乾燥、分別してから成形し、クレヨン状若しくは葉巻状の固形燃料（通称「ＲＤＦ」ともいう）にする技術がある。その具体的な製造プラントの一例を図３に示すが、この固形燃料の製造は、市中より回収され、水分が４０〜５０質量％含有する都市ゴミ１を、トラック２７で搬送してゴミ回収ピット２に装入することから始まる。該ゴミ収集ピット２では、一時的にゴミを貯留し、都市ゴミ中の水分が除かれる。その水分は、ゴミ収集ピット２に付設された汚水ピット３に集められる。そして、ゴミ収集ピット２で水分を減らした都市ゴミ１（以下、単に「ゴミ」ともいう）は、クレーン４を介してゴミ・ホッパ５に集められる。このゴミ・ホッパ５から切り出したゴミ１は、一次破砕選別手段１７としての磁選機６を備えた破砕機７（例えば、二軸式特殊カッタ）を通過させて５０〜１００ｍｍ程度のサイズに破砕すると同時に、磁性を有する鉄スクラップ系やアルミニウム系の金属ゴミを除外する。この一次破砕されたゴミ１は、ロータリー・キルン方式の乾燥炉８に全量送られ、熱風炉２３で灯油あるいは重油バーナー等を利用して発生させた熱風を用いて５００〜６００℃に加熱され、水分の除去が行われる。この乾燥炉８には、通常、乾燥温度調節用とするために前記汚水ピット３に溜まった汚水９も供給、処理される。なお、この乾燥段階でゴミの水分含有量は全体の１０質量％以下までに減量される。

次いで、乾燥されたゴミ１は、二次破砕選別手段１８として重力差を利用する風選機１０を備えた破砕機７（例えば、高速回転式カッタ）に送られ、破砕と不適切物（非燃焼物質）の選別を行う。この段階で主原料として適切な状態にされたゴミ１は、２０〜３０ｍｍ程度のサイズになっている。引き続き、その適切なゴミ１には、必要に応じて、防腐、脱臭の役割を果たす消石灰１１が添加された後、定量供給機２５を介して秤量され、ダイスを通過させることで圧縮する方式の成形機１２に定量供給されて、クレヨン状もしくは葉巻状に成形した後、冷却機２６で冷却して最終製品である固形燃料１３となる。その最終製品のサイズは、平均して直径が１５ｍｍ程度、長さが５０〜６０ｍｍ程度である。ここで、使用する成形機１２は特に限定しないが、低速で回転するローラと固定された円盤状のダイスの間に適切なゴミを挟み込み、最高２００ｋｇ／ｃｍ^２の高圧力と摩擦による反応熱の作用で固化するものを利用するのが良い。

なお、これら製造プラントの必要な位置には、脱臭装置１４、集塵機１５、熱交換器１６が配置されている。また、このような固形燃料１３の主な利用先（ユーザー）としては、バイオマス燃料が化石燃料の使用より地球温暖化対策となり、安価・安定供給が可能であるとの観点から、製紙会社やＲＤＦ発電所等である。

ところで、かかる技術で製造した固形燃料には、従来、多少の臭気が残るという問題があった。そこで、防臭対策として、主原材料の都市ゴミに脱臭・防腐材を添加したり、製造工程に脱臭装置を多数設置して、現在では臭気問題の解決がほぼなされている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

しかしながら、最近、当該固形燃料１３をユーザーがボイラーの燃料として使用すると、「ボイラー管が腐食して、その寿命が短くなってしまう」という問題が多発している。その後の調査では、０．６〜１．０質量％もの塩素が製品としての固形燃料１３に含まれており、その塩素がボイラー管素材の鉄鋼材料を腐食する要因であることが判明した。ユーザー側としては、この塩素分を０．３質量％以下に低減すれば、上記ボイラー管の寿命が大きく改善されるので、使用の上で一層好ましいと主張している。

また、都市ゴミからの水分除去に利用する乾燥炉では、熱風の発生に灯油、重油等の化石燃料を多量に使用するため、ＣＯ_２の発生で地球環境に優しくないという問題もあり、製造プラントとしてはまだまだ改造の余地があった。

そこで、本出願人は、上記問題点である塩素の含有量を従来より低減するばかりでなく、地球温暖化にも貢献可能なように、製造方法を改良することを試み、その成果を、平成２２年２月１８日付けで特願２０１０−０３３７９７号として特許出願した。その改良した製造方法の内容は（図２参照）、
『（Ａ）ゴミ収集ピット、一次破砕選別手段、乾燥炉、二次破砕選別手段を順次経て、乾燥、粉砕、選別された粉状の都市ゴミを成形機に供給し、圧縮して所定形状の固形燃料とするに際して、ゴミの回収を可燃ゴミとプラスチック・ゴミとで分別回収すると共に、以下の３つの手段から選ばれた１つ又は２つ以上の手段を施し、固形燃料の塩素含有量を０．３質量％以下に低減すること特徴とする固形燃料の製造方法。

手段１：市中から分別回収したプラスチック・ゴミを前記ゴミ収集ピットへ投入する前に、該プラスチック・ゴミから塩化ビニールを除去する
手段２：前記ゴミ収集ピットに付属する汚水ピットに溜まった汚水を、乾燥炉に供給せずにオフ・ラインで別途加熱処理する
手段３：ゴミにバイオマス材料を混合する
（Ｂ）前記手段１の塩化ビニールの除去を、該塩化ビニールとそれ以外のゴミとを赤外線照射で識別し、識別された塩化ビニールだけを空気で吹き飛ばして分別する。

（Ｃ）前記手段３のゴミへのバイオマス材料の混合量を、質量で２０〜５０％とする。

（Ｄ）前記バイオマス材料にヤシ殻を用い、その混合を前記二次破砕選別手段で行う。
』というものであった。なお、バイオマス材料のゴミへの混合は、ゴミ中の塩素含有量を希釈する役割を有する。

ところが、この改良方法を実際に用い、ゴミに対する低塩素希釈対策のための混合物質として、下水汚泥、発泡ウレタン及びヤシ殻等を採用して固形燃料を試作したところ、全ゴミ量に対し１０質量％までの添加で、製品である固形燃料の塩素含有量が０．６０質量％から０．４８質量％に低減したが、それ以上の量を添加すると製品が粉化してしまい、成形が困難になった。これでは、下水汚泥、発泡ウレタン及びヤシ殻等のバイオマス材料の消費量が少なく、塩素の希釈効果が不十分で技術的には不満足な結果であった。

特許第３５４５５０４号公報特許第２８６５５４１号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、上記特願２０１０−０３３７９７号の技術をさらに改良し、その問題点であるゴミの成形性を向上させると共に、塩素含有量を従来より低減し、地球温暖化にも貢献可能な固形燃料の製造方法を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、ゴミ収集ピット、一次破砕選別手段、乾燥炉、二次破砕選別手段を順次経て、乾燥、粉砕、選別された粉状の都市ゴミを成形機に供給し、圧縮して所定形状の固形燃料とするに際して、ゴミの回収を可燃物とプラスチック・ゴミとで分別回収すると共に、以下の３つの手段から選ばれた１つ又は２つ以上の手段を施し、固形燃料の塩素含有量を０．３質量％以下に低減する固形燃料の製造方法において、
前記ゴミに、バーク材を添加、混合すると共に、その添加量を、製品となる固形燃料の圧潰強度が２５．５〜２０ｋｇになるように、質量で１０〜５０％に調整することを特徴とする固形燃料の製造方法である。

手段１：市中から分別回収したプラスチック・ゴミを前記ゴミ収集ピットへ投入する前に、該プラスチックス・ゴミから塩化ビニールを除去する
手段２：前記ゴミ収集ピットに付属する汚水ピットに溜まった汚水を、乾燥炉に供給せずにオフ・ラインで別途加熱処理する
手段３：ゴミにバイオマス材料を混合する
この場合、前記バーク材の添加、混合を、前記ゴミ収集ピットで行ったり、あるいは、前記バーク材に代え、リグニン接着剤を用いても良い。

ゴミに、リグニンを含有し、樹木の皮であるバーク材を添加、混合するようにしたので、該バーク材が接着効果を発現し、製品である固形燃料の成形性が向上した。その結果、塩素含有量が０．３質量％以下の固形燃料が安定して低減できるようになり、製紙会社やＲＤＦ発電所ばかりでなく、固形燃料の使用先が従来より拡大するものと期待される。

本発明の実施に利用した固形燃料の製造プラントを示すフロー図である。特願２０１０−０３３７９７号に記載した固形燃料の製造プラントを示すフロー図である。従来の固形燃料の製造プロセスを説明するフロー図である。樹木におけるリグニンの接着機能を説明する模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

まず、発明者は、従来の固形燃料の製造プラントを用い、ゴミに対する低塩素希釈のための添加するバイオマス材料として、下水汚泥、発泡ウレタン及びヤシ殻等を採用して固形燃料を試作した。その結果、製造プラントに投入する全ゴミ量に対しそれぞれ１０質量％程度までの添加で、製品である固形燃料の塩素含有量が０．６０質量％から０．４８質量％に低減したが、それ以上の量のバイオマス材料量を添加すると製品が粉化してしまい、成形が難しくなることがわかった。これでは、下水汚泥、発泡ウレタン及びヤシ殻等のバイオマス材料の消費量が少なく、塩素の希釈効果が不十分である。つまり、ユーザの希望する塩素含有量０．３質量％以下の固形燃料を安定して製造するには、ゴミの成形性をもっと改良する必要があると判断した。そこで、発明者は、ゴミの成形性の向上について鋭意検討し、ゴミ等の構成物質を鑑みると接着機能を有する物質を添加すれば、ゴミ同士を接着する効果が発現され、成形性が改善されると考えた。そして、具体的に接着機能を有する物質を模索したところ、建材ボードの製造にリグニン系接着剤が利用されていることから、ゴミの成形には、リグニンを含む物質（通常植物中に２０〜２５質量％は含有されている）として、製紙工場等で樹木の皮むき作業で発生するバーク材の利用が適切ではないかと結論した。その根拠は、樹木は、図４に示すように、セルロース繊維３７をリグニン３８が結合材としての効果を発揮し、樹木繊維を形成しているからである。なお、その際、樹木に別途含有されているヘミセルロース３９は、セルロース繊維３７とリグニン３８との親和性を向上させる相溶化剤として機能している。

このことを立証するため、発明者は、実際に図２に示したプロセスを用い、手段３（バイオマス材料の混合）に代え、ゴミにバーク材を添加、混合し、固形燃料を製造することを試行した。その結果を表１に示すが、バーク材の添加、混合で成形体の強度が十分に維持できるばかりか、塩素の希釈効果のあることが確認できた。なお、表１の強度とは、圧縮強度であり、破砕までに負荷する荷重の値で評価している。

そこで、発明者は、このバーク材をゴミへ添加、混合すればゴミの成形性が改善すると考え、前記手段１〜手段３も併用することを条件に第１の本発明として完成させたのである。この場合、バーク材３６の添加量は、種々の試行の結果として、質量で１０〜５０％とするのが良く、そのことを第２の本発明とした。１０％未満では、成形性の改善の効果が十分でなく、５０％超えでは効果が飽和し、それ以上の添加は無意味になるからである。

また、添加する位置は、図２に記号３０で示した従来のバイオマス材料を添加する位置として試行したが、添加したバーク材３６とゴミとの混合状態を良くするには、もっと上流側のゴミ収集ピット２の方が良いことが分かった。そのため、図１に示すように、ゴミ収集ピット２にバーク材３６の添加手段（ホッパー等）を新設し、それを利用することを第３の本発明とした。

次に、発明者は、リグニンを含有するバーク材が成形性に有効ならば、市販のリグニン系接着剤をゴミに混合しても同様の効果が得られると考え、バーク材に代えてリグニン接着剤の添加することを第４の発明とした。その際、ゴミへのリグニン系接着剤の添加方法は特に定めないことにする。リグニン系接着剤が液体状であれば、ゴミへスプレー散布すれば良いし、固体状であれば、粉砕して紛体としたものをゴミに混合すれば良いからである。勿論、その添加量はバーク材よりも少量となるが、ゴミの塩素希釈物質としての役割を下水汚泥等のバイオマス材料に行わせれば良い。

なお、ここで、前記手段１とは、従来のゴミ収集ピット２、一次破砕選別手段１７、乾燥炉８、二次破砕選別手段１８及び成形機１２等からなる製造工程に入れる前に、ゴミの回収を可燃ゴミとプラスチック・ゴミとで分別回収して取り入れることである。具体的には、図１より明らかなように、市中から可燃ゴミ（生ゴミ、紙ゴミ等）３１とプラスチック・ゴミ３２とを分別回収し、可燃ゴミ３１はゴミ収集ピット２へ直接投入するが、プラスチック・ゴミ３２は別の受け入れホッパ３３に投入するようにした。そして、当該プラスチック・ゴミ３２は磁選機６を備えた予備破砕機３４を経由させて金属等の不適切物を除いてから新たに設けた塩化プラスチック選別装置３５を介して塩化ビニール２１を除去した後、ゴミ収集ピット２へ搬入するようにしたのである。

次に、手段２とは、図３の汚水ピット３に溜まった汚水９を乾燥炉８に供給せずに、図１及び図２に示すように、汚水９をトラック２７でオフ・ラインに搬送し、別途加熱処理することである。これにより、製品の塩素量を低減できるからである。なお、その加熱処理の方法については、本発明では特に限定しない。

また、手段３とは、乾燥処理を経た都市ゴミ１に塩素分を含まないバイオマス材料３０
を加えることである。これにて製品の塩素分を希釈できるからである（図１及び図２参照）。なお、バイオマス材料３０としては、ヤシ殻、下水汚泥、木クズ等、種々のものが存在するが、本発明ではヤシの実からパーム油を採取した後に残るヤシ殻を使用することを推薦する。

市中から分別回収した都市ゴミ１を処理し、固形燃料１３を製造した。その際に利用した製造工程は、本発明に係る図１に示したフローによるものである。なお、図１に示した乾燥炉８の内部雰囲気温度は５００〜６００℃、成形機１２の加圧条件は最高加圧力で２００ｋｇ／ｃｍ^２、都市ゴミ１の一次破砕選別１７後のサイズは５０〜１００ｍｍ、二次破砕選別１８後のサイズは２０〜３０ｍｍとした。その他の主な製造条件及び製造結果を表２に一括して示す。なお、表２において、都市ゴミ量（質量％）とは、１回の操業に投入する都市ゴミの量であり、都市ゴミへの添加材量（また、バイオマス材料の添加量）は、（添加材量／（都市ゴミ量＋添加材量）×１００）で表している。また、本実施例では、従来例として図３の製造プロセスを用いた場合の他、バーク材に代えて都市ゴミにリグニン接着剤を添加する発明を実施し、その結果を表３に示した。

表２及び表３より、本発明に係る固形燃料１３の製造方法を適用すると、ゴミの成形性が改善され外見の優れた最終製品としての固形燃料１３が得られるばかりでなく、そこに含まれる塩素含有量が低減し、ユーザーの希望値０．３質量％以下の固形燃料が安定して供給できることが明らかである。

１都市ゴミ
２ゴミ収集ピット
３汚水ピット
４クレーン
５ゴミ・ホッパ
６磁選機
７破砕機
８乾燥炉
９汚水
１０風選機
１１消石灰
１２成形機
１３固形燃料
１４脱臭装置
１５集塵機
１６熱交換器
１７一次破砕選別手段
１８二次破砕選別手段
１９ベルト・コンベア
２０センサ
２１塩化ビニール
２２空気噴出しノズル
２３熱風炉
２４スクリーン
２５定量供給機
２６冷却機
２７トラック
２８信号
２９空気
３０バイオマス燃料
３１可燃ゴミ
３２プラスチック・ゴミ
３３別の受け入れホッパ
３４予備破砕機
３５塩化プラスチック選別装置
３６バーク材
３７セルロース繊維
３８リグニン
３９ヘミセルロース

Claims

ゴミ収集ピット、一次破砕選別手段、乾燥炉、二次破砕選別手段を順次経て、乾燥、粉砕、選別された粉状の都市ゴミを成形機に供給し、圧縮して所定形状の固形燃料とするに際して、ゴミの回収を可燃物とプラスチック・ゴミとで分別回収すると共に、以下の３つの手段から選ばれた１つ又は２つ以上の手段を施し、固形燃料の塩素含有量を０．３質量％以下に低減する固形燃料の製造方法において、
前記ゴミに、バーク材を添加、混合すると共に、その添加量を、製品となる固形燃料の圧潰強度が２５．５〜２０ｋｇになるように、質量で１０〜５０％に調整することを特徴とする固形燃料の製造方法。
手段１：市中から分別回収したプラスチック・ゴミを前記ゴミ収集ピットへ投入する前に、該プラスチックス・ゴミから塩化ビニールを除去する
手段２：前記ゴミ収集ピットに付属する汚水ピットに溜まった汚水を、乾燥炉に供給せずにオフ・ラインで別途加熱処理する
手段３：ゴミにバイオマス材料を混合する
前記バーク材の添加、混合を、前記ゴミ収集ピットで行うことを特徴とする請求項１記載の固形燃料の製造方法。
前記バーク材に代え、リグニン接着剤を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の固形燃料の製造方法。