JPH03224698A

JPH03224698A - 有機質汚泥の熱分解方法

Info

Publication number: JPH03224698A
Application number: JP1996990A
Authority: JP
Inventors: Takao Okura; 大倉　孝雄; Hiroji Seki; 廣二関
Original assignee: Ataka Kogyo KK; Hitachi Zosen Corp; Ataka Construction and Engineering Co Ltd
Current assignee: Ataka Kogyo KK; Hitachi Zosen Corp; Ataka Construction and Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-01-29
Filing date: 1990-01-29
Publication date: 1991-10-03
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JP2984794B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、有機性排水処理に伴って生じる有機質汚泥を
熱分解し、同汚泥のエネルギーをオイルおよび炭素質固
体チャーの形態で回収する有機質汚泥の熱分解方法に関
する。

［従来技術および解決すべき課題］上記の如き有機質汚泥からエネルギーを回収する方法と
しては、従来から熱分解法が広く行なわれている。ここ
で熱分解反応とはＪ、Ｊ。

ｎｅｓによって定義される如く［反応器に酸素、水蒸気
あるいは加熱した一酸化炭素を吹き込まずに、間接加熱
によって炭素質を熱的に分解し、燃料（ガス、液体、チ
ャー）を得る反応」をいう。

熱分解法は一般的には石炭のガス化および液化や木の乾
留等で主に実施されていたが、最近では有機質汚泥にも
適用されるようになってきている。

有機質汚泥を熱分解して主にガスを回収する方法は、第
５図に示すフローに従って行われる。

すなわち、まず脱水した汚泥を脱水ｔＴ５泥貯槽（５１
）から乾燥器（５２）に送って十分に乾燥させた後、反
応温度を６００〜１０００℃程度に調整した熱分解炉（
５３）に導入し、乾燥汚泥を熱分解し、可燃性ガスと少
量のオイルおよびチャー（分解残渣）を生成せしめる。

得られた可燃性ガスをガス貯槽（５４〉に貯蔵してエネ
ルギーとして回収し、またオイルおよびチャーは乾燥機
（５２）および熱分解炉（５３）の熱源として利用する
ため焼却炉（５５）に導入して燃焼する。

しかし、この方法では、熱分解で得られた回収ガスが可
燃性ガスであるため、貯蔵性、容量および安全性などの
点で取り扱いが面倒であるという問題があった。

一方、有気質汚泥のエネルギーを液体燃料すなわちオイ
ルとして回収する方法も行なわれている。この方法では
第５図と同じような装置を使用するが、回収エネルギー
として主としてチャーおよびオイルを得るために熱分解
温度は４００℃前後に調整される。

しかし、こうして得られた回収オイルは非常に粘度が高
くて多くは室温で固体となり、燃料として利用し難いも
のであった。

本発明はこうした点に鑑みなされたもので、有機質汚泥
を熱分解して主にオイルとチャーとしてエネルギーを回
収する方法において、オイル粘度を下げ、利用価値のあ
るものとして、オイルを得る熱分解方法を提供すること
を目的とするものである。

［課題の解決手段］本発明の第１のものは、有機質汚泥を乾燥後反応器内で
無酸素下２００〜６００℃に加熱して、ガス状生成物と
チャーにまで熱分解し、ガス状生成物は反応器のガス状
生成物出口から取り出して凝縮させて液体状燃料とし、
チャーは固体状燃料とする方法において、ガス状生成物
出口にガス冷却装置を設け、ガス冷却装置によってガス
状生成物の一部を凝縮させてオイル状となし、生じた凝
縮物を反応器内へ還流させてチャーと接触させ分解させ
ることを特徴とする有機質汚泥の熱分解方法である。

また、第２発明は、有機質汚泥を乾燥後反応器内で無酸
素下２００〜６００℃に加熱して、ガス状生成物とチャ
ーにまで熱分解し、ガス状生成物は反応器のガス状生成
物出口から取り出して凝縮させて液体状燃料とし、チャ
ーは固体状燃料とする方法において、反応器内の加熱部
を前段加熱部と後段加熱部に分け、前段加熱部と後段加
熱部の間に非加熱部もしくは冷却部を設け、非加熱部も
しくは冷却部によってガス状生成物の一部を凝縮させて
オイル状となし、生じた凝縮物を反応器内でチャーと接
触させ分解させることを特徴とする有機質汚泥の熱分解
方法である。

第１の発明において、ガス冷却装置内の温度は好ましく
は５０〜２００℃とする。また、ガス冷却装置内には各
種の充填剤を詰めるのが好ましい。

第２の発明において、反応器内の非加熱部もしくは冷却
部の温度は好ましくは２００℃以下とする。

非加熱部もしくは冷却部は好ましくは前記ガス状生成物
の出口付近に設ける。

前段反応器と後段反応器の間に、非加熱部もしくは冷却
部と中間加熱部とを交互にくり返し設置する。この場合
、反応器のガス状生成物出口は非加熱部もしくは冷却部
の最終段に設けるのが好ましい。

第１および第２発明ともに、反応管内でのｆり泥の滞留
時間は５〜１８０分であり、好ましくは１０〜３０分で
ある。

熱分解反応は無酸素下好ましくは酸素濃度２％以下の無
酸素下で行われる。

まず、第１発明の一実施態様を第１図に基づき説明する
。

乾燥させた汚泥を汚泥供給ホッパー（１）からスクリュ
ーフィーダー（３）により７′ｆ５泥投入管（４）に導
出する。この際の汚泥供給量はフィーダー（３）の可変
速モーター（２）により調整する。

汚泥投入管（４）に導入された汚泥は、径７５ｍｍ×長
さ１０００ｍｍの反応管（１０）の始端部に落下し、ス
クリューコンベヤ（９）によって反応管内を始端部から
終端部へ移動させられる。スクリューコンベヤは可変速
モーター（５）に変速機（７）を介して連結していて、
回転数コントローラ（６）によって所望の回転数に設定
できるようになされている。この回転数の設定によって
、反応管内での汚泥の滞留時間を調節することができる
。反応管内での汚泥の滞留時間は５〜１８０分であり、
好ましくは１０〜３０分である。

反応管（１０）の前段部および後段部には、温度コント
ローラー（１４）に接続している熱電対（１２）（１３
）が取り付けられていて、反応管壁の温度を測定する。

反応管（１０）には全長に亘って電気炉（１１）が外装
されている。温度コントローラー（１４）は、熱電対（
１２）（１３）からの測定信号に従って反応管（１０）
の加熱部壁の温度が設定値になるように、電気炉（１１
）を制御する。熱分解の反応温度は２００〜６００℃で
あり、好ましくは３５０〜４５０℃である。

反応管（ｌＯ）の長さ中央上部のガス状生成物出口（１
５）にはガス冷却装置（３１）が設けられている。

ガス冷却装置（３１）は温度コントローラー（８）によ
り熱雷対（２９）と熱交換器（３０）を通じて内部温度
を制御するようになされている。

上記構成の熱分解装置において、反応管内に投入された
汚泥は、電気炉（１１）で加熱され、熱分解を受けてチ
ャーとガス状生成物を生じる。

ここでガス状生成物とは、汚泥の熱分解により発生し、
反応器内ではガス状となっているものであって、主なも
のとしては高級炭化水素化合物（主としてオイルとなる
）、低級炭化水素化合物（メタン、エタン等）′、ＣＯ
２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｏ等よりなる。また、チャー
とはガス状生成物の発生後に残った炭素質固形物残漬で
あって、汚泥中に存在していた無機物等も含んでいる。

非凝縮性ガスとはガス状生成物のうち冷却により凝縮す
る高級炭化水素化合物およびＨ２Ｏを除いた他の室温で
は凝縮しないガスを示す。

発生したガス状生成物は反応管内を循環している非凝縮
性ガスによりガス状生成物出口（１５）に運ばれ、反応
管（１０）から導出され、ガス冷却装置ｆ　（３１）へ
導入されて冷やされる。その結果、ガス状生成物中の高
級炭化水素化合物のうち高沸点を持つ化合物はここで凝
縮し、液体状となり、凝縮液はガス冷却装置（３１）か
ら反応管内へ落下する。落下した高沸点化合物は反応管
内のチャーと接触し、チャーの持つ触媒能により低沸点
化合物に分解される。これらの低沸点化合物は、もとも
とガス状生成物に含まれていた低沸点化合物とともにガ
ス状生成物出口（１５）から流出し、ガス冷却装置（３
１）で凝縮されることなく、ガス状生成物管路（１６）
を経て凝縮器（１９）に達し、ここで水蒸気、ＮＨ，と
ともに、凝縮し、オイルと水になってオイル・水貯槽（
２０）に貯えられる。また、チャーは反応管（１０）の
終端部にあるチャー出口（２６）からチャー排出管（２
７）に導出され、チャー貯槽（８）に貯えられる。

ガス冷却装置（３１）は、高沸点化合物は凝縮させるが
低沸点化合物は凝縮させない温度に制御される。ガス冷
却装置（３１）の好ましい温度範囲は６０〜２００’で
ある。これはガス状生成物中に含まれる水蒸気による水
蒸気蒸留作用によって炭化水素化合物の沸点が低下する
ため、このような低温にして高沸点化合物を凝縮させて
いる。また、ガス冷却装置（３１）の内部には金網、ラ
シヒリング等有機化合物を精留する際に一般に使用され
る充填物を詰め、冷却効率を向上させることができる。

ガス冷却装置（３１）の設置位置としては、汚泥がある
程度熱分解を受けている位置より後流で、ナヤーの出口
より前流にすることが好ましい。

ＲｖＪの凝縮器（１９）を通過したガスは第２の凝縮器
＜１９）およびオイル・水貯槽（２ｏ）に通きれ、先金
に凝縮される。このようにして生じた非凝縮性ガスは、
一部は非凝縮性ガス管路（２２）を経て汚泥投入管（４
）を介して反応管（１ｏ）の始端部に循環させられ、ま
た一部は非凝縮性ガス管路（２３）を経てチャー排出管
（２６）を介して反応管（１０）の終端部に循環させら
れ、余剰分は非凝縮性ガス出口（２１）から排出される
。非凝縮性ガスの循環はエアーポンプ（２４）（２５）
によって行なわれる。

つぎに、第３図を基に第２発明の一実施態様について詳
しく説明する。

乾燥させた汚泥を汚泥供給ホッパー（１）がらスクリュ
ーフィーダー（３）により汚泥投入管（４）に導出する
。この際の汚泥供給量はフィーダー（３）の可変速モー
ター（２）により調整する。

汚泥投入管（４）に導入された汚泥は、径７５ｍｍＸ長
さ１０００ｍｍの反応管（ｌＯ）の始端部に落下し、ス
クリューコンベヤ（９）によって反応管内を始端部から
終端部へ移動させられる。スクリューコンベヤは可変速
モーター（５）に変速機（７）を介して連結していて、
回転数コントローラ（６）によって所望の回転数に設定
できるようになされている。この回転数の設定によって
、反応管内での汚泥の滞留時間を調節することができる
。反応管内での汚泥の滞留時間は５〜１８０分であり、
好ましくは１０〜３０分である。

反応管（１０）の前段部および後段部には、温度コント
ローラー（１４）に接続している熱雷対（１２）（１３
）が取り付けられていて、反応管壁の温度を測定する。

反応管（１０）には前段部に前段電気炉（１１ａ）が外
装されるとともに、後段部に後段電気炉（ｌｌｂ）が外
装され、前段加熱部（１０ａ）と後段加熱部（１０ｂ）
の間に非加熱部（１０ｃ）が設けられている。温度コン
トローラー（１４）は、熱電対（１２）　（１３）から
の測定信号に従って反応管（１０）の加熱部壁の温度が
設定値になるように、前段電気炉（１ｘａ）および後段
電気炉（ｌｌｂ）を制御する。

熱分解の反応温度は２００〜６００’Ｃであり、好まし
くは３５０〜４５０℃である。反応管の非加熱部（１０
ｃ）には熱電対（Ｉ７）が取り付けられていて、温度表
示器（１８）でその温度が表示される。この温度は２０
０℃以下が好ましいので、非加熱部（１０ｃ）の外壁に
空冷用のフィンを取り付けてこれで同外壁を冷却する。

また同外壁を熱媒体により直接冷却することもできる。

上記構成の熱分解装置において、反応管内に投入された
ｔり泥は、まず前段加熱ｔｊ５　（１［１ａ）で加熱さ
れ、熱分解を受けてチャーとガス状生成物を生じる。

ここでガス状生成物とは、汚泥の熱分解により発生し、
反応器内ではガス状となっているものであって、主なも
のとしては高級炭化水素化合物（主としてオイルとなる
）、低級炭化水素化合物（メタン、エタン等）　、Ｃ０
２、ＮＨ３、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｏ等よりなる。また、チャー
とはガス状生成物の発生後に残った炭素質固形物残漬て
あって、？１３泥中に存在していた無機物等も含んでい
る。非凝縮性ガスとはガス状生成物のうち冷却により凝
縮する高級炭化水素化合物およびＨ２Ｏを除いた他の室
温では凝縮しないガスを示す。

発生したガス状生成物は反応管内を循環している非凝縮
性ガスにより非加熱部（ＬＯｃ）に運ばれ、ここで冷や
される。その結果、ガス状生成物中の高級炭化水素化合
物のうち高沸点を持つ化合物はここで凝縮し、液体状と
なり、反応管内のチャーと接触する。液体状となった上
記高沸点化合物は非加熱部（ｔｏｅ）においてもチャー
の持つ触媒能により低沸点化合物に一部分解されるが、
大部分は後段加熱部（１，Ｏｂ）で低沸点化合物に分解
される。後段加熱部（１０ｂ）ではチャーが熱分解を受
け、ガス状生成物を発生する。

このガス状生成物は前段加熱部（１０ａ＞と同様に非凝
縮性ガスにより非加熱部（１０ｃ）に運ばれ、ここで高
沸点化合物が凝縮し、分解がくり返される。

分解により生じた低沸点化合物や、ガス状生成物にもと
もと存在した低沸点化合物は、非加熱部（１０ｃ）で凝
縮することなく、ガス状生成物出口（１５）から流出し
、ガス状生成物管路（１６）を通り、凝縮器（１９）に
よって水蒸気やＮＨ３とともに凝縮し、オイルと水にな
ってオイル・水貯１’！　（２０）に貯えられる。また
、チャーは後段加熱部（１０ｂ）の終端部にあるチャー
出口（２６）からチャー排出管（２７）に導出され、チ
ャー貯槽（２８）に貯えられる。

非加熱部（１０ｃ）は、高沸点化合物は凝縮させるが低
沸点化合物は凝縮させない温度に制御され、この温度は
２００℃以下が好ましい。これはガス状生成物中に含ま
れる水蒸気による水蒸気蒸留作用によって炭化水素化合
物の沸点が低下するため、このような低温によって高沸
点化合物を凝縮させている。ガス状生成物出口（１５）
の取付位置は前後加熱部（１０ａ）　（１０ｂ）でもよ
いが、非加熱部（１０ｃ）にする方が効果的で好ましい
。

最初の凝縮器（１９）を通過したガスは第２の凝縮器（
１９）およびオイル中水貯槽（２０）に通され、完全に
凝縮される。このようにして生じた非凝縮性ガスは、一
部は非凝縮性ガス管路（２２）を経て汚泥投入管（４）
を介して反応管（１０）の始端部に循環させられ、また
一部は非凝縮性ガス管路（２３）を経てチャー排出管（
２６）を介して反応管（１０）の終端部に循環させられ
、余剰分は非凝縮性ガス出口（２１）から排出される。

非凝縮性ガスの循環はエアーポンプ（２４）　（２５）
によって行なわれる。

第３図では、非加熱部（ｌｏｃ）は１カ所だけ設けられ
ているが、前段加熱部と後段加熱部の間に、非加熱部も
しくは冷却部と中間加熱部とを交互にくり返し設置する
こともできる。この場合、後段加熱部はチャー中に存在
するオイルを蒸発させる働きをする。また、非加熱部を
２カ所以上設けた場合は、ガス状生成物出口は最後段の
非加熱部に設けることが好ましい。

［発明の効果］以上述べたように、第１発明によればガス状生成物出口
にガス冷却装置を設け、また第２発明によれば反応器内
の加熱部を前段加熱部と後段加熱部に分けるとともに前
段加熱部と後段加熱部の間に非加熱部もしくは冷却部を
設けるので、汚泥の熱分解によって発生したガス状生成
物の一部をガス冷却装置または非加熱部もしくは冷却部
で凝縮させてオイル状とし、これを反応管内でチャーと
接触させて分解させることができる。そのため生成オイ
ル中の高沸点オイル成分を減少させるとともに室温でも
液体状とすることができる。さらに、オイルの動粘度を
低下させ、オイル中の夾雑物を減少させ、オイル品質を
向上させることができる。そして、このようにオイルの
品質を向上させることによって、従来はエネルギー資源
として有効に利用されなかった有機質汚泥から産業上利
用可能なオイルとしてエネルギーを回収することができ
る。

［実　施　例］つぎに、本発明の実施例および従来法を示す比較例を挙
げる。

実施例１第１図に示した装置を用い、ガス冷却装置（３１）内に
３ｍｍ目の金網を４枚充填し、十分に乾燥させた下水混
合汚泥を粉砕かつ篩分したもの（０，３〜５ｍｍ）３ｋ
ｇを汚泥供給ホッパー（１）に供給し、汚泥供給速度０
．３５ｋｇＤＳ／ｈ、汚泥滞留時間３０分、反応温度４
３０℃、ガス冷却装置内温度４５０℃、循環ガス流速０
．２１／分Ｘ２カ所、凝縮器冷却温度１０℃の条件で熱
分解を行なった。得られたオイル、チャーおよび水分の
分析結果を表１に示す。またオイルの分留性状を第４図
に示す。

比較例１第１図に示した装置のガス冷却装置（３１〉を取り除き
、ガス状生成物出口（１９）をガス状生成物管路（２０
）に直接接続し、実施例１で同一条件で熱分解を行なっ
た。得られたオイル、チャーおよび水分の分析結果を表
１に併記する。またオイルの分留性状をやはり第２図に
示す。

表１から明らかなように、ガス冷却装置を設けていない
比較例１で得られたオイルは、流動点２７℃、動粘度５
０ｃＳｔで室温で固形であったが、実施例１の如くガス
冷却装置を設けることにより、これは流動点１１℃、動
粘度３０Ｃ９ｔに改良され、室温で液体状となった。ま
た、分留性状をボす第２図から判るように、比較例１で
はｉ２ｉ温度煩域にかなりのオイルが残存しているが、
実施例１では高温度領域のオイルは減少し、低温度領域
のオイルが増加している。

このことはガス冷却装置の設置により、高沸点オイルの
分解が進行したことを示している。

表１動粘度は４０℃で測定した。

実施例２第３図に示した装置を用い、十分に乾燥させた下水混合
汚泥を粉砕かつ篩分したもの（０゜３〜５ｍｍ）３ｋｇ
を汚泥供給ホッパー（１）に供給し、汚泥供給速度０．
３５ｋｇＤＳ／ｈ、汚泥滞留時間３０分、加熱部温度４
３０°Ｃ１非加熱部温度１２０℃、循環ガス流速０．２
（！／分×２カ所、凝縮器冷却温度１０℃の条件で熱分
解を行なった。得られたオイル、チャーおよび水分の分
析結果を表２に示す。またオイルの分留性状を第４図に
示す。

比較例２第３図に示した装置の反応管（１０）の全長を電気炉で
加熱し、実施例２で同一条件で熱分解を行なった。得ら
れたオイル、チャーおよび水分の分析結果を表２に併記
する。またオイルの分留性状をやはり第４図に示す。

表２から明らかなように、非加熱部を設けていない比較
例２で得られたオイルは、流動点２７℃、動粘度５０ｃ
Ｓｔで室温で固形であったが、実施例２の如く非加熱部
を設けることにより、これは流動点１２℃、動粘度３３
ｃＳｔに改良され、室温で液体状となった。また、分留
性状を示す第４図から判るように、比較例２では高温度
領域にかなりのオイルが残存しているが、実施例２では
高温度領域のオイルは減少し、低温度領域のオイルが増
加している。このことは非加熱部を設けることにより、
高沸点オイルの分解が進行したことを示している。

表２動粘度は４０℃で測定した。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図はいずれも本発明の実施例を示すフ
ローシート、第２図および第４図は温度と残存率の関係
を示すグラフ、第５図は従来技術を示すフローシートで
ある。（１０）−・・反応管、（ｌＯａ）−・・前段加熱部、
（１０ｂ）・・・後段加熱部、（１０ｃ）・・・非加熱
部、（ｌｌａ）・・・前段電気炉、（ｌｌｂ）・・・後
段電気炉、（１１）・・・電気炉、（１５）・・・ガス
状生成物出口、（３１）・・・ガス冷却装置。以上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）有機質汚泥を乾燥後反応器内で無酸素下２００〜
６００℃に加熱して、ガス状生成物とチャーにまで熱分
解し、ガス状生成物は反応器のガス状生成物出口から取
り出して凝縮させて液体状燃料とし、チャーは固体状燃
料とする方法において、ガス状生成物出口にガス冷却装
置を設け、ガス冷却装置によってガス状生成物の一部を
凝縮させてオイル状となし、生じた凝縮物を反応器内へ
還流させてチャーと接触させ分解させることを特徴とす
る有機質汚泥の熱分解方法。
（２）有機質汚泥を乾燥後反応器内で無酸素下２００〜
６００℃に加熱して、ガス状生成物とチャーにまで熱分
解し、ガス状生成物は反応器のガス状生成物出口から取
り出して凝縮させて液体状燃料とし、チャーは固体状燃
料とする方法において、反応器内の加熱部を前段加熱部
と後段加熱部に分け、前段加熱部と後段加熱部の間に非
加熱部もしくは冷却部を設け、非加熱部もしくは冷却部
によってガス状生成物の一部を凝縮させてオイル状とな
し、生じた凝縮物を反応器内でチャーと接触させ分解さ
せることを特徴とする有機質汚泥の熱分解方法。