JPH0775718B2

JPH0775718B2 - 汚泥油化反応器

Info

Publication number: JPH0775718B2
Application number: JP6723086A
Authority: JP
Inventors: 明鈴木; 宏内山; 忠中村; 日出夫中村
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1986-03-27
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPS62225585A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は活性汚泥処理装置などの微生物処理装置から発
生する余剰汚泥等の有機性汚泥を高温高圧の条件下で熱
化学的に反応させ、可燃性液体を得るとともに該汚泥の
処理を行い、かつ当該可燃性液体を前記熱化学的反応の
熱エネルギー源や電気エネルギー源として用いる、汚泥
油化装置に関するものである。

〔従来の技術〕

各種の微生物処理装置から発生する余剰汚泥等の有機性
汚泥を処理する方法の一つとして、汚泥油化技術が提案
されている。

すなわち有機性汚泥を高温高圧の条件下で熱化学的に反
応せしめ、バイオマスから燃料油を得る技術である。

従来からこの種の技術として下水汚泥から、アスファル
トと燃料油を得る装置が提案（EPA Project Summary EP
A−600/S2−81−242 Dec,1981）されているが、概念的
なフローだけであり、具体的な反応器型式、形状等の記
述は全くなされていない。

一方、木材から燃料油を得るという研究が、米国鉱山局
で行われており、ベンチスケール規模の実験が行われて
いる。同方法における反応器は完全混合型反応器（CST
R）であり、その前段にプレヒータとして掻面式予熱器
を設置している。プレヒータ、反応器に送り込まれる木
材はあらかじめオイルスラリー化（Wood:Oil＝2:8）又
は酸加水分解等の前処理により流動性をもたせている。

〔解決しようとする問題点〕

従来から提案されている第１図に示した掻面式熱交換型
汚染油化反応器６においては、外周にジャケット管Ｊを
設け、ジャケット管Ｊ内に後述する熱媒体８を流入し、
反応器６の内部全域にスクレーパＢを設けており、それ
で内壁面を掻き取ることにより、伝熱係数の増加ならび
に閉塞防止を図っている。しかしながら、本発明者らの
実験によれば、同反応器の前段部すなわち温度の低い未
反応部に汚泥が閉塞し、圧入装置の吐出圧力が異常に上
昇するというトラブルを経験している。本現象は汚泥中
に含まれる繊維状物質（下水汚泥の場合には、髪の毛
等）が、スクレーパ自身にからまりついて、これが成長
して閉塞をひきおこしたものと考えられる。

本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、有機性汚泥を高温高圧下の条件下で熱
化学的に反応せしめ、可燃性液体を得る技術において、
閉塞問題等のトラブルを起こさず、長時間安定して有機
性汚泥を処理する汚泥油化反応器を提供するところにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は汚泥油化反応器において、該油化反応器の内部
の後段部にはスクレーパを、その前段部にはスクリュ機
構をそれぞれ設置し必要に応じて、反応器の出口部から
入口部へ循環ラインを設けることを特徴とする汚泥油化
反応器に関するものである。

〔作用〕

以下に本発明の詳細を図面に示す実施態様を用いて説明
する。

第２図は本発明に係る汚泥油化反応のフローを示す説明
図であり、有機性汚泥１をまず脱水装置２例えば遠心分
離機、ベルトプレス式脱水機などにより予かじめ脱水
し、当該脱水汚泥３を圧入装置４により予熱部5Aと反応
部5Bを有する反応器６に供給する。なお有機性汚泥に余
り多量の水分が含まれていると後述する熱科学的反応に
おいて多量の熱量を消費するので、当該脱水装置２で水
分含有率80％以下に脱水することが望ましい。さらに後
述する熱化学的反応において有機性汚泥にアルカリ成分
を共存させた方が反応効率がよく進むので、有機性汚泥
に予かじめ炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、ギ酸ナトリ
ウム、ギ酸カリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウ
ム、石灰などのアルカリ成分を添加することが好まし
い。前述の圧入装置４としては高圧スラリーポンプは当
然使用できるが、かなり高下にて脱水汚泥を供給せねば
ならないので、以下に説明するシリンダーとピストンを
組み合わせた圧入装置を使用した方が好ましい。

すなわち第３図に示したごとくピストン32を内蔵したシ
リンダー33を設置するとともに水位計34A,34Bを付設し
た水槽35を設置し、当該水槽35の下方部のシリンダー33
の上方部とを例えば往復動ポンプ36を介して配管37で連
通し、シリンダー33の下方部に脱水汚泥の供給管38と排
出管39を連通したものである。

第３図に示した圧入装置４の操作は、まず図に示したご
とくピストン32の上方部に水を満たした状態で弁40、41
を開口して供給ポンプ42を駆動して脱水汚泥３を供給管
38からシリンダー33の下方部から流入する。当該流入に
伴いピストン32が上昇し、かつピストン32の上部の水は
配管37、弁41を介して水槽35内に流入する。当該水槽35
内の水位は供給した脱水汚泥３の容量に応じて上昇する
ので、当該水位が水位計34Aに達した点で脱水汚泥３の
供給を止める。次いで弁41、40を閉じ往復動ポンプ36を
駆動して、水槽35内の水を圧入し、ピストン32を介して
シリンダー33内の圧力を加圧する。次いでシリンダー33
内の圧力を充分に高めた後、弁43を開口しシリンダー33
内の脱水汚泥３を水およびピストン32を介して圧入す
る。当該圧入に伴いピストン32が下降しシリンダー内の
脱水汚泥３は後述する反応器６に供給される。なお水槽
内の水位が水位計34Bに達した点で圧入を止め、前述し
た操作を繰り返す。

圧入装置４として以上のような装置を用いれば、高圧で
脱水汚泥を供給することができ、かつ製造コストも安価
であり操作が簡単で自動制御も容易であるという利点を
有している。

反応器６には掻面式熱交換器を用いることができ前段の
予熱部5Aは後述する冷却器７によって熱を与えられた熱
媒体８を用いて脱水汚泥３を間接的に予熱するものであ
り、後段の反応部5Bは後述する第１熱交換器24により加
熱された熱媒体８により間接的に脱水汚泥３を加熱する
もので、通常250℃〜350℃の温度および当該温度の水蒸
気圧力に相当する圧力あるいはそれ以上の圧力で有機性
汚泥３を熱化学的に反応させるものである。

このように有機性汚泥を高温高圧で処理するとバイオマ
スが熱化学的に変成し、種々の可燃性液体が生成すると
同時に流動性が極めて良好なものに変化する。次いで反
応器６を経た固形物と可燃性液体との混合物スラリー９
を加圧状態のまま冷却器７に供給し、熱媒体８により間
接的に冷却する。なお冷却することにより熱が与えられ
た熱媒体８を前記予熱部5Aの熱源として用いることによ
り、反応器６により与えた熱を効果的に回収する。なお
冷却器７としては薄膜流下式熱交換器、満管熱交換器、
掻面式熱交換器等を用いることができるが当該混合物ス
ラリー９は流動性が極めて良好なので、熱効率の最もす
ぐれている薄膜流下式熱交換器を用いるのが望ましい。

このようにして冷却した混合物スラリー９を次いで大気
開放装置10に供給し、加圧下の状態から常圧下の状態と
する。

ここに用いる大気開放装置10は例えば冷却器７から混合
物スラリー９を受ける受槽と当該受槽の下部に設けたレ
ッドダウンバルブを用いることもできるが、第４図に示
したような装置を用いることが望ましい。

すなわち上部および下部にたとえばボール弁44A、44B、
44C、44Dを有する複数の受入槽45A、45Bと窒素、アルゴ
ン、ヘリウム等の不活性ガスボンベ46とガス貯留タンク
47とからなり、これらを第４図に示したように各弁48〜
55と背圧弁56、57とを介して各配管で連通したものであ
る。

第４図に示した大気開放装置10の操作は、まず弁54およ
び弁49を開口して不活性ガスボンベ46から不活性ガスを
受入槽45Aに流入し、受入槽45Aの圧力を冷却器７の圧力
とほぼ等しくしておく。なおこの操作は最初だけ必要で
あり、後述するごとくその後は必要としない。次にボー
ル弁44A、弁48、弁52を開口して冷却器７からの混合物
スラリー９を受入槽45Aに受け入れる。当該受け入れに
伴い受入槽45Aから排出される不活性ガスは弁48、背圧
弁56、弁52を介して受入槽45Bに流入する。またこの際
不活性ガスは背圧弁56を通過するので、当該背圧弁56の
作動圧力を冷却器７の圧力と等しくしておくことによ
り、不活性ガスを徐々に受入槽45Bに流入させることが
できる。

このような操作により受入槽45Aに規定量の混合物スラ
リー９を受け入れた後、弁48は開口したままボール弁44
A、弁52を閉じ、弁51を開口する。このようにすると受
入槽45Aと受入槽45Bの圧力は弁48、弁51を介して不活性
ガスが通じ合うので均等となる。次いでボール弁44Cを
開口して混合物スラリー９を受入槽45Bに受けいれる操
作を開始する。一方受入槽45A側では弁48を閉じ、弁50
を開口し、受入槽45Aの上方部に残留する少量の加圧不
活性ガスを貯留タンク47に流入し、余剰不活性ガスを背
圧弁57を介して外部へ放出する。なお反応器６によって
脱水汚泥を反応させた場合、種々のガスも発生するの
で、前述の放出の際に必要に応じて脱臭処理を行うこと
が望ましい。当該背圧弁57の作動圧力をたとえば5Kg/cm
²Gとしておけば、本工程によって受入槽45Aの上方部に
は5Kg/cm²Gの加圧不活性ガスが残留することとなる。次
いでボール弁44Bを開口することにより前述の5Kg/cm²G
の残留ガスの圧力により混合物スラリー９を外部、すな
わち後述する浮上分離槽11に送給することができる。

受入槽45Aの混合物スラリー９の排出が終了したら、弁5
0を閉じ、弁49を開口して前記の受入槽45Bにおける混合
スラリー９の受け入れに伴い受入槽45Bから排出される
不活性ガスを弁51、背圧弁56、弁49を介して受入槽45A
に流入する。またこの際も同じように不活性ガスは背圧
弁56を通過するので、前述したごとく徐々に受入槽45A
に流入させることができる。次いで前述したと同様に、
受入槽45Bに規定量の混合物スラリー９を受け入れた後
弁51は開口したままボール弁44C、弁49を閉じ、弁48を
開口する。この操作により両槽の圧力を等しくした後、
ボール弁44Aを開口し、混合物スラリー９を受入槽45Aに
受け入れる操作を開始する一方、受入槽45B側では弁53
を開口して受入槽45Bの上方部に残留する少量の加圧不
活性ガスを貯留タンク47に流入し、余剰ガスを背圧弁57
を介して外部へ放出し、続いてボール弁44Dを開口して
混合物スラリー９を後述する浮上分離槽11に送給する。
このように第４図に示した大気開放装置10は複数の受入
槽に順次混合物スラリー９を受け入れ、受け入れに伴っ
て排出される不活性ガスを他の受入槽で回収するもので
ある。

大気開放装置10として以上説明したようなものを用いれ
ば、比較的簡単な構造で高圧下の冷却器７内の混合物ス
ラリー９を大気圧下に降圧することができ、かつ不活性
ガスの消費量もわずかである。

このような大気開放装置10によって送給される混合物ス
ラリー９を続いて浮上分離槽11に送給し、混合物スラリ
ー９中の可燃性液体から特に水に浮く一部の可燃性液体
である油状物質12を選択的に回収する。なお水に浮く一
部の可燃性液体が液中の固形物に付着している場合は、
浮上分離槽11に供給する前に攪拌するとよい。なお浮上
分離槽11としては槽内に単に混合物スラリー９をある時
間滞留させ、浮上する油状物質12をスキマー等で掻き取
るもの、あるいはいわゆる簡単な構造のオイルセパレー
タ等を用いることができる。浮上分離槽11によって油状
物質12を除いた混合物スラリー９を次いで抽出槽13に送
り、後述する溶剤回収装置20で回収した溶剤14を加え充
分に攪拌し、混合物スラリー９中の可燃性液体を抽出す
る。当該抽出槽13としては混合物スラリー９と溶剤14と
を必要かつ充分に接触できるものであればどのような型
式のものでもよく、混合物スラリー９と溶剤14との混合
物を槽内で攪拌する簡単なものでも差し支えない。

なお用いる溶剤14としては混合物スラリー９中の全ての
可燃性液体を可及的に抽出可能で、かつ蒸発回収しやす
いものが好ましく、通常はベンゼン、トルエン、アセト
ン、塩化メチレン等を用いる。

抽出槽13からバッチ式にあるいは連続的に得られる混合
物15を次いで三相分離機16に送給し、ここで廃水17と固
形物18と抽出物19とに分離する。当該三相分離機16はい
わゆる遠心分離機であって、比重の異なる廃水17と固形
物18と抽出物19とをそれぞれ遠心作用によって分離する
もので公知のものを用いることができる。当該三相分離
機16によって得られる抽出物19を次いで溶剤回収装置20
に送給し、ここで後述する第２熱交換器25で加熱した熱
媒体８で間接的に加熱し、溶剤14を蒸発させ、蒸発残渣
である可燃性液体21を回収する。なお図面では溶剤回収
装置20から回収した溶剤14を直接抽出槽13に供給してい
るが、実際は溶剤回収装置20から得られる気体状の溶剤
を冷却器（図示せず）で冷却液化し、液状の溶剤14とし
て回収するものである。

22は加熱炉であって、溶剤回収装置20から回収した可燃
性液体21、あるいは浮上分離槽11から回収した油状物質
12を燃料として用いるもので、これらの燃焼を燃焼させ
ることにより得られる熱風23を第１熱交換器24に供給し
て、前記反応部5Bに用いる熱媒体８を加熱し、次いで当
該熱風23を続いて第２熱交換器25に供給して前記溶剤回
収装置20で用いる熱媒体８を加熱する。なお26は排ガス
であり、27は燃焼用空気、28は燃焼灰を示す。

なお第２図に示したフローにおいて大気開放装置10から
得られる混合物スラリー９を浮上分離槽11に供給し、あ
らかじめ油状物質12を選択的に回収しているが、本工程
を省略し、大気開放装置10から得られる混合物スラリー
９を直接抽出槽13に供給し、存在する可燃性液体の全て
を抽出しても差し支えない。なおこのように油状物質12
の回収工程を省略すると溶剤14の使用量が若干増加する
とともに、溶剤回収装置20から得られる可燃性液体21中
には前述の油状物質12も含まれることとなる。

第５図は本発明に係る汚泥油化反応の他の実施態様のフ
ローを示す説明図であり、浮上分離槽11によって油状物
質12を回収する工程までは第２図と全く同様なので説明
を省略する。当該浮上分離槽11によって油状物質12を除
いた混合物スラリー９を次いで遠心分離機などのような
固液分離機29に送り、ここで混合物スラリー９中の固形
物18を除く。固形物を除いた混合溶液30を続いて抽出装
置31に供給し、溶剤回収装置20で回収した溶剤14を加
え、混合溶液30中の可燃性液体を抽出する。第５図に図
示したフローにおいて用いる抽出装置31としては固形物
18を予かじめ除去しているので、溶剤14と混合溶液30と
を向流接触させるものを用いた方が効率よく、混合溶液
30より比重の大きい溶剤を用いる時は、図に示したごと
く溶剤14を上方から下降流で流すとともに、混合溶液30
を下方から上昇流流し、また混合溶液30より比重の小さ
い溶剤を用いる時は上下方向を逆として、いずれも向流
接触させるとよい。このようにして得られる抽出物19を
溶剤回収装置20に供給するもので、他は第２図と同様な
フローなので説明を省略する。なお第５図に示したフロ
ーでは固液分離機29で得られる固形物18の多少の可燃性
液体が付着するので、当該固形物18も加熱炉22の燃料と
して用いた方が好ましい。また第２図と同じように浮上
分離槽11を省略することもできる。

また第２図に示した浮上分離槽11、抽出槽13、三相分離
機16、溶剤回収装置20、第２熱交換器25および第５図に
示した浮上分離槽11、固液分離機29、抽出装置31、溶剤
回収装置20、第２熱交換器25等は、可燃性液体を回収す
る装置に相当するが、特にこれらの組み合わせとする必
要はなく、要は混合物スラリー９中から可燃性液体を効
果的に回収できるものであればどんなものでもよい。

上記の掻面式油化反応器（図１）は反応器前段部の未反
応汚泥による閉塞問題等のトラブルが発生し、問題とな
るが、本発明では該反応器の内部の後段部（反応部5B）
にはスクレーパを、その前段部（予熱部5A）にはスクリ
ュ機構をそれぞれ設置しているので、このスクリュ機構
により脱水汚泥３に熱を与えるとともに流動性の悪い脱
水汚泥を強制的にスクレーパ側に移動させこれにより反
応器前段部での往々にしてみられた閉塞等のトラブルが
有効に解消される。これと同時に反応器後段部に移動し
熱を浮けて流動性の向上した脱水汚泥はスクレーパによ
り効率的に熱を与えられ、熱化学的反応が行なわれる。
その際、反応器後段部の出口から前段部へ循環ラインを
設ければ反応を終了し流動性の非常に良くなった反応物
が一部循環されるため、更に反応器前段部での閉塞防止
の効果が一層顕著となる。この循環量はスクリュの回転
数を変えることにより制御可能である。

〔実施例〕

第６図に示すように熱交換型油化反応器６の外部にそれ
ぞれジャケット管Ｊを設けるとともに、それぞれに熱媒
体８を入流し、その内部の後半部にはスクレーパＢを、
その前段部にはスクリュ機構Ａをそれぞれ設備したもの
で、反応器６の入口部Ｃの側、すなわち反応前段部では
スクリュ機構Ａにより入口部Ｃより反応器６に装入され
た脱水汚泥に熱を与えるとともに効率的に移動させ反応
器６の出口部Ｄの側、すなわち反応後段部ではスクレー
パＢによって該汚泥掻面式熱式交換器を有効に働かせる
ようにしている。上記のスクレーパＢおよびスクリュ機
構Ａの回転軸は共通軸として反応器６の前段部に突出し
モータＭで駆動するようにしてある。

なお、反応器６内の脱水汚泥が200℃程度に加熱される
もでをスクリュ機構Ａを設備した予熱部5A、それ以降を
スクレーバＢを設備した反応部5Bとすることが望まし
い。

第７図は反応器出口部Ｄから反応器６前段部の入口部Ｃ
と併設もしくは対向して導入されている循環ラインＥを
設けている以外は第６図の場合と同一である。

〔発明の効果〕

本発明の汚泥油化反応器において従来の汚泥油化反応器
における内部に設備してあるスクレーパの前段部構造を
スクリュ機構にすることにより、反応器前段部での未反
応汚泥による閉塞をスクリュ機構により回避しながら全
体としてスクレーパによる掻面式熱交換器の特徴を発揮
するもので、これにより油化反応器の入口付近の閉塞問
題がなくなり、安定した連続運転が期待できる等の工業
的価値大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来公知の掻面式熱交換型油化反応器の説明
図、第２図は油化反応器を用いた汚泥油化反応のフロー
を示す説明図、第３図は第２図における圧入装置のフロ
ーを示す説明図、第４図は第２図における大気開放装置
のフローを示す説明図、第５図は第２図とは別の装置を
示したフロー説明図、第６図および第７図は本発明の各
実施例を示したスクリュ機構を併設した掻面式熱交換型
油化反応器の説明図である。６……油化反応器Ａ……スクリュ機構Ｂ……スクレーパＥ……汚泥循環ライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村日出夫東京都文京区本郷５丁目５番16号オルガノ株式会社内 (56)参考文献特開昭62−136299（ＪＰ，Ａ) 特表昭61−500654（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚泥を高温高圧の条件下で熱化学的
に反応せしめ、汚泥から可燃性液体を得るとともに該汚
泥の処理を行う汚泥油化装置において、その熱交換型油
化反応器の内部の後段部にはスクレーパを、前段部にス
クリュ機構をそれぞれ設備したことを特徴とする汚泥油
化反応器。
【請求項２】反応器出口部から入口部へ循環ラインを設
けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の汚泥
油化反応器。