JPH0780000B2

JPH0780000B2 - 汚泥油化装置

Info

Publication number: JPH0780000B2
Application number: JP7839385A
Authority: JP
Inventors: 宏内山; 小鍛治高橋; 吉久坂本; 明鈴木
Original assignee: Organo Corp
Current assignee: Organo Corp
Priority date: 1985-04-15
Filing date: 1985-04-15
Publication date: 1995-08-30
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: JPS61238399A

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、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ひとつとして、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（EPAProject Summary EPA
−600/S2−81−242 Dec,1981）されている。

この装置は、第３図に示すフローに基づくもので、有機
性汚泥Ａを遠心分離機Ｂである程度に脱水し、当該脱水
汚泥Ｃを高圧スラリーポンプＤにより加圧し、まず、後
述する反応器Ｆにより反応させた直後の高温の混合物ス
ラリーＧを熱源として予熱器Ｅで予熱し、当該予熱した
脱水汚泥Ｃを反応器Ｆに供給するものである。当該反応
器Ｆは、バイオマスを高温高圧の条件下で反応させてア
スファルトと燃料油に変換するもので、通常脱水汚泥を
250℃〜350℃の温度および当該温度の水蒸気圧以上の圧
力で反応させるものである。このような反応により得ら
れる固形物と燃料油との混合物スラリーＧを、加圧下の
条件のまま前述した予熱器Ｅに循環して、ここで間接的
に熱交換した後、気液分離器Ｈに供給して大気圧下に開
放する。当該気液分離器Ｈにおいて、混合物スラリーＧ
を大気圧下に開放すると、当該混合物スラリーＧが高温
のため沸騰し、一部の水分と燃料油が蒸発する。次い
で、当該蒸気を冷却器Ｉにより冷却して液化し、当該液
体を遠心分離機Ｊで処理し、排水Ｋと燃料油Ｌとに機械
的に比重分離を行う。一方、気液分離器Ｈにおいて蒸発
せずに残留した混合物スラリーＧを遠心分離機Ｍにより
処理し、排水Ｎと固形物Ｏとに分離する。次いで、当該
固形物Ｏを抽出器Ｐに供給するとともに、後述する蒸留
器Ｓと蒸発器Ｖとから回収される有機溶媒Ｑを加えて、
ここで固形物Ｏ中のアスファルト成分を抽出し、当該抽
出物Ｒを蒸留器Ｓに供給して有機溶媒Ｑを回収するとと
もにアスファルトＴを得る。一方抽出器Ｐの残渣Ｕを蒸
発器Ｖに供給して、残渣Ｕに付着している有機溶媒を回
収するとともに反応残渣Ｗを得る。

提案されているアスファルトと燃料油を得る方法のフロ
ーは、大略すると以上の通りであり、反応残渣Ｗを前記
反応器Ｆにおける熱源として用いるものである。

なお、得られるアスファルトは、アスファルトとしての
本来の用途として用いる。

［発明が解決しようとする課題］従来から提案されている第３図に示した汚泥油化装置に
おいては、反応器Ｆから得られる反応物スラリーＧ中に
含まれる可燃性液体は、比較的低温度で気化しやすく、
また、次いで液化したものは比重差で分離が可能な、い
わゆる油状物質のみしか存在していないと考えられてお
り、したがって、冷却器Ｉで液化した液体中の油状物質
を遠心分離機Ｊで比重分離し、残留する排水Ｋを系外に
除いている。さらに、生産されたアスファルト成分は、
気液分離器Ｈで蒸発しなかった反応物スラリーＧ中の固
形物に付着していると考えられており、遠心分離機Ｍで
固形物とともにアスファルト成分を回収し、同じように
排水Ｎを系外に除いている。しかしながら、本発明者等
の実験によれば、反応物スラリーＧ中には低温度では気
化しにくく、アスファルト成分などと相違して水に溶解
しやすく、かつ、燃料として充分使用できる可燃性液体
が多量に存在すること、および気化したものであっても
それを液化後比重差分離が困難な可燃性液体が存在する
ことを知見した。たとえば、標準活性汚泥法の下水処理
場から排出される混合生汚泥をある程度脱水し、これに
アルカリ成分として乾燥固形物当たり５重量％の炭酸ナ
トリウムを添加し、オートクレーブを用いて320℃で１
時間密閉反応させた例では、反応後、反応物を室温まで
冷却し、これを分液ロートに採取して１昼夜静置する
と、表面に小量の油状物質が浮上するが、しかし残りの
反応物に有機溶媒として塩化メチレンを加え、残留する
可燃性液体を抽出すると、全可燃性液体に対して前述の
浮上した油状物質は約17％程度であり、他の約83％の可
燃性液体は浮上せずに反応液中に存在することが実験に
より確認されている。したがって、第３図に示したごと
き従来のフローにおいては、このような気化しにくく、
かつ、水に溶解しやすい可燃性液体は、遠心分離機Ｍに
よって分離が不可能であり、排水Ｎ中に移行して系外に
排出されることとなり、また、たとえ気化したものであ
っても、液化後比重分離が困難な可燃性液体は、遠心分
離機Ｊでは分離できず、排水Ｋ中に移行して系外に排出
されることとなる。さらに、水と比重分離しやすい油状
物質と言えども、それが水中で乳化状態で存在している
場合は、遠心分離機Ｊで分離が不可能であり、やはりこ
れらの乳化状態となっている一部の油状物質も排水Ｋ中
に移行して排出されよう。

このように、従来から提案されているフローの主目的
は、有機性汚泥からアスファルトを生産するところにあ
り、燃料油を得ることについては副次的目的と考えてお
り、かつ、排水ＫあるいはＮ中に燃料として回収し得る
可燃性液体が多量に存在することに関しては全く看過さ
れているのである。

また第３図に示した従来のフローにおいては、反応器Ｆ
の熱源として反応残渣Ｗのみを充当しているが、たとえ
これを自燃するまで充分に脱水して燃料としても、熱バ
ランス的には全く不足しており、有機性汚泥の処理とい
う見地から考えると採算が取れないものである。さら
に、生産されたアスファルトＴおよび燃料油Ｌを熱源と
して回収したとしても、熱バランス的にはまだなお不足
するものである。すなわち、有機性汚泥を汚泥油化技術
によって経済的に処理するためには、前述した排水Ｋお
よびＮ中に存在する可燃性液体を回収し、これを積極的
に熱源として用いることが必須の要件である。また、従
来のフローでは、混合物スラリーＧを気液分離器Ｈにて
沸騰させるので、ここで余分な蒸発潜熱を消費してお
り、また、気液分離器Ｈより発生する蒸気を冷却器Ｉで
冷却して液化する際に、液化することにより放出される
熱を回収しておらず、従来のフローは、熱回収について
種々の欠点を有している。さらに、予熱器Ｅの熱源とし
て、反応器Ｆにて生成されるスラリー状の反応物をその
まま用いているので、予熱器Ｅの構造に制約を受け、製
作しずらいという欠点もある。

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の条件下で反
応させて得られる反応物から、可燃性物、特に可燃性液
体を可及的に回収し、これをエネルギー源として再使用
し、さらに、発生する熱エネルギーを効率よく用いて最
も経済的に有機性汚泥を処理する汚泥油化装置を提供す
るところにある。

［課題を解決するための手段］本発明は、有機性汚泥をあらかじめ脱水する脱水装置、
当該脱水汚泥を後述する予熱器、反応器、冷却器へ直列
に圧入するための圧入装置、圧入装置から圧入される脱
水汚泥を後段の冷却器で加熱した熱媒体によって間接的
に予熱する予熱器、予熱器で予熱した脱水汚泥を熱媒体
によって間接的に加熱し、250℃以上の温度で、かつ、
当該温度における水蒸気圧以上の圧力にて反応させる反
応器、反応器で反応させた反応物を熱媒体によって間接
的に冷却し、かつ、反応物を冷却することによって加熱
された熱媒体を前記予熱器の熱源とする冷却器、冷却器
により冷却した反応物を大気圧に開放する大気開放装
置、大気開放装置から開放した反応物中の可燃性液体を
回収する回収装置、当該回収装置より回収した可燃性液
体を燃焼させて熱媒体を間接的に加熱し、当該加熱熱媒
体を前記反応器の熱源とする加熱炉とによって構成した
ことを特徴とする汚泥油化装置に関するものである。

［実施例］以下に本発明の実施例について、その作用とともに図面
を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明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たとえば遠心分離機、ベルトプレ
ス式脱水機などによりあらかじめ脱水し、当該脱水汚泥
３を圧入装置４により予熱器５に供給する。なお、有機
性汚泥にあまり多量の水分が含まれていると、後述する
熱化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が効率よく進
むので、有機性汚泥にあら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、例
えば高圧スラリーポンプなどを使用することができる。

予熱器５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、掻面式熱交換器の内部に脱水汚泥３を流通させ、そ
の外部から前記熱媒体８により熱を与えたり、あるい
は、いわゆる多管式熱交換器等を用い、管の内部に脱水
汚泥３を通流させ、管の外部から熱媒体８により熱を与
えるものなどを用いることができる。

予熱器５により予熱した脱水汚泥３を、次いで反応器６
に供給し、ここで有機性汚泥３を高温高圧の条件下に熱
化学的に反応させる。当該反応器６は、前述した予熱器
５と同じ掻面式熱交換器、あるいは、多管式熱交換器を
用い、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25
0℃〜350℃の温度および当該温度の水蒸気圧に相当する
圧力、あるいは、それ以上の圧力で反応させるものであ
る。なお、脱水汚泥３は、予熱器５内および反応器６に
よる反応前および反応中においては、まだ流動性の悪い
スラリー状を呈しており、したがって、多管式熱交換器
を用いるより、掻面式熱交換器を用いることが望まし
い。また、図面では予熱器５と反応器６を別々に設置し
ているが、予熱器５と反応器６を一体物としても差し支
えなく、脱水汚泥の流入側前半部を予熱部とし、流出側
後半部を反応部とすることもできる。

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水との混合物
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。このようにして冷却するこ
とにより熱が与えられた熱媒体８を前記予熱器５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
交換器を用いることが望ましい。

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。

大気解放装置10としては、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ができる。

大気開放装置10によって供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機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。

本実施態様では、上述した浮上分離槽11、抽出槽13、三
相分離機16、溶剤回収装置20等が反応物中の可燃性液体
を回収する装置に相当するが、特にこれらの組み合わせ
に限定されることなく、要は反応物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。

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、これらの燃料を燃焼さ
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、前記反応器６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１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２図は、本発明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１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２図に示したフローに
おいて用いる抽出装置31としては、固形物18をあらかじ
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
上昇流で流し、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１図と同様なフロ
ーなので説明を省略する。なお、第２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に多少の可燃性
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１図と同じように浮
上分離槽11を省略することもできる。

本実施態様では、浮上分離槽11、固液分離機29、抽出装
置31、溶剤回収装置20等が、反応物中の可燃性液体を回
収する装置に相当するが、特にこれらの組み合わせに限
定されることなく、要は反応物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。

［発明の効果］以上説明したごとく本発明においては、有機性汚泥を高
温高圧の条件下で熱化学的に反応させて得られる固形物
と可燃性液体と水との混合物スラリー、あるいは当該混
合物スラリーから固形物をあらかじめ除いた混合溶液に
有機溶剤を加え、混合物スラリーあるいは混合溶液中に
含まれる全ての可燃性液体を抽出するので、混合物スラ
リーあるいは混合溶液中に、気化しにくく、かつ、水に
溶解しやすい可燃性液体が多量に含有していても、これ
を可及的に回収することができ、かつ、当該回収した可
燃性液体を熱エネルギー源や電気エネルギー源として用
いることにより、経済的に有機性汚泥を処理することが
できる。

また、本発明においては、反応器６の後段に冷却器７を
設置し、反応器６から得られる混合物スラリー９を沸騰
させることなく熱媒体８で間接的に冷却し、当該冷却に
よって熱を与えられた熱媒体８を反応器６の前段で用い
る予熱器５の熱源として用いているので、従来フローの
ように混合物スラリーを沸騰させるときに消費する蒸発
潜熱の分だけ確実に熱エネルギーコストを低下せしめる
ことができ、さらに、冷却器７によって熱を与えられた
熱媒体を予熱器の熱源として用いているので、この点で
も熱エネルギーコストを低下せしめることができる。ま
た、従来フローのように、反応器６より得られる高温の
混合物スラリー９を直接予熱器５に用いることがないの
で、予熱器の構造に特に制約を受けることがない。

【図面の簡単な説明】第１図および第２図は、いずれも本発明の実施態様を示
す図面であり、第１図は、本発明の一つの実施態様のフ
ローを示す説明図であり、第２図は、本発明の他の実施
態様のフローを示す説明図である。また、第３図は、従
来の下水汚泥からアスファルトと燃料油を得る方法にお
けるフローを示す。１……有機性汚泥、２……脱水装置３……脱水汚泥、４……圧入装置５……予熱器、６……反応器７……冷却器、８……熱媒体９……混合物スラリー、10……大気開放装置 11……浮上分離槽、12……油状物質 13……抽出槽、14……溶剤 15……混合物、16……三相分離機 17……廃水、18……固形物 19……抽出物、20……溶剤回収装置 21……可燃性液体、22……加熱炉 23……熱風、24……第１熱交換器 25……第２熱交換器、26……排ガス 27……燃焼用空気、28……燃焼灰 29……固液分離機、30……混合溶液 31……抽出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機性汚泥をあらかじめ脱水する脱水装
置、当該脱水汚泥を後述する予熱器、反応器、冷却器へ
直列に圧入するための圧入装置、圧入装置から圧入され
る脱水汚泥を後段の冷却器で加熱した熱媒体によって間
接的に予熱する予熱器、予熱器で予熱した脱水汚泥を熱
媒体によって間接的に加熱し、250℃以上の温度でかつ
当該温度における水蒸気圧以上の圧力にて反応させる反
応器、反応器で反応させた反応物を熱媒体によって間接
的に冷却し、かつ反応物を冷却することによって加熱さ
れた熱媒体を前記予熱器の熱源とする冷却器、冷却器に
より冷却した反応物を大気圧に開放する大気開放装置、
大気開放装置から開放した反応物中の可燃性液体を回収
する回収装置、当該回収装置より回収した可燃性液体を
燃焼させて熱媒体を間接的に加熱し、当該加熱熱媒体を
前記反応器の熱源とする加熱炉とによって構成したこと
を特徴とする汚泥油化装置。