專利名稱：含水可燃性固體的脫水方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)含水可燃性固體進(jìn)行脫水的方法以及制造經(jīng)脫水的可燃性固體水漿的方法。
背景技術(shù)：
含水可燃性固體，例如污泥，通過(guò)帶式擠漿機(jī)、輥式擠漿機(jī)等簡(jiǎn)易脫水后，含有多達(dá)70～80重量％的水分。因此，為了在例如流化層焚燒爐中進(jìn)行焚燒處理，還必需進(jìn)一步實(shí)施通過(guò)熱風(fēng)干燥機(jī)等的干燥。在該干燥中要消耗大量的能量。但是即使在干燥之后污泥仍然含有30～50重量％的水分，所以難以用流化層焚燒爐進(jìn)行完全燃燒。因此目前的狀況是在該焚燒處理后再次通過(guò)石油或天然氣對(duì)灰分中殘留的未燃燒成分進(jìn)行焚燒。此外，還存在著流化層焚燒裝置需要大額設(shè)備費(fèi)用以及該裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)成本增多等缺點(diǎn)。另外，由木材廠等出來(lái)的木屑、或造紙廢渣等也和污泥一樣，很難通過(guò)流化層焚燒爐進(jìn)行完全燃燒，正在采用同樣方法進(jìn)行焚燒處理。
因此期待不僅能夠從含水可燃性固體中簡(jiǎn)便地進(jìn)行脫水，并且能以適合于焚燒處理的形態(tài)回收含水可燃性固體的方法。
發(fā)明公開本發(fā)明提供無(wú)需使水實(shí)質(zhì)上分蒸發(fā)而從含水可燃性固體脫水的方法。通過(guò)這種方法可以廉價(jià)制造能夠進(jìn)行噴霧燃燒的混合物(水漿)，該混合物含有從含水可燃性固體中除去的水和除去水的可燃性固體，并且具有適當(dāng)?shù)恼扯纫约昂俊?br> 含水可燃性固體，例如污泥含有大量水分。該水由存在于污泥細(xì)胞組織內(nèi)的水和砂土中所含的水構(gòu)成。木屑中水存在于木屑細(xì)胞組織內(nèi)。為了從含水可燃性固體中有效除去這些水，以得到可以進(jìn)行噴霧燃燒的混合物(水漿)，本發(fā)明者進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果把由本發(fā)明者申請(qǐng)但未公開的國(guó)際專利申請(qǐng)(PCT/JP2004/010207號(hào))的發(fā)明應(yīng)用于含水可燃性固體，則可以有效從含水可燃性固體中除去水，并且還能廉價(jià)制造可以進(jìn)行噴霧燃燒的漿液制品。
也就是本發(fā)明是，(1)從含水可燃性固體脫水的方法，其特征是在密閉容器中在加熱溫度下的飽和水蒸氣壓以上的壓力下，對(duì)含水可燃性固體(其中除煤之外)加熱至100～300℃的溫度，并且對(duì)含水可燃性固體施加0.01～20MPa的剪切力。
另外，本發(fā)明還是，(2)制造可燃性固體水漿的方法，其特征是通過(guò)上述(1)中所述的方法，在密閉容器中得到含有從含水可燃性固體中除去的水以及除去水的可燃性固體的混合物，接著從存在于該密閉容器中的混合物中除去水或向該混合物中添加水，使該混合物中的水達(dá)到以該混合物為基準(zhǔn)是30～75重量％。
發(fā)明效果如果按照本發(fā)明，可以簡(jiǎn)便而廉價(jià)制造混合物(水漿)，該混合物具有適合于噴霧燃燒的粘度以及含水量，并且含有從含水可燃性固體中除去的水以及除去水的可燃性固體。
實(shí)施發(fā)明的最佳方案本發(fā)明中作為供脫水的含水可燃性固體，例如可以列舉污泥、木屑、造紙廢渣、豆腐渣、甘蔗渣、以及家畜的糞便、內(nèi)臟、腦、其它蛋白質(zhì)部分以及油脂等畜產(chǎn)品廢棄物等。該含水可燃性固體的含水量以含水可燃性固體為基準(zhǔn)其上限優(yōu)選為85重量％，更優(yōu)選70重量％；其下限優(yōu)選為25重量％，更優(yōu)選為30重量％，進(jìn)一步優(yōu)選為40重量％。特別優(yōu)選使用以含水可燃性固體為基準(zhǔn)為40～70重量％的含水可燃性固體。如果含水量超過(guò)上述上限，則優(yōu)選在下述的粉碎前或粉碎后，通過(guò)例如帶式擠漿機(jī)、輥式擠漿機(jī)等進(jìn)行加壓預(yù)先除去水而達(dá)到上述范圍。
含水可燃性固體，優(yōu)選粉碎到規(guī)定粒度使用。該粒度，優(yōu)選其上限為200目，更優(yōu)選150目，進(jìn)一步優(yōu)選100目；其下限優(yōu)選為3目，更優(yōu)選30目，進(jìn)一步優(yōu)選50目。如果含水可燃性固體的粒度低于上述下限，則制成水漿時(shí)可燃性固體容易沉淀；如果超過(guò)上述上限，則水漿的粘度上升，除此之外，粉碎中還會(huì)消耗多余的動(dòng)力。
本發(fā)明中該含水可燃性固體接著被導(dǎo)入到密閉容器中進(jìn)行脫水。該密閉容器必須是可以在加壓下對(duì)含水可燃性固體進(jìn)行加熱，并且可以對(duì)含水可燃性固體施加剪切力的容器。例如，可以使用特開2000-169274號(hào)公報(bào)中敘述的具有攪拌葉片的單軸加壓·加熱型攪拌裝置。還有例如具有單軸或雙軸、優(yōu)選雙軸的螺桿型攪拌葉片的攪拌機(jī)，或者可以例如使用具備為制作肉餡或魚肉末的所謂螺桿加料器中所使用的螺桿的攪拌機(jī)。該密閉容器可以是間歇式或連續(xù)式的任意一種。連續(xù)式的密閉容器，只要是可以一邊將含水可燃性固體的加入以及除去水的可燃性固體的排出以及氣體狀或液體狀水的排出維持在本發(fā)明規(guī)定的條件，一邊連續(xù)實(shí)施的即可。
加熱溫度，其上限為300℃，優(yōu)選250℃，更優(yōu)選200℃；其下限為100℃，優(yōu)選150℃，更優(yōu)選170℃。如果溫度超過(guò)上述上限，則含水可燃性固體熱分解，并且裝置的成本明顯增加；如果低于上述下限，則得不到由脫水產(chǎn)生的本發(fā)明的效果。另外，加熱時(shí)間，其上限優(yōu)選為5小時(shí)，更優(yōu)選為3小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選為1小時(shí)，特別優(yōu)選為30分鐘；其下限優(yōu)選為3分鐘，更優(yōu)選為5分鐘，進(jìn)一步優(yōu)選為10分鐘。通過(guò)該加熱，對(duì)含水可燃性固體中所含的水每1kg，優(yōu)選最大給予2,300kJ的熱量。
加熱中的壓力下限為加熱溫度下的飽和水蒸氣壓以上的壓力，優(yōu)選加熱溫度下的飽和水蒸氣壓力+0.1MPa以上的壓力，更優(yōu)選加熱溫度下的飽和水蒸氣壓力+0.2MPa以上的壓力，通過(guò)保持該壓力，可以使從含水可燃性固體中除去的水保持液體狀態(tài)，因而不需要在脫水中給予不必要的蒸發(fā)潛熱。另外，該壓力的上限，優(yōu)選加熱溫度下的飽和水蒸氣壓力+1.0MPa，更優(yōu)選加熱溫度下的飽和水蒸氣壓力+0.5MPa，進(jìn)一步優(yōu)選加熱溫度下的飽和水蒸氣壓力+0.3MPa。但是加熱中的最大壓力優(yōu)選為加熱溫度最大值300℃下的飽和水蒸氣壓+1.0MPa(＝約9.6MPa)。即使超過(guò)上述上限，在效果上也不會(huì)有多大差別，裝置成本增高，不優(yōu)選。加熱中的壓力，除了可使用通過(guò)加熱從含水可燃性固體中產(chǎn)生的水蒸氣以外，優(yōu)選使用惰性氣體，例如氮?dú)?、氬氣等進(jìn)行調(diào)節(jié)。
本發(fā)明中，剪切力在上述加熱中施予含水可燃性固體。剪切力的上限為20MPa，優(yōu)選為10MPa，更優(yōu)選為5MPa，進(jìn)一步優(yōu)選為3MPa；下限為0.01MPa，優(yōu)選為0.1MPa，更優(yōu)選為0.5MPa。如果超過(guò)上述上限，則馬達(dá)的動(dòng)力負(fù)荷變大；如果低于上述下限，則脫水不充分，與此同時(shí)得不到由脫水產(chǎn)生的本發(fā)明的效果。該剪切力通過(guò)密閉容器內(nèi)具備的攪拌葉片施予。本發(fā)明中的剪切力，可以如下得到。把已知粘度(20℃)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，例如日本グリ一ス株式會(huì)社制的粘度校正用的標(biāo)準(zhǔn)液(JIS Z8809)JS100粘度86mPa·s、JS14000粘度12Pa·s以及JS160000粘度140Pa·s分別放入到規(guī)定的密閉容器，例如圖2所示的密閉容器(雙軸螺桿型捏合機(jī)，容器內(nèi)有效容積為8升、容器內(nèi)長(zhǎng)度600mm、容器長(zhǎng)徑160mm、容器短徑100mm、攪拌葉片直徑96mm，攪拌葉片每軸總計(jì)為13片，其間距在距煤供料口最近的位置為70mm，向下游側(cè)依次每次減少4mm，在距制品取出口最近的位置為22mm)中，在溫度20℃下以60轉(zhuǎn)/分鐘的速度使具備的攪拌葉片旋轉(zhuǎn)，測(cè)定施加于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩。對(duì)于粘度(20℃)超過(guò)140Pa·s的值，使用在瀝青中混合煤油調(diào)制的混合液(例如使用東機(jī)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社制的BS型粘度計(jì)測(cè)定的粘度(20℃)為6,400Pa·s的混合液)，進(jìn)行與上述相同的操作測(cè)定轉(zhuǎn)矩。其中，上述測(cè)定液加到使密閉容器內(nèi)的所有攪拌葉片完全浸沒(méi)在該測(cè)定液中。另外，測(cè)定在密閉容器中沒(méi)有添加測(cè)定液的空狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩(以這時(shí)的剪切力為0)。進(jìn)行這樣的操作讀取已知粘度的各測(cè)定液的轉(zhuǎn)矩，根據(jù)下述計(jì)算式求出剪切力，例如得到

圖1所示的轉(zhuǎn)矩與剪切力的關(guān)系。
(數(shù)學(xué)式1)剪切力(Pa)＝[粘度(Pa·s)×剪切速度(s-1)]/轉(zhuǎn)矩的讀取值上述式中剪切速度用下述計(jì)算式表示。下述計(jì)算式中sin3.5°是圖2所示裝置固有的值。該值通過(guò)攪拌葉片的形狀求出，隨攪拌葉片的形狀不同而異。
(數(shù)學(xué)式2)剪切速度(s-1)2×3.14×(每秒的轉(zhuǎn)數(shù))÷sin3.5°這樣從上述關(guān)系，通過(guò)測(cè)定施加于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩可以求出剪切力。例如對(duì)于圖2所示的密閉容器，可以用圖1所示的關(guān)系求出剪切力。由于具備攪拌葉片的密閉容器的軸轉(zhuǎn)矩是裝置特有的，所以如果裝置變化，則轉(zhuǎn)矩也變化。因此根據(jù)使用的裝置，必須在與上述相同的條件下得到如圖1的轉(zhuǎn)矩和剪切力的關(guān)系。這樣在所有裝置中都可以通過(guò)測(cè)定施加于旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩求出剪切力。
如果按照上述本發(fā)明的方法，脫水后在密閉容器中得到含有從含水可燃性固體中除去的水和除去水的可燃性固體的混合物(水漿)。該混合物的含水量，取決于所用含水可燃性固體的含水量。該混合物，可以以水漿的形式提供給氣化爐或鍋爐等。可以根據(jù)利用的形式增加或減少該混合物的含水量。作為氣化原料和燃料使用時(shí)，該混合物的含水量以該混合物為基準(zhǔn)，優(yōu)選為30～50重量％，更優(yōu)選40～50重量％。另一方面，當(dāng)作為含水廢棄物進(jìn)行焚燒處理時(shí)，該混合物中所含的可燃性固體具有所含水的蒸發(fā)潛熱以上的發(fā)熱量即可，該混合物的含水量以該混合物為基準(zhǔn)優(yōu)選為40～75重量％，更優(yōu)選40～70重量％。通過(guò)達(dá)到上述濃度，可以將該混合物的粘度(20℃)優(yōu)選調(diào)整到10～2000厘泊(＝cP＝mPa·s)，更優(yōu)選調(diào)整到20～700厘泊(＝cP＝mPa·s)，進(jìn)一步優(yōu)選調(diào)整到30～500厘泊(＝cP＝mPa·s)。通過(guò)這種方法可以制成適合于輸送等操作的水漿。對(duì)于使該混合物濃度達(dá)到上述范圍的方法，沒(méi)有特別限定。優(yōu)選通過(guò)從脫水后在密閉容器中得到的該混合物中除去水或向該混合物中添加水的方式實(shí)施。水可以從密閉容器中的該混合物中作為水蒸氣而排出。通過(guò)這樣，可以在密閉容器中在一步中使用含水可燃性固體中所含的水制造所需濃度的水漿，可以達(dá)到簡(jiǎn)化裝置的目的。另外，從含水可燃性固體得到的水中含有來(lái)自所使用含水可燃性固體的少量有機(jī)物。其起到表面活性劑的作用，所以也可以省略向上述水漿中添加表面活性劑。
以下通過(guò)實(shí)施例更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受這些實(shí)施例的限定。
實(shí)施例中使用的含水固體可燃物是污泥，具有下述表1的性狀。(表1)污泥水分 52.1重量％灰分 16.8重量％揮發(fā)分 25.4重量％固定碳 5.7重量％發(fā)熱量(HHV)1790Kcal/kg
上述表1中的水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳以及發(fā)熱量根據(jù)工業(yè)分析法(JIS M8812)測(cè)定。
轉(zhuǎn)矩的測(cè)定，當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過(guò)140kg·cm時(shí)，使用山崎P-100R式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩儀；如果在上述轉(zhuǎn)矩值以下，則使用山崎SS-50R式旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩儀。
實(shí)施例1作為密閉容器，使用如圖2所示的雙軸螺桿型捏合機(jī)。圖2中1是含水可燃性固體供給口、2是螺桿、3是閥門、4是蒸氣排出閥、5是制品取出用閥。預(yù)先將具有表1所示性狀的污泥粉碎成30～100目。向該容器中加入粉碎的污泥10kg。接著用氮?dú)鈱⑷萜鲀?nèi)的壓力調(diào)節(jié)到0.7MPa，然后一邊使螺桿旋轉(zhuǎn)一邊開始加熱，將溫度調(diào)節(jié)到170℃。達(dá)到該溫度后馬上將容器內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至1MPa，并且測(cè)定施加于攪拌軸的轉(zhuǎn)矩，使用圖1所示的轉(zhuǎn)矩與剪切力的關(guān)系，將剪切力調(diào)節(jié)到0.5MPa。一邊將容器內(nèi)的壓力、溫度以及剪切力保持在上述值，一邊處理1小時(shí)，從污泥中排出水。接著冷卻到環(huán)境溫度，取出水漿。所得水漿的粘度(20℃)為580厘泊(cP＝mPa·s)。該水漿可以進(jìn)行噴霧，發(fā)熱量(HHV)與原料相同，為1790Kcal/kg。使用干燥機(jī)在107℃下對(duì)該水漿進(jìn)行1小時(shí)干燥后，以減少量作為該漿中的水，計(jì)算出該水漿中的含水量。結(jié)果該水漿的含水量以該水漿為基準(zhǔn)約為52重量％。這與所使用污泥中工業(yè)分析的水分約52重量％基本相等，表明污泥幾乎完全脫水。上述漿液粘度，使用東機(jī)產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社制的BS型粘度計(jì)測(cè)定。
比較例1使剪切力從0.5MPa變化到0.001MPa，除此之外，實(shí)施與實(shí)施例1相同的操作。得到的水漿的粘度(20℃)明顯高，無(wú)法測(cè)定。用與實(shí)施例1相同方法測(cè)定的水漿的含水量約為21重量％。該水漿沒(méi)有充分脫水，并且是糊狀，其粘度為超過(guò)能夠噴霧的粘度。
實(shí)施例2使用特開2000-169274號(hào)公報(bào)中記述的具有攪拌葉片的單軸加壓·加熱型攪拌裝置。預(yù)先將具有表1所示性狀的污泥粉碎成30～100目。向該裝置的槽內(nèi)加入粉碎的污泥5kg。接著用氮?dú)鈱⒉蹆?nèi)的壓力調(diào)節(jié)到0.7MPa，然后一邊使螺桿旋轉(zhuǎn)一邊開始加熱，將溫度調(diào)節(jié)到170℃。達(dá)到該溫度后馬上將槽內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)至1.0MPa，并且測(cè)定施加于攪拌軸的轉(zhuǎn)矩，使用預(yù)先制作的轉(zhuǎn)矩與剪切力的關(guān)系，將剪切力調(diào)節(jié)到0.5MPa。一邊將槽內(nèi)的壓力、溫度以及剪切力保持在上述值，一邊處理1小時(shí)，從污泥中取出水。接著冷卻到環(huán)境溫度，取出水漿。所得水漿的粘度(20℃)為450厘泊(cP＝mPa·s)。該水漿可以進(jìn)行噴霧，發(fā)熱量(HHV)與原料相同，為1790Kcal/kg。使用與實(shí)施例1相同的方法測(cè)定水漿的含水量約為52重量％。這表明污泥幾乎完全脫水。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明[圖1]圖1是表示圖2所示捏合機(jī)中轉(zhuǎn)矩與剪切力關(guān)系的曲線圖。
圖2是電加熱式雙軸螺桿型捏合機(jī)的略圖。
產(chǎn)業(yè)上的實(shí)用性按照本發(fā)明可以廉價(jià)制造含有從含水可燃性固體中除去的水和除去水的可燃性固體，并具有適當(dāng)粘度以及含水量的混合物(水漿)。該混合物可以進(jìn)行噴霧燃燒，所以可用于氣化原料以及鍋爐燃料等。另外，污泥、豆腐渣、甘蔗渣、以及畜產(chǎn)糞便是液態(tài)的，并含有多量蛋白質(zhì)和淀粉質(zhì)，所以也可以作為通過(guò)細(xì)菌進(jìn)行的甲烷發(fā)酵用原料。
權(quán)利要求
1.從含水可燃性固體脫水的方法，其特征是在密閉容器中在加熱溫度下的飽和水蒸氣壓以上的壓力下，將含水可燃性固體(其中除煤之外)加熱至100～300℃的溫度，并且對(duì)含水可燃性固體施加0.01～20MPa的剪切力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其中，剪切力通過(guò)密閉容器內(nèi)具備的攪拌葉片施加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的方法，其中，加熱溫度為110～250℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)中所述的方法，其中，加熱時(shí)的壓力為加熱溫度下的飽和水蒸氣壓+0.5MPa以下，其中最大為9.1MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)中所述的方法，其中，剪切力為0.1～10MPa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)中所述的方法，其中，加熱進(jìn)行3分鐘～5小時(shí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6任意一項(xiàng)中所述的方法，其中，含水可燃性固體選自污泥、木屑、造紙廢渣、豆腐渣、甘蔗渣、以及家畜糞便、內(nèi)臟、腦、以及油脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)中所述的方法，其中，含水可燃性固體，以含水可燃性固體為基準(zhǔn)，含水25～85重量％。
9.可燃性固體水漿的制造方法，其特征是通過(guò)權(quán)利要求1～8任意一項(xiàng)中所述的方法，在密閉容器中得到含有從含水可燃性固體中除去的水以及除去水的可燃性固體的混合物，接著從存在于該密閉容器中的混合物中除去水或向該混合物中添加水，使該混合物中的水達(dá)到以該混合物為基準(zhǔn)是30～75重量％。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的方法，其中，除去水或添加水得到的混合物中的含水量以該混合物為基準(zhǔn)是40～60重量％。
全文摘要
本發(fā)明是從含水可燃性固體脫水的方法，其特征是在密閉容器中在加熱溫度下的飽和水蒸氣壓以上的壓力下，對(duì)含水可燃性固體(其中除煤之外)加熱至100～300℃的溫度，并且對(duì)含水可燃性固體施加0.01～20MPa的剪切力。通過(guò)這種方法可以廉價(jià)地制造含有從含水可燃性固體中除去的水和除去水的可燃性固體，并具有適當(dāng)粘度以及含水量的、可以進(jìn)行噴霧燃燒的混合物(水漿)。
文檔編號(hào)C02F11/12GK101023035SQ20048004401
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2004年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月16日
發(fā)明者片山優(yōu)久雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社K·E·M, 片山優(yōu)久雄