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ペーパースラッジ灰水熱固化技術開発の概要について
第１回 エネルギー使用合理化高効率抄紙技術開発等事後評価検討会
資料７-１
平成２２年 ２月 ３日
経済産業省製造産業局紙業生活文化用品課
日本製紙株式会社
1
目 次
１．事業の概要
２．目標
３．成果、目標の達成度
４．事業化、波及効果
５．研究開発マネジメント・体制等
2
１．事業の概要－１
概 要
実施期間
予算総額
平成１７ 年度 ～ 平成１９ 年度 （３年間）
１１億円（補助金交付金額：７億円）
ペーパースラッジ灰（PS灰）は、フッ素、ホウ素などが溶出するため有効利用方法は、セメント原料への利用に限られている。 溶出防止技術として造粒・水熱固化処理があるが、エネルギーを多量に消費するため普及の妨げとなっており、高効率の水熱固化設備を開発する。
予算総額
実 施 者
実施代表者
億円（補助 交付 額 億 ）（平成１７年度：３億円 平成１８年度：５億円 平成１９年度：３億円）
日本製紙株式会社
日本製紙株式会社 技術本部 福島 義和（本部長付部長）
3
製紙業界では資源有効利用促進法（平成３年法律第４８号）に基づき「平成２２年度までに古紙利用率６２％にする」という目標に取り組んでいる。
ペーパースラッジ（ＰＳ）は、古紙から原料となるパルプ繊維を回収する際に排出される、無機物である填料、紙にならない短いパ
１．事業の概要－２
収する際に排出される、無機物である填料、紙にならない短いルプ繊維、脱墨されたインキ成分等からなるもので、古紙利用率の増加に伴い発生量も増加する。
焼却後に残る灰（ＰＳ灰）は主にセメント原料等に有効利用されているが、古紙利用率の上昇に伴い新たな有効利用先の開拓が重要な課題となっている。
4
345.2
356.4
60.4 60.360.6
61.4
350
360
370
380（万BDｔ/年）
59
60
61
62
用率（％）
ＰＳ発生量 古紙利用率 2009製紙連合会発表ﾃﾞｰﾀより
１．事業の概要－３
312.8
333.8 335.4
57.0
310
320
330
340
平成12年 平成16年 平成17年 平成18年 平成19年
ＰＳ発生量
55
56
57
58
古紙利用
全国ＰＳ発生量と古紙利用率
5
ＰＳ灰は、土壌汚染の指標となる有害物質の溶出基準（平成３年環境庁告示第４６号）を満たせば、造粒加工することである程度の強度を持った細孔性、多孔性の粒となり、吸湿性、保水性を有するので、路盤材や土質改良材に適用が可能である。
土壌環境基準（平成３年環境庁告示第４６号）溶出値 溶出値mg/l mg/l
1 カドミウム 0 01以下 14 １ ２ ジク タン 0 004以下
項目 項目No. No.
１．事業の概要－４
1 カドミウム 0.01以下 14 １、２－ジクロロエタン 0.004以下
2 全シアン 不検出 15 １、１－ジクロロエチレン 0.02以下
3 有機燐 不検出 16 シス－１、２－ジクロロエチレン 0.04以下
4 鉛 0.01以下 17 １、１、１－トリクロロエタン 1.0以下
5 六価クロム 0.05以下 18 １、１、２－トリクロロエタン 0.006以下
6 砒素 0.01以下 19 １、３－ジクロロプロペン 0.002以下
7 総水銀 0.0005以下 20 チウラム 0.006以下
8 アルキル水銀 不検出 21 シマジン 0.003以下
9 ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ） 不検出 22 チオベンカルブ 0.02以下
10 トリクロロエチレン 0.03以下 23 ベンゼン 0.01以下
11 テトラクロロエチレン 0.01以下 24 セレン 0.01以下
12 ジクロロメタン 0.02以下 25 ホウ素 1.0以下
13 四塩化炭素 0.002以下 26 フッ素 0.8以下
6
ＰＳ灰の成分について
ＰＳ灰の成分は、流動床ボイラーで混焼する副資材の構成の違いによって各々に異なる。
釧路工場流動床ボイラー焼却処理物構成比（概略） （単位：％）
ＰＳ 石炭 ＲＰＦ 雑芥類 合計
１．事業の概要－５
八代工場流動床ボイラー焼却処理物構成比（概略） （単位：％）
ＰＳ 木屑 雑芥類 合計
96 1 3 100
ＰＳ 石炭 ＲＰＦ 雑芥類 合計
60 20 10 10 100
7
Al2O332.8% CaO
12.8%
SiO242.7%
B0.01%
その他10.3%
F0.01%
K2O
0.2%
Na2O
0.6%
C0.6%
釧路工場ＰＳ灰含有成分
釧路工場のＰＳ灰の組成は、八代工場よりSiO2が多くCaOが少ない。
釧路工場ではSiO 含有率の高
１．事業の概要－６
釧路工場ではSiO2含有率の高い石炭を混焼し、石炭に比べCaO含有率が高いPSの焼却物構成比が低いためと推定される。
その他4.9%
MgO2.1%
Fe2O31.4%
P2O51.0%
Cl0.1%
Al2O327.0% CaO
30.7%
SiO232.8%
八代工場ＰＳ灰含有成分
8
フッ素溶出試験値
PS灰の溶出試験で、釧路工場はフッ素、セレン、ホウ素の３物質、八代工場はフッ素のみが土壌環境基準をオーバーした。
この違いはボイラー燃料の構成の違いに起因していると推定された。
１．事業の概要－７
6.006.90
0
2
4
6
8
10
PS灰
濃度mg/ｌ
釧路工場
八代工場
土壌環境基準
0.8mg/l以下
9
ホウ素溶出試験値セレン溶出試験値
１．事業の概要－８
ＰＳ灰の組成の異なる工場において、造粒・水熱固化技術の適用を検討する必要性が示唆された。
ホウ素溶出試験値
2.30
0.02未満
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
PS灰
濃度mg/ｌ
釧路工場
八代工場
土壌環境基準
1.0mg/l以下
セレン溶出試験値
0.024
0.001未満
0.00
0.01
0.02
0.03
PS灰
濃度mg/ｌ
釧路工場
八代工場
土壌環境基準
0.01mg/l以下
10
ＰＳ灰の造粒方法は、ＰＳ灰と固化剤であるセメントと生石灰および水を造粒ミキサーにて混合し造粒する。
１．事業の概要－９
造粒設備フロー（釧路工場）
11
水熱固化処理について
水熱固化処理法による有害物質の溶出抑制は、高温（１５００℃程度）で灰をスラグ化する溶融スラグ化処理に比較して、エネルギー使用量が少なくて済む利点がある。
水熱固化処理では、ＰＳ灰に元来含有している石灰分（ＣａＯ）とシリカ（ＳｉＯ
２）、及び固化材として添加する生石灰（ＣａＯ）とセメントに含有するシリカ（ＳｉＯ２）とで、水熱固化反応によってケイ酸カルシウム（トバモライト結晶：５ＣａＯ・６ＳｉＯ２・５Ｈ２Ｏ）の結晶が生成する。この結晶は石英結晶と良く似た
１．事業の概要－１０
ＣａＯ ６ＳｉＯ２ ５Ｈ２Ｏ）の結晶が生成する。この結晶は石英結晶と良く似た構造で、高強度、かつ、長期的に安定な固化体である。 また、有害成分はトバモライトに取り込まれ溶出が抑制されると推測される。
実際の処理は、前工程で作成された造粒品を養生して安定化したのち、養生容器へ入れ、容器ごとオートクレーブへ投入、飽和水蒸気にて昇圧、一定温度と圧力で保持(反応)、オートクレーブ内の蒸気排出による降圧の工程で水熱固化処理を行う。
飽和水蒸気で昇温昇圧
大気圧まで降圧
一定温度、圧力で保持（反応）
12
１．事業の概要－１１
水熱固化設備フロー（釧路工場）
13
２．目標
要素技術 目標・指標 設定理由・根拠等
ＰＳ灰の造粒・水熱固化
処理による有害物質の有害物質の溶出量を
ＰＳ灰の造粒物を路盤材や
土壌改良材等に使用するの
PS灰を造粒・水熱固化して路盤材や土壌改良材などを製造する技術を確立しつつ、高効率の水熱固化設備を開発する。
処理による有害物質の
溶出抑制
有害物質 溶出量を
土壌環境基準値以下土壌改良材等に使用するの
に必要な条件
高エネルギー効率の
水熱固化処理設備の開発
従来技術に比較して
使用する蒸気を
50%以上削減
オートクレーブ始動時の蒸気使用量は全体の50％以上を占め、従来は大気放出しておりロスが大きい。
14
３．成果、目標の達成度－１
固化材（セメントおよび生石灰）の配合比率、造粒機における撹拌条件、および水熱固化処理における温度・圧力・最高温度の保持時間などの諸条件について試験した結果、実機レベルにおける最適な造粒処方および水熱固化処理条件を把握できた。
最適造粒条件
釧路工場 八代工場
配合率
PS灰 80～90% 83.3%
セメント 5～10% 4.2%
生石灰 5～10% 12.5%
水分添加率（対全資材) 70% 50～70％
造粒 ローター 中速 ３分中速１０分
整粒 ローター 低速 １分
粒径 1.18～16mm 0.43～19mm
最適水熱固化条件
工程 条件 所要時間
減圧（空気除去） 100Torr 0.5時間
昇温昇圧 1.0時間
保持 180℃、１ＭＰａ 5.0時間
降圧 大気圧 1.0時間
*釧路工場、八代工場共通
15
３．成果、目標の達成度－２
古紙利用率の異なる工場から発生する、ＰＳ灰の造粒・水熱固化処理による有害物質の溶出を土壌環境基準値以下に抑制することを達成した。
フッ素溶出試験値
6 006.90
7
8 釧路工場
八代工場6.00
0.20 0.080
1
2
3
4
5
6
PS灰 水熱固化品
濃度mg/ｌ
土壌環境基準0.8mg/l以下
16
３．成果、目標の達成度－３
古紙利用率の異なる工場から発生する、ＰＳ灰の造粒・水熱固化処理による有害物質の溶出を土壌環境基準値以下に抑制することを達成した。
ホウ素溶出試験値2.30
2 00
2.50 釧路工場
八代工場
セレン溶出試験値
0.0240 025
0.030 釧路工場
八代工場
0.080.02未満
0.02未満
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
PS灰 水熱固化品
濃度mg/ｌ 土壌環境基準
1.0mg/l以下
0.002
0.001未満
0.001未満
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
PS灰 水熱固化品濃度mg/ｌ
土壌環境基準0.01mg/l以下
17
３．成果、目標の達成度－４
水熱固化設備フロー（釧路工場）
新規
18
３．成果、目標の達成度－５
オートクレーブの蒸気吹込み口の改善
通常品
４．４
ｍ３/台
養生容器
オートクレーブ断面
５．６ ｍ３/台
テスト品
１台導入
オートクレーブ養生容器の改善（断面図）
蒸 改善
19
３．成果、目標の達成度－６
水熱固化設備に真空ポンプを設置してオートクレーブ内の空気を強制的に除去した後に蒸気を抽気することにより、従来昇温・昇圧の初期段階で大気放出していた蒸気の損失をなくし、蒸気使用量を従来技術に比べ５０％程度削減することに成功した。
2.74 2.73
2 5
3.0
-ash）
水熱固化処理における蒸気削減効果
従来従来
６０％削減
５５％削減
1.11 1.22
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
釧路工場 八代工場
ｴﾈﾙｷﾞｰ原単位（×103MJ/t-
目標
1.37
開発 開発
従来従来 削減 削減
20
３．成果、目標の達成度－７
工程電力も含めた水熱固化設備全体のエネルギー原単位も大きく削減された。
2 93
3.423.5
4.0
-ash）
水熱固化処理におけるエネルギー削減効果
５６％削減
４４％削減2.93
1.30
1.91
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
釧路工場 八代工場
ｴﾈﾙｷﾞｰ原単位（×103MJ/t-
目標値
1.22
目標値
1.75
開発
開発
従来
従来
削減 削減
21
３．成果、目標の達成度－８
ＰＳ灰 造粒水熱固化品
22
３．成果、目標の達成度－９
要素技術 目標・指標 成 果 達成度
古紙利用率の異なる
工場から発生する有害物質の溶出量
を土壌環境基準値
両工場とも有害物質の
溶出量の全項目土壌環
ＰＳ灰を造粒・水熱固化して土壌改良材などを製造する技術を確立しつつ、高効率の水熱固化設備を開発することにより、ＰＳ灰の水熱固化処理に使用する蒸気を従来技術に比べ５０％以上削減することに成功した。
ＰＳ灰の造粒・水熱固化
処理による有害物質の
溶出抑制
を土壌環境基準値
以下にする特にフッ素 基準値0.8mg/l
壌
境基準値以下を達成
フッ素 釧路工場 0.20mg/l八代工場 0.08mg/l
達成
高エネルギー効率の
水熱固化処理設備の
開発
従来技術に比較して
使用する蒸気を50%以上削減
水熱固化に使用する蒸
気量の５０％以上削減を
達成釧路工場60％削減
八代工場55％削減
達成
23４．事業化、波及効果－１
☆建設会社の協力を得て路盤材としての適合テストを実施し、「凍上抑制層及び下層に活用することは、たわみ量から判断して、十分適用可能である。」との評価を得た。
☆平成18年8月27日には、凍上抑制材として国土交通省の新技術情報提供システム（New TechnologygyInformation System:NETIS）に登録された。（HK-080010-A）
☆平成18年10月26日には「凍上抑制材」として北海道認定リサイクル製品（循環第960-3号）に認定された。
☆平成20年度は、路盤材として３,８８７ｔが出荷された。
24４．事業化、波及効果－２
投稿、発表、特許リスト
題目 時期
投稿紙パルプ技術協会紙「ペーパースラッジ灰の水熱固化技術開発」
H20.4
発表第５０回 ２００７年紙パルプ技術協会年次大会「ペーパースラッジ灰の水熱固化技術開発」
H19.10.10
特許出願中 ペーパースラッジ焼却灰の水熱固化体の製造方法2005-313032 H17.11.10
特許出願中ペーパースラッシ焼却灰造粒水熱固化体を用いた軽量モルタル又はコンクリート 2005-199903
H19.1.25
特許出願中ペーパースラッジ焼却灰造粒水熱固化体－アルミニウム複合材2005-263600
H19.3.29
25
４．事業化、波及効果－３
路盤材施工状況
平成２０年度 PS 灰水熱固化処理品 使用実績
工場 用途 製品使用量
釧路工場 路盤材（凍上抑制材） ９００ｔ/年
八代工場 路盤材 ２,９８７ｔ/年
26
４．事業化、波及効果－４
トリトウシ圃場施工
土壌水分調査
土壌水分（％）
試験区 ３４．８
ブランク区 ４２．５
27
４．事業化、波及効果－５
市道施工テスト 牧場パドック施工
28
４．事業化、波及効果－６
施工状況ポーラスコンクリート
29
５．研究開発マネジメント・体制等－１
技術環境室長 <工場窓口>技術調査役 <研究員・取りまとめ>主査<研究員>、室員<研究員>
技術本部 設備技術部
<実施代表者>技術本部本部長付部長 福島 義和
主席技術調査役
技術環境室
環境部 主席技術調査役
釧路工場
工務部長代理 <設備関係・取りまとめ>技術調査役 <設備関係研究員>
技術環境室長 <工場窓口>技術環境室長代理 <研究員・取りまとめ>技術調査役 <研究員>
工務部長代理 <設備関係・取りまとめ>
工務部
技術環境室八代工場
工務部
30
５．研究開発マネジメント・体制等－２
平成１７年度 平成１８年度 平成１９年度
第１期
釧路
ラボテスト製造処方の確認有害物質溶出防止効果の確認物理物性の確認
実機テスト製造処方の確立
開発スケジュール
路工場
製造処方の確立実証品の物性評価蒸気削減技術の確立
第２期
八代工場
ラボテスト製造処方の確認有害物質溶出防止効果の確認物理物性の確認
実機テスト製造処方の確立実証品の物性評価蒸気削減技術の確立
