JP2016079374A - 炭化物製造システム、炭化物製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】炭化物の自己発熱性の計測によって、保管や移送の安全性が確保された炭化物製造システムの提供。【解決手段】炭化物製造システムは、設定された炭化温度で被処理物を加熱して炭化物を得る炭化処理を実行する炭化手段と、炭化手段により得られる炭化物が加湿処理がなされていない未加湿炭化物を貯留する貯留手段と、未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価手段と、自己発熱性評価手段による評価試料の評価結果に基づいて炭化処理を制御する炭化処理制御手段と、を備え、炭化処理制御手段は、評価結果に基づいて炭化温度を決定する炭化温度決定部と、炭化温度決定部によって決定される炭化温度を前記炭化手段に設定する制御実行部と、評価結果が所定基準を満たさない場合には、未加湿炭化物を炭化手段による炭化処理に戻すための返却指示を行う返却制御部と、を含む。【選択図】図2
Description
本開示は、自己発熱性を有する炭化物の製造に関する。
木材や汚泥を炭化物にすることで資源化し、有効に活用するための技術が知られている。具体的には、木材や汚泥などの資源を炭化炉で加熱することで、資源中の炭素が固定化された炭化物を製造し、この炭化物を石炭代替燃料として使用するものである。
このようにして製造される炭化物(製品)が自己発熱性を有することも知られている。すなわち、空気と接することによる酸化反応によって炭化物が自己発熱を起こす可能性がある。そして、炭化物の自己発熱性によって火災事故が発生する可能性があり、炭化物(製品)の安全な輸送や保管が課題となっている。
この課題に対して、特許文献1では、加湿器により水を噴霧することで炭化物を加湿している。これによって炭化物に含まれる官能基の不安定な活性点を酸化させ、この発熱反応を十分に起こさせることで安定化させている。
その他には、炭化炉による炭化処理によって製造した炭化物を、低温酸化雰囲気で酸化処理することや(特許文献2)、コーティング剤で被覆する(特許文献3)ことで、自己発熱性を抑制し、燃焼を防止している。
このように、炭化物の自己発熱性を抑制は可能であるが、特許文献1〜3では、炭化物の自己発熱性を抑制するための設備などを設ける必要がある。また、特許文献1〜3では、炭化物の自己発熱性を抑制するための処理を行うため、炭化物を燃料として用いる場合には、炭化物(製品)の真発熱量が低下し、燃料としての性能が悪くなるおそれがある。
また、輸送・保管の安全性を確実とするために、炭化処理においては実績のある炭化炉の運転条件(炭化温度)が必須となっていた。これに対して、木材や汚泥などの資源を加熱するための燃料が炭化処理において必要であり、燃料の使用量を下げたいという要求がある。しかし、炭化温度(炭化の進行度)を低く設定することで燃料の使用量を下げようとしても、炭化温度を低くすると炭化物において不安定な活性点が多くなり、自己発熱性が高まってしまう。このようなことから、実績のある炭化炉の運転条件を使用せざるを得ない状況となっていた。
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、炭化物の自己発熱性の計測によって、運転コスト、プラント構造の簡略化をしつつ、保管や移送の安全性が確保された高品質の炭化物(製品)を製造可能な炭化物製造システムを提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る炭化物製造システムは、
設定された炭化温度で被処理物を加熱にすることで炭化物を得る炭化処理を実行する炭化手段と、
前記炭化手段により得られる前記炭化物であって、前記炭化物を加湿する加湿処理がなされていない未加湿の前記炭化物である未加湿炭化物を貯留する貯留手段と、
前記未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価手段と、
前記自己発熱性評価手段による前記評価試料の評価結果に基づいて前記炭化処理を制御する炭化処理制御手段と、を備え、
前記炭化処理制御手段は、
前記評価結果に基づいて前記炭化温度を決定する炭化温度決定部と、
前記炭化温度決定部によって決定される前記炭化温度を前記炭化手段に設定する制御実行部と、
前記評価結果が所定基準を満たさない場合には、前記未加湿炭化物を前記炭化手段による前記炭化処理に戻すための返却指示を行う返却制御部と、を含む。
設定された炭化温度で被処理物を加熱にすることで炭化物を得る炭化処理を実行する炭化手段と、
前記炭化手段により得られる前記炭化物であって、前記炭化物を加湿する加湿処理がなされていない未加湿の前記炭化物である未加湿炭化物を貯留する貯留手段と、
前記未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価手段と、
前記自己発熱性評価手段による前記評価試料の評価結果に基づいて前記炭化処理を制御する炭化処理制御手段と、を備え、
前記炭化処理制御手段は、
前記評価結果に基づいて前記炭化温度を決定する炭化温度決定部と、
前記炭化温度決定部によって決定される前記炭化温度を前記炭化手段に設定する制御実行部と、
前記評価結果が所定基準を満たさない場合には、前記未加湿炭化物を前記炭化手段による前記炭化処理に戻すための返却指示を行う返却制御部と、を含む。
上記(1)の構成によれば、製品である炭化物に対しての加湿処理が行われることなく、その後の保管や移送のために貯留される。また、評価試料の自己発熱性が所定基準を満たさない場合には、再度、未加湿炭化物は炭化手段に戻されて炭化処理がされる。
このため、製品である炭化物の安全性を確保した上で、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための設備、スペース、抑制のための処理時間、設備や処理の管理などが不要となると共に、プラントの構造を簡略化することができる。さらに、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための処理が炭化物に行われないことによって発熱量の高い炭化物を得ることができ、炭化物を燃料として活用する場合の製品品質を向上させることができる。さらに、所定基準を満たさない炭化物に対して再び炭化処理を実行する際も、加湿処理のされていない炭化物を炭化手段に戻すため炭化処理を効率的に実行することができる
また、評価結果に基づいて炭化温度を制御することで炭化温度は最適化される。このため、炭化処理における加熱に必要な運転コストを低減させると共に、炭化温度を下げることで発熱量の高い炭化物を得ることができる。
このため、製品である炭化物の安全性を確保した上で、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための設備、スペース、抑制のための処理時間、設備や処理の管理などが不要となると共に、プラントの構造を簡略化することができる。さらに、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための処理が炭化物に行われないことによって発熱量の高い炭化物を得ることができ、炭化物を燃料として活用する場合の製品品質を向上させることができる。さらに、所定基準を満たさない炭化物に対して再び炭化処理を実行する際も、加湿処理のされていない炭化物を炭化手段に戻すため炭化処理を効率的に実行することができる
また、評価結果に基づいて炭化温度を制御することで炭化温度は最適化される。このため、炭化処理における加熱に必要な運転コストを低減させると共に、炭化温度を下げることで発熱量の高い炭化物を得ることができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記自己発熱性評価手段は、単位期間ごとに炭化処理される前記未加湿炭化物から夫々採取される前記評価試料の各々に対して前記自己発熱性を評価し、
前記炭化処理制御手段は、
前記自己発熱性評価手段によって前記評価結果が得られるたびに、前記評価結果と、該評価結果に対応する前記炭化手段に設定された前記炭化温度との関係を含む個別データを前記単位期間ごとに生成する個別データ生成部と、
時系列が分かるように前記個別データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記個別データであって、同一の炭化温度からなる複数の前記個別データから構成される集合データに基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する安全性確認部と、を含み
前記炭化温度決定部は、前記安全性確認部によって前記炭化温度の安全性が確認される場合には、該炭化温度から所定温度だけ下げた温度を新たな炭化温度に決定すると共に、前記単位期間毎の前記評価結果が前記所定基準を満たさないことを検出した場合には、所定基準を満たさない前記評価試料に対応する前記炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定する。
上記(2)の構成によれば、複数の個別データから構成される集合データに基づいて、設定された炭化温度の安全性を統計的に確認される。また、安全性が確認される場合にはより低い炭化温度によって炭化処理が実行される。また、決定された炭化温度による炭化処理において評価結果が所定基準を満たさない場合には、即座に炭化温度は挙げられる。このように構成することによって、製品である炭化物の安全性を確保しつつ炭化温度を下げることで運転コストを低減できる。
前記自己発熱性評価手段は、単位期間ごとに炭化処理される前記未加湿炭化物から夫々採取される前記評価試料の各々に対して前記自己発熱性を評価し、
前記炭化処理制御手段は、
前記自己発熱性評価手段によって前記評価結果が得られるたびに、前記評価結果と、該評価結果に対応する前記炭化手段に設定された前記炭化温度との関係を含む個別データを前記単位期間ごとに生成する個別データ生成部と、
時系列が分かるように前記個別データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記個別データであって、同一の炭化温度からなる複数の前記個別データから構成される集合データに基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する安全性確認部と、を含み
前記炭化温度決定部は、前記安全性確認部によって前記炭化温度の安全性が確認される場合には、該炭化温度から所定温度だけ下げた温度を新たな炭化温度に決定すると共に、前記単位期間毎の前記評価結果が前記所定基準を満たさないことを検出した場合には、所定基準を満たさない前記評価試料に対応する前記炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定する。
上記(2)の構成によれば、複数の個別データから構成される集合データに基づいて、設定された炭化温度の安全性を統計的に確認される。また、安全性が確認される場合にはより低い炭化温度によって炭化処理が実行される。また、決定された炭化温度による炭化処理において評価結果が所定基準を満たさない場合には、即座に炭化温度は挙げられる。このように構成することによって、製品である炭化物の安全性を確保しつつ炭化温度を下げることで運転コストを低減できる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(2)の構成において、
前記自己発熱性評価手段は、断熱雰囲気下において前記評価試料が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて前記自己発熱性を評価する。
上記(3)の構成によれば、SIT時間によって自己発熱性の評価を確実に行うことができる。
前記自己発熱性評価手段は、断熱雰囲気下において前記評価試料が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて前記自己発熱性を評価する。
上記(3)の構成によれば、SIT時間によって自己発熱性の評価を確実に行うことができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
前記SIT時間は、前記評価試料の絶対温度の逆数と前記絶対温度の上昇速度との関係に基づいて算出される。
上記(4)の構成によれば、SIT時間の測定上の問題点(測定系の断熱が完全でなく僅かに放熱すること)を補正したSIT時間を得ることができる。
また、SIT時間は、評価試料が初期温度から所定温度(終了温度)まで上昇するのに要する時間と定義されるが、この構成によれば、SIT時間を初期温度から実測することなく求めることができると共に、SIT時間を終了温度まで測定することなく求めることもできる。このため、例えば、測定時間短縮のために、初期温度よりも高い温度を評価試料の計測開始温度とできるので、初期温度から計測開始温度までの評価試料の温度上昇に要する時間分、自己発熱性の評価時間を短縮することができる。
前記SIT時間は、前記評価試料の絶対温度の逆数と前記絶対温度の上昇速度との関係に基づいて算出される。
上記(4)の構成によれば、SIT時間の測定上の問題点(測定系の断熱が完全でなく僅かに放熱すること)を補正したSIT時間を得ることができる。
また、SIT時間は、評価試料が初期温度から所定温度(終了温度)まで上昇するのに要する時間と定義されるが、この構成によれば、SIT時間を初期温度から実測することなく求めることができると共に、SIT時間を終了温度まで測定することなく求めることもできる。このため、例えば、測定時間短縮のために、初期温度よりも高い温度を評価試料の計測開始温度とできるので、初期温度から計測開始温度までの評価試料の温度上昇に要する時間分、自己発熱性の評価時間を短縮することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(4)の構成において、
前記評価試料は、前記貯留手段に貯留される前に採取される。
上記(5)の構成によれば、未加湿炭化物が貯留手段によって貯留される前に採取されるので、貯留手段による貯留量(製品量)を適切に管理することができると共に、評価試料に関連する未加湿炭化物の範囲の切り分けを容易にすることができる。
前記評価試料は、前記貯留手段に貯留される前に採取される。
上記(5)の構成によれば、未加湿炭化物が貯留手段によって貯留される前に採取されるので、貯留手段による貯留量(製品量)を適切に管理することができると共に、評価試料に関連する未加湿炭化物の範囲の切り分けを容易にすることができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)の構成において、
前記貯留手段での貯留のために前記未加湿炭化物を抽出するフィルタ手段を、さらに備え、
前記評価試料は、前記フィルタ手段によって抽出される前記未加湿炭化物から採取される。
上記(6)の構成によれば、未加湿炭化物が貯留手段によって貯留される直線に採取されるので、貯留手段による貯留量をより適切に管理することができると共に、評価試料に関連する未加湿炭化物の範囲の切り分けを容易にすることができる。
前記貯留手段での貯留のために前記未加湿炭化物を抽出するフィルタ手段を、さらに備え、
前記評価試料は、前記フィルタ手段によって抽出される前記未加湿炭化物から採取される。
上記(6)の構成によれば、未加湿炭化物が貯留手段によって貯留される直線に採取されるので、貯留手段による貯留量をより適切に管理することができると共に、評価試料に関連する未加湿炭化物の範囲の切り分けを容易にすることができる。
(7)本発明の少なくとも一実施形態に係る炭化物製造方法は、
設定された炭化温度で被処理物を加熱にすることで炭化物を得る炭化処理を実行する炭化ステップと、
前記炭化ステップにより得られる前記炭化物であって、前記炭化物を加湿するための加湿処理がなされていない未加湿の前記炭化物である未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価ステップと、
前記自己発熱性評価ステップによる前記評価試料の評価結果に基づいて前記炭化処理を制御する炭化処理制御ステップと、を備え、
前記炭化処理制御ステップは、
前記評価結果に基づいて前記炭化温度を決定する炭化温度決定ステップと、
前記炭化温度決定ステップによって決定される前記炭化温度を前記炭化ステップにおける前記炭化温度に設定する制御実行ステップと、
前記評価結果が所定基準を満たさない場合には、前記未加湿炭化物を前記炭化ステップに戻して前記炭化処理を再び実行するための返却指示を行う返却制御ステップと、
を含む。
上記(7)の構成によれば、上記(1)と同様の効果を奏する。
設定された炭化温度で被処理物を加熱にすることで炭化物を得る炭化処理を実行する炭化ステップと、
前記炭化ステップにより得られる前記炭化物であって、前記炭化物を加湿するための加湿処理がなされていない未加湿の前記炭化物である未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価ステップと、
前記自己発熱性評価ステップによる前記評価試料の評価結果に基づいて前記炭化処理を制御する炭化処理制御ステップと、を備え、
前記炭化処理制御ステップは、
前記評価結果に基づいて前記炭化温度を決定する炭化温度決定ステップと、
前記炭化温度決定ステップによって決定される前記炭化温度を前記炭化ステップにおける前記炭化温度に設定する制御実行ステップと、
前記評価結果が所定基準を満たさない場合には、前記未加湿炭化物を前記炭化ステップに戻して前記炭化処理を再び実行するための返却指示を行う返却制御ステップと、
を含む。
上記(7)の構成によれば、上記(1)と同様の効果を奏する。
(8)幾つかの実施形態では、上記(7)の構成において、
前記自己発熱性評価ステップは、単位期間ごとに炭化処理される前記未加湿炭化物から夫々採取される前記評価試料の各々に対して前記自己発熱性を評価し、
前記炭化処理制御ステップは、
前記自己発熱性評価ステップによって前記評価結果が得られるたびに、前記評価結果と、該評価結果に対応する前記炭化ステップにおいて設定された前記炭化温度との関係を含む個別データを前記単位期間毎に生成する個別データ生成ステップと、
前記個別データの時系列が分かるように記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップによって記憶される複数の前記個別データであって、同一の炭化温度からなる複数の前記個別データから構成される集合データに基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する安全性確認ステップと、を含み
前記炭化温度決定ステップは、前記安全性確認ステップによって前記炭化温度の安全性が確認される場合には、該炭化温度から所定温度だけ下げた温度を新たな前記炭化温度に決定すると共に、前記単位期間毎の前記評価結果が所定基準を満たさないことを検出した場合には、所定基準を満たさない前記評価試料に対応する前記炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定する。
上記(8)の構成によれば、上記(2)と同様の効果を奏する。
前記自己発熱性評価ステップは、単位期間ごとに炭化処理される前記未加湿炭化物から夫々採取される前記評価試料の各々に対して前記自己発熱性を評価し、
前記炭化処理制御ステップは、
前記自己発熱性評価ステップによって前記評価結果が得られるたびに、前記評価結果と、該評価結果に対応する前記炭化ステップにおいて設定された前記炭化温度との関係を含む個別データを前記単位期間毎に生成する個別データ生成ステップと、
前記個別データの時系列が分かるように記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップによって記憶される複数の前記個別データであって、同一の炭化温度からなる複数の前記個別データから構成される集合データに基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する安全性確認ステップと、を含み
前記炭化温度決定ステップは、前記安全性確認ステップによって前記炭化温度の安全性が確認される場合には、該炭化温度から所定温度だけ下げた温度を新たな前記炭化温度に決定すると共に、前記単位期間毎の前記評価結果が所定基準を満たさないことを検出した場合には、所定基準を満たさない前記評価試料に対応する前記炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定する。
上記(8)の構成によれば、上記(2)と同様の効果を奏する。
(9)幾つかの実施形態では、上記(7)〜(8)の構成において、
前記自己発熱性評価ステップは、断熱雰囲気下において前記評価試料が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて前記自己発熱性を評価する。
上記(9)の構成によれば、上記(3)と同様の効果を奏する。
前記自己発熱性評価ステップは、断熱雰囲気下において前記評価試料が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて前記自己発熱性を評価する。
上記(9)の構成によれば、上記(3)と同様の効果を奏する。
(10)幾つかの実施形態では、上記(9)の構成において、
前記SIT時間は、前記評価試料の絶対温度の逆数と、前記絶対温度の上昇速度の関係に基づいて算出される。
上記(10)の構成によれば、上記(4)と同様の効果を奏する。
前記SIT時間は、前記評価試料の絶対温度の逆数と、前記絶対温度の上昇速度の関係に基づいて算出される。
上記(10)の構成によれば、上記(4)と同様の効果を奏する。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、炭化物の自己発熱性の計測によって、運転コスト、プラント構造の簡略化をしつつ、保管や移送の安全性が確保された高品質の炭化物(製品)を製造可能な炭化物製造システムを提供される。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る炭化物製造システム1の構成を概略的に示す図である。図1に示されるように、炭化物製造システム1は、炭化炉2(炭化手段)と、ホッパ3(貯留手段)と、自己発熱性評価手段4、炭化処理制御手段5とを備える。また、炭化処理制御手段5は、炭化温度決定部52と、制御実行部53と、返却制御部58を含む。
炭化炉2は、設定された炭化温度で被処理物21を加熱にすることで炭化物22を得る炭化処理を実行する炭化手段である。図1の例示では、外熱式ロータリーキルン型の炭化炉2が示されているが、内燃式でも良いし、流動床型又はスクリュー型でも良い。また、被処理物21は、炭化処理により固体燃料化できる有機性の汚泥や木材である。汚泥の具体例を挙げると、下水汚泥、食品汚泥、製紙汚泥、ビルピット汚泥、消化汚泥、活性汚泥などとなる。
ホッパ3は、炭化炉2より得られる炭化物22を貯留する貯留手段である。このホッパ3での炭化物22の貯留は一時的であり、貯留された後に火力発電所などに輸送される。このため、ホッパ3の下部は、貯留されている炭化物22を輸送のためのバルク車72やコンテナ73などの輸送手段70に払い出すことが可能な構造となっていても良い。そして、このホッパ3には、以下に説明するように、炭化物22を加湿する加湿処理がなされていない未加湿の炭化物22(未加湿炭化物22)が貯留される。なお、以降の説明では、炭化物22と未加湿炭化物22は同じ意味で用いるものとする。
すなわち、炭化炉2によって製造される炭化物22は貯留のためにホッパ3に運ばれるが、炭化物製造システム1において炭化炉2とホッパ3の間には加湿処理を行う加湿器などの加湿設備は設けられていない。
詳述すると、炭化炉2とホッパ3の間には、炭化炉2により製造される炭化物22をホッパ3に移動させるための搬送設備が設置されている。図1の例示では、搬送設備は、炭化物22を間接的に水で冷却する水冷コンベヤ61と、炭化物22を気流搬送する気流搬送管62とから主に構成されている。また、水冷コンベヤ61と気流搬送管62の間にはロータリーフィーダ63が設けられており、水冷コンベヤ61の出口側に接続されることで炭化物22を定量的に気流搬送管62内に供給するよう構成されている。つまり、炭化炉2からの炭化物22は、水冷コンベヤ61、ロータリーフィーダ63、気流搬送管62といった順序でホッパ3に運ばれる。
詳述すると、炭化炉2とホッパ3の間には、炭化炉2により製造される炭化物22をホッパ3に移動させるための搬送設備が設置されている。図1の例示では、搬送設備は、炭化物22を間接的に水で冷却する水冷コンベヤ61と、炭化物22を気流搬送する気流搬送管62とから主に構成されている。また、水冷コンベヤ61と気流搬送管62の間にはロータリーフィーダ63が設けられており、水冷コンベヤ61の出口側に接続されることで炭化物22を定量的に気流搬送管62内に供給するよう構成されている。つまり、炭化炉2からの炭化物22は、水冷コンベヤ61、ロータリーフィーダ63、気流搬送管62といった順序でホッパ3に運ばれる。
一方、気流搬送管62の搬送気流は、搬送気流を圧送するブロア64により供給される。そして、ブロア64からの搬送気流は、気流搬送管62、搬送気流と炭化物22を分離するバグフィルタ65、搬送気流中の酸素濃度を測定する酸素濃度計66を経てブロア64に戻ることで循環される。また、ブロア64と酸素濃度計66の間には、バルブ67を介して窒素ガス供給源68が設けられている。
上記の通り、バグフィルタ65は、ホッパ3での貯留のために炭化物22(未加湿炭化物22)を抽出するフィルタ手段である。そして、このバグフィルタ65によって搬送気流から炭化物22は分離抽出され、ホッパ3に送られる。
以上の説明の通り、炭化炉2とホッパ3の間には、炭化物22を加湿するための加湿設備は設けられておらず、ホッパ3には未加湿炭化物22が貯留される。また、図1の例示では、バグフィルタ65とホッパ3の間に、下記に説明する自己発熱性評価手段4が設けられる。
この自己発熱性評価手段4は、炭化物22(未加湿炭化物22)から採取される評価試料24の自己発熱性を評価する。このため、炭化炉2からの炭化物22の一部は、評価試料24として、輸送手段70に送られる前に採取される。そして、自己発熱性評価手段4によって評価試料24の自己発熱性が評価されることで、評価試料の母集団となる炭化物22が評価されることになる。この評価試料24の採取は、ベルトコンベアやロボットなどの設備などの採取のための設備を用いて行われても良い。
また、炭化処理制御手段5は、自己発熱性評価手段4による評価試料24の評価結果41に基づいて炭化炉2で実行される炭化処理を制御する。このために、炭化処理制御手段5は、評価試料24の評価結果41に基づいて炭化温度を決定する炭化温度決定部52と、炭化温度決定部52によって決定される炭化温度を炭化炉2に設定する制御実行部53と、自己発熱性の評価結果41が所定基準を満たさない場合には、炭化物22(未加湿炭化物22)を炭化炉2による炭化処理に戻すための返却指示59を行う返却制御部58と、を含む。
この返却制御部58による返却指示59は、炭化炉2による炭化処理に炭化物22を戻すための設備(装置)に対する指示であっても良く、炭化物製造システム1を管理者などに通知するアラーム(警告灯、警報)や、画面表示であっても良い。また、例えば、返却指示59がなされることでベルトコンベアやロボットなどの返却のための設備を用いて炭化物22が炭化炉2へ戻されても良い。この返却制御部58による返却指示59によって、炭化物22は炭化炉2戻される。
そして、このような構成を有する炭化物製造システム1は、図2に例示されるフローに従って動作する。
そして、このような構成を有する炭化物製造システム1は、図2に例示されるフローに従って動作する。
図2は、幾つかの実施形態における、炭化物製造システム1の全体フロー(炭化物製造方法)を説明する図である。
図2に示されるように、炭化物製造システム1の全体フロー(炭化物製造方法)は、設定された炭化温度で被処理物21を加熱にすることで炭化物22を得る炭化処理を実行する炭化ステップと、炭化ステップにより得られる炭化物22であって、炭化物22を加湿するための加湿処理がなされていない未加湿の炭化物22である未加湿炭化物から採取される評価試料24の自己発熱性を評価する自己発熱性評価ステップと、自己発熱性評価ステップによる評価試料24の評価結果41に基づいて炭化炉2による炭化処理を制御する炭化処理制御ステップと、を備える。また、この炭化処理制御ステップは、自己発熱性の評価結果41に基づいて炭化炉2による炭化温度を決定する炭化温度決定ステップと、炭化温度決定ステップによって決定される炭化温度を炭化ステップにおける炭化温度に設定する制御実行ステップと、評価結果41が所定基準を満たさない場合には、未加湿炭化物を炭化ステップに戻して炭化処理を再び実行するための返却指示59を行う返却制御ステップと、を含む。
図2に示されるように、炭化物製造システム1の全体フロー(炭化物製造方法)は、設定された炭化温度で被処理物21を加熱にすることで炭化物22を得る炭化処理を実行する炭化ステップと、炭化ステップにより得られる炭化物22であって、炭化物22を加湿するための加湿処理がなされていない未加湿の炭化物22である未加湿炭化物から採取される評価試料24の自己発熱性を評価する自己発熱性評価ステップと、自己発熱性評価ステップによる評価試料24の評価結果41に基づいて炭化炉2による炭化処理を制御する炭化処理制御ステップと、を備える。また、この炭化処理制御ステップは、自己発熱性の評価結果41に基づいて炭化炉2による炭化温度を決定する炭化温度決定ステップと、炭化温度決定ステップによって決定される炭化温度を炭化ステップにおける炭化温度に設定する制御実行ステップと、評価結果41が所定基準を満たさない場合には、未加湿炭化物を炭化ステップに戻して炭化処理を再び実行するための返却指示59を行う返却制御ステップと、を含む。
すなわち、図2のステップS21は上記の炭化ステップであり、ステップS21において、炭化炉2での炭化処理によって炭化物22(未加湿炭化物22)が製造される。すなわち、炭化炉2に設定された炭化温度(設定温度)で被処理物21(木材や汚泥など)が炭化炉2内で加熱され(炭化処理)、これによって炭化物22が製造される。
ステップS22にいて、製造される炭化物22の一部が評価試料24として採取される。続くステップS23は自己発熱性評価ステップであり、ステップS23において、評価試料24の自己発熱性の評価が自己発熱性評価手段4によって行われる。この自己発熱性の評価結果41は炭化処理制御手段5に入力される。そして、続くステップS24は炭化温度決定ステップであり、ステップS24において、炭化処理制御手段5の炭化温度決定部52により、炭化炉2に設定される炭化温度が自己発熱性の評価結果41に基づいて決定される。この決定された炭化温度は、制御実行ステップであるステップS25において、制御実行部53により炭化炉2の設定温度に設定される。なお、これによって、以降で行われるステップS21での炭化処理は、この設定温度でなされることになる。
そして、ステップS26において、自己発熱性の評価結果41が所定基準を満たすか否かの判断が行われることで、返却制御部58による処理の有無が決定される。すなわち、自己発熱性の評価結果41が所定基準を満たさない場合には、返却制御ステップであるステップS27において、返却制御部58による返却指示59が行われる。これによって、評価試料24によって自己発熱性の評価がなされた炭化物22は炭化炉2による炭化処理に再度戻される。逆に、自己発熱性の評価結果41が所定基準を満たす場合には、ステップS28において製品である炭化物22の製造が完了となる。なお、ステップS25における炭化温度の設定においても、自己発熱性の評価結果41が所定基準を満たすか否かに応じて、炭化温度の設定方法が異なっても良いことは当然である。
ここで、自己発熱性の評価の判定に用いられる上記の所定基準は、この所定基準を満たせば、輸送手段70による輸送などにおいて炭化物22の自己発熱による火災事故等が起こらないと判断可能な基準であり、炭化物22の安全性が認められる基準である。このため、自己発熱性の評価結果41が所定基準を満たさない場合には、炭化炉2による炭化処理に炭化物22を戻すことで、所定基準を満たさない製品が輸送手段70により輸送(出荷)されることが回避される。これと共に、炭化炉2に戻されて再度炭化処理(図2のステップS21)された炭化物22は、再度の自己発熱性の評価を受けることになり(図2のステップS23)る。このように、所定基準を満たしたもののみが出荷可とされるので、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための処理工程を行う必要はない。
上記の構成によれば、製品である炭化物22に対しての加湿処理が行われることなく、その後の保管や移送のために貯留される。また、評価試料の自己発熱性が所定基準を満たさない場合には、再度、未加湿炭化物22は炭化手段に戻されて炭化処理がされる。
このため、製品である炭化物22の安全性を確保した上で、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための設備、スペース、抑制のための処理時間、設備や処理の管理などが不要となると共に、プラントの構造を簡略化することができる。さらに、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための処理が炭化物22に行われないことによって発熱量の高い炭化物22を得ることができ、炭化物22を燃料として活用する場合の製品品質を向上させることができる。さらに、所定基準を満たさない炭化物22に対して再び炭化処理を実行する際も、加湿処理のされていない炭化物22を炭化手段に戻すため炭化処理を効率的に実行することができる
また、評価結果41に基づいて炭化温度を制御することで炭化温度は最適化される。このため、炭化処理における加熱に必要な運転コストを低減させると共に、炭化温度を下げることで発熱量の高い炭化物22を得ることができる。
このため、製品である炭化物22の安全性を確保した上で、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための設備、スペース、抑制のための処理時間、設備や処理の管理などが不要となると共に、プラントの構造を簡略化することができる。さらに、加湿処理などの自己発熱性を抑制するための処理が炭化物22に行われないことによって発熱量の高い炭化物22を得ることができ、炭化物22を燃料として活用する場合の製品品質を向上させることができる。さらに、所定基準を満たさない炭化物22に対して再び炭化処理を実行する際も、加湿処理のされていない炭化物22を炭化手段に戻すため炭化処理を効率的に実行することができる
また、評価結果41に基づいて炭化温度を制御することで炭化温度は最適化される。このため、炭化処理における加熱に必要な運転コストを低減させると共に、炭化温度を下げることで発熱量の高い炭化物22を得ることができる。
他の幾つかの実施形態では、図2のステップS22における炭化物22(未加湿炭化物)の評価試料24の採取は、木材や汚泥などの被処理物21の性質は変わることがあるため、単位期間毎に行われている。この単位期間は任意であり、例えば、日単位や、時間単位、数日単位、周単位でも良い。例えば大雨の後など、被処理物21の性質が変わる可能性が考えられる場合に採取しても良い。また、必ずしも定期的や周期的にこの採取を行わなくても良く、単位期間のどこかで採取しても良い。単位期間内において被処理物21の性質が変わる可能性が考えられるときに採取しても良い。
そして、自己発熱性評価手段4は、単位期間ごとに炭化処理される未加湿炭化物22(炭化物22)から夫々採取される評価試料24の各々に対して自己発熱性を評価する。また、炭化処理制御手段5は、図3に例示するような構成により、自己発熱性の評価結果41が入力されると、炭化炉2による炭化処理を制御するよう構成されている。
そして、自己発熱性評価手段4は、単位期間ごとに炭化処理される未加湿炭化物22(炭化物22)から夫々採取される評価試料24の各々に対して自己発熱性を評価する。また、炭化処理制御手段5は、図3に例示するような構成により、自己発熱性の評価結果41が入力されると、炭化炉2による炭化処理を制御するよう構成されている。
図3は、幾つかの実施形態における、炭化処理制御手段5の機能ブロックを説明するための図である。図3に示されるように、炭化処理制御手段5は、上述した機能部(炭化温度決定部52、制御実行部53、返却制御部58)に加えて、個別データ生成部54と、記憶部55と、安全性確認部56と、を備える。
個別データ生成部54は、自己発熱性評価手段4によって評価結果41が得られるたびに、この評価結果41と、この評価結果41に対応する炭化炉2に設定された炭化温度との関係を含む個別データ46(図4参照)を生成するよう構成されている。このため、図3に示されるように、自己発熱性評価手段4による自己発熱性の評価結果41は、個別データ生成部54へ入力される。また、生成された個別データ46は記憶部55に入力されることで保存される。
記憶部55は、個別データ46の時系列が分かるように個別データ46を記憶(保存)する。例えば、図4に示されるように、個別データ46は、少なくとも、評価日時と、評価試料24に対する自己発熱性の評価結果41と、この評価試料24を製造した炭化炉2の炭化温度(設定温度)とが含まれるレコードであっても良く、評価日時によって個別データ46の時系列が分かるようになっている。そして、このような個別データ46は評価結果41が入力されるたびに生成されるので、記憶部55には、複数の個別データ46が含まれることになる。また、記憶部55には、後述する安全性の確認された炭化温度が保存されても良い。なお、記憶部55は、ROM、RAMなどのメモリ、ハードディスクなどの記憶媒体で構成されても良い。また、評価日時などの時間や時刻に限定されず、時系列を示すような番号、記号、文字であっても良い。
安全性確認部56は、記憶部55に記憶される複数の個別データ46であって、同一の炭化温度からなる複数の個別データ46から構成される集合データ47に基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する。すなわち、安全性確認部56には、図3に示すように、個別データ生成部54からの個別データ46が記憶部55を介して入力される。そして、安全性確認部56は、入力される個別データ46の複数からなる集合データ47に基づいて設定温度の安全性を確認する。
図4の例示では、個別データ46は日単位で作成されており、集合データ47は、個別データ46の10日分(10個)となっている。また、図4には、2つの集合データ47(第1集合データ47aと第2集合データ47b)が示されており、3以上の集合データ47(第3集合データ以降)は省略されている。
このように、この集合データ47は、個別データ46を時系列順に所定数集めても良いし、予め決められた期間間隔に含まれる個別データ46で構成しても良い。また、集合データ47に含まれる個別データ46の数は、炭化炉2の設定温度(炭化温度)の安全性を統計的に確認するのに必要と考えられる数としても良い。
このように、この集合データ47は、個別データ46を時系列順に所定数集めても良いし、予め決められた期間間隔に含まれる個別データ46で構成しても良い。また、集合データ47に含まれる個別データ46の数は、炭化炉2の設定温度(炭化温度)の安全性を統計的に確認するのに必要と考えられる数としても良い。
炭化温度決定部52は、安全性確認部56によって安全性が確認される場合には、炭化炉2の現在の設定温度(炭化温度)から所定温度だけ下げた温度を新たな炭化温度に決定すると共に、単位期間毎の評価結果41が上記の所定基準を満たさないことを検出した場合には、この所定基準を満たさない評価試料24に対応する設定温度(炭化温度)よりも高い温度を新たな炭化温度に決定するよう構成されている。すなわち、安全性が確認されると炭化炉2の設定温度は所定温度だけ下げられるが、下げられようとする現在の設定温度は、既に安全性が確認されたことになる。また、この下げられる温度幅となる所定温度は任意の値で良く、所定温度は一定であっても良いし、上記の所定基準の境界に近づくほど所定温度を小さくするなど状況に応じて設定しても良い。
そして、図3に例示されるような機能ブロックからなる炭化処理制御手段5は、図5に示されるようにして炭化炉2の炭化温度を決定する。
そして、図3に例示されるような機能ブロックからなる炭化処理制御手段5は、図5に示されるようにして炭化炉2の炭化温度を決定する。
図5は、幾つかの実施形態における、炭化物製造システム1による炭化温度の決定フロー(炭化物製造方法における炭化温度の決定方法)を説明する図である。
図5に示されるように、炭化物製造システム1による炭化温度の決定フロー(炭化物製造方法における炭化温度の決定方法)は、自己発熱性評価ステップは、炭化処理される炭化物22(未加湿炭化物22)から単位期間ごとに夫々採取される評価試料24の各々に対して自己発熱性を評価する。また、炭化処理制御ステップは、自己発熱性評価ステップによって評価結果41が得られるたびに、この評価結果41と、この評価結果に対応する炭化ステップにおいて設定された炭化温度との関係を含む個別データ46を単位期間毎に生成する個別データ生成ステップと、個別データ46の時系列が分かるように記憶する記憶ステップと、記憶ステップによって記憶される複数の個別データ46であって、同一の炭化温度からなる複数の個別データ46から構成される集合データに基づいて、炭化温度の安全性を確認する安全性確認ステップと、を含む。そして、上記の炭化温度決定ステップは、安全性確認ステップによって炭化温度の安全性が確認される場合には、安全性の確認される炭化温度から所定温度だけ下げた温度を炭化炉2における炭化処理での新たな炭化温度に決定すると共に、単位期間毎の評価結果41が上記の所定基準を満たさないことを検出した場合には、上記の所定基準を満たさない評価試料24に対応する炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定する。
図5に示されるように、炭化物製造システム1による炭化温度の決定フロー(炭化物製造方法における炭化温度の決定方法)は、自己発熱性評価ステップは、炭化処理される炭化物22(未加湿炭化物22)から単位期間ごとに夫々採取される評価試料24の各々に対して自己発熱性を評価する。また、炭化処理制御ステップは、自己発熱性評価ステップによって評価結果41が得られるたびに、この評価結果41と、この評価結果に対応する炭化ステップにおいて設定された炭化温度との関係を含む個別データ46を単位期間毎に生成する個別データ生成ステップと、個別データ46の時系列が分かるように記憶する記憶ステップと、記憶ステップによって記憶される複数の個別データ46であって、同一の炭化温度からなる複数の個別データ46から構成される集合データに基づいて、炭化温度の安全性を確認する安全性確認ステップと、を含む。そして、上記の炭化温度決定ステップは、安全性確認ステップによって炭化温度の安全性が確認される場合には、安全性の確認される炭化温度から所定温度だけ下げた温度を炭化炉2における炭化処理での新たな炭化温度に決定すると共に、単位期間毎の評価結果41が上記の所定基準を満たさないことを検出した場合には、上記の所定基準を満たさない評価試料24に対応する炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定する。
上述の炭化処理制御ステップについて以下に詳述すると、評価試料24は、炭化炉2によって炭化処理される炭化物22から単位期間ごとに採取されており、自己発熱性評価ステップによって、それぞれの評価試料24の自己発熱性が評価される。そして、炭化処理制御ステップにおいては、図5のステップ51において自己発熱性の評価結果41の入力が監視され、この入力があると判断される場合には、ステップS52において、入力のあった自己発熱性の評価結果41と所定基準(前述)とが比較される。この比較の結果、ステップS53において評価結果41が所定基準を満たすと判断される場合には、個別データ生成ステップであるステップS54において個別データ46の生成がされ、記憶ステップであるステップS55において記憶保存される。
そして、次のステップS56において、集合データ47を構成する所定数(所定期間分)の個別データ46が生成されたか判定される。ステップS56での判定の結果、集合データ47がまだ生成されていないと判断される場合には再度ステップS51に戻ることで集合データ47の生成を待つことになる。一方、図5の上記のステップS56での判定の結果、所定数の個別データ46が生成されるなどによって、集合データ47が生成されたと判断される場合には、ステップS57において、炭化炉2の現在の設定温度である炭化温度は安全な温度と認定される。すなわち、図5の例示では、ステップS56によって上記の安全性確認ステップが行われる。
このステップ56を図4の例示と対比して説明すると、例えば、第1集合データ47aの1日目から9日目までは、ステップ56の判定において第1集合データ47aはまだ生成されていないと判定されることになる。一方、第1集合データ47aの10日目の個別データ46が作成された際には、ステップ56の判定において第1集合データ47aが生成されたと判定されることになる。
また、安全性確認ステップにおいて現在の設定温度(炭化温度)の安全性が確認されることは、つまり、炭化炉2の設定温度よりも低い炭化温度が安全である可能性があることを意味する。そして、炭化温度を下げることは、炭化処理のための燃料を減らすなど運転コストを下げることにつながる。このため、ステップS58において、炭化炉2の設定温度から所定温度を下げた温度を新たな炭化温度として決定し、この決定をもって本フローは終了される。
一方、上記の図5のステップS53において評価結果41が所定基準を満たさないと判断される場合には、ステップS59において、炭化炉2の設定温度よりも高い温度であって安全性確認部56によって前記安全性が既に確認されている温度が新たな炭化温度として決定された後、本フローは終了する。すなわち、現在の炭化炉2の設定温度によっては製造される炭化物22の安全性に問題があるため、安全な炭化温度に戻される。安全性が既に確認されている温度は、複数ある場合には、最も近い温度(最も低い温度)が新たな炭化温度とされても良い。また、安全性が確認された温度以上の温度は、安全と判断できるため、例えば、10℃などの特定の温度幅だけ炭化温度を上げても良い。
図5に例示されるフローは、その終了後に、再度ステップS51から開始されて繰り返される。すなわち、図4の例示では、第1集合データ47aを対象とする炭化温度の決定が行われた後に、次は、第2集合データ47bを対象とする炭化温度の決定フローが行われることを意味する。
上記の構成によれば、複数の個別データ46から構成される集合データ47に基づいて、設定された炭化温度の安全性を統計的に確認される。また、安全性が確認される場合にはより低い炭化温度によって炭化処理が実行される。また、決定された炭化温度による炭化処理において評価結果41が所定基準を満たさない場合には、即座に炭化温度は挙げられる。このように構成することによって、製品である炭化物22の安全性を確保しつつ炭化温度を下げることで運転コストを低減できる。
他の幾つかの実施形態では、図6に示されるように、自己発熱性評価手段4は、断熱雰囲気下において評価試料24が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて自己発熱性を評価する。また、図7は、幾つかの実施形態における、SIT時間の評価のための測定系を説明する図である。そして、SIT時間は、例えば、炭化物22が110℃(初期温度)から250℃(終了温度)まで温度上昇するのに要した時間として定義される。ただし、この温度範囲(110℃から250℃)に限定されず、SIT時間の内容が変更されれば、その変更に応じた温度範囲とされる。また、この場合のSIT時間に対する上記の所定基準は例えば6時間以上とされる。
図6は、幾つかの実施形態における、SIT時間の測定方法を説明するための図である。
図6のステップS1において、評価試料24は採取され、測定用容器42に格納される。すなわち、図7に示されるように、製造ライン60を流れる炭化物22の一部が採取され、評価試料24として測定用容器42に格納される。製造ライン60はベルトコンベア等の炭化物22を移送するための移送設備であっても良い。
図6のステップS1において、評価試料24は採取され、測定用容器42に格納される。すなわち、図7に示されるように、製造ライン60を流れる炭化物22の一部が採取され、評価試料24として測定用容器42に格納される。製造ライン60はベルトコンベア等の炭化物22を移送するための移送設備であっても良い。
ステップS62において、図7に示されるように、評価試料24の中央(測定用容器42の中央)に熱電対44が設置され、恒温槽43に封じられる。そして、ステップS63において恒温槽43をN2(窒素)パージした後に、恒温槽内部を110℃などの測定開始温度(初期温度)に保持する。
ステップS64において、恒温槽43の内部をAIR(空気)雰囲気に変更し、評価試料24の温度変動の計測が開始される。また、評価試料24の温度は、評価試料24に設置される熱電対44によって計測され、この計測データは、温度計測器45によって取得・記録される。なお、計測データは、計測開始からの経過時間と、この経過時間における評価試料24の温度とを対応させたデータであっても良い。また、後述するように、この経過時間と温度の対応データを計測開始から計測終了まで複数記録したものであっても良い。
また、ステップS64での計測終了は、SIT時間の終了温度である250℃に達した時に終了される。すなわち、SIT時間が実際に計測される。なお、この場合には、計測データは経過時間と250℃に達したときの温度であれば足りる。また、250℃を超えた温度(例えば、300℃など)まで計測しても良く、後述のSIT時間の算出に利用しても良い。
あるいは、ステップS64での計測終了は、測開始から数時間後、十数時間後など所定時間経過後に計測を終了される。すなわち、自己発熱性により評価試料24の温度は時間と共に上昇することが想定されるが、製造状態によっては250℃に達するまでに多くの時間を要する場合もある。そして、このように多くの時間を要するということは、自己発熱性による安全性は高いことを意味するため、評価試料24が250℃まで温度上昇しなくても計測を打ち切って終了することができ、これによって計測時間は短縮される。幾つかの実施形態では、評価試料24の温度が250℃に達しなくても、計測開始から所定基準以上(6時間以上)で打ち切られても良く、例えば、安全性の観点から打ち切り時間を計測開始から24時間としても良い。
ステップS65において、評価試料24の計測データからSIT時間を得る。具体的には、上記のようにSIT時間を実測することで得ても良いし、後述するように、計測データに基づいてSIT時間を算出することで得ても良い。
そして、ステップS66においてSIT時間と所定基準が比較され、SIT時間が所定基準(6時間以上)を満足する場合には、ステップS67において炭化物22は安全と判定される。逆に、SIT時間が所定基準(6時間以上)を満たさない場合には、ステップS68において炭化物22は安全でないと判断される。
上記の構成によれば、SIT時間によって自己発熱性の評価を確実に行うことができる。
そして、ステップS66においてSIT時間と所定基準が比較され、SIT時間が所定基準(6時間以上)を満足する場合には、ステップS67において炭化物22は安全と判定される。逆に、SIT時間が所定基準(6時間以上)を満たさない場合には、ステップS68において炭化物22は安全でないと判断される。
上記の構成によれば、SIT時間によって自己発熱性の評価を確実に行うことができる。
図6に示される実施形態では、SIT時間は実測されている。また、測定開始温度は、SIT時間に定義される初期温度である110℃となっている。
他の幾つかの実施形態では、SIT時間は、評価試料24の絶対温度の逆数と、この絶対温度の上昇速度との関係に基づいて算出される。また、この場合において、他の幾つかの実施形態では、SIT時間の計測時間を短縮するために、測定開始温度は110℃よりも高い温度(例えば、150℃、180℃など)に設定される。
他の幾つかの実施形態では、SIT時間は、評価試料24の絶対温度の逆数と、この絶対温度の上昇速度との関係に基づいて算出される。また、この場合において、他の幾つかの実施形態では、SIT時間の計測時間を短縮するために、測定開始温度は110℃よりも高い温度(例えば、150℃、180℃など)に設定される。
図8は、幾つかの実施形態における、SIT時間の算出方法を説明するための図である。また、図9は、幾つかの実施形態における、計測データの測定例を示す。そして、図10は、図9に例示される計測データから得られるSIT時間算出のための指数近似式(アレニウス近似式)を説明するための図であり、図11は、図10に例示される指数近似式からSIT時間を求める過程を説明するための図である。
図8に例示されるSIT時間の算出方法を説明すると、図8のステップS81において、計測データに含まれる測定開始からの経過時間と評価試料24の温度の対応関係から、評価試料24の絶対温度の温度上昇速度(反応速度)を算出する。このステップS81を図9の例示を用いて説明すると、図9の例示では、計測データは、経過時間(秒)とその時の温度(℃)との対応データの複数からなっている。また、図9において反応速度(温度上昇速度)の単位が(K/h)と記載されているように、単位時間(h:hour)に上昇した絶対温度(K:ケルビン)として温度上昇速度(K/h)を算出している。このため、図9の例示では、計測データの温度は摂氏(℃)から絶対温度(K)へ変換され、計測データの経過時間は毎秒から毎時に変換された上で、これらの変換値を用いて温度上昇速度(K/h)が計算されている。なお、図9の例示では、計測開始温度は150℃となっており、10℃の温度上昇毎の時間(s)が記録されているが、温度上昇速度が得られればどのような方法でも良く、例えば、計測開始から評価試料24の温度が周期的に記録されても良い。
ステップS82において、評価試料24の絶対温度(K)の逆数(1/K)が算出される(図9参照)。そして、ステップ83において、絶対温度の逆数(1/K)と対応する温度上昇速度(K/h)との関係に最も近い指数近似式(アレニウス近似式)を求める。
このステップS83について詳述すると、図10の白丸で例示されるように、図9の計測データにおける絶対温度の逆数(1/T)と温度上昇速度(K/h)をそれぞれ横軸(x軸)と縦軸(y軸)にプロットする。図9の例示においては、10の温度上昇速度が計算されているので、図10にも10の白丸がプロットされている。そして、この複数の値に最も近似するような指数近似曲線を探す。例えば、y=A・exp(−B・x)の式における定数Aと定数Bをそれぞれ変化させることで、計測データに基づいて得られる温度上昇速度と絶対温度の逆数との関係に最も近似する定数Aと定数Bを見つける(exp:指数関数)。このようにして、計測データを表す指数近似式が求められる。
このようにして指数近似式を求めるのは、以下の理由などによる。すなわち、AIR雰囲気での炭化物22の自己発熱反応は、通常、時間と温度の関数で表すことができ、アレニウス近似式に従う。ところが、現実的には、恒温槽43の断熱(擬似断熱)は完全ではなく、僅かに放熱するため、温度と時間の相関がアレニウス近似式を描かない場合が多い。ところが、上記のようにして求めたアレニウス近似式はSIT時間の測定上の問題点(断熱が完全でなく僅かに放熱すること)を補正した式であると考えられるので、SIT時間の測定結果として採用できる。
そして、ステップS84において、アレニウス近似式を用いてSIT時間を算出する。この算出方法を例示すると、上記のように実験値に基づいて得られたアレニウス近似式は、ある温度Tn(n:0、1、2、・・・、n)における温度上昇速度を示すので、任意の温度Tnを代入することで、その代入された温度における温度上昇速度が上記のアレニウス近似式から得られる。このため、任意の温度Tnと、温度Tnから任意の時間tcの経過後の温度Tn+1との関係を表す関係式は、温度Tn+1(℃)=Tn+A・exp[−B・{1/(273+Tn)}]・tcとなる。なお、定数Aと定数Bは、上述の通り、実験値に基づいて求められている。
すなわち、例えば、n=0における温度T0を計測開始温度(例えば、T0=150℃)とし、温度T0における時間を0として、この0となる時間から時間tc(例えば、tc=0.005(h)など)経過後の温度をT1とすると、定数A、Bは既知であるため、上記の関係式から温度T1が求まる。つまり、温度150℃から温度T1に上昇するのに要した時間は、時間tc=0.005(h)ということになる。次に、温度T1の時間を0として、この0となる時間からtc時間経過後の温度を温度T2とすると、温度T2は、既に求められている温度T1と経過時間tcと上記の関係式から求めることができる。同様に、Tn(n=3、4、・・・n)についても、求めたい温度Tnの一つ前の温度Tn−1と、この1つ前の温度Tn−1の時点からの経過時間tcと上記関係式から順次求めることができる。そして、このように算出していくことによって、計測開始時間(例えば、T0=150℃)から計測終了温度(例えば、Tn=250℃)となるまでに要した時間を求めることができる。例えば、この計測終了温度が算出されるまで用いられたTcの回数などによって算出することができ、例えば、tc×nなどの演算に基づいて算出しても良いし、グラフ化して算出しても良い。なお、任意時間tcの値は、小さいほど精度が向上することは当然である。また、上記の例示では、任意の経過時間tcには固定値を用いた例が示されているが、固定値に限定されず、上記の関係式を用いた算出のそれぞれの際に異なる経過時間Tcを用いても良い。
図11には、上記のように求められた評価試料24の温度(℃)と経過時間(h)の関係が示されている。そして、図11の例示では、150℃から計測した計測データ(×印)と、この計測データに基づいて得たアレニウス近似式(150℃計測スタート)が実線で表示されている。すなわち、図11の例示では、実線で示されるグラフは、評価試料24の温度(℃)は経過時間が0の時には測定開始温度である150℃を示しており、そこから順次上昇することで約2.5(h)経過後には300℃まで達している。
そして、この関係式を用いることで、実際に行われる測定における測定開始時間や測定終了時間の少なくとも一方をSIT時間の定義に一致させることなく、SIT時間を求めることができる。すなわち、SIT時間の定義から、測定開始温度は110℃、測定終了温度は250℃となる。このため、上記の関係式において温度T0=110℃、Tn=250℃とすることで、上記と同様に、計測開始時間(例えば、T0=110℃)から計測終了温度(例えば、Tn=250℃)となるまでに要した時間を求めることができる。
図11の例示においては、計測開始温度が110℃である110℃計測スタートのアレニウス近似式は破線で示されている。そして、110℃計測スタートのアレニウス近似式は、150℃計測スタートで示されるアレニウス近似式を外挿して得られたものであり、150℃スタートのアレニウス近似式を右側にシフトしたものとなっている。そして、この110℃計測スタートのアレニウス近似式の250℃になる経過時間がSIT時間となり、図11の例示では、SIT時間は約15.3(h)となっている。なお、この場合には、SIT時間は所定基準(6時間)以上のため、炭化物22は安全と判定されることになる(図6参照)。
このような構成によれば、SIT時間の測定上の問題点(測定系の断熱が完全でなく僅かに放熱すること)を補正したSIT時間を得ることができる。
また、SIT時間は、評価試料24が初期温度(110℃)から所定温度(終了温度:250℃)まで上昇するのに要する時間と定義されるが、この構成によれば、SIT時間を初期温度(110℃)から実測することなく求めることができると共に、SIT時間を終了温度(250℃)まで測定することなく求めることもできる。このため、例えば、測定時間短縮のために、初期温度(110℃)よりも高い温度(図9の例示では150℃)を評価試料の計測開始温度とできるので、初期温度(110℃)から計測開始温度(図9の例示では150℃)までの評価試料24の温度上昇に要する時間分、自己発熱性の評価時間を短縮することができる。
また、SIT時間は、評価試料24が初期温度(110℃)から所定温度(終了温度:250℃)まで上昇するのに要する時間と定義されるが、この構成によれば、SIT時間を初期温度(110℃)から実測することなく求めることができると共に、SIT時間を終了温度(250℃)まで測定することなく求めることもできる。このため、例えば、測定時間短縮のために、初期温度(110℃)よりも高い温度(図9の例示では150℃)を評価試料の計測開始温度とできるので、初期温度(110℃)から計測開始温度(図9の例示では150℃)までの評価試料24の温度上昇に要する時間分、自己発熱性の評価時間を短縮することができる。
図1に例示される実施形態では、評価試料24は、ホッパ3に貯留される前に採取される。ホッパ3の貯留前に採取されることで、製品である炭化物22の安全性が早い段階で確認される。また、他の幾つかの実施形態では、評価試料24は、バグフィルタ65によって抽出される未加湿炭化物22から採取される。これによって、未加湿炭化物22がホッパ3に貯留される前に採取されるので、ホッパ3による貯留量(製品量)を適切に管理することができると共に、評価試料24に関連する未加湿炭化物22の範囲の切り分けを容易にすることができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、評価試料24は、ホッパ3や、ホッパ3から輸送のために取り出された後に採取されても良い。
また、上記に説明した炭化物製造システム1や炭化物製造方法は、石炭焚き発電所の貯炭バンカーや廃棄物ホッパ内に貯留した物質につても適用可能である。
例えば、評価試料24は、ホッパ3や、ホッパ3から輸送のために取り出された後に採取されても良い。
また、上記に説明した炭化物製造システム1や炭化物製造方法は、石炭焚き発電所の貯炭バンカーや廃棄物ホッパ内に貯留した物質につても適用可能である。
1 炭化物製造システム
2 炭化炉
21 被処理物
22 炭化物(未加湿炭化物)
24 評価試料
3 ホッパ
4 自己発熱性評価手段
41 評価結果
42 測定用容器
43 恒温槽
44 熱電対
45 温度計測器
46 個別データ
47 集合データ
47a 第1集合データ
47b 第2集合データ
5 炭化処理制御手段
52 炭化温度決定部
53 制御実行部
54 個別データ生成部
55 記憶部
56 安全性確認部
58 返却制御部
59 返却指示
60 製造ライン
61 水冷コンベヤ
62 気流搬送管
63 ロータリーフィーダ
64 ブロア
65 バグフィルタ
66 酸素濃度計
67 バルブ
68 窒素ガス供給源
72 バルク車
73 コンテナ
A、B 指数近似式の定数
x、y 指数近似式の変数
tn 温度
tc 経過時間
2 炭化炉
21 被処理物
22 炭化物(未加湿炭化物)
24 評価試料
3 ホッパ
4 自己発熱性評価手段
41 評価結果
42 測定用容器
43 恒温槽
44 熱電対
45 温度計測器
46 個別データ
47 集合データ
47a 第1集合データ
47b 第2集合データ
5 炭化処理制御手段
52 炭化温度決定部
53 制御実行部
54 個別データ生成部
55 記憶部
56 安全性確認部
58 返却制御部
59 返却指示
60 製造ライン
61 水冷コンベヤ
62 気流搬送管
63 ロータリーフィーダ
64 ブロア
65 バグフィルタ
66 酸素濃度計
67 バルブ
68 窒素ガス供給源
72 バルク車
73 コンテナ
A、B 指数近似式の定数
x、y 指数近似式の変数
tn 温度
tc 経過時間
Claims (10)
- 設定された炭化温度で被処理物を加熱にすることで炭化物を得る炭化処理を実行する炭化手段と、
前記炭化手段により得られる前記炭化物であって、前記炭化物を加湿する加湿処理がなされていない未加湿の前記炭化物である未加湿炭化物を貯留する貯留手段と、
前記未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価手段と、
前記自己発熱性評価手段による前記評価試料の評価結果に基づいて前記炭化処理を制御する炭化処理制御手段と、を備え、
前記炭化処理制御手段は、
前記評価結果に基づいて前記炭化温度を決定する炭化温度決定部と、
前記炭化温度決定部によって決定される前記炭化温度を前記炭化手段に設定する制御実行部と、
前記評価結果が所定基準を満たさない場合には、前記未加湿炭化物を前記炭化手段による前記炭化処理に戻すための返却指示を行う返却制御部と、を含むことを備えることを特徴とする炭化物製造システム。 - 前記自己発熱性評価手段は、単位期間ごとに炭化処理される前記未加湿炭化物から夫々採取される前記評価試料の各々に対して前記自己発熱性を評価し、
前記炭化処理制御手段は、
前記自己発熱性評価手段によって前記評価結果が得られるたびに、前記評価結果と、該評価結果に対応する前記炭化手段に設定された前記炭化温度との関係を含む個別データを前記単位期間ごとに生成する個別データ生成部と、
時系列が分かるように前記個別データを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶される複数の前記個別データであって、同一の炭化温度からなる複数の前記個別データから構成される集合データに基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する安全性確認部と、を含み
前記炭化温度決定部は、前記安全性確認部によって前記炭化温度の安全性が確認される場合には、該炭化温度から所定温度だけ下げた温度を新たな炭化温度に決定すると共に、前記単位期間毎の前記評価結果が前記所定基準を満たさないことを検出した場合には、所定基準を満たさない前記評価試料に対応する前記炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定することを特徴とする請求項1に記載の炭化物製造システム。 - 前記自己発熱性評価手段は、断熱雰囲気下において前記評価試料が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて前記自己発熱性を評価することを特徴とする請求項1または2に記載の炭化物製造システム。
- 前記SIT時間は、前記評価試料の絶対温度の逆数と前記絶対温度の上昇速度との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項3に記載の炭化物製造システム。
- 前記評価試料は、前記貯留手段に貯留される前に採取されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の炭化物製造システム。
- 前記貯留手段での貯留のために前記未加湿炭化物を抽出するフィルタ手段を、さらに備え、
前記評価試料は、前記フィルタ手段によって抽出される前記未加湿炭化物から採取されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の炭化物製造システム。 - 設定された炭化温度で被処理物を加熱にすることで炭化物を得る炭化処理を実行する炭化ステップと、
前記炭化ステップにより得られる前記炭化物であって、前記炭化物を加湿するための加湿処理がなされていない未加湿の前記炭化物である未加湿炭化物から採取される評価試料の自己発熱性を評価する自己発熱性評価ステップと、
前記自己発熱性評価ステップによる前記評価試料の評価結果に基づいて前記炭化処理を制御する炭化処理制御ステップと、を備え、
前記炭化処理制御ステップは、
前記評価結果に基づいて前記炭化温度を決定する炭化温度決定ステップと、
前記炭化温度決定ステップによって決定される前記炭化温度を前記炭化ステップにおける前記炭化温度に設定する制御実行ステップと、
前記評価結果が所定基準を満たさない場合には、前記未加湿炭化物を前記炭化ステップに戻して前記炭化処理を再び実行するための返却指示を行う返却制御ステップと、
を含むことを特徴とする炭化物製造方法。 - 前記自己発熱性評価ステップは、単位期間ごとに炭化処理される前記未加湿炭化物から夫々採取される前記評価試料の各々に対して前記自己発熱性を評価し、
前記炭化処理制御ステップは、
前記自己発熱性評価ステップによって前記評価結果が得られるたびに、前記評価結果と、該評価結果に対応する前記炭化ステップにおいて設定された前記炭化温度との関係を含む個別データを前記単位期間毎に生成する個別データ生成ステップと、
前記個別データの時系列が分かるように記憶する記憶ステップと、
前記記憶ステップによって記憶される複数の前記個別データであって、同一の炭化温度からなる複数の前記個別データから構成される集合データに基づいて、前記炭化温度の安全性を確認する安全性確認ステップと、を含み
前記炭化温度決定ステップは、前記安全性確認ステップによって前記炭化温度の安全性が確認される場合には、該炭化温度から所定温度だけ下げた温度を新たな前記炭化温度に決定すると共に、前記単位期間毎の前記評価結果が所定基準を満たさないことを検出した場合には、所定基準を満たさない前記評価試料に対応する前記炭化温度よりも高い温度を新たな炭化温度に決定することを特徴とする請求項7に記載の炭化物製造方法。 - 前記自己発熱性評価ステップは、断熱雰囲気下において前記評価試料が初期温度から所定温度まで上昇するのに要する時間であるSIT時間に基づいて前記自己発熱性を評価することを特徴とする請求項7または8に記載の炭化物製造方法。
- 前記SIT時間は、前記評価試料の絶対温度の逆数と、前記絶対温度の上昇速度の関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項9に記載の炭化物製造方法。
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JP2014215701A JP2016079374A (ja) | 2014-10-22 | 2014-10-22 | 炭化物製造システム、炭化物製造方法 |
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JP2014215701A Pending JP2016079374A (ja) | 2014-10-22 | 2014-10-22 | 炭化物製造システム、炭化物製造方法 |
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WO2019069849A1 (ja) * | 2017-10-04 | 2019-04-11 | 宇部興産株式会社 | バイオマス固体燃料 |
-
2014
- 2014-10-22 JP JP2014215701A patent/JP2016079374A/ja active Pending
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WO2019069849A1 (ja) * | 2017-10-04 | 2019-04-11 | 宇部興産株式会社 | バイオマス固体燃料 |
JPWO2019069849A1 (ja) * | 2017-10-04 | 2020-10-22 | 宇部興産株式会社 | バイオマス固体燃料 |
US11939549B2 (en) | 2017-10-04 | 2024-03-26 | Mitsubishi Ube Cement Corporation | Biomass solid fuel |
JP7467577B2 (ja) | 2017-10-04 | 2024-04-15 | Ube三菱セメント株式会社 | バイオマス固体燃料 |
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