JP2003246987A - 炭化物の品質管理方法 - Google Patents
炭化物の品質管理方法Info
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Abstract
タイムで分析し、炭化物を有効にリサイクルするために
品質管理する方法及びこれを実現する炭化物の品質管理
システム。 【解決手段】 有機性廃棄物を炭化炉22にて処理して
炭化物を得る工程と、レーザ誘起ブレークダウン法によ
る分析装置4で、該炭化物の炭素含有量をオンサイトで
分析する工程と、該分析工程における炭素含有量に応じ
て該炭化物を分類する工程とを含んでなる炭化物の品質
管理方法を提供する。
Description
に関する。さらには、本発明は有機性廃棄物が廃棄物処
理装置で処理されてできた炭化物をオンサイトで品質管
理し、有効に再利用するために分類する炭化物の品質管
理方法に関する。
の有機性廃棄物は廃棄物処理施設に運ばれ、一定の方法
で処理される。このような廃棄物処理方法の一つとし
て、炭化炉を用いる方法が知られている。かかる方法に
おいては、有機性廃棄物を低酸素、具体的には酸素濃度
が5%程度の条件下で加熱処理することにより炭化物を
生成する。
性廃棄物を燃焼し、急冷することにより生ずる粒状の固
体であり、通常、炭素を主成分として5〜80%程度含
むものであるため、炭素製品にリサイクルすることがで
きる。リサイクルされる炭素製品は、その炭化物の炭素
含有量が利用用途の選定や、更なる精製の必要性の重要
な指標である。ここで、利用用途としては燃料や、脱臭
剤、排ガスもしくは水質浄化剤等の吸着剤等が挙げられ
る。
途に合わせて一定の炭素含有量を有する炭化物が必要と
される。しかし、かかる炭化物の原料となる有機性廃棄
物の性状の変動が避けられないため、一定の性状の炭化
物を得ることは原理上困難である。このため、廃棄物処
理装置から得られた炭化物の性状分析を行い、その結果
に応じて一定の炭素含有量を有する炭化物ごとに分類し
てリサイクルする必要がある。
棄物処理装置から得られた炭化物をサンプラー等により
定期的にサンプリングし、サンプル試料をX線分析器、
化学分析器等の成分分析器まで輸送装置等により輸送し
た後、あるいは手動によりサンプリングをした後に、こ
れらの成分分析器により炭化物の炭素含有量等の分析を
行っていた。
料を採取してから分析器により分析結果が得られるまで
にかなりの時間(10〜120分)を必要とするため、
リアルタイムで炭化物の性状を得ることは不可能であっ
た。従って、この分析結果に基づいて炭化物の分類をオ
ンラインで行うことは困難であるため、従来は、得られ
た炭化物は分類がされていない炭素含有量の含有率幅が
広いものであり、リサイクル用途を制限する原因となっ
ていた。
による品質管理の自動化を実現しようとする場合には採
取されたサンプルの輸送装置等が必要となり、装置全体
が高価となるという課題を有していた。
イトかつリアルタイムで分析し、炭化物を有効にリサイ
クルすべくその性状にあわせて品質管理する方法および
これを実現する炭化物の品質管理システムが必要とされ
る。
に、本発明は、有機性廃棄物を炭化炉にて処理して炭化
物を得る工程と、レーザ誘起ブレークダウン法により、
該炭化物の炭素含有量をオンサイトで分析する工程と、
該分析工程における炭素含有量に応じて該炭化物を分類
する工程とを含んでなる炭化物の品質管理方法を提供す
る。ここでレーザ誘起ブレークダウン法(Laser Induce
d Breakdown Spectroscopy:以下、LIBS法とする)
とは、固体表面にレーザを照射し、プラズマ発光をさせ
てそのスペクトルを検出することにより、固体表面の元
素分析及び成分分析を可能にする方法である。LIBS
法は、短時間で測定可能であり、サンプリングを必要と
しない分析ができるため、本発明において、炭化物中の
炭素含有量を分析するのに有効に用いられる。また、こ
のようなサンプリング及び測定試料の調製を必要とせ
ず、被分析物をそのままの状態で分析する方法をオンサ
イト分析といい、本発明においては、ほぼリアルタイム
で分析結果を得ることができることを特徴とする。
程との間に、前記炭化物を粉砕する工程をさらに含む炭
化物の品質管理方法を提供する。また、前記炭化物を得
る工程と分析工程との間に、前記炭化物を冷却する工程
をさらに含む炭化物の品質管理方法を提供する。
誘起ブレークダウン法による測定を15〜60秒に1回
行うものである炭化物の品質管理方法を提供する。
量の炭化物と、低炭素含有量の炭化物とに分類する炭化
物の品質管理方法を提供する。このとき、高炭素含有量
の炭化物とは、所定の基準値以上の炭素含量を有する炭
化物をいい、低炭素含有量の炭化物とは、所定の基準値
以下の炭素含有量を有する炭化物をいう。基準値は、3
0%〜80%であり、好ましくは35%〜65%であ
り、さらに好ましくは40%である。
炉と、レーザ誘起ブレークダウン法を用いた該炭化物中
の炭素含有量の分析手段と、該炭素含有量に応じて該炭
化物を分類する手段とを含む炭化物の品質管理システム
を提供する
られた炭化物の炭素含有量をオンサイトで分析し、分析
工程においてほぼリアルタイムで得られる炭素含有量に
応じて後続の工程で炭化物の分類を行うことが可能であ
るため、炭素含有量の揃った炭化物を得ることができる
炭化物の品質管理システムを実現することができる。ま
た、このようなシステムはコスト的にも有利であり、有
機性廃棄物のリサイクルに有用である。
詳細に説明する。以下の実施の形態は本発明を限定する
ものではない。図1に本発明に係る炭化物の品質管理シ
ステム1全体の図を示す。本発明の実施の形態において
は、廃棄物処理装置10の炭化炉22で炭化物2を生成
する工程と、得られた炭化物2を運搬しながら、LIB
S法によりオンサイトで分析する工程と、かかる分析工
程により得られる炭化物2の炭素含有量に応じて炭化物
2を分類する工程を経て、高炭素分6の炭化物と低炭素
分7の炭化物にまで分類するものである。以下にそれぞ
れの工程につき、さらに詳しく述べる。
おいて、品質管理の対象となるのは、廃棄物処理装置1
0の炭化炉22で生成され、排出された炭化物2であ
る。このような炭化物2の炭素含有量は、5〜80重量
%程度であり、リサイクルすることができるからであ
る。このような炭化物2が有機性廃棄物から生成される
工程につき、廃棄物処理装置全体の図を示して以下に説
明する。
一形態である外熱式キルンを含む廃棄物処理装置10を
示す図である。図2に示す廃棄物処理装置10におい
て、貯留された有機性廃棄物11は破砕機及びスクリュ
ーフィーダにより構成された供給手段21により、破砕
された後、炭化炉である外熱式キルン22中に連続的に
供給される。ここで、外熱式キルン22の加熱ジャケッ
ト23中に、廃棄物処理装置10の後段で、熱分解ガス
12に含まれる飛散粒子等を燃焼する高温燃焼炉27で
発生する高温排ガス13を流通して内部を加熱する。昇
温途上の十分低温の間に、キルン22内部は窒素若しく
は水蒸気でフラッシュして、内部の空気の一部を置換
し、酸素濃度を5%以下に抑える。外熱式キルン22の
内温は300〜800℃に制御する。このようなキルン
22において炭化物が生成される。
2を分離抜き出し手段24の下部に導き、熱分解ガス1
2を上部から取り出す。分離抜き出し手段24の下部か
らは、有機性廃棄物11の供給量とバランスしてキルン
内容量が定常状態になるよう、炭化物2を抜き出す。分
離抜き出し手段24の下部には急冷手段として熱交換器
25を備え、抜き出し時に急冷することができ、ある程
度冷却された状態の炭化物2が排出される。
ち、抜き出された炭化物以外の成分である熱分解ガス1
2は飛散粒子を含んでいる。従って、バグフィルタ26
で除塵した後、高温燃焼炉27で燃焼させ、ボイラ30
で熱交換してボイラからの排ガスとなり、バグフィルタ
29でさらに除塵した後、煙突28から排出される。
有機ハロゲン化合物の生成を抑制して処理し、資源とし
て有効利用の出来る炭化物を取得することができる。従
って、炭化物2を得る工程は、このような廃棄物処理装
置10を用いて実施することが好ましい。しかし、炭化
物を生成する装置または設備であれば、特定の物には限
定されない。
炉22から排出された炭化物2は、通常、温度が常温〜
100℃、直径が約0.5mm〜100mm前後の固体
粒子状であって、通常炭素を5〜80重量%の割合で含
む他、シリカ、アルミニウム、カルシウム、鉄等を主な
成分として含むものである。
炭素含有量を、LIBS法によりオンサイトで分析する
工程につき説明する。廃棄物処理装置10で得られた炭
化物2は分析工程を実施するための分析場5に一定量で
連続的に導かれる。このとき、炭化物2は、廃棄物処理
装置10から排出されて、いったん貯留された後、分析
工程を実施するための分析場5まで運搬されてもよい。
あるいは排出された炭化物2が、分析工程にまで運搬す
るための手段に載置されるように、廃棄物処理装置10
における炭化物の分離抜き出し手段24と炭化物を運搬
する手段3とを設け、連続的に分析場5まで運搬される
ようにすることもできる。このような炭化物を運搬する
ための手段3に導入する工程については、排出される炭
化物の量や、本発明にかかる炭化物の品質管理システム
1で処理可能な量および処理速度等に応じて適宜決定さ
れることが好ましく、特定の方法によるものではない。
当業者には既知の適当な方法及び手段を用いることによ
り、炭化物を運搬する手段3に導入することができる。
物を一定速度で運搬することが必要とされる。従って、
運搬手段3としてはベルトコンベアのような装置を用い
ることが好ましい。その他の運搬手段3としては、例え
ば、空気輸送等を用いることもできる。しかし、炭化物
2が分析場5を連続的に一定量で通過することができる
ようにする手段であれば、特定の手段には限定されな
い。
に、あるいは運搬する間であって炭化物の分析工程の前
に、炭化物を粉砕する工程を設けてもよい。これは、本
発明における分析工程でLIBS法により炭素含有量の
分析を行うための前処理として炭化物を微粒子化してお
くことにより、より精度の高い測定が可能となるためで
ある。かかる炭化物の粉砕にあたっては、高速回転体に
よる衝撃式粉砕機や媒体を用いる振動ミル、チューブミ
ル等の装置を用いることができるが、これらには限定さ
れない。また、粉砕工程においては、炭化物を直径が1
0〜1000μm程度の粒子にまで粉砕することが好ま
しい。
入する前に、あるいは運搬する間であって炭化物の分析
工程の前に、炭化物を冷却する工程を設けてもよい。上
述のように、炭化物2は通常100℃程度で廃棄物処理
装置10から排出されるが、その炭化条件や成分によっ
て温度のばらつきが生じていると考えられる。このよう
な温度差は、分析工程で検出される炭化物の炭素含有量
の誤差を生じる可能性がある。従って、一定の温度まで
冷却することで、より精度の高い測定を可能とするため
である。かかる炭化物の冷却工程には、例えば、送風
機、管路の径を拡大してその外部を囲緯した冷却ジャケ
ットや、経路に挿入した多管式熱交換器、若しくはフィ
ン付きチューブ等の装置を用いることができるが、これ
らには限定されない。炭化物2が排出される場所と分析
場5との間に運搬手段3を比較的長い距離に渡って設
け、分析工程に達するまでの間に自然冷却することも可
能である。
ける場合には、粉砕工程を経た後の炭化物を冷却工程に
供することが好ましい。粉砕により熱を生ずる可能性が
あるからである。
いずれかの個所に設ける。炭素含有量の分析は、被分析
物である炭化物2が運搬される過程で、非接触かつサン
プリングの必要のない方法、具体的には、LIBS法に
より行う。
空間で決定され、通常数mm〜数十mmであり、一方、
測定時間はレーザの照射時間で決定され、通常一回の照
射時間は数ns〜数十nsである。このため、炭化物性
状を代表する測定値を得る為に、廃棄物処理装置10で
得られた炭化物2は分析工程を実施するための分析場5
を連続的に移動させ、これにある周期で繰り返しレーザ
を発信させることにより、より多くのサンプルから得ら
れた信号を平均化して分析値を得ることが望ましい。
いて、運搬される炭化物に直接レーザ照射可能であるよ
うに分析装置4を設置することで分析場5を設けること
ができる。分析場5としては特別な設備等を備える必要
はなく、分析装置4からのレーザが照射される位置が分
析場5となる。
てベルトコンベアが上昇するように設けられている場合
には、その最上部付近に分析場5を設けることが好まし
い。従って、ベルトコンベアの最上部付近であって、ベ
ルトコンベア上に載置された炭化物にレーザを照射する
ことが可能な位置に分析装置4を設置し、分析場5を設
けることができる。
つき、詳細に説明する。レーザは、被計測物である炭化
物にレーザ光を集光し、炭化物中の成分をプラズマ化さ
せて、そのプラズマ光を異なった波長分解能の複数のグ
レーティングを有する分光器に入射する。それぞれのグ
レーティングにより分光された複数のスペクトル光は、
高速ゲートが可能なCCDカメラにより撮影され、CC
Dカメラが出力した映像はコンピュータに転送され、コ
ンピュータはこの映像より分析場に存在する炭化物中の
炭素含有量を計測する。
るLIBS法による分析装置4を図3に示す。かかる分
析装置4は、レーザ光を放射する励起用パルスレーザ4
1、同レーザ41が放射したレーザ光を入射しパージ付
計測窓43を介して分析場5に集光するレンズ42、同
レンズ42が集光したレーザ光を分析場5に存在する固
体粒子状の炭化物2が受光して発生したプラズマ光をミ
ラー44を介して入射するレンズ45、同レンズ45が
集光したプラズマ光を入射する分光器46、同分光器4
6により分光された光を撮影するCCDカメラ47、同
CCDカメラ47に接続されたコンピュータ48および
上記励起用パルスレーザ41とCCDカメラ47の間に
設けられた同期ライン49を備えている。
放射したレーザ光は、レンズ42がパージ付計測窓43
を介して分析場5に集光し、分析場5に存在する炭化物
2をプラズマ化させ、この炭化物2はプラズマ光を発す
る。
ンズ45により集光され、異なった波長分解能の複数
(2個以上)のグレーティングを有する分光器46に入
射し、それぞれのグレーティングから分光された光が放
射され、それぞれの光は高速ゲートが可能なCCDカメ
ラ47により撮影される。CCDカメラ47が出力する
映像は、コンピュータ48に転送され、コンピュータ4
8は各成分からの発光強度情報より分析場5に存在する
炭化物2の成分を計測する。なお、CCDカメラ47に
よる撮影は、励起用パルスレーザ41の発振と同期ライ
ンにより同期させている。
ば、運搬手段3上に設けられた分析場5にある炭化物2
の組成およびその含有量を計測することができ、ほぼリ
アルタイムで炭化物2の炭素含有量を得ることができ
る。一回あたりの測定に要する時間が、約0.1秒と非
常に短いため、ベルトコンベア等の運搬手段3により運
ばれていく炭化物2をその運搬手段3に載せたままオン
サイトで分析することが可能である。従って、本発明に
おいてLIBS法による分析装置4は炭化物2の炭素含
有量を分析するために有利に用いられる。
をオンサイトで分析することが必要とされるため、上述
のような装置が好ましいが、同様に測定することが可能
であれば、装置は特定の種類に限定されるものではな
い。特に、得られた分光学的なシグナルの解析方法等に
ついては、上述の装置で実施される方法には限定されな
い。
いた分析装置4により炭化物中の炭素含有量を分析す
る。一般には、得られたスペクトルの強度から、計算に
より炭素含有量を重量%で算出することができる。
炭化物に照射し、100回の測定ごとに炭素含有量の平
均値を計測して炭化物中の炭素含有量とすることができ
る。具体的には、照射開始から1回目から100回目の
炭素含有量の平均値を第1回の炭素含有量とし、次に1
01回目から200回目の炭素含有量の平均値を第2回
の炭素含有量とするように測定することができる。この
とき、データ転送、処理に5秒要するとすれば、15秒
に1回の分析結果が得られることになる。
る分類の精度によって異なる。つまり、炭化物をある一
定の炭素含有量を基準値として、その基準値からほとん
ど誤差がないように分類する必要がある場合には、測定
間隔を狭くし、測定の精度を上げることが好ましい。そ
のためには、レーザ照射する部分を複数有する分析装置
を使用し、複数の分析場5を設けることができるように
オンサイト分析することも可能であるが、測定の精度を
上げるための方法これには限定されない。かかる測定の
精度は、当業者には既知の様々な方法によって達成する
ことが可能である。
BS法による分析装置4は、多元素を同時に検出しその
強度を得ることが可能である。従って、炭化物のリサイ
クル用途によっては一定の有害な金属元素の有無やその
含有量を計算する工程をさらに含み、分類工程に反映さ
せることもできる。
ュータ48のモニタ画面上で、あるいはコンピュータ4
8と連結されて別途設けられたモニタ画面等により常に
監視することが可能である。また、かかるコンピュータ
48による分析結果は、その後の分類工程に反映される
ため、コンピュータ48の分析結果と連動させて、分類
工程を実施する装置の制御を行うように設計することが
できる。
へ導入される。分類工程は、分析工程で得られた炭素含
有量の値に応じて、目的の異なる複数の用途に炭化物を
分類する。
炭素含有量を基準値として、炭化物を高炭素含有量の炭
化物と、低炭素含有量の炭化物との二つに分類すること
ができる。このように二つに分類するときの基準となる
値は、30%〜80%であり、好ましくは35%〜65
%であり、さらに好ましくは40%である。以下にかか
る分類工程につき説明する。
たときは、炭素含有量が40%以上の炭化物を高炭素含
有量の炭化物とし、炭素含有量が40%以下の炭化物を
低炭素含有量の炭化物として、炭化物を二つに分類する
ことができる。炭素含有量が40重量%以上である比較
的高炭素分の炭化物は、石炭並みの発熱量を持つである
ため、固体燃料としてリサイクルするのに有用である。
また、炭素含有量が、40重量%以下である比較的低炭
素分の炭化物は、そのままでは発熱量が低く燃料として
はリサイクルが困難なので、吸着剤としてリサイクルす
るかもしくは、灰分を除去する灰分分離工程に供して、
炭素含有量を高めて再利用することが可能である。
炭素含有量をモニタリングしながら、40重量%以上で
あれば高炭素分6の分類へ、40%以下であれば低炭素
分7の分類へ、運搬されてきた炭化物2を分類するよう
に分類手段を制御する。
装置4で得られた炭素含有量と連動するように行うこと
ができる。これには、例えば、運搬手段3の終点に移動
可能なコンテナ等を設けて、運ばれてきた炭化物をその
炭素含有量に応じたコンテナに収容するように分類する
方法がある。このとき、高炭素分6のコンテナと低炭素
分7のコンテナとが設けられる。分析工程により得られ
た炭素含有量が例えば、40重量%以上であれば高炭素
分6のコンテナに、40重量%以下であれば低炭素分7
のコンテナに、運搬されてくる炭化物2が収容されるよ
うに、コンテナを移動させることができる。
終点近くに分岐を設け、分析工程により得られた炭素含
有量に応じて進む経路を変えるように制御して、その先
に高炭素分6と低炭素分7のコンテナを設置して、分岐
点で分類された炭化物2を収容するようにすることもで
きる。しかし、このような分類の制御は一例に過ぎず、
炭素含有量に応じて分類できるあらゆる装置及び方法を
用いることができる。
析工程で得られる炭化物の炭素含有量に応じて制御さ
れ、その結果炭素含有量の揃った炭化物に分類されて、
有効にリサイクルを行うことができる。ここでは、高炭
素分6と低炭素分7との二つに分類する工程につき説明
したが、本発明は分類される数を限定するものではな
い。例えば、炭素含有量により5種類以上に分類するこ
ともできる。
ムによれば、有機性廃棄物処理装置から排出される炭化
物を運搬しながら、その炭素含有量をオンサイトかつ短
時間で分析することができ、その分析工程で得られた炭
素含有量に応じて炭化物を分類し、有効にリサイクルす
ることができる。本発明の方法は、簡単でかつ低コスト
で実現できるため、有機性廃棄物処理施設等において有
用である。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 有機性廃棄物を炭化炉にて処理して炭化
物を得る工程と、 レーザ誘起ブレークダウン法により、該炭化物の炭素含
有量をオンサイトで分析する工程と、 該分析工程における炭素含有量に応じて該炭化物を分類
する工程とを含んでなる炭化物の品質管理方法。 - 【請求項2】 前記炭化物を得る工程と分析工程との間
に、前記炭化物を粉砕する工程をさらに含む請求項1に
記載の炭化物の品質管理方法。 - 【請求項3】 前記炭化物を得る工程と分析工程との間
に、前記炭化物を冷却する工程をさらに含む請求項1ま
たは2に記載の炭化物の品質管理方法。 - 【請求項4】 前記分析工程が、レーザ誘起ブレークダ
ウン法による測定を15〜60秒に1回行うものである
請求項1〜3のいずれかに記載の炭化物の品質管理方
法。 - 【請求項5】 前記分類工程において、高炭素含有量の
炭化物と、低炭素含有量の炭化物とに分類する請求項1
〜4のいずれかに記載の炭化物の品質管理方法。 - 【請求項6】 炭化物を生成する炭化炉と、 レーザ誘起ブレークダウン法を用いた該炭化物中の炭素
含有量の分析手段と、 該炭素含有量に応じて該炭化物を分類する手段とを含む
炭化物の品質管理システム。
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---|---|---|---|
JP2002047966A JP3970048B2 (ja) | 2002-02-25 | 2002-02-25 | 炭化物の品質管理方法 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009235169A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Metawater Co Ltd | 炭化物の出荷方法 |
JP2009288147A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Forestry & Forest Products Research Institute | レーザ誘起プラズマ発光分析による木材密度の測定方法 |
JP2020101440A (ja) * | 2018-12-21 | 2020-07-02 | 株式会社Ihi | 分光用粉体流制御装置 |
-
2002
- 2002-02-25 JP JP2002047966A patent/JP3970048B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP7225786B2 (ja) | 2018-12-21 | 2023-02-21 | 株式会社Ihi | 分光用粉体流制御装置 |
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