JP2023000833A - 熱分解方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可燃性ガスを炭化炉内で燃焼させて炭化炉の熱効率を向上させる熱分解方法を提供する。【解決手段】熱分解方法は、有機性廃棄物を炭化炉３で炭化する炭化ステップと、炭化炉３に酸素を供給する酸素供給ステップと、炭化炉３で有機性廃棄物から生じた可燃性ガスを酸化させる酸化ステップと、を含み、酸素供給ステップは、可燃性ガスを酸化するための当量未満になるように供給酸素量を制御する供給制御ステップを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、熱分解方法に関する。

特許文献１には、有機系廃棄物より有価物（炭化物）を製造する方法（熱分解方法）とそのシステムが記載されている。このシステムは、外被側より供給される間接加熱により汚泥などの有機系廃棄物より炭化物と熱分解ガス（可燃性ガス）の製造を行う炭化装置と、炭化により生じた熱分解ガスを燃焼させて燃焼排ガスを製造し、炭化炉に当該燃焼排ガスを供給する二次燃焼室と、を備えている。このシステムでは、二次燃焼室で熱分解ガスを燃焼させた燃焼排ガスを炭化炉に供給することで、熱分解ガスの熱量を炭化処理のための熱量として利用している。

特許文献２には、多量の臭気物質を含んだ汚泥から臭気強度を一定値以下に抑えた汚泥処理物（炭化物）を得るための汚泥加熱処理方法及び汚泥加熱処理装置が記載されている。この汚泥加熱処理方法で用いる汚泥加熱処理装置は、汚泥を加熱する加熱炉、汚泥を加熱炉に搬入する汚泥搬入部、加熱炉から搬出される汚泥処理物を汚泥加熱処理装置の外部に搬出する汚泥搬出部、加熱炉内部の温度を計測する温度計、熱風を加熱炉に供給する熱風炉、加熱炉に供給される酸素量を制御する酸素供給制御部、酸素を加熱炉に供給する酸素供給部、及び加熱炉内部の酸素濃度を計測する酸素濃度計を備えている。加熱炉は、外熱式の加熱炉であり、略円筒状を呈し汚泥を外気に触れない状態で加熱しながら軸方向で搬送するキルンと、キルンを囲んで設けられるジャケットとを有している。

特許文献２に記載された汚泥加熱処理方法では、汚泥処理物の臭気強度を一定値以下に抑えると共に、汚泥処理物に含まれる有機化合物の含有率を一定値以上にするために、キルン内部の酸素濃度の調整を行う。酸素濃度計は、現在のキルン内部の酸素濃度を計測し、その計測値を酸素供給制御部に出力する。酸素供給制御部には、予めキルン内部において維持すべき酸素濃度設定値が与えられており、この設定値は加熱処理後に得られる汚泥処理物の臭気強度及び有機化合物の含有率の目標値に応じて決定される。酸素供給制御部は、現在のキルン内部の酸素濃度と上記酸素濃度設定値に基づいて、酸素供給部が供給する酸素量を決定する。次に、酸素供給制御部は、上記酸素量の情報を含んだ酸素供給信号を酸素供給部に出力する。酸素供給部は、酸素供給制御部から出力された酸素供給信号に基づいて、酸素をキルン内部に供給する。キルン内部に供給された酸素により、汚泥に含まれる臭気物質が酸化分解されて、汚泥処理物の臭気強度が一定値以下に抑えられる。

特開２００３－０９５６２９号公報 特開２０１０－１２５３９２号公報

特許文献１に記載された有機系廃棄物より有価物を製造する方法とそのシステムでは、熱分解ガス（可燃性ガス）を二次燃焼炉で燃焼させたり、熱分解ガスの燃焼排ガスを炭化炉に供給する設備を要したりするなど、設備が大掛かりになり、またこれら設備による燃焼排ガスの熱ロスも避けられない。また、燃焼性の熱分解ガスを二次燃焼炉まで輸送する必要を生ずるため安全対策のための設備も複雑になる。特許文献２に記載された汚泥加熱処理方法及び汚泥加熱処理装置では、汚泥に含まれる臭気物質を炉内で酸化分解する工夫がなされているが、炭化中に生じる可燃性ガスの後処理については考慮されていない。

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、可燃性ガスを炭化炉内で燃焼させて炭化炉の熱効率を向上させる熱分解方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る熱分解方法の特徴構成は、有機性廃棄物を炭化炉で炭化する炭化ステップと、前記炭化炉に酸素を供給する酸素供給ステップと、前記炭化炉で前記有機性廃棄物から生じた可燃性ガスを前記炭化炉内で酸化させる酸化ステップと、を含み、前記酸素供給ステップは、前記可燃性ガスを酸化するための当量未満になるように供給酸素量を制御する供給制御ステップを含む点にある。

有機性廃棄物を炭化炉で炭化して炭化物を得る場合、炭化炉に供給される酸素量が炭化物に対して相対的に増大すると、炭化物の酸化（燃焼）が進行しやすくなる。そこで、上記構成によれば、炭化物の酸化を抑制し、有機性廃棄物から生じた可燃性ガスのみを酸化（燃焼）すべく、当該可燃性ガスを酸化するための当量未満の酸素を炭化炉に供給する。供給された酸素は通常、固体状の炭化物よりも、気体状の可燃性ガスとより速い速度で化合する。そのため、可燃性ガスを酸化するための当量未満の酸素を炭化炉に供給することで、炭化物の酸化を抑制しつつ、可燃性ガスのみを炭化炉内で酸化できる。

また、上記構成によれば、可燃性ガスを炭化炉内で酸化するため、当該酸化で生じた酸化熱は、外部に放熱されるなどの損失なく炭化炉内の炭化に供される。これにより熱効率が向上する。すなわち、炭化炉内で可燃性ガスを酸化させて炭化炉の熱源として利用し、省エネを達成できる。

また、上記構成によれば、炭化炉から排気される排気ガス中に含まれる可燃性ガスの含有量が著しく減少するため、排気ガスが発火の危険性が小さいものとなる。これにより、炭化システムの安全性が向上し、炭化システムの簡略化が可能となる。

本発明に係る熱分解方法の更なる特徴構成は、前記炭化炉の内部雰囲気の酸素濃度を計測する酸素濃度計測ステップを更に含み、前記供給制御ステップは、前記酸素濃度が１．０体積％未満となるように前記供給酸素量を制御するフィードバック制御ステップを含む点にある。

上記構成によれば、炭化炉の内部雰囲気の酸素濃度を１．０体積％未満に制御して、炭化物の酸化を抑制しつつ、可燃性ガスのみを炭化炉内で酸化できる。

本発明に係る熱分解方法の更なる特徴構成は、有機性廃棄物を炭化炉で炭化する炭化ステップと、前記炭化炉に酸素を供給する酸素供給ステップと、前記炭化炉で前記有機性廃棄物から生じた可燃性ガスを酸化させる酸化ステップと、前記炭化炉の内部雰囲気の酸素濃度を計測する酸素濃度計測ステップと、を含み、前記酸素供給ステップは、前記酸素濃度が１．０体積％未満となるように供給酸素量を制御するフィードバック制御ステップを含む点にある。

上記構成によれば、炭化炉の内部雰囲気の酸素濃度を１．０体積％未満に制御して、炭化物の酸化を抑制しつつ、可燃性ガスのみを炭化炉内で酸化できる。また、炭化炉内で可燃性ガスを酸化させて酸化熱を炭化炉の熱源として利用し、省エネを達成できる。また、炭化炉から排気される排気ガス中に含まれる可燃性ガスの含有量が著しく減少するため、排気ガスが発火の危険性が小さいものとなり、炭化システムの安全性が向上し、炭化システムの簡略化が可能となる。

上記目的を達成するための本発明に係る熱分解方法の特徴構成は、前記酸素供給ステップで供給される酸素を、酸素濃度５％未満の酸素含有ガスとして供給する点にある。

酸素が高い濃度で炭化炉内に供給されると、供給された酸素が炉内雰囲気に拡散して可燃性ガスと混合して酸化に供されるまでの時間が長くなる。これにより、炭化炉内の空間中に、局所的に酸素濃度の高い雰囲気（領域）が生じることになる。当該酸素濃度の高い雰囲気中に炭化物が侵入すると、炭化物が酸化してしまう。しかし、上記構成によれば、酸素濃度５％未満という低い濃度の酸素含有ガスを炭化炉内に供給することで、炭化炉内で局所的に酸素濃度の高い雰囲気が生じることを防止し、炭化物の酸化を抑制できる。これにより、可燃性ガスのみを炭化炉内で酸化できる。

本発明に係る熱分解方法の更なる特徴構成は、前記酸素供給ステップで供給される酸素として、前記有機性廃棄物よりも含有酸素量が多い別の廃棄物を含む点にある。

上記構成によれば、別の廃棄物により炉内に酸素を供給できる。また、有機性廃棄物と当該別の廃棄物とを共に炭化して炭化物として燃料資源化しつつ、当該炭化中に生じた可燃性ガスを別の廃棄物により供給した酸素で酸化できる。

炭化システムのフロー図 炭化炉、供給機構、及び酸素供給装置の説明図 酸素供給量の制御フロー 炭化炉、供給機構、及び別の酸素供給装置の説明図

図面に基づいて、本発明の実施形態に係る熱分解方法について説明する。以下では、下水などの汚泥のような有機性廃棄物を熱分解して炭化することにより、取扱性の良い燃料資源に転換する炭化システムを例示して説明する。

〔炭化システムの全体構成〕
図１には、炭化システムＡのフロー図を示している。

炭化システムＡは、汚泥を炭化する設備などとして、汚泥を炭化する炭化炉３（炭化ステップの一例）や炭化炉３に汚泥を供給する供給機構Ｆを備え、ＣＰＵや記憶装置（図示せず）を備えた中央制御機構である制御部Ｃにより動作を制御されている。炭化炉３では、汚泥が炭化され、炭化物が得られると共に、温度低下により凝縮するタール成分やチャー、可燃性ガス（乾留ガス、例えば、メタン、水素、乃至、一酸化炭素のガス）を含む排ガスが生じる。本実施形態の汚泥は、上流の工程（図示せず）において、あらかじめ所定の含水率まで乾燥され、例えば数ミリの粒状に造粒された後、供給機構Ｆに供給される。

炭化システムＡは、汚泥の炭化物の後処理設備として、炭化炉３から排出される炭化物を冷却する冷却機９１、当該冷却された炭化物を出荷に備えて貯留するストックタンク９３を備えている。

炭化システムＡは、炭化炉３の排ガスの処理設備などとして、炭化炉３に酸素を供給する酸素供給装置５（酸素供給ステップの一例）と、炭化炉３から排ガスを誘引するガス管７とを備え、更に、ガス管７上において炭化炉３の側から下流に向けて、排ガスの温度を計測する温度計Ｔ、排ガス中の酸素濃度などのガス物性を計測するガス物性計測装置６、排ガスの流量を計測する流量計ＦＬ、二次燃焼炉９４、臭気ガスや煤塵を除去する浄化装置９５、及びファンなどの排気装置９６を備えている。炭化炉３で生じた可燃性ガスを含む排ガスは、酸素供給装置５から供給する酸素により炭化炉３内で酸化（燃焼）され（酸化ステップの一例）、また、二次燃焼炉９４で燃焼された後、浄化装置９５で浄化されて外部（大気）に放出される。ガス物性計測装置６は、二次燃焼炉９４の上流側の排ガス中の酸素濃度を測定（酸素濃度計測ステップの一例）し、測定結果を制御部Ｃなどへ送出する。制御部Ｃは、炭化炉３内で炭化物が酸化しないように、ガス物性計測装置６の測定結果に基づいて炭化システムＡの動作を制御する。

〔各部の説明〕
〔供給機構〕
供給機構Ｆは、炭化炉３に供給する汚泥を一時貯留するホッパ１、ホッパ１から炭化炉３に汚泥を供給する供給機２、供給機２に窒素などの不活性ガスを供給するパージ機構４を含む。

ホッパ１は、コンベアなどにより上流側から搬送供給される汚泥を炭化炉３に供給するために一時的に貯留する、金属製などの貯留容器である。ホッパ１の下部には、供給機２が接続されている。ホッパ１からの自由落下により、上流側のホッパ１から下流側の供給機２へ汚泥が供給される。

供給機２は、ホッパ１から汚泥を一定速度（一定の供給速度）で切り出して下流側の炭化炉３に供給する供給装置である。供給機２は、ロータリバルブなどの定量切り出し装置である回転弁２０と、ホッパ１側の空間と回転弁２０側の空間とを遮断可能な仕切弁であるスライド弁２１とを有する。回転弁２０やスライド弁２１は、金属などで形成されている。供給機２から炭化炉３へ汚泥を供給する際は、スライド弁２１を開いてホッパ１側の空間と回転弁２０側の空間とを連通させた状態で回転弁２０を作動させる。供給機２から炭化炉３への汚泥の供給停止時は、スライド弁２１を閉じてホッパ１側の空間と回転弁２０側の空間とを遮断すると共に、回転弁２０を停止させる。

パージ機構４は、窒素などの不活性ガスの供給源となるガスボンベやバルブなどの流量制御装置（図示せず）などを備え、供給機２に所定の供給速度で不活性ガスを供給する装置である。供給機２は、パージ機構４から供給される不活性ガスにより、炭化炉３からの排ガスの逆流を防止され、当該排ガス中に含まれるタール成分などの凝縮による汚損を免れる。

〔炭化炉〕
炭化炉３は、図１、図２に示すように、供給機構Ｆから定量供給される汚泥を連続的に加熱、炭化して排出する熱分解処理を行うプラグフロー式の加熱炉である。炭化炉３は、汚泥が、例えば摂氏２５０度から摂氏６００度になるように加熱する。炭化炉３は、図２に示すように、汚泥を収容して加熱する金属製の回転容器である内筒３０、内筒３０を収容する金属製の外筒３１、内筒３０と外筒３１との間の空間に、内筒３０を加熱するための熱媒としての熱風を供給する熱風発生炉３５、及び、内筒３０を回転させる駆動機構（図示せず）と汚泥の供給を受け入れる受け入れ機構や炭化物を排出する排出機構などを有する入口側機構３３や出口側機構３４を備えた外熱式のロータリーキルンである。炭化炉３には酸素供給装置５が接続されており、酸素供給装置５により内筒３０内に低濃度の酸素を含有するガス（酸素含有ガスの一例、以下、低酸素ガスと記載する）が供給されている。

外筒３１は、内筒３０をその内側空間に収容する収容容器であって、内筒３０の外周に熱風を接触させて加熱するための加熱容器である。外筒３１は、外筒３１の下流側における外周に設けられ、その内側空間に熱風発生炉３５からの熱風（例えば、摂氏６００度）を導入する熱風入口管３１ａと、上流側における外周に設けられ、その内側空間から熱風を排気する熱風出口管３１ｂとを有する。外筒３１の内部空間に導入された熱風は、内筒３０と熱交換した後、熱風出口管３１ｂから排気される。

内筒３０は、筒状で金属製の加熱容器である。内筒３０は、汚泥を筒内部に収容した状態で、筒外部からの伝熱により、その軸心を回転中心として自転しながら内部の汚泥を撹拌しつつ、汚泥を加熱する。内筒３０は、モータ（図示せず）などにより回転駆動される。

炭化炉３に供給された汚泥は、入口側機構３３を介して内筒３０に供給される。内筒３０に供給された汚泥は、内筒３０からの伝熱による加熱で炭化されながら、引き続いて上流側から供給される汚泥により順次下流側に押し流されて（いわゆる、プラグフロー）、出口側機構３４に到る。出口側機構３４に到達した炭化物は、炭化炉３から排出されて冷却機９１に移送される。

内筒３０に供給された汚泥が炭化される際に、乾留ガスなどの可燃性ガスやタール成分などの低温で凝縮する成分を含む排ガスが生ずる。炭化炉３では、酸素供給装置５から内筒３０内に低酸素ガスを供給することで、炭化物の酸化（燃焼）を抑制しつつ、炭化時に生じた可燃性ガスを内筒３０内で酸化（燃焼）させている。この可燃性ガスの酸化によって生じた熱エネルギーは、内筒３０内で汚泥を炭化するための熱量として利用され、省エネルギー化に貢献する。内筒３０に供給された気体、内筒３０で生じた排ガス（可燃性ガスの酸化により生じたガスを含む）は、出口側機構３４、ガス管７、及び排気装置９６を介して外部（大気）に放出される。内筒３０内で酸化により、出口側機構３４から流出する排ガス中の可燃性ガスの濃度は、着火のおそれが生じない程度に十分低下しており安全性が向上している。なお、酸素供給装置５と内筒３０内の炭化物の酸化防止や可燃性ガスの酸化については酸素供給装置５の説明と共に後述する。

〔酸素供給装置〕
酸素供給装置５は、上述のごとく、炭化炉３の内筒３０に低濃度の酸素を供給する装置である。酸素供給装置５は、図２に示すように、空気よりも酸素濃度の低い低酸素ガスの供給源となる供給機本体５０、内筒３０内に配設され、供給機本体５０から供給された低酸素ガスを内筒３０内に供給する酸素ノズル５７、及び供給機本体５０から酸素ノズル５７に低酸素ガスを供給する低酸素ガス供給管５３とを有する。酸素供給装置５は、炭化物の炭化を回避すべく、内筒３０内での汚泥の炭化の際に生じる可燃性ガスを酸化するための当量未満の酸素を、低酸素ガスの供給により、内筒３０内に供給する。

炭化炉３はプラグフロー的な炭化処理を行うため、単位時間当たりに内筒３０で生じる可燃性ガスの量（質量ないしモル量）は、単位時間あたりに内筒３０に供給される汚泥の量（質量）に比例する。そこで、本実施形態では、あらかじめ単位量質量あたりの炭化物が生じる可燃性ガスの総量を、複数の異なる温度（複数の炭化温度）毎に取得し、特徴情報（例えば特性曲線や検量線）として制御部Ｃの記憶装置などに記憶させている。後述する制御部Ｃは、この特徴情報、内筒３０への単位時間当たりの汚泥の供給量、及び汚泥の炭化温度（例えば、熱風発生炉３５から供給する熱風の温度や温度計Ｔで計測された排ガスの温度）に基づいて、低酸素ガスにより単位時間当たりに供給する酸素量（質量ないしモル量）が、内筒３０内での汚泥の炭化の際に生じる可燃性ガスを酸化するための当量未満（たとえば、当量の９９％）となるように、酸素供給装置５に低酸素ガスを供給させる。

供給機本体５０は、窒素ボンベなどの窒素ガス供給源５１と、酸素ボンベや空気圧縮機（コンプレッサ）などの酸素を含有するガス（酸素ガスや空気、以下では単に高酸素ガスと記載する）を供給する酸素ガス供給源５２とを有する。低酸素ガス供給管５３は、上流側が窒素ガス供給源５１と接続されており、下流側が酸素ノズル５７と接続されている。低酸素ガス供給管５３には、窒素ガス供給源５１から供給される窒素ガスの流量を調節する窒素量調整弁５５が設けられている。酸素ガス供給源５２には、酸素ガス供給管５４の一端が接続されており、酸素ガス供給管５４の他端は、低酸素ガス供給管５３における、窒素量調整弁５５と酸素ノズル５７との間に接続されている。酸素ガス供給管５４には、酸素ガス供給源５２から供給される高酸素ガスの流量を調節する酸素量調整弁５６が設けられている。窒素量調整弁５５及び酸素量調整弁５６は、アクチュエータなどの駆動機構を備えた自動弁である。

供給機本体５０は、制御部Ｃの指令に基づいて窒素量調整弁５５と酸素量調整弁５６の開度を調節して、所定の酸素濃度且つ所定の流量の低酸素ガスを調製し、酸素ノズル５７へ当該低酸素ガスを供給する。低酸素ガスの流量は、窒素ガスと高酸素ガスの合計流量である。低酸素ガスの酸素濃度は、合計流量に対する高酸素ガス中の酸素ガス流量の割合である。低酸素ガスの酸素濃度は、１．０体積％以上５．０体積％未満とするとよい。

酸素ノズル５７は、内筒３０の内部雰囲気に低酸素ガスを供給する、例えば直線状で管状の部材である。酸素ノズル５７は、低酸素ガス供給管５３と接続されている側を入口側機構３３に支持された状態で、内筒３０内において、内筒３０の軸方向に沿い配設されている。酸素ノズル５７は、内筒３０内の上部側であって、内筒３０の内壁や、内筒３０内の汚泥や炭化物の粒子層から離間して配設されている。

酸素ノズル５７は、終端側が封じられており、酸素ノズル５７の管側面には、低酸素ガスを内筒３０内に流出させる４つ（複数）の開孔５８が形成されている。開孔５８は、炉内ガス温度が摂氏３００度以上となる、炭化炉３の中央部から下流側に亘って配置されている。可燃性ガスは、温度域が摂氏３００度を超えると、瞬時に酸素と反応する。このように、内筒３０の軸方向に沿って炭化炉３の中央部から下流側に亘る複数個所に開孔５８を設けることで、低酸素ガスを内筒３０内に供給して可燃性ガスの酸化を促進しつつ、内筒３０内に供給された酸素が瞬時に消費されて残存されることがなくなるので、炭化物の酸化を抑制できる。また、炭化炉３内が可燃性ガスと酸素ガスが混合した爆発しやすいガス雰囲気に維持されることも抑制できる。また、それぞれの開孔５８は、上方に向けて形成されている。開孔５８を上方に向けて形成することで、低酸素ガスが炭化物に吹きつけられることを回避して炭化物の酸化を抑制しつつ、可燃性ガスのみを炭化炉内で酸化可能となる。

〔制御部〕
制御部Ｃは、図１に示すように、炭化システムＡの中央制御機構であり、本実施形態では、酸素供給装置５の動作制御を行う酸素供給御機構を含む。制御部Ｃは、あらかじめ記憶装置に記憶された運転計画や運転の実行値、特徴情報、及び入力装置（図示せず）により使用者などから動作指示に従って、炭化システムＡの動作を制御する。

〔炭化の開始時の制御〕
制御部Ｃは、図２に示すように、炭化炉３で汚泥の炭化を開始する場合は、排気装置９６（図１参照）の動作（炭化炉３から排ガスの排気）、炭化炉３の加熱、パージ機構４による不活性ガスの供給、及び酸素供給装置５から窒素ガスのみの供給のそれぞれを開始した後、スライド弁２１を開き、回転弁２０による供給を開始する。なお、排気装置９６の動作（炭化炉３から排ガスの排気）、炭化炉３の加熱、及びパージ機構４による不活性ガスの供給のそれぞれの開始タイミングは、同時、もしくはこの順に開始するとよい。

本実施形態では、制御部Ｃは、パージ機構４による不活性ガスの供給及び酸素供給装置５による窒素ガスのみの供給を開始した後、回転弁２０による供給を開始して所定時間経過（例えば、５分経過）した後、スライド弁２１を開く遅延制御を行っている。この遅延制御により、内筒３０内の酸素濃度を予め低下させ、炭化物の酸化を抑制できる。また、汚泥が回転弁２０に落下供給される前に、回転弁２０内に残留していた水分を十分に乾燥させて、供給開始後の付着物の成長を防止できる。

〔炭化中の制御〕
制御部Ｃは、炭化炉３で炭化が進行し始める（例えば、排ガスの温度が摂氏３００度を超える）と、酸素供給装置５による低酸素ガス（酸素）の供給を開始する。

本実施形態では、制御部Ｃは、特徴情報、内筒３０への単位時間当たりの汚泥の供給量、及び温度計Ｔで計測された排ガスの温度に基づいて、低酸素ガスにより単位時間当たりに供給する酸素の質量流量（モル量）が、内筒３０内での汚泥の炭化の際に生じる可燃性ガスを酸化するための当量の９９％となる酸素量調整弁５６の目標流量（以下では、規定値と記載する）を求め、更に規定値に後述する所定の補正を行って補正値を求め、酸素量調整弁５６の補正値に設定して酸素供給装置５に低酸素ガスを供給させることで酸素供給量（供給酸素量の一例）を制御（供給制御ステップの一例）する。この制御フローについては後述する。

図１に示すように、炭化炉３で炭化中、制御部Ｃは排気装置９６の出力調整などにより、炭化炉３の内部圧力を、マイナス１５０Ｐａ以上からマイナス５０Ｐａ以下程度の緩やかな陰圧（微負圧）に制御する。炭化炉３の内部圧力をこのような微負圧に制御することで、炭化炉３内への制御されない空気（酸素）の誘引を回避できる。

制御部Ｃは、炭化炉３で汚泥の炭化中、排気装置９６の動作、炭化炉３の加熱、パージ機構４による不活性ガスの供給、酸素供給装置５による低酸素ガス（酸素）の供給、及び供給機構Ｆによる汚泥の供給が原則一定となるように制御する。しかし、制御部Ｃは、ガス物性計測装置６で計測している排ガス中の酸素濃度が所定の濃度（例えば、１体積％）を超える場合は、排ガス中の酸素濃度が当該所定の濃度を超えないように酸素供給装置５からの酸素供給量を減少させる制御を行う。なお、本実施形態では、排ガス中の酸素濃度は、炭化炉３の炉内雰囲気の酸素濃度に等しい。制御部Ｃが実行する、酸素供給量の制御フローについては後述する。

〔炭化の終了時の制御〕
制御部Ｃは、図１、図２に示すように、使用者の指示などにより炭化炉３で汚泥の炭化を終了もしくは停止する場合は、まず、スライド弁２１を閉じ、供給機構Ｆからの炭化炉３への汚泥の供給を停止する。制御部Ｃは、スライド弁２１を閉じた後も、所定時間経過するまでの間、パージ機構４による不活性ガスの供給を継続し、その後、パージ機構４による不活性ガスと酸素供給装置５による低酸素ガスの供給とを終了する。

スライド弁２１を閉じた後もパージ機構４による不活性ガスの供給を継続することで、炭化の終了後における回転弁２０内の残留水分を十分に乾燥させることができる。これにより、炭化の再開時の付着物の成長を防止できる。

スライド弁２１を閉じて供給機構Ｆからの炭化炉３への汚泥の供給を停止した後も酸素供給装置５による低酸素ガス（酸素）の供給を継続することで、炭化炉３内に残留している炭化物から生じる可燃性ガスを燃焼させて、可燃性ガスが外部（大気）に放出されることを防止できる。

なお、上記のスライド弁２１を閉じた後の「所定時間」との概念には、あらかじめ定めた固定の時間（例えば、１０分）である場合、例えば炭化炉３の炉内ガス温度が所定の温度以下に下がるまでの変動する時間である場合、あるいは、炭化炉３の平均滞留時間や炭化炉３から全量排出するために要する時間に対応する時間に所定の係数を乗じた時間である場合を含む。例えばこの所定時間として、炭化炉３から全量排出するために要する時間の２倍の時間を設定できる。

本実施形態では、制御部Ｃは炭化炉３で汚泥の炭化を停止（終了）する場合は、まず、スライド弁２１を閉じる。スライド弁２１を閉じた後も、制御部Ｃは、回転弁２０の動作、パージ機構４による不活性ガスの供給、炭化炉３の運転、及び酸素供給装置５による低酸素ガスの供給は継続する。炭化炉３の内部の汚泥が十分に炭化され、炭化物の大部分が冷却機９１（図１参照）に移送された後、制御部Ｃは炭化炉３の加熱を停止すると共に、酸素供給装置５による低酸素ガスの供給を停止して窒素ガスのみの供給を開始する。その後、炭化炉３の炉内ガス温度が所定の温度以下（例えば、摂氏３００度未満）になると、制御部Ｃは、回転弁２０の動作、パージ機構４による不活性ガスの供給、酸素供給装置５による窒素ガスの供給、及び排気装置９６の動作を停止（終了）する。パージ機構４による不活性ガスの供給を停止する際まで回転弁２０の動作を維持することで、回転弁２０の一部に凝縮性成分が凝縮して付着することを回避できる。

〔酸素供給量の制御フローの説明〕
制御部Ｃにより実行される酸素供給量の制御フローを図３に示す。以下では、制御フローは図３を、その他については図２を参照する。この制御は、炭化中、及び、炭化の終了時の動作としてスライド弁２１を閉じ、所定時間経過して酸素供給装置５による低酸素ガスの供給が停止されるまで実行される。

制御部Ｃは、炭化炉３で炭化が進行し始めると、特徴情報、内筒３０への単位時間当たりの汚泥の供給量、及び温度計Ｔで計測された排ガスの温度に基づいて規定値Ｘを求め（＃１）、更に規定値Ｘから補正係数Ｚを差し引いて、補正値Ｙを決定する（＃２）。本実施形態では、補正係数Ｚの初期値はゼロであるが、後述するステップ＃９により、必要に応じて所定値が設定される。

制御部Ｃは、補正値Ｙを決定すると（＃２）、酸素量調整弁５６の目標流量を補正値Ｙに設定し（＃３）、排ガスの酸素濃度をガス物性計測装置６で計測する（＃４）。排ガスの酸素濃度が所定の濃度未満（本実施形態では、１．０体積％未満）であれば（＃５，Ｙｅｓ）、制御部Ｃは、排ガスの酸素濃度が下限値（例えば０．１～０．３体積％の任意の値）以上であるか否かを判定する（＃６）。排ガスの酸素濃度が下限値以上であれば、（＃６，Ｙｅｓ）、酸素量調整弁５６の目標流量を維持し（＃７）、炭化が終了したかどうかを判定する（＃８）。

本実施形態では、後述するように、炭化炉３の炉内ガス温度が所定の温度未満（例えば、摂氏３００度未満）になると、炭化が終了したと判断し（＃８，Ｙｅｓ）、酸素量調整弁５６を閉じる。炭化炉３の炉内ガス温度が所定の温度以上（例えば、摂氏３００度以上）になると、炭化中であると判断（＃８，Ｎо）してステップ＃４へ戻り、ガス物性計測装置６による酸素濃度の計測を継続（＃４）して以下繰り返す。

排ガスの酸素濃度をガス物性計測装置６で計測して（＃４）排ガスの酸素濃度が所定の濃度未満でなければ（＃５，Ｎｏ）、補正係数Ｚを所定量ΔＺ（正の値）だけ加算して更新し（＃９、フィードバック制御ステップの一例）、ステップ＃２へ戻る。排ガスの酸素濃度をガス物性計測装置６で計測して（＃４）排ガスの酸素濃度が下限値以上でなければ（＃６，Ｎｏ）、補正係数Ｚを所定量ΔＺ（負の値）だけ加算して更新し（＃９、フィードバック制御ステップの一例）、ステップ＃２へ戻る。なお、所定量ΔＺは、例えば、固定の流量値を設定したり、酸素量調整弁５６の一メモリに対応する値や、規定値Ｘに対応する所定量（たとえば、規定値Ｘの１００分の１の値）を設定したりできる。ステップ＃２では、規定値Ｘと更新された補正係数Ｚとに基づいて補正値Ｙを決定し（＃２）、以下これを繰り返す。なお、ステップ＃６を省略して、排ガスの酸素濃度が所定の濃度未満であれば（＃５，Ｙｅｓ）、酸素量調整弁５６の目標流量を維持しても良い（＃７）。

以上のようにして、可燃性ガスを炭化炉内で燃焼させて炭化炉の熱効率を向上させる熱分解方法を提供できる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、炭化炉３がロータリーキルンである場合を例示して説明したが、炭化炉３は、汚泥を炭化させる程度に加熱可能な装置であればよい。例えば、炭化炉３は、ロータリーキルン以外にも、汚泥を収容する容器中に電熱装置や熱媒で加熱されたスクリューや撹拌パドルを備え、容器の内側から汚泥を加熱する加熱装置や、槽状の容器中に汚泥を層状に収容し、その層の下方から熱風を吹き込んで加熱する流動床式の加熱装置でもよい。これらの場合は、汚泥を収容する容器内に、酸素ノズル５７を配設する。

（２）上記実施形態では、供給機２がスライド弁２１を有していたが、スライド弁２１は省略可能である。

（３）上記実施形態では、複数の開孔５８が形成された一つの酸素ノズル５７により、低酸素ガスを内筒３０内に供給する場合を例示した。しかし、酸素ノズル５７は一つの場合に限られず、複数の酸素ノズル５７により低酸素ガスを内筒３０内に供給してもよい。また、酸素ノズル５７は、複数の開孔５８が形成されている場合に限られず、一つの開孔５８のみを形成されている場合もある。

（４）上記実施形態では、不活性なガスとして、窒素を例示した。しかし、不活性なガスとしては、窒素に代えて、アルゴンガスや二酸化炭素のような酸化反応を生じないガスや、酸化反応のおそれがきわめて低い低酸素濃度ガス（例えば、二次燃焼炉９４での二次燃焼後の排ガスや、焼却炉や発電所などの他の産業設備の排ガス）を用いてもよい。

（５）上記実施形態では、炭化システムＡは、炭化炉３の排ガスの処理設備などとして、炭化炉３に酸素を供給する酸素供給装置５と、炭化炉３に汚泥を供給する供給機構Ｆとを備えている場合を説明した。炭化システムＡはこの場合に限らず、酸素供給装置５に加えて、もしくは酸素供給装置５に代えて、有機性廃棄物よりも含有酸素量が多い別の廃棄物（例えば生ごみ。以下、単に生ごみと記載する）を炭化炉３に供給する第二供給機構Ｓを別の酸素供給装置として備える場合もある。

図４には、酸素供給装置５に代えて、第二供給機構Ｓを備えた場合について示されている。第二供給機構Ｓは、例えば供給機構Ｆと同様の構成とすることができ、供給機構Ｆとは別の上流の工程（図示せず）において、あらかじめ所定の含水率まで乾燥され、例えば数ミリの粒状に破砕、切断、乃至造粒された生ごみを供給される。第二供給機構Ｓは、供給機構Ｆが供給する汚泥に加えて、生ごみを炭化炉３に供給する。この生ごみは、炭化炉３で炭化されると共に、可燃性ガスを含む排ガスを酸化するための酸化剤となる。制御部Ｃは、廃棄物により炭化炉３に供給される酸素が、内筒３０内での汚泥の炭化の際に生じる可燃性ガスを酸化するための当量未満となるように、第二供給機構Ｓからの廃棄物の供給量（供給酸素量の他の例）を制御（供給制御ステップの他の例）する。これにより、炭化システムＡは、汚泥と共に生ごみを炭化物として資源化すると共に、生ごみに含まれる酸素を利用して排ガスの酸化に利用する。

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明は、熱分解方法に適用できる。

３ ：炭化炉
５ ：酸素供給装置
６ ：ガス物性計測装置
３０ ：内筒
３１ ：外筒
Ａ ：炭化システム
Ｃ ：制御部
Ｆ ：供給機構
Ｓ ：第二供給機構

Claims (5)

1. 有機性廃棄物を炭化炉で炭化する炭化ステップと、
   前記炭化炉に酸素を供給する酸素供給ステップと、
   前記炭化炉で前記有機性廃棄物から生じた可燃性ガスを前記炭化炉内で酸化させる酸化ステップと、を含み、
   前記酸素供給ステップは、前記可燃性ガスを酸化するための当量未満になるように供給酸素量を制御する供給制御ステップを含む熱分解方法。
2. 前記炭化炉の内部雰囲気の酸素濃度を計測する酸素濃度計測ステップを更に含み、
   前記供給制御ステップは、前記酸素濃度が１．０体積％未満となるように前記供給酸素量を制御するフィードバック制御ステップを含む請求項１に記載の熱分解方法。
3. 有機性廃棄物を炭化炉で炭化する炭化ステップと、
   前記炭化炉に酸素を供給する酸素供給ステップと、
   前記炭化炉で前記有機性廃棄物から生じた可燃性ガスを前記炭化炉内で酸化させる酸化ステップと、
   前記炭化炉の内部雰囲気の酸素濃度を計測する酸素濃度計測ステップと、を含み、
   前記酸素供給ステップは、前記酸素濃度が１．０体積％未満となるように供給酸素量を制御するフィードバック制御ステップを含む熱分解方法。
4. 前記酸素供給ステップで供給される酸素を、酸素濃度５．０体積％未満の酸素含有ガスとして供給する請求項１から３のいずれか一項に記載の熱分解方法。
5. 前記酸素供給ステップで供給される酸素として、前記有機性廃棄物よりも含有酸素量が多い別の廃棄物を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の熱分解方法。

Images