(57)【要約】【課題】処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法を提供する。【解決手段】炭化物処理装置１００は、自己発熱性を有する炭化物Ｍを貯留する貯留槽３と、炭化物Ｍの堆積物Ｂに酸素を含有する処理用ガスＧを通気する給気配管４１ａと、貯留槽３に設けられ、炭化物Ｍを所定時間滞留させて排出する排出部３２と、堆積物Ｂの槽高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定部９９と、層領域における判定閾値に基づいて、給気配管４１ａからの通気量、または、排出部３２によって滞留時間を制御する滞留時間制御部９３と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己発熱性を有する炭化物を貯留する貯留槽と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気部と、
前記貯留槽に設けられ、前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出部と、
前記堆積物の槽高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定部と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気部からの前記処理用ガスの通気量、または、前記排出部によって前記炭化物の滞留時間を制御する制御部と、を備えた炭化物処理装置。
【請求項２】
前記貯留槽において高さ方向において異なる複数の高さ位置の酸素濃度を計測する酸素濃度計測部を備え、
前記判定閾値設定部は、前記酸素濃度計測部が計測した高さ位置ごとの酸素濃度に基づいて、前記層領域ごとの前記炭化物の酸素消費特性を求め、当該酸素消費特性に基づいた前記判定閾値を算出し、
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいた判定閾値により前記排出部を制御して、前記層領域ごとの前記滞留時間を変更する請求項１に記載の炭化物処理装置。
【請求項３】
前記貯留槽は、前記炭化物が供給される供給部を有し、
前記制御部は、供給される前記炭化物の酸素消費特性に基づいて、前記層領域ごとの前記滞留時間の初期値を決定する請求項１または２に記載の炭化物処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいて前記通気部を制御して前記通気量を変更し、前記堆積物への酸素供給量を制御する請求項２または３に記載の炭化物処理装置。
【請求項５】
自己発熱性を有する炭化物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気工程と、
前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出工程と、
前記堆積物の層高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定工程と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気工程における通気量、または、前記排出工程における滞留時間を制御する制御工程と、を備えた炭化物処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物処理装置および炭化物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥などの有機性廃棄物は、例えば加熱により炭化処理されて、燃料として再利用されている。このようにして得た有機性廃棄物の炭化物は、炭化処理直後はその粒子表面に活性の高い表面官能基を有しており、そのままでは自己発熱性を有することが知られている（例えば、特許文献１参照）。そのため、貯蔵時の安全性を確保すべく、自己発熱性を低下させる処理（いわゆる、エージング処理、以下では、単に「炭化物処理」と称する場合がある）がされている（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。
【０００３】
特許文献１には、排水処理などで生じた有機物含有汚泥を炭化炉で炭化処理した炭化物の処理方法が記載されている。この処理方法は、炭化処理により得た炭化物を低温酸化雰囲気炉で酸化処理することで、炭化物の表面酸化反応を予め収束させている。これにより、貯蔵された炭化物が低温酸化反応による自己発熱によって燃焼を誘発するのを未然に防止している。
【０００４】
特許文献２には、炭化炉で炭化処理された後の炭化製品を、該炭化製品の酸化反応に対し活性の高い活性基を非燃焼酸化反応させて安定化させる安定化処理炉を備えた有機物含有汚泥の炭化処理装置が記載されている。この炭化処理装置の安定化処理炉では、窒素パージなどを行わず、大気雰囲気下で所定時間滞留（例えば、１０時間滞留）させて安定化処理するために、６０℃から２００℃の温度の範囲内で酸化反応を行うことが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、炭素含有物を炭化処理または乾燥処理する加熱手段と、加熱手段からの加熱処理物に対し加湿する加湿手段とを有する炭素含有物の処理装置が記載されている。この処理装置は、加湿された加熱処理物を空気流により搬送し、当該空気流で搬送された加熱処理物を一時的に安定化処理槽に貯留し、当該安定化処理槽に空気などを通気している。この処理装置は、加湿による残留水分の蒸発潜熱により、加熱処理物が搬送や貯留時に自己発熱しても一定温度以上の温度上昇を抑制しつつ、安定化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６７９５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７４６４号公報
【特許文献３】特開２０１６−１２４８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これら従来の技術では、炭化物の堆積物への通気のムラや貯留される炭化物の物性ばらつきにより、適切に炭化物処理を行うことができない場合があった。
【０００８】
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、処理中の自己発熱を制御しつつ適切に炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る炭化物処理装置の特徴構成は、
自己発熱性を有する炭化物を貯留する貯留槽と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気部と、
前記貯留槽に設けられ、前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出部と、
前記堆積物の槽高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定部と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気部からの前記処理用ガスの通気量、または、前記排出部によって滞留時間を制御する制御部と、を備えた点にある。
【００１０】
上記構成によれば、貯留槽に貯留された炭化物の堆積物（堆積層、粒子層）に、酸素を含有する処理用ガスを通気して、炭化物粒子表面の高活性な表面官能基を酸化させて、自己発熱性を低下させる炭化物処理をする。
【００１１】
また、上記構成によれば、判定閾値設定部が、炭化物の堆積物の槽高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する。そして、制御部は、当該層領域ごとに判定閾値に基づいて、層領域ごとに通気量や滞留時間を制御する。これにより、炭化物の堆積物への通気にムラが生じたり、貯留される炭化物の物性にばらつきが生じたりしても、処理中の自己発熱を制御しつつ設定された判定閾値に応じて炭化物の自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１２】
本発明に係る炭化物処理装置の更なる特徴構成は、
前記貯留槽において高さ方向において異なる複数の高さ位置の酸素濃度を計測する酸素濃度計測部を備え、
前記判定閾値設定部は、前記酸素濃度計測部が計測した高さ位置ごとの酸素濃度に基づいて、前記層領域ごとの前記炭化物の酸素消費特性を求め、当該酸素消費特性に基づいた前記判定閾値を算出し、
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいた判定閾値により前記排出部を制御して、前記層領域ごとの前記滞留時間を変更する点にある。
【００１３】
上記構成によれば、貯留槽において高さ方向に積み増して貯留された炭化物の堆積物について、酸素濃度計測部は、炭化物処理中に異なる複数の高さ位置の酸素濃度を計測する。そして、判定閾値設定部は、炭化物の堆積物について、酸素濃度計測部が計測した酸素濃度に基づいて、高さ方向における層領域ごとに酸素消費特性を求める。これにより、判定閾値設定部は、層領域ごと求められた酸素消費特性に基づいて、層領域ごとに適切で精度の高い判定閾値を算出することが可能となる。その結果、制御部は、層領域ごとに適切な滞留時間を設定して炭化物の自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１４】
例えば酸素消費特性として、判定閾値設定部は、炭化物が酸素を消費する速度に係る特性を求めることができる。この場合、制御部は、炭化物が酸素を消費する速度が速い場合、滞留時間を長く設定し、炭化物の自己発熱性が必要十分に低下するまで、炭化物処理を継続させることができる。
【００１５】
本発明に係る炭化物処理装置の更なる特徴構成は、
前記貯留槽は、前記炭化物が供給される供給部を有し、
前記制御部は、供給される前記炭化物の酸素消費特性に基づいて、前記層領域ごとの前記滞留時間の初期値を決定する点にある。
【００１６】
上記構成によれば、供給される層領域ごとの滞留時間の初期値を、供給される炭化物の処理前の酸素消費特性に基づいて決定することができる。これにより、層領域ごとに適切な滞留時間で炭化物処理をして、自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１７】
本発明に係る炭化物処理装置の更なる特徴構成は、
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいて前記通気部を制御して前記通気量を変更し、前記堆積物への酸素供給量を制御する点にある。
【００１８】
上記構成によれば、制御部は酸素消費特性に基づいて、堆積物への酸素供給量を適切に設定することができる。例えば炭化物の酸素消費特性が、酸素を消費する速度が大きいという特性である場合、制御部は、処理用ガスに含まれる酸素を供給する速度を、所定の閾値以上に高くならないように制限する通気量制御を行う。これにより制御部は、炭化物が、速い速度で酸素を消費して大きな発熱をしないように制御しつつ、炭化物処理を安全に継続させることが可能となる。その結果、炭化物の自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明に係る炭化物処理方法の特徴構成は、
自己発熱性を有する炭化物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気工程と、
前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出工程と、
前記堆積物の層高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定工程と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気工程における通気量、または、前記排出工程における滞留時間を制御する制御工程と、を備える点にある。      
【００２０】
上記構成によれば、上述の炭化物処理装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態の有機汚泥リサイクルシステムの構成図
【図２】第一実施形態の炭化物処理装置の説明図
【図３】温度センサの設置態様を説明する図
【図４】酸素プローブの設置態様を説明する図
【図５】第二実施形態の有機汚泥リサイクルシステムの構成図
【図６】第三実施形態の炭化物処理装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１から図６に基づいて、本発明の実施形態に係る炭化物処理装置および炭化物処理方法について説明する。
【００２４】
〔第一実施形態〕
〔全体構成の説明〕
図１から図４に基づいて、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００を説明する。第一実施形態に係る炭化物処理装置１００は、図１に示すように、例えば、下水汚泥などの有機汚泥をリサイクル燃料Ｆとして再利用する有機汚泥リサイクルシステム２００の炭化物処理に用いられる。本実施形態では、有機汚泥リサイクルシステム２００に、あらかじめ乾燥しペレット状に造粒された有機汚泥である乾燥汚泥Ｌが供給される場合を例示して説明する。有機汚泥リサイクルシステム２００は、乾燥汚泥Ｌを炭化などして、リサイクル燃料Ｆを得る。
【００２５】
図２に示すように、炭化物処理装置１００は、後述する炭化物処理方法により、乾燥汚泥Ｌから得た炭化物Ｍの自己発熱性を低下させる処理（いわゆる、エージング処理（低温酸化処理）、以下では、「炭化物処理」と称する）を行う。
【００２６】
有機汚泥リサイクルシステム２００は、炭化物処理装置１００に加えて、主として炭化炉１０と、冷却器２０と、ストックタンク２７とを備える。
【００２７】
乾燥汚泥Ｌは、例えば押し出し造粒法により円筒ペレット状に造粒されている。乾燥汚泥Ｌもしくは乾燥汚泥Ｌから得た炭化物Ｍやリサイクル燃料Ｆの粒子形状、かさ密度などの粒子物性を均質化して、有機汚泥リサイクルシステム２００や炭化物処理装置１００における炭化物Ｍなどのハンドリング性や炭化物処理の均一性を向上させるためである。
【００２８】
図１に示すように、乾燥汚泥Ｌは、炭化炉１０に供給されて炭化される。これにより円筒ペレット状の炭化物Ｍを得る。炭化炉１０から排出された炭化物Ｍは冷却器２０で加湿および冷却される。その後、炭化物処理装置１００に所定時間貯留される。炭化物処理装置１００は、貯留された炭化物Ｍに所定時間酸素を含有する処理用ガスＧを通気して、炭化物処理を行う（図２参照）。炭化物処理をなされた炭化物Ｍは、安全にタンクなどに貯留可能なリサイクル燃料Ｆとなり、炭化物処理装置１００から排出される。炭化物処理装置１００から排出されたリサイクル燃料Ｆは、市場への出荷に備えてストックタンク２７に貯留される。以下では、炭化炉１０からストックタンク２７に向かう炭化物Ｍもしくはリサイクル燃料Ｆの搬送経路の下流側を単に下流側と称し、その逆を上流側と称する。
【００２９】
〔各部の説明〕
炭化炉１０は、乾燥汚泥Ｌを低酸素雰囲気下で加熱（以下では、「炭化処理」と称する場合がある）して炭化物Ｍを得る装置である。炭化炉１０は、ロータリーキルンで構成されている。炭化炉１０は、ロータリーキルン方式のほか流動床式やスクリュー式などでもよい。炭化炉１０は、乾燥汚泥Ｌを温度２５０℃から６００℃程度で炭化処理する。
【００３０】
本実施形態において炭化炉１０では、炭化処理の際、乾燥汚泥Ｌから可燃性ガスが生成する。当該可燃性ガスは、例えば二次燃焼炉１２に供給されて燃焼された後、排熱回収機やスクラバなどの排ガス処理設備１３を経て燃焼排気Ｅｆとして外部に排出される。炭化物Ｍは、炭化炉１０から排出された後、シュート１１などを介して冷却器２０に投入される。
【００３１】
冷却器２０は、炭化物Ｍを冷却する装置である。冷却器２０は、本実施形態では、ケーシング内に設けたスクリューによって炭化物Ｍを移動させるスクリュー搬送装置に冷却水ＣＷを供給するノズル２０Ｅを取り付けた装置である。本実施形態では、冷却器２０は、炭化物Ｍをスクリューで一方向に搬送し、当該搬送される炭化物Ｍに冷却水ＣＷを噴霧供給している。
【００３２】
冷却器２０の内部の炭化物Ｍは、冷却水ＣＷの蒸発潜熱により冷却される。本実施形態では、炭化物Ｍは６０℃未満まで急冷される。本実施形態では、冷却水ＣＷの噴霧供給により、炭化物Ｍは冷却されると共に加湿される。本実施形態では、炭化物Ｍが、ドライベース（完全に乾燥した炭化物重量に対する重量比）で５％から２０％、特に好ましくは７％から１５％程度の水分となるように加湿される。
【００３３】
本実施形態において冷却器２０には、炭化物Ｍの流れと対向する向きに、窒素などの不活性ガスであるキャリアガスＣＧが通流されている。冷却器２０では、キャリアガスＣＧ、および、冷却水ＣＷの水蒸気に加えて、一酸化炭素ガスなどの可燃性ガスや臭気を有するガスが生じる。そのため、本実施形態では、冷却器２０の排気は、排気管１４を介して二次燃焼炉１２に導入している。冷却された炭化物Ｍは、冷却器２０からフライトコンベア２２に供給される。本実施形態では、炭化物Ｍが、冷却器２０とフライトコンベア２２の投入口（図示せず）とを仕切るロータリーバルブ２１を介してフライトコンベア２２に供給される。
【００３４】
冷却器２０から排出された炭化物Ｍは、フライトコンベア２２によりクッションタンク２３に搬送され、クッションタンク２３から炭化物処理装置１００に供給される。本実施形態では、クッションタンク２３に搬送された炭化物Ｍは、ロータリーバルブ３１ａ（図２参照）を介して炭化物処理装置１００に供給される。なお、フライトコンベア２２などを用いる代わりに、冷却器２０から排出された炭化物Ｍを、シュートなどを経て炭化物処理装置１００に供給してもよい。また、フライトコンベア２２で搬送する代わりに、空気輸送、ベルトコンベヤ、バケットコンベヤなどを用いて搬送してもよい。
【００３５】
炭化物処理装置１００は、炭化物Ｍを炭化物処理して、リサイクル燃料Ｆを得る装置である。炭化物処理装置１００については後述する。炭化物処理装置１００で得たリサイクル燃料Ｆは、フライトコンベア２５からクッションタンク２６に輸送される。この際、フライトコンベア２５の上流にはチラーから冷媒が供給されている熱交換器などの空気冷却装置２５ａが配置され、この空気冷却装置２５ａで冷却された空気Ａを用いてリサイクル燃料Ｆを冷却する場合がある。リサイクル燃料Ｆは、クッションタンク２６からストックタンク２７に投入されて出荷時まで保管される。
【００３６】
炭化物処理装置１００について詳述する。炭化物処理装置１００は、図２に示すように、炭化物Ｍを貯留して炭化物処理を行う貯留槽３と、貯留槽３に貯留された炭化物Ｍの堆積物Ｂに処理用ガスＧを通気（給気）する通気部４と、貯留槽３の槽内温度を計測する温度計測部Ｔと、貯留槽３の槽内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測部Ｓと、炭化物処理装置１００の動作全体を制御する制御部９と、を備えている。なお、後述するように、処理用ガスＧは空気Ａなどの酸素を含有する第一処理用ガスＧ１を少なくとも含む気体である。本実施形態では、通気部４は、第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２とを混合した処理用ガスＧを給気している。本実施形態では、通気部４は、給気ファン４１と、循環ファン４２とを含む。貯留槽３の槽内温度とは、堆積物Ｂの温度を計測した値のことをいう。
【００３７】
炭化物処理装置１００は、後述するように、炭化物Ｍを貯留槽３に貯留する貯留工程と、炭化物Ｍの堆積物Ｂに酸素を含有する処理用ガスＧを通気する通気工程と、炭化物Ｍを所定時間滞留させて排出する排出工程とを行って、炭化物Ｍの炭化物処理を実現し、リサイクル燃料Ｆを得る。
【００３８】
炭化物処理装置１００は、後述するように、リサイクル燃料Ｆの安全性（低い自己発熱性）と、炭化物処理装置１００による炭化物処理の安全性とを確実に担保すべく、貯留槽３の槽内温度を計測する温度計測工程を行うと共に、通気工程として、炭化物Ｍの堆積物Ｂに第一処理用ガスＧ１を通気する第一通気工程と、堆積物Ｂに第二処理用ガスＧ２を通気する第二通気工程と、を実行する。また、炭化物処理装置１００は、第一処理用ガスＧ１、および、第二処理用ガスＧ２の少なくとも一方により、貯留槽３の槽内温度を所定の閾値（温度）以下になるように制御する温度制御工程を実行する。さらに、炭化物処理装置１００は、堆積物Ｂの層高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定工程と、当該層領域における当該判定閾値に基づいて、通気工程における通気量、または、排出工程における滞留時間を制御する制御工程と、を実行している。
【００３９】
貯留槽３は、炭化物Ｍを鉛直方向に積み増して層状に貯留する金属製の容器である。また、貯留槽３は当該層状に貯留した炭化物Ｍを、層状態を維持しつつ次工程に供給（マスフローで排出）する供給容器である。貯留槽３は、貯留槽３の容器本体３０の内部空間に炭化物Ｍを投入する投入口となる供給部３１と、貯留槽３の内部空間からリサイクル燃料Ｆを排出する排出部３２とを有する。
【００４０】
本実施形態の貯留槽３の容器本体３０は、上端を閉塞する天板３０ａを有する筒状の上部容器と、当該上部容器から下方に向けてすり鉢状（コーン状）に窄む下部容器と、を一体的に備えている。貯留槽３の断面形状は円形であり、下部容器が窄む角度（コーン角度）は、排出部３２から炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）がマスフローで排出される角度に設定されている。なお、下部容器が窄む角度がマスフローで排出される角度に設定できない場合は、例えば貯留槽３の槽内における上部容器と下部容器との境界近傍であって、貯留槽３の径方向の中央付近に、陣笠形状の邪魔板（いわゆる、コーンバッフル）を設けてもよい。
【００４１】
貯留槽３は、容器本体３０の上端部に供給部３１を有する。供給部３１は、貯留槽３の容器本体３０の上端である容器上面の天板３０ａに設けられ、貯留槽３の内部空間とつながる供給管と、当該供給管に設けられたロータリーバルブ３１ａとを有する。貯留槽３は、ロータリーバルブ３１ａにより、上流側の雰囲気と縁切りされた状態で炭化物Ｍを内部空間に投入することができる。本実施形態では、供給部３１に一定の供給速度で連続的に炭化物Ｍが供給される。
【００４２】
貯留槽３は、容器本体３０の下端部に排出部３２を有する。排出部３２は、貯留槽３の容器本体３０の下端である下部容器の端部３０ｂに設けられている。貯留槽３の内部空間とつながる排出管３２ｂと、排出管３２ｂに設けられた炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）の排出装置としてのロータリーバルブ３２ａとを有する。
【００４３】
排出管３２ｂは、本実施形態では円筒状の管であり、下部容器の端部３０ｂから下方に向けて設けられている。貯留槽３は、ロータリーバルブ３２ａにより、下流側の雰囲気と縁切りされた状態で、リサイクル燃料Ｆを貯留槽３の内部空間から貯留槽３の下方に排出することができる。本実施形態では、排出部３２から連続的にリサイクル燃料Ｆが排出される。
【００４４】
本実施形態では、上述のごとく、貯留槽３には、一定の供給速度で連続的に炭化物Ｍが投入されて、貯留槽３から、連続的にリサイクル燃料Ｆが排出される。炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）の貯留槽３での平均滞留時間は、例えば２日（４８時間）となるように制御される。滞留時間は、炭化物Ｍからリサイクル燃料Ｆを得るために必要十分な長さが設定されている。滞留時間が短すぎると、炭化物Ｍの自己発熱性を十分に低下せしめることができず、リサイクル燃料Ｆの安全性を担保できない。滞留時間が長すぎると、リサイクル燃料Ｆの生産効率が低下して不経済となるため好ましくない。
【００４５】
貯留槽３は、下端部に、処理用ガスＧを内部空間に導入し堆積物Ｂに酸素を含有する処理用ガスＧを供給するガス供給ポート３４を有する。ガス供給ポート３４は、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側（貯留槽３の内部空間側）に接続されている。これにより、ガス供給ポート３４から供給された処理用ガスＧは、貯留槽３の下部容器の下端の端部３０ｂから堆積物Ｂの粒子層に通気される。処理用ガスＧは、堆積物Ｂの粒子層を通過しつつ炭化物Ｍの粒子表面と固気接触し、当該粒子表面における表面官能基などを酸化する。
【００４６】
堆積物Ｂの粒子層を通過した排気ガスＥ（処理用ガスＧ）は、貯留槽３の上端部に設けられた排気管３３から排気ガスＥとして外部に排気される。排気ガスＥは、二次燃焼炉１２（図１参照）などに導入されて浄化された後、大気に排出される。
【００４７】
なお、本実施形態では、処理用ガスＧに含まれる酸素は、堆積物Ｂによりほぼ消費し尽くされる条件で堆積物Ｂに供給する。ここで、処理用ガスＧに含まれる酸素が堆積物Ｂによりほぼ消費し尽くされる条件、とは、酸素濃度がおよそゼロ％になるまで排気ガスＥ中の酸素を消費するが完全なゼロ％にはしないことを意味し、堆積物Ｂの上部でも酸化反応が進行するように排気ガスＥ中に酸素を残留させておくことを言う。そのため排気ガスＥは、窒素および二酸化炭素が主体となる。このように排気ガスＥは、本実施形態ではほぼ無酸素であるため、炭化物粒子表面の活性の高い表面官能基と接触しても酸化反応を促進しない。
【００４８】
貯留槽３には、温度計測部Ｔのセンサプローブである温度センサＴ１〜Ｔ５（以下では、温度センサＴ１〜Ｔ５を総称して、単に「温度センサ」と称する場合がある）が取り付けられている。本実施形態では、温度センサは先端に温度の検出部（以下では単に「センサの先端」と称する）を有する棒状のセンサプローブであり、測温抵抗体を用いている。温度センサは、熱電対や、その他のセンサを用いてもよい。
【００４９】
温度センサは、貯留槽３の壁部に設置されている。温度センサは、棒状のセンサプローブを貯留槽３の側面外側から容器本体３０の壁部に貫通させ、貯留槽３の槽内の内部にセンサの先端が配置されるように容器本体３０の径方向に沿うように取り付けられている。温度センサは、図２に示すように、貯留槽３の下方（下流側）から上方（上流側）に向けて温度センサＴ１から温度センサＴ５の順に貯留槽３に取り付けられている。なお、温度センサは、容器本体３０の径方向に沿うように取り付けられる場合に限られず、容器本体３０の径方向に沿う向きから鉛直方向の上向きもしくは下向きに傾斜して取り付けてもよいし、径方向に沿う向きから容器本体３０の周方向に沿う向きに傾斜して取り付けてもよい。また、温度センサの取り付け方は、壁部を貫通させる方法に限られず、例えば、天板３０ａから垂下させるように取り付けてもよい。
【００５０】
温度センサＴ１は、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側に設けられ、センサの先端は、排出管３２ｂの管の径方向における中央部に挿入されている。
【００５１】
温度センサＴ２は、貯留槽３の上部容器の下方部位の壁部から槽内に向けて挿入されている。本実施形態において温度センサＴ２は、上部容器と下部容器との接続部分のやや上方位置に設けられている。温度センサＴ３〜Ｔ５は、貯留槽３の上部容器の壁部から槽内に向けて挿入されている。温度センサＴ２〜Ｔ５は、本実施形態では、それぞれ３つのセンサプローブを含んで構成されている。
【００５２】
温度センサＴ３は、貯留槽３の壁部における同じ高さ位置において、例えば図３に示すように、それぞれ等間隔で、貯留槽３の上方から見て時計回りに、温度センサＴ３１、温度センサＴ３２、温度センサＴ３３を有している。これら温度センサＴ３１〜Ｔ３３で計測された値を平均して温度センサＴ３の計測値とする。なお、温度センサＴ３は、温度センサＴ３１〜Ｔ３３のいずれか１つでもよいし、温度センサＴ３１〜Ｔ３３のいずれか２つの組合せもよい。また、温度センサＴ３１〜Ｔ３３で計測された値の平均値ではなく、温度センサＴ３１〜Ｔ３３で計測された値のうち最も高い値を温度センサＴ３の計測値としてもよい。
【００５３】
温度センサＴ３１は、センサの先端が、貯留槽３の径方向における中央部の深さまで挿入されている。温度センサＴ３２は、そのセンサの先端が、貯留槽３の壁部と、貯留槽３の径方向中央部との間の位置の深さまで挿入されている。温度センサＴ３３は、センサの先端が、貯留槽３の壁部からやや内側の位置の深さまで挿入されている。なお、本実施形態では温度センサＴ３１〜Ｔ３３はそれぞれ挿入の深さが異なるが、それぞれ挿入の深さが同じでもよい。
【００５４】
温度センサＴ２、および温度センサＴ４、温度センサＴ５は、取付高さが異なるが、それぞれ取付態様は温度センサＴ３と同様であるため説明は省略する。
【００５５】
貯留槽３には、図２に示すように、酸素濃度計測部Ｓの空気サンプリングノズルである吸引管Ｓ１〜Ｓ５（以下では、吸引管Ｓ１〜Ｓ５を総称して、単に「酸素プローブ」と称する場合がある）が取り付けられている。吸引管Ｓ２〜Ｓ５は、酸素濃度計（図示せず）に接続された管を貯留槽３の側面外側から容器本体３０の壁部に貫通させて容器本体３０の径方向に沿い設けられている。吸引管Ｓ２〜Ｓ５は、容器本体３０の径方向における中央部分に管の先端が配置されている。吸引管Ｓ１は、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側に排出管３２ｂの径方向に沿い設けられている。吸引管Ｓ１は、排出管３２ｂの管の径方向における中央部分に管の先端が配置されている。このように酸素プローブは、貯留槽３内の気体を管で吸引して酸素濃度計で酸素濃度を計測できるように取り付けられている。なお、酸素プローブは、貯留槽３の下方（下流側）から上方（上流側）に向けて吸引管Ｓ１〜Ｓ５の順に貯留槽３に取り付けられている。図４には、吸引管Ｓ３の取り付け態様の一例を図示している。なお、吸引管Ｓ３以外の酸素プローブの取り付け態様も同様である。酸素プローブは、温度センサの場合と同様に、鉛直方向の上向きもしくは下向きや周方向に沿う向きに傾斜して取り付けてもよい。
【００５６】
排気管３３は、本実施形態では図２に示すように、貯留槽３の天板３０ａに設けられている。排気管３３には、貯留槽３の内部空間を正圧に維持すべく、排気ガスＥの通流の抵抗となる抵抗体３３ａが設けられている。抵抗体３３ａは、例えばバタフライバルブなどの開度調整可能なバルブ装置などを用いることができる。抵抗体３３ａの開度の変更により排気ガスＥの通流の抵抗を変更可能である。排気ガスＥの通流の抵抗を大きくすると貯留槽３の内部空間の圧力は正圧側に変化する。貯留槽３の内部空間の圧力を正圧側に維持することで、ガス供給ポート３４以外から貯留槽３の内部空間に酸素を含有する気体が流入（侵入）することを防止している。つまり、貯留槽３の内部空間への侵入を防ぐことで、当該侵入により炭化物Ｍが局所的に発熱して発火するなどを未然防止している。
【００５７】
処理用ガスＧは、空気Ａなどの酸素を含有する第一処理用ガスＧ１を少なくとも含む気体である。処理用ガスＧは、本実施形態では、第一処理用ガスＧ１と、ほぼ無酸素となっている排気ガスＥをリサイクルした第二処理用ガスＧ２とを混合した気体である。したがって、処理用ガスＧの酸素濃度は第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２との混合比で決定される。処理用ガスＧの酸素濃度は第二処理用ガスＧ２の混合割合が大きいほど小さい値になる。
【００５８】
第一処理用ガスＧ１は、給気ファン４１（通気部の一例）で空気Ａ（外気）を吸引し、ガス供給ポート３４に接続される給気配管４１ａ（通気部の一例）に送風（給気）することで、貯留槽３に供給される。
【００５９】
第一処理用ガスＧ１は、本実施形態では炭化物Ｍに酸素を供給するキャリアガスである。また、第一処理用ガスＧ１は、炭化物Ｍを冷却する冷媒である。第一処理用ガスＧ１の通気量に応じて、すなわち、酸素供給量に応じて炭化物Ｍの酸化が進行する。この酸化に応じて、炭化物Ｍは発熱する。第一処理用ガスＧ１の供給量を増加させると、すなわち、酸素供給速度を増加させると炭化物Ｍの酸化速度（処理速度）は早くなる。これにより、炭化物Ｍの単位時間当たりの発熱量が増加して、堆積物Ｂの温度、すなわち貯留槽３の槽内温度は上昇する。
【００６０】
第二処理用ガスＧ２は、排気管３３とガス供給ポート３４とを連通する循環路４０（通気部の一例）を介して排気ガスＥの一部をガス供給ポート３４に送風（給気）することで貯留槽３に供給される。なお、第二処理用ガスＧ２は、その供給量を増減しても排気管３３から排気される排気ガスＥの総量は変化しない。なぜならば、第二処理用ガスＧ２は、貯留槽３を循環しているにすぎないためである。
【００６１】
第二処理用ガスＧ２は、炭化物Ｍに対して不活性なガスである。また、第二処理用ガスＧ２は、炭化物Ｍを冷却する冷媒である。第二処理用ガスＧ２の供給により、処理用ガスＧの酸素濃度を低下させることで炭化物Ｍの酸化反応の反応速度を低下させている。これにより、貯留槽３内で炭化物Ｍが局所的に発熱することを回避することができる。また、第一処理用ガスＧ１による冷却に加えて、第二処理用ガスＧ２の供給により、炭化物Ｍ（堆積物Ｂ）を冷却することができる。
【００６２】
循環路４０には、循環ファン４２と、加湿器４５が設けられている。循環路４０は、排気管３３から循環ファン４２に排気ガスＥを導く配管４０ａと、循環ファン４２から加湿器４５に排気ガスＥを導く配管４０ｂと、加湿器４５からガス供給ポート３４に排気ガスＥを導く配管４０ｃとを有する。
【００６３】
循環ファン４２は、循環路４０において、排気管３３からガス供給ポート３４に向けて、第二処理用ガスＧ２である排気ガスＥを通風させる送風機である。循環ファン４２は、ブロアやファンなどを用いることができる。
【００６４】
加湿器４５はノズル４５ａを有し、加湿用水Ｗを第二処理用ガスＧ２に噴霧供給して第二処理用ガスＧ２を加湿する装置である。なお、本実施形態では第二処理用ガスＧ２を加湿する場合を説明しているが、第一処理用ガスＧ１を併せて加湿する場合もある。加湿器４５では、第二処理用ガスＧ２は、加湿用水Ｗの顕熱、および、加湿用水Ｗの蒸発潜熱により冷却される。
【００６５】
制御部９について説明する。制御部９は、炭化物処理装置１００の全体的な動作を制御する中央制御機構である。制御部９は、例えば、各種の処理を実現するためのソフトウェアプログラムと、該ソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵと、該ＣＰＵによって制御される各種ハードウェアなどによって構成することができる。本実施形態では、制御部９は、ＣＰＵと入出力回路などとを包含して有するコンピュータである。制御部９の動作に必要なプログラムやデータ、制御パラメータは、本実施形態では記憶部（図示せず）に保存される。なお、これらプログラムやデータ保存先は特に限定されない。これらプログラムやデータは、別途専用に設けられたディスクやフラッシュメモリなどの記憶装置に保存される態様であってもよい。また、通信可能に接続された外部のサーバや記憶部などであっても構わない。
【００６６】
制御部９は、記憶部に記憶されたプログラムの実行により、制御部９が制御を行うための判定閾値を設定する判定閾値設定部９９と、判定閾値に基づいて通気部４を制御する通気制御部９１と、判定閾値に基づいて通気部４の通気温度や貯留槽３の槽内温度を制御する温度制御部９２と、判定閾値に基づいて堆積物Ｂの滞留時間を制御する滞留時間制御部９３と、をソフトウェア的に実現させている。
【００６７】
判定閾値設定部９９は、堆積物Ｂの槽高さ方向における複数の層領域ごとに、炭化物Ｍの酸素消費特性と、当該酸素消費特性に基づいた判定閾値を設定し、制御部９はこの判定閾値に基づいて後述する制御を行う。また、判定閾値設定部９９は、温度計測部Ｔから貯留槽３の槽内温度を取得し、後述する給気上限温度を設定している。
【００６８】
複数の層領域について説明する。本実施形態において上述の複数の層領域は、図２に示す堆積層Ｂ１、堆積層Ｂ２、および堆積層Ｂ３である。以下では、堆積層Ｂ１、堆積層Ｂ２、および堆積層Ｂ３を堆積物Ｂの粒子層として包括的に説明する際は、単に「層領域」と称する。
【００６９】
本実施形態において判定閾値設定部９９は、上述の層領域として、貯留槽３における堆積物Ｂの下方（下流）から上方（上流）に向けて順に、堆積層Ｂ１、堆積層Ｂ２、堆積層Ｂ３を仮想的に定めている。本実施形態では、各層領域の体積はそれぞれ等しくなるように定められている。なお、各層領域の体積をそれぞれ異るように定めてもよい。
【００７０】
堆積層Ｂ１は、貯留槽３の槽内の最底部から、図２に示す温度センサＴ２および吸引管Ｓ２を覆う程度の範囲までを含む層である。堆積層Ｂ２は、堆積層Ｂ１の上層（上流側の層）であり、図２に示す温度センサＴ３および吸引管Ｓ３を覆う程度の範囲までを含む層である。堆積層Ｂ３は、堆積層Ｂ２の上層であり、図２に示す温度センサＴ４および吸引管Ｓ４を覆う程度の範囲までを含む層である。なお、本実施形態では、温度センサＴ５および吸引管Ｓ５は、堆積物Ｂに覆われておらず、堆積物Ｂを通過した排気ガスＥと接触している。
【００７１】
酸素消費特性について説明する。酸素消費特性は、単位質量あたりの炭化物Ｍが単位時間当たりに消費する酸素の質量である。酸素消費特性は、貯留槽３内における炭化物Ｍの活性（酸素により酸化される活性）の度合いを意味する。酸素消費特性が大きいほど、炭化物Ｍは酸素含有雰囲気下で発熱し、発火などの危険が増大する。したがって、炭化物Ｍをリサイクル燃料Ｆとするためには、この酸素消費特性を所定値以下に低下させることが要請される。
【００７２】
判定閾値設定部９９は、層領域ごとに酸素消費特性を求めている。なお、本実施形態にいう「層領域ごとに酸素消費特性を求めている」とは、少なくとも一つの特定の層領域（例えば堆積層Ｂ１）に対して酸素消費特性を求めることを言い、二つ以上の層領域（例えば堆積層Ｂ１〜Ｂ３）のそれぞれに対して層領域ごとに酸素消費特性を求めることを含む。
【００７３】
酸素消費特性は、各層の質量と、各層領域に供給される酸素量と、各層領域から排出される酸素量により求めることができる。本実施形態では、各層領域の体積は一定になるように定めているため、層領域ごとの酸素消費特性は、各層領域に供給される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度から、各層領域から排出される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度を差し引いた差分に、処理用ガスＧの単位時間当たりの通気量である通風速度を乗じた値に比例する値として求めることができる。層領域に供給される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度および層領域から排出される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度は酸素濃度計測部Ｓで計測される酸素濃度を用いればよい。例えば、堆積層Ｂ２の酸素消費特性は、吸引管Ｓ２で計測される酸素濃度から吸引管Ｓ３で計測される酸素濃度の差分に通風速度を乗じた値に比例する値として求められる。以下では、酸素消費特性および酸素消費特性に比例する値を包括して単に「酸素特性値」と称する。
【００７４】
判定閾値設定部９９は、層領域ごとの酸素特性値から層領域ごとの判定閾値を求めて（算出して）いる。判定閾値は、各層領域の炭化物Ｍの酸素特性値がリサイクル燃料Ｆに要請される酸素特性値以下になることを目標として求められる。本実施形態における判定閾値は、例えば層領域ごとの、最小の滞留時間、最小の残り通気量、最大の酸素供給速度などを例示列挙することができる。本実施形態では、判定閾値はあらかじめ固定の初期値が設定されており、各層領域において酸素特性値を算出する際、当該初期値、もしくは、直前に算出された判定閾値を更新するようになっている。
【００７５】
最小の滞留時間について説明する。最小の滞留時間とは、炭化物Ｍを外気雰囲気と接触しても安全に貯留することができるリサイクル燃料Ｆとする（炭化物処理をする）ために少なくとも必要な残りの処理時間である。本実施形態では、初期値として２日（４８時間）が設定されている。最小の滞留時間は、酸素特性値を求めた時点以降に必要な最小の処理時間を意味する。最小の滞留時間は、酸素特性値が大きい場合に長くする。処理用ガスＧの通風速度が大きい場合に短くする。また、処理用ガスＧに含まれる酸素濃度が大きいほど短くする。例えば、処理用ガスＧの通気状態（通風速度と酸素濃度）を仮に維持した場合は、最小の滞留時間を酸素特性値の大小におよそ比例させる。
【００７６】
最小の残り通気量について説明する。最小の残り通気量とは、炭化物Ｍを外気雰囲気と接触しても安全に貯留することができるリサイクル燃料Ｆとする（炭化物処理をする）ために少なくとも必要な残りの通気量である。最小の残り通気量は、酸素特性値を求めた時点以降に必要な最小の通気量を意味する。最小の残り通気量は、最小の滞留時間とは異なり、酸素特性値が大きい場合に大きくする。処理用ガスＧの通風速度の大小にはさほど依存しない。最小の滞留時間と同様に、最小の残り通気量は処理用ガスＧに含まれる酸素濃度が大きいほど小さい値にする。例えば、処理用ガスＧの酸素濃度を維持した場合は、最小の残り通気量を酸素特性値の大小におよそ比例させる。
【００７７】
最大の酸素供給速度について説明する。最大の酸素供給速度は、酸素特性値を求めた時点において各層領域に許容される単位時間当たりの最大の発熱量（以下では単に発熱量と記載する場合がある）を決定する値である。ここで、酸素供給速度は、処理用ガスＧの通気量と処理用ガスＧの酸素濃度とに基づいて導かれる値である。各層領域の発熱量は、各層領域で消費される酸素量におおよそ比例する。したがって、各層領域に供給する最大の酸素供給速度を規定することで、各層領域の発熱量を所定値以下に制限することができる。これにより、炭化物処理過程における、炭化物Ｍの発火などの危険を回避することができる。
【００７８】
最大の酸素供給速度は、各層領域に供給される酸素量と酸素特性値とに基づいて導かれる単位時間当たりの各層領域の発熱量が、処理用ガスＧによる各層領域の冷却能力を上回る場合に、単位時間当たりの各層領域の最大の発熱量が処理用ガスＧによる各層領域の冷却能力以下になるように決定する。
【００７９】
温度制御部９２について説明する。温度制御部９２は、処理用ガスＧ（第一処理用ガスＧ１のみ、または第一処理用ガスＧ１および第二処理用ガスＧ２の混合物）のガス温度を制御する機能部である。温度制御部９２は、処理用ガスＧのガス温度が、貯留槽３の槽内温度よりも低い温度に設定される給気上限温度以下になるように制御する。
【００８０】
また、温度制御部９２は、温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度のうち、最も高い温度（以下では、単に「最高温度」と称する）が所定の閾値（以下では、「層温度上限」と称する）未満になるように、処理用ガスＧの温度を制御している。本実施形態では、上述のごとく、堆積層Ｂ１には温度センサＴ２が、堆積層Ｂ２には温度センサＴ３が、堆積層Ｂ３には温度センサＴ４が対応している。このため、温度制御部９２は、最も高い温度の層領域の温度（温度センサＴ２〜Ｔ４の計測値の最高温度）が層温度上限未満になるように処理用ガスＧなどの温度を制御している。
【００８１】
給気上限温度について説明する。給気上限温度は、処理用ガスＧのガス温度の上限として設定される閾値である。判定閾値設定部９９は、温度計測部Ｔから温度センサが検出した温度情報を取得し、温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度のうち、最高温度よりも低い温度を給気上限温度として設定する。本実施形態では、給気上限温度は、当該最高温度よりも低い温度、かつ、６０℃未満に設定される。
【００８２】
層温度上限は、６０℃未満になるように設定されている。つまり、温度制御部９２は、処理用ガスＧなどの温度を制御して最高温度が６０℃未満になるように制御している。これにより、処理用ガスＧの通気ムラや炭化物Ｍの品質むらにより、炭化物Ｍが発火するような危険を未然防止している。
【００８３】
給気上限温度は、少なくとも層温度上限未満に設定されている。給気上限温度は、例えば５５℃未満に設定されている。また、給気上限温度は、温度センサが検出した最も高い貯留槽３の槽内温度よりも低い温度に設定される。これにより、処理用ガスＧなどの温度ないし温度制御のブレにより、炭化物Ｍが発火するような危険を未然防止している。
【００８４】
図２に示すように、本実施形態では、第一処理用ガスＧ１がそのまま外気を吸引しているため、第一処理用ガスＧ１の温度は通常、給気上限温度以下になる。また、第二処理用ガスＧ２は加湿器４５で冷却されている。つまり、温度制御部９２は、例えば加湿器４５で第二処理用ガスＧ２に供給する加湿用水Ｗの供給量を増減させたり、加湿用水Ｗの温度を増減させたりするなどして、第二処理用ガスＧ２、ひいては処理用ガスＧの温度を制御することができる。例えば処理用ガスＧの温度を低下させたい場合は、加湿器４５で第二処理用ガスＧ２に供給する加湿用水Ｗの供給量を増加させたり、加湿用水Ｗの温度を低下させたりすればよい。なお、第一処理用ガスＧ１の温度を調整させたい場合は、給気配管４１ａに熱交換器などを設ければよい。
【００８５】
通気制御部９１について説明する。通気制御部９１は、通気部４を制御して、第一処理用ガスＧ１および／または第二処理用ガスＧ２の通風量を制御する機能部である。通気制御部９１は、まず、上述の最大の酸素供給速度を調整する制御を行う。最大の酸素供給速度の調整は、通気制御部９１が給気ファン４１を制御して第一処理用ガスＧ１の通風速度を調整することで行う。さらに、最大の酸素供給速度が守られている前提で、通気制御部９１は、第一処理用ガスＧ１および／または第二処理用ガスＧ２の通風速度を、貯留槽３の槽内温度の内、最高温度が層温度上限未満になるように制御する。
【００８６】
本実施形態では、貯留槽３の最高温度が層温度上限に近づいて当該槽内温度を低下させる必要が生じた場合、通気制御部９１は第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加させる制御を行う。これにより、処理用ガスＧの通風速度が増大して堆積物Ｂを冷却することが可能となる。
【００８７】
また、通気制御部９１は、第一処理用ガスＧ１の供給速度に対する第二処理用ガスＧ２の供給速度の比を増加させる制御により処理用ガスＧの酸素の総量を一定としつつ酸素濃度を低下させることで、貯留槽３内の炭化物Ｍの最大の酸化反応速度を低下させて、貯留槽３の最高温度を低下させることができる。この場合、処理用ガスＧの酸素の総量は一定であるから、貯留槽３内の炭化物Ｍ全体の平均的な酸化速度は維持される。
【００８８】
なお、第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加させても十分に槽内温度ないし最高温度を低下させることができない場合は、通気制御部９１は、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる制御を行う。これにより、貯留槽３内の堆積物Ｂへの酸素供給速度を低下せしめ、堆積物Ｂ全体の発熱量を低下させることができる。なお、処理用ガスＧの酸素濃度を低下させて貯留槽３内の炭化物Ｍの最大の酸化反応速度を低下させるために、第二処理用ガスＧ２の通風速度を変更せず、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる場合もある。
【００８９】
滞留時間制御部９３は、排出部３２からのリサイクル燃料Ｆの排出速度を制御する機能部である。本実施形態では、滞留時間制御部９３は、排出部３２のロータリーバルブ３２ａの回転速度を制御することでリサイクル燃料Ｆの排出速度を制御する。滞留時間制御部９３がロータリーバルブ３２ａの回転速度を早くすると、リサイクル燃料Ｆの排出速度が速くなり滞留時間が短くなる。滞留時間制御部９３がロータリーバルブ３２ａの回転速度を遅くすると、リサイクル燃料Ｆの排出速度が遅くなり滞留時間が短くなる。
【００９０】
滞留時間制御部９３は、全ての層領域の炭化物Ｍについて、少なくとも上述の最小の滞留時間以上の滞留時間を確保するようにロータリーバルブ３２ａを制御する。これにより、十分に炭化物処理されていない炭化物Ｍがリサイクル燃料Ｆとして大気雰囲気下で貯留され、また、市場に出荷されて発火などすることを未然に防止する。
【００９１】
滞留時間制御部９３の制御と、最も下流側の層領域である堆積層Ｂ１の最小の滞留時間について補足する。上述のごとく、判定閾値の一つである最小の滞留時間は、各層領域の炭化物Ｍの酸素特性値がリサイクル燃料Ｆに要請される酸素特性値以下になることを目標として求められる。また、滞留時間制御部９３は、堆積層Ｂ１を含む全ての層領域の炭化物Ｍについて、少なくとも上述の最小の滞留時間以上の滞留時間を確保するようにロータリーバルブ３２ａを制御する。したがって、堆積層Ｂ１の炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）は、その酸素特性値がリサイクル燃料Ｆに要請される酸素特性値以下になるまでロータリーバルブ３２ａから排出されない。これにより、所定の酸素特性値以下のリサイクル燃料Ｆを製造することができる。
【００９２】
〔第二実施形態〕
図５に基づいて、第二実施形態に係る炭化物処理装置１００を説明する。第二実施形態の炭化物処理装置１００の構成は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００に対して通気部４の構成が異なる。
【００９３】
第二実施形態の炭化物処理装置１００は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００の循環路４０が、排気管３３とガス供給ポート３４とを連通するものであるのに対し、第二実施形態の炭化物処理装置１００の循環路４０が、排ガス処理設備１３の排気管（図示せず）とガス供給ポート３４とを連通するものである点で異なり、他は同じである。
【００９４】
この第二実施形態において、循環路４０は、排気ガスＥの代わりに、排ガス処理設備１３の燃焼排気Ｅｆの一部をガス供給ポート３４に送風（給気）する。つまり、第二処理用ガスＧ２として燃焼排気Ｅｆを用いている。燃焼排気Ｅｆは、二次燃焼炉１２で燃焼された排気ガスであるため、酸素の含有量の少ないガスである。したがって、第二処理用ガスＧ２として排気ガスＥの代わりに燃焼排気Ｅｆを用いることも可能である。
【００９５】
〔第三実施形態〕
図６に基づいて、第三実施形態に係る炭化物処理装置１００を説明する。第三実施形態の炭化物処理装置１００の構成は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００に対して通気部４の構成が異なる。
【００９６】
第三実施形態の炭化物処理装置１００は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００では、給気配管４１ａと循環路４０とが一つのガス供給ポート３４に接続されているのに対し、第三実施形態の炭化物処理装置１００では、循環路４０と給気配管４１ａとがそれぞれ、第一ガス供給ポート３４ａと第二ガス供給ポート３４ｂとに別々に接続されている点で異なり、他は同じである。
【００９７】
この第三実施形態において、第一ガス供給ポート３４ａと第二ガス供給ポート３４ｂとは、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側（貯留槽３の内部空間側）に接続されている。これにより、第一ガス供給ポート３４ａと第二ガス供給ポート３４ｂとから別々に供給された第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２とは、排出管３２ｂおよび貯留槽３の下部容器の下端の端部３０ｂ近傍で相互拡散しながら、堆積物Ｂの粒子層に通気される。第一処理用ガスＧ１は、堆積物Ｂの粒子層を通過しつつ第二処理用ガスＧ２と相互拡散しながら炭化物Ｍの粒子表面と固気接触し、当該粒子表面における表面官能基などを酸化する。つまり、第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２とはあらかじめ混合して処理用ガスＧとしてから堆積物Ｂの粒子層に通気される場合に限られない。
【００９８】
〔変形例の説明〕
上記実施形態では、貯留槽３の最高温度（温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度のうち、最も高い温度）が層温度上限に近づいて当該槽内温度を低下させる必要が生じた場合、通気制御部９１は第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加、もしくは、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる場合を説明した。このように、第二処理用ガスＧ２を供給する比率（第一処理用ガスＧ１に対する第二処理用ガスＧ２の比率）を変更する場合、温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度に加えて、さらに外気の温度を加味することもできる。
【００９９】
この場合、例えば温度計測部Ｔが外気温度センサ（図示せず）を備え、当該外気温度センサが検出した温度に基づいて、通気制御部９１が通気部４により第二処理用ガスＧ２を供給する比率を変更することができる。例えば、貯留槽３の最高温度が層温度上限に近づいて当該槽内温度を低下させる必要が生じて第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加、もしくは、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる場合に、当該増加もしくは低下させる変化割合を、外気温度センサが検出した温度に基づいて変更することができる。具体的には、当該外気温度センサが検出した温度が高い場合（例えば、夏場や日中）は、当該変化割合を増加させるとよく、当該外気温度センサが検出した温度が低い場合（例えば、冬場や夜中）は、当該変化割合を低下させるとよい。これにより、外気温度が高い場合は確実に貯留槽３の最高温度が層温度上限を超えることを回避し、外気温度が低い場合は過剰に変化割合を大きくしてしまって処理効率が低下するような不具合を回避することができる。
【０１００】
以上のようにして、処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理炭化物処理装置および炭化物処理方法を提供することができる。
【０１０１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、第二処理用ガスＧ２として、排気ガスＥもしくは燃焼排気Ｅｆを用いる場合を例示した。しかしながら、第二処理用ガスＧ２は、有機汚泥リサイクルシステム２００で生成（排出）されるものに限られず、窒素や二酸化炭素など不活性ガスを導入してもよいし、他の産業装置、例えば、ごみ焼却炉の排気ガスや、火力発電所の排気ガスを用いることもできる。また、有機汚泥リサイクルシステム２００で生成（排出）される排気ガスＥもしくは燃焼排気Ｅｆに加えて、必要に応じて窒素や二酸化炭素など不活性ガスを導入してもよい。第二処理用ガスＧ２は、窒素や二酸化炭素など不活性ガスを主体（たとえば、９７体積パーセント以上）としていればよい。第二処理用ガスＧ２は、空気よりも酸素濃度が低ければ良く、好ましくは酸素が３体積パーセント未満である。
【０１０２】
（２）上記実施形態では、貯留槽３からリサイクル燃料Ｆを排出するための排出装置としてロータリーバルブ３２ａを用い、下流側の雰囲気と縁切りされた状態で、リサイクル燃料Ｆを排出する場合を例示した。しかしながら、排出装置は、ペレット状などのリサイクル燃料Ｆの形状に応じて使用可能な装置であって、下流側の雰囲気が制限なく貯留槽３に流入しない状態でリサイクル燃料Ｆを貯留槽３の内部空間から排出できる装置、もしくは構成を有していればよい。
【０１０３】
例えば、ロータリーバルブ３２ａの代わりに、貯留槽３を下流側の雰囲気と物理的に縁切りしながら排出することができる排出装置であるダブルダンパを用いてもよい。もしくは、スクリュー式の排出機やテーブルフィーダー式の排出装置を用い、その排出口に処理用ガスＧや第二処理用ガスＧ２を向流で通流させて、下流側の雰囲気が制限なく貯留槽３に流入しない状態を維持する構成を採用することもできる。
【０１０４】
（３）上記実施形態では、貯留槽３の下端である下部容器の端部３０ｂから下方に向けて設けられている排出管３２ｂにロータリーバルブ３２ａが設けられており、貯留槽３の下方にリサイクル燃料Ｆを排出する場合を例示した。しかしながら、排出装置は、貯留槽３の下方にリサイクル燃料Ｆを排出する構成に限られない。
【０１０５】
例えば貯留槽３の側面にスクリュー式の排出機やテーブルフィーダー式の排出装置の排出口を設け、貯留槽３の側面からリサイクル燃料Ｆを排出してもよい。
【０１０６】
（４）上記実施形態では、判定閾値設定部９９は、層領域ごとの酸素特性値から層領域ごとの判定閾値を求める場合を説明した。また、判定閾値はあらかじめ固定の初期値が設定されており、各層領域において酸素特性値を算出する際、当該初期値、もしくは、直前に算出された判定閾値を更新するようになっている場合を説明した。そして、特に最小の滞留時間については、固定の初期値として３日（７２時間）が設定されている場合を説明した。しかし、判定閾値の初期値は、固定値が定められている場合に限られない。
【０１０７】
（５）上記実施形態では、循環路４０に加湿器４５が設けられ、加湿用水Ｗを第二処理用ガスＧ２に噴霧供給して第二処理用ガスＧ２を加湿する場合を説明した。しかし、第二処理用ガスＧ２のみが加湿される場合に限られない。
【０１０８】
例えば、第二処理用ガスＧ２を加湿する場合に加えて、さらに第一処理用ガスＧ１を加湿してもよい。また、第二処理用ガスＧ２を加湿する場合に代えて、第一処理用ガスＧ１を加湿してもよい。第一処理用ガスＧ１を加湿する場合、たとえば給気配管４１ａに加湿器（図示せず、第二加湿部の一例）を設けるなどする。
【０１０９】
判定閾値の初期値は、供給される炭化物Ｍの酸素特性値に基づいて、設定することもできる。例えば、貯留槽３に投入する炭化物Ｍをサンプリングし、酸素特性値を求め、当該酸素特性値に基づいて、判定閾値設定部９９が、滞留時間の初期値を求めて設定してもよい。
【０１１０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法に適用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
３      ：貯留槽
４      ：通気部
９      ：制御部
３１    ：供給部
３２    ：排出部
４１    ：給気ファン（通気部）
４１ａ  ：給気配管（通気部）
９９    ：判定閾値設定部
１００  ：炭化物処理装置
Ｂ      ：堆積物
Ｂ１    ：堆積層（層領域）
Ｂ２    ：堆積層（層領域）
Ｂ３    ：堆積層（層領域）
Ｇ      ：処理用ガス
Ｍ      ：炭化物
Ｓ      ：酸素濃度計測部
１００  ：炭化物処理装置
【図１】
2020002268.tif 000003
【図２】
2020002268.tif 000004
【図３】
2020002268.tif 000005
【図４】
2020002268.tif 000006
【図５】
2020002268.tif 000007
【図６】
2020002268.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月7日(2019.10.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自己発熱性を有する炭化物を貯留する貯留槽と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気部と、
前記貯留槽に設けられ、前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出部と、
前記堆積物の槽高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定部と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気部からの前記処理用ガスの通気量の制御、及び、前記排出部による前記炭化物の滞留時間の制御のうち少なくとも一方を行う制御部と、
前記貯留槽において高さ方向において異なる複数の高さ位置の酸素濃度を計測する酸素濃度計測部と、を備え、
前記判定閾値設定部は、前記酸素濃度計測部が計測した高さ位置ごとの酸素濃度に基づいて、前記層領域ごとの前記炭化物の酸素消費特性を求め、当該酸素消費特性に基づいた前記判定閾値を算出する炭化物処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいた判定閾値により前記排出部を制御して、前記層領域ごとの前記滞留時間を変更する請求項１に記載の炭化物処理装置。
【請求項３】
前記貯留槽は、前記炭化物が供給される供給部を有し、
前記制御部は、供給される前記炭化物の酸素消費特性に基づいて、前記層領域ごとの前記滞留時間の初期値を決定する請求項１または２に記載の炭化物処理装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいて前記通気部を制御して前記通気量を変更し、前記堆積物への酸素供給量を制御する請求項２または３に記載の炭化物処理装置。
【請求項５】
自己発熱性を有する炭化物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気工程と、
前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出工程と、
前記堆積物の層高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定工程と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気工程における通気量の制御、及び、前記排出工程における滞留時間の制御のうち少なくとも一方を行う制御工程と、を備え、
前記判定閾値設定工程は、前記貯留槽において高さ方向において異なる複数の高さ位置の酸素濃度に基づいて、前記層領域ごとの前記炭化物の酸素消費特性を求め、当該酸素消費特性に基づいた前記判定閾値を算出する炭化物処理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化物処理装置および炭化物処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水汚泥などの有機性廃棄物は、例えば加熱により炭化処理されて、燃料として再利用されている。このようにして得た有機性廃棄物の炭化物は、炭化処理直後はその粒子表面に活性の高い表面官能基を有しており、そのままでは自己発熱性を有することが知られている（例えば、特許文献１参照）。そのため、貯蔵時の安全性を確保すべく、自己発熱性を低下させる処理（いわゆる、エージング処理、以下では、単に「炭化物処理」と称する場合がある）がされている（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。
【０００３】
特許文献１には、排水処理などで生じた有機物含有汚泥を炭化炉で炭化処理した炭化物の処理方法が記載されている。この処理方法は、炭化処理により得た炭化物を低温酸化雰囲気炉で酸化処理することで、炭化物の表面酸化反応を予め収束させている。これにより、貯蔵された炭化物が低温酸化反応による自己発熱によって燃焼を誘発するのを未然に防止している。
【０００４】
特許文献２には、炭化炉で炭化処理された後の炭化製品を、該炭化製品の酸化反応に対し活性の高い活性基を非燃焼酸化反応させて安定化させる安定化処理炉を備えた有機物含有汚泥の炭化処理装置が記載されている。この炭化処理装置の安定化処理炉では、窒素パージなどを行わず、大気雰囲気下で所定時間滞留（例えば、１０時間滞留）させて安定化処理するために、６０℃から２００℃の温度の範囲内で酸化反応を行うことが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、炭素含有物を炭化処理または乾燥処理する加熱手段と、加熱手段からの加熱処理物に対し加湿する加湿手段とを有する炭素含有物の処理装置が記載されている。この処理装置は、加湿された加熱処理物を空気流により搬送し、当該空気流で搬送された加熱処理物を一時的に安定化処理槽に貯留し、当該安定化処理槽に空気などを通気している。この処理装置は、加湿による残留水分の蒸発潜熱により、加熱処理物が搬送や貯留時に自己発熱しても一定温度以上の温度上昇を抑制しつつ、安定化を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６７９５０号公報
【特許文献２】特開２００４−２７７４６４号公報
【特許文献３】特開２０１６−１２４８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、これら従来の技術では、炭化物の堆積物への通気のムラや貯留される炭化物の物性ばらつきにより、適切に炭化物処理を行うことができない場合があった。
【０００８】
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、処理中の自己発熱を制御しつつ適切に炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る炭化物処理装置の特徴構成は、
自己発熱性を有する炭化物を貯留する貯留槽と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気部と、
前記貯留槽に設けられ、前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出部と、
前記堆積物の槽高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定部と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気部からの前記処理用ガスの通気量の制御、及び、前記排出部による前記炭化物の滞留時間の制御のうち少なくとも一方を行う制御部と、
前記貯留槽において高さ方向において異なる複数の高さ位置の酸素濃度を計測する酸素濃度計測部と、を備え、
前記判定閾値設定部は、前記酸素濃度計測部が計測した高さ位置ごとの酸素濃度に基づいて、前記層領域ごとの前記炭化物の酸素消費特性を求め、当該酸素消費特性に基づいた前記判定閾値を算出する点にある。
【００１０】
上記構成によれば、貯留槽に貯留された炭化物の堆積物（堆積層、粒子層）に、酸素を含有する処理用ガスを通気して、炭化物粒子表面の高活性な表面官能基を酸化させて、自己発熱性を低下させる炭化物処理をする。
【００１１】
また、上記構成によれば、貯留槽において高さ方向に積み増して貯留された炭化物の堆積物について、酸素濃度計測部は、炭化物処理中に異なる複数の高さ位置の酸素濃度を計測する。そして、判定閾値設定部は、炭化物の堆積物について、酸素濃度計測部が計測した酸素濃度に基づいて、高さ方向における層領域ごとに酸素消費特性を求める。これにより、判定閾値設定部は、層領域ごと求められた酸素消費特性に基づいて、炭化物の堆積物の槽高さ方向における複数の層領域ごとに適切で精度の高い判定閾値を算出して設定する。そして、制御部は、当該層領域ごとに判定閾値に基づいて、層領域ごとに通気量や滞留時間を制御する。これにより、炭化物の堆積物への通気にムラが生じたり、貯留される炭化物の物性にばらつきが生じたりしても、処理中の自己発熱を制御しつつ設定された判定閾値に応じて炭化物の自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１２】
本発明に係る炭化物処理装置の更なる特徴構成は、
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいた判定閾値により前記排出部を制御して、前記層領域ごとの前記滞留時間を変更する点にある。
【００１３】
上記構成によれば、制御部は、層領域ごとに適切な滞留時間を設定して炭化物の自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１４】
例えば酸素消費特性として、判定閾値設定部は、炭化物が酸素を消費する速度に係る特性を求めることができる。この場合、制御部は、炭化物が酸素を消費する速度が速い場合、滞留時間を長く設定し、炭化物の自己発熱性が必要十分に低下するまで、炭化物処理を継続させることができる。
【００１５】
本発明に係る炭化物処理装置の更なる特徴構成は、
前記貯留槽は、前記炭化物が供給される供給部を有し、
前記制御部は、供給される前記炭化物の酸素消費特性に基づいて、前記層領域ごとの前記滞留時間の初期値を決定する点にある。
【００１６】
上記構成によれば、供給される層領域ごとの滞留時間の初期値を、供給される炭化物の処理前の酸素消費特性に基づいて決定することができる。これにより、層領域ごとに適切な滞留時間で炭化物処理をして、自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１７】
本発明に係る炭化物処理装置の更なる特徴構成は、
前記制御部は、前記酸素消費特性に基づいて前記通気部を制御して前記通気量を変更し、前記堆積物への酸素供給量を制御する点にある。
【００１８】
上記構成によれば、制御部は酸素消費特性に基づいて、堆積物への酸素供給量を適切に設定することができる。例えば炭化物の酸素消費特性が、酸素を消費する速度が大きいという特性である場合、制御部は、処理用ガスに含まれる酸素を供給する速度を、所定の閾値以上に高くならないように制限する通気量制御を行う。これにより制御部は、炭化物が、速い速度で酸素を消費して大きな発熱をしないように制御しつつ、炭化物処理を安全に継続させることが可能となる。その結果、炭化物の自己発熱性を適切に低下させる処理を行うことができる。
【００１９】
上記目的を達成するための本発明に係る炭化物処理方法の特徴構成は、
自己発熱性を有する炭化物を貯留槽に貯留する貯留工程と、
前記炭化物の堆積物に酸素を含有する処理用ガスを通気する通気工程と、
前記炭化物を所定時間滞留させて排出する排出工程と、
前記堆積物の層高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定工程と、
前記層領域における前記判定閾値に基づいて、前記通気工程における通気量の制御、及び、前記排出工程における滞留時間の制御のうち少なくとも一方を行う制御工程と、を備え、
前記判定閾値設定工程は、前記貯留槽において高さ方向において異なる複数の高さ位置の酸素濃度に基づいて、前記層領域ごとの前記炭化物の酸素消費特性を求め、当該酸素消費特性に基づいた前記判定閾値を算出する点にある。      
【００２０】
上記構成によれば、上述の炭化物処理装置と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２１】
処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第一実施形態の有機汚泥リサイクルシステムの構成図
【図２】第一実施形態の炭化物処理装置の説明図
【図３】温度センサの設置態様を説明する図
【図４】酸素プローブの設置態様を説明する図
【図５】第二実施形態の有機汚泥リサイクルシステムの構成図
【図６】第三実施形態の炭化物処理装置の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１から図６に基づいて、本発明の実施形態に係る炭化物処理装置および炭化物処理方法について説明する。
【００２４】
〔第一実施形態〕
〔全体構成の説明〕
図１から図４に基づいて、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００を説明する。第一実施形態に係る炭化物処理装置１００は、図１に示すように、例えば、下水汚泥などの有機汚泥をリサイクル燃料Ｆとして再利用する有機汚泥リサイクルシステム２００の炭化物処理に用いられる。本実施形態では、有機汚泥リサイクルシステム２００に、あらかじめ乾燥しペレット状に造粒された有機汚泥である乾燥汚泥Ｌが供給される場合を例示して説明する。有機汚泥リサイクルシステム２００は、乾燥汚泥Ｌを炭化などして、リサイクル燃料Ｆを得る。
【００２５】
図２に示すように、炭化物処理装置１００は、後述する炭化物処理方法により、乾燥汚泥Ｌから得た炭化物Ｍの自己発熱性を低下させる処理（いわゆる、エージング処理（低温酸化処理）、以下では、「炭化物処理」と称する）を行う。
【００２６】
有機汚泥リサイクルシステム２００は、炭化物処理装置１００に加えて、主として炭化炉１０と、冷却器２０と、ストックタンク２７とを備える。
【００２７】
乾燥汚泥Ｌは、例えば押し出し造粒法により円筒ペレット状に造粒されている。乾燥汚泥Ｌもしくは乾燥汚泥Ｌから得た炭化物Ｍやリサイクル燃料Ｆの粒子形状、かさ密度などの粒子物性を均質化して、有機汚泥リサイクルシステム２００や炭化物処理装置１００における炭化物Ｍなどのハンドリング性や炭化物処理の均一性を向上させるためである。
【００２８】
図１に示すように、乾燥汚泥Ｌは、炭化炉１０に供給されて炭化される。これにより円筒ペレット状の炭化物Ｍを得る。炭化炉１０から排出された炭化物Ｍは冷却器２０で加湿および冷却される。その後、炭化物処理装置１００に所定時間貯留される。炭化物処理装置１００は、貯留された炭化物Ｍに所定時間酸素を含有する処理用ガスＧを通気して、炭化物処理を行う（図２参照）。炭化物処理をなされた炭化物Ｍは、安全にタンクなどに貯留可能なリサイクル燃料Ｆとなり、炭化物処理装置１００から排出される。炭化物処理装置１００から排出されたリサイクル燃料Ｆは、市場への出荷に備えてストックタンク２７に貯留される。以下では、炭化炉１０からストックタンク２７に向かう炭化物Ｍもしくはリサイクル燃料Ｆの搬送経路の下流側を単に下流側と称し、その逆を上流側と称する。
【００２９】
〔各部の説明〕
炭化炉１０は、乾燥汚泥Ｌを低酸素雰囲気下で加熱（以下では、「炭化処理」と称する場合がある）して炭化物Ｍを得る装置である。炭化炉１０は、ロータリーキルンで構成されている。炭化炉１０は、ロータリーキルン方式のほか流動床式やスクリュー式などでもよい。炭化炉１０は、乾燥汚泥Ｌを温度２５０℃から６００℃程度で炭化処理する。
【００３０】
本実施形態において炭化炉１０では、炭化処理の際、乾燥汚泥Ｌから可燃性ガスが生成する。当該可燃性ガスは、例えば二次燃焼炉１２に供給されて燃焼された後、排熱回収機やスクラバなどの排ガス処理設備１３を経て燃焼排気Ｅｆとして外部に排出される。炭化物Ｍは、炭化炉１０から排出された後、シュート１１などを介して冷却器２０に投入される。
【００３１】
冷却器２０は、炭化物Ｍを冷却する装置である。冷却器２０は、本実施形態では、ケーシング内に設けたスクリューによって炭化物Ｍを移動させるスクリュー搬送装置に冷却水ＣＷを供給するノズル２０Ｅを取り付けた装置である。本実施形態では、冷却器２０は、炭化物Ｍをスクリューで一方向に搬送し、当該搬送される炭化物Ｍに冷却水ＣＷを噴霧供給している。
【００３２】
冷却器２０の内部の炭化物Ｍは、冷却水ＣＷの蒸発潜熱により冷却される。本実施形態では、炭化物Ｍは６０℃未満まで急冷される。本実施形態では、冷却水ＣＷの噴霧供給により、炭化物Ｍは冷却されると共に加湿される。本実施形態では、炭化物Ｍが、ドライベース（完全に乾燥した炭化物重量に対する重量比）で５％から２０％、特に好ましくは７％から１５％程度の水分となるように加湿される。
【００３３】
本実施形態において冷却器２０には、炭化物Ｍの流れと対向する向きに、窒素などの不活性ガスであるキャリアガスＣＧが通流されている。冷却器２０では、キャリアガスＣＧ、および、冷却水ＣＷの水蒸気に加えて、一酸化炭素ガスなどの可燃性ガスや臭気を有するガスが生じる。そのため、本実施形態では、冷却器２０の排気は、排気管１４を介して二次燃焼炉１２に導入している。冷却された炭化物Ｍは、冷却器２０からフライトコンベア２２に供給される。本実施形態では、炭化物Ｍが、冷却器２０とフライトコンベア２２の投入口（図示せず）とを仕切るロータリーバルブ２１を介してフライトコンベア２２に供給される。
【００３４】
冷却器２０から排出された炭化物Ｍは、フライトコンベア２２によりクッションタンク２３に搬送され、クッションタンク２３から炭化物処理装置１００に供給される。本実施形態では、クッションタンク２３に搬送された炭化物Ｍは、ロータリーバルブ３１ａ（図２参照）を介して炭化物処理装置１００に供給される。なお、フライトコンベア２２などを用いる代わりに、冷却器２０から排出された炭化物Ｍを、シュートなどを経て炭化物処理装置１００に供給してもよい。また、フライトコンベア２２で搬送する代わりに、空気輸送、ベルトコンベヤ、バケットコンベヤなどを用いて搬送してもよい。
【００３５】
炭化物処理装置１００は、炭化物Ｍを炭化物処理して、リサイクル燃料Ｆを得る装置である。炭化物処理装置１００については後述する。炭化物処理装置１００で得たリサイクル燃料Ｆは、フライトコンベア２５からクッションタンク２６に輸送される。この際、フライトコンベア２５の上流にはチラーから冷媒が供給されている熱交換器などの空気冷却装置２５ａが配置され、この空気冷却装置２５ａで冷却された空気Ａを用いてリサイクル燃料Ｆを冷却する場合がある。リサイクル燃料Ｆは、クッションタンク２６からストックタンク２７に投入されて出荷時まで保管される。
【００３６】
炭化物処理装置１００について詳述する。炭化物処理装置１００は、図２に示すように、炭化物Ｍを貯留して炭化物処理を行う貯留槽３と、貯留槽３に貯留された炭化物Ｍの堆積物Ｂに処理用ガスＧを通気（給気）する通気部４と、貯留槽３の槽内温度を計測する温度計測部Ｔと、貯留槽３の槽内の酸素濃度を計測する酸素濃度計測部Ｓと、炭化物処理装置１００の動作全体を制御する制御部９と、を備えている。なお、後述するように、処理用ガスＧは空気Ａなどの酸素を含有する第一処理用ガスＧ１を少なくとも含む気体である。本実施形態では、通気部４は、第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２とを混合した処理用ガスＧを給気している。本実施形態では、通気部４は、給気ファン４１と、循環ファン４２とを含む。貯留槽３の槽内温度とは、堆積物Ｂの温度を計測した値のことをいう。
【００３７】
炭化物処理装置１００は、後述するように、炭化物Ｍを貯留槽３に貯留する貯留工程と、炭化物Ｍの堆積物Ｂに酸素を含有する処理用ガスＧを通気する通気工程と、炭化物Ｍを所定時間滞留させて排出する排出工程とを行って、炭化物Ｍの炭化物処理を実現し、リサイクル燃料Ｆを得る。
【００３８】
炭化物処理装置１００は、後述するように、リサイクル燃料Ｆの安全性（低い自己発熱性）と、炭化物処理装置１００による炭化物処理の安全性とを確実に担保すべく、貯留槽３の槽内温度を計測する温度計測工程を行うと共に、通気工程として、炭化物Ｍの堆積物Ｂに第一処理用ガスＧ１を通気する第一通気工程と、堆積物Ｂに第二処理用ガスＧ２を通気する第二通気工程と、を実行する。また、炭化物処理装置１００は、第一処理用ガスＧ１、および、第二処理用ガスＧ２の少なくとも一方により、貯留槽３の槽内温度を所定の閾値（温度）以下になるように制御する温度制御工程を実行する。さらに、炭化物処理装置１００は、堆積物Ｂの層高さ方向における複数の層領域ごとに判定閾値を設定する判定閾値設定工程と、当該層領域における当該判定閾値に基づいて、通気工程における通気量、または、排出工程における滞留時間を制御する制御工程と、を実行している。
【００３９】
貯留槽３は、炭化物Ｍを鉛直方向に積み増して層状に貯留する金属製の容器である。また、貯留槽３は当該層状に貯留した炭化物Ｍを、層状態を維持しつつ次工程に供給（マスフローで排出）する供給容器である。貯留槽３は、貯留槽３の容器本体３０の内部空間に炭化物Ｍを投入する投入口となる供給部３１と、貯留槽３の内部空間からリサイクル燃料Ｆを排出する排出部３２とを有する。
【００４０】
本実施形態の貯留槽３の容器本体３０は、上端を閉塞する天板３０ａを有する筒状の上部容器と、当該上部容器から下方に向けてすり鉢状（コーン状）に窄む下部容器と、を一体的に備えている。貯留槽３の断面形状は円形であり、下部容器が窄む角度（コーン角度）は、排出部３２から炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）がマスフローで排出される角度に設定されている。なお、下部容器が窄む角度がマスフローで排出される角度に設定できない場合は、例えば貯留槽３の槽内における上部容器と下部容器との境界近傍であって、貯留槽３の径方向の中央付近に、陣笠形状の邪魔板（いわゆる、コーンバッフル）を設けてもよい。
【００４１】
貯留槽３は、容器本体３０の上端部に供給部３１を有する。供給部３１は、貯留槽３の容器本体３０の上端である容器上面の天板３０ａに設けられ、貯留槽３の内部空間とつながる供給管と、当該供給管に設けられたロータリーバルブ３１ａとを有する。貯留槽３は、ロータリーバルブ３１ａにより、上流側の雰囲気と縁切りされた状態で炭化物Ｍを内部空間に投入することができる。本実施形態では、供給部３１に一定の供給速度で連続的に炭化物Ｍが供給される。
【００４２】
貯留槽３は、容器本体３０の下端部に排出部３２を有する。排出部３２は、貯留槽３の容器本体３０の下端である下部容器の端部３０ｂに設けられている。貯留槽３の内部空間とつながる排出管３２ｂと、排出管３２ｂに設けられた炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）の排出装置としてのロータリーバルブ３２ａとを有する。
【００４３】
排出管３２ｂは、本実施形態では円筒状の管であり、下部容器の端部３０ｂから下方に向けて設けられている。貯留槽３は、ロータリーバルブ３２ａにより、下流側の雰囲気と縁切りされた状態で、リサイクル燃料Ｆを貯留槽３の内部空間から貯留槽３の下方に排出することができる。本実施形態では、排出部３２から連続的にリサイクル燃料Ｆが排出される。
【００４４】
本実施形態では、上述のごとく、貯留槽３には、一定の供給速度で連続的に炭化物Ｍが投入されて、貯留槽３から、連続的にリサイクル燃料Ｆが排出される。炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）の貯留槽３での平均滞留時間は、例えば２日（４８時間）となるように制御される。滞留時間は、炭化物Ｍからリサイクル燃料Ｆを得るために必要十分な長さが設定されている。滞留時間が短すぎると、炭化物Ｍの自己発熱性を十分に低下せしめることができず、リサイクル燃料Ｆの安全性を担保できない。滞留時間が長すぎると、リサイクル燃料Ｆの生産効率が低下して不経済となるため好ましくない。
【００４５】
貯留槽３は、下端部に、処理用ガスＧを内部空間に導入し堆積物Ｂに酸素を含有する処理用ガスＧを供給するガス供給ポート３４を有する。ガス供給ポート３４は、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側（貯留槽３の内部空間側）に接続されている。これにより、ガス供給ポート３４から供給された処理用ガスＧは、貯留槽３の下部容器の下端の端部３０ｂから堆積物Ｂの粒子層に通気される。処理用ガスＧは、堆積物Ｂの粒子層を通過しつつ炭化物Ｍの粒子表面と固気接触し、当該粒子表面における表面官能基などを酸化する。
【００４６】
堆積物Ｂの粒子層を通過した排気ガスＥ（処理用ガスＧ）は、貯留槽３の上端部に設けられた排気管３３から排気ガスＥとして外部に排気される。排気ガスＥは、二次燃焼炉１２（図１参照）などに導入されて浄化された後、大気に排出される。
【００４７】
なお、本実施形態では、処理用ガスＧに含まれる酸素は、堆積物Ｂによりほぼ消費し尽くされる条件で堆積物Ｂに供給する。ここで、処理用ガスＧに含まれる酸素が堆積物Ｂによりほぼ消費し尽くされる条件、とは、酸素濃度がおよそゼロ％になるまで排気ガスＥ中の酸素を消費するが完全なゼロ％にはしないことを意味し、堆積物Ｂの上部でも酸化反応が進行するように排気ガスＥ中に酸素を残留させておくことを言う。そのため排気ガスＥは、窒素および二酸化炭素が主体となる。このように排気ガスＥは、本実施形態ではほぼ無酸素であるため、炭化物粒子表面の活性の高い表面官能基と接触しても酸化反応を促進しない。
【００４８】
貯留槽３には、温度計測部Ｔのセンサプローブである温度センサＴ１〜Ｔ５（以下では、温度センサＴ１〜Ｔ５を総称して、単に「温度センサ」と称する場合がある）が取り付けられている。本実施形態では、温度センサは先端に温度の検出部（以下では単に「センサの先端」と称する）を有する棒状のセンサプローブであり、測温抵抗体を用いている。温度センサは、熱電対や、その他のセンサを用いてもよい。
【００４９】
温度センサは、貯留槽３の壁部に設置されている。温度センサは、棒状のセンサプローブを貯留槽３の側面外側から容器本体３０の壁部に貫通させ、貯留槽３の槽内の内部にセンサの先端が配置されるように容器本体３０の径方向に沿うように取り付けられている。温度センサは、図２に示すように、貯留槽３の下方（下流側）から上方（上流側）に向けて温度センサＴ１から温度センサＴ５の順に貯留槽３に取り付けられている。なお、温度センサは、容器本体３０の径方向に沿うように取り付けられる場合に限られず、容器本体３０の径方向に沿う向きから鉛直方向の上向きもしくは下向きに傾斜して取り付けてもよいし、径方向に沿う向きから容器本体３０の周方向に沿う向きに傾斜して取り付けてもよい。また、温度センサの取り付け方は、壁部を貫通させる方法に限られず、例えば、天板３０ａから垂下させるように取り付けてもよい。
【００５０】
温度センサＴ１は、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側に設けられ、センサの先端は、排出管３２ｂの管の径方向における中央部に挿入されている。
【００５１】
温度センサＴ２は、貯留槽３の上部容器の下方部位の壁部から槽内に向けて挿入されている。本実施形態において温度センサＴ２は、上部容器と下部容器との接続部分のやや上方位置に設けられている。温度センサＴ３〜Ｔ５は、貯留槽３の上部容器の壁部から槽内に向けて挿入されている。温度センサＴ２〜Ｔ５は、本実施形態では、それぞれ３つのセンサプローブを含んで構成されている。
【００５２】
温度センサＴ３は、貯留槽３の壁部における同じ高さ位置において、例えば図３に示すように、それぞれ等間隔で、貯留槽３の上方から見て時計回りに、温度センサＴ３１、温度センサＴ３２、温度センサＴ３３を有している。これら温度センサＴ３１〜Ｔ３３で計測された値を平均して温度センサＴ３の計測値とする。なお、温度センサＴ３は、温度センサＴ３１〜Ｔ３３のいずれか１つでもよいし、温度センサＴ３１〜Ｔ３３のいずれか２つの組合せもよい。また、温度センサＴ３１〜Ｔ３３で計測された値の平均値ではなく、温度センサＴ３１〜Ｔ３３で計測された値のうち最も高い値を温度センサＴ３の計測値としてもよい。
【００５３】
温度センサＴ３１は、センサの先端が、貯留槽３の径方向における中央部の深さまで挿入されている。温度センサＴ３２は、そのセンサの先端が、貯留槽３の壁部と、貯留槽３の径方向中央部との間の位置の深さまで挿入されている。温度センサＴ３３は、センサの先端が、貯留槽３の壁部からやや内側の位置の深さまで挿入されている。なお、本実施形態では温度センサＴ３１〜Ｔ３３はそれぞれ挿入の深さが異なるが、それぞれ挿入の深さが同じでもよい。
【００５４】
温度センサＴ２、および温度センサＴ４、温度センサＴ５は、取付高さが異なるが、それぞれ取付態様は温度センサＴ３と同様であるため説明は省略する。
【００５５】
貯留槽３には、図２に示すように、酸素濃度計測部Ｓの空気サンプリングノズルである吸引管Ｓ１〜Ｓ５（以下では、吸引管Ｓ１〜Ｓ５を総称して、単に「酸素プローブ」と称する場合がある）が取り付けられている。吸引管Ｓ２〜Ｓ５は、酸素濃度計（図示せず）に接続された管を貯留槽３の側面外側から容器本体３０の壁部に貫通させて容器本体３０の径方向に沿い設けられている。吸引管Ｓ２〜Ｓ５は、容器本体３０の径方向における中央部分に管の先端が配置されている。吸引管Ｓ１は、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側に排出管３２ｂの径方向に沿い設けられている。吸引管Ｓ１は、排出管３２ｂの管の径方向における中央部分に管の先端が配置されている。このように酸素プローブは、貯留槽３内の気体を管で吸引して酸素濃度計で酸素濃度を計測できるように取り付けられている。なお、酸素プローブは、貯留槽３の下方（下流側）から上方（上流側）に向けて吸引管Ｓ１〜Ｓ５の順に貯留槽３に取り付けられている。図４には、吸引管Ｓ３の取り付け態様の一例を図示している。なお、吸引管Ｓ３以外の酸素プローブの取り付け態様も同様である。酸素プローブは、温度センサの場合と同様に、鉛直方向の上向きもしくは下向きや周方向に沿う向きに傾斜して取り付けてもよい。
【００５６】
排気管３３は、本実施形態では図２に示すように、貯留槽３の天板３０ａに設けられている。排気管３３には、貯留槽３の内部空間を正圧に維持すべく、排気ガスＥの通流の抵抗となる抵抗体３３ａが設けられている。抵抗体３３ａは、例えばバタフライバルブなどの開度調整可能なバルブ装置などを用いることができる。抵抗体３３ａの開度の変更により排気ガスＥの通流の抵抗を変更可能である。排気ガスＥの通流の抵抗を大きくすると貯留槽３の内部空間の圧力は正圧側に変化する。貯留槽３の内部空間の圧力を正圧側に維持することで、ガス供給ポート３４以外から貯留槽３の内部空間に酸素を含有する気体が流入（侵入）することを防止している。つまり、貯留槽３の内部空間への侵入を防ぐことで、当該侵入により炭化物Ｍが局所的に発熱して発火するなどを未然防止している。
【００５７】
処理用ガスＧは、空気Ａなどの酸素を含有する第一処理用ガスＧ１を少なくとも含む気体である。処理用ガスＧは、本実施形態では、第一処理用ガスＧ１と、ほぼ無酸素となっている排気ガスＥをリサイクルした第二処理用ガスＧ２とを混合した気体である。したがって、処理用ガスＧの酸素濃度は第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２との混合比で決定される。処理用ガスＧの酸素濃度は第二処理用ガスＧ２の混合割合が大きいほど小さい値になる。
【００５８】
第一処理用ガスＧ１は、給気ファン４１（通気部の一例）で空気Ａ（外気）を吸引し、ガス供給ポート３４に接続される給気配管４１ａ（通気部の一例）に送風（給気）することで、貯留槽３に供給される。
【００５９】
第一処理用ガスＧ１は、本実施形態では炭化物Ｍに酸素を供給するキャリアガスである。また、第一処理用ガスＧ１は、炭化物Ｍを冷却する冷媒である。第一処理用ガスＧ１の通気量に応じて、すなわち、酸素供給量に応じて炭化物Ｍの酸化が進行する。この酸化に応じて、炭化物Ｍは発熱する。第一処理用ガスＧ１の供給量を増加させると、すなわち、酸素供給速度を増加させると炭化物Ｍの酸化速度（処理速度）は早くなる。これにより、炭化物Ｍの単位時間当たりの発熱量が増加して、堆積物Ｂの温度、すなわち貯留槽３の槽内温度は上昇する。
【００６０】
第二処理用ガスＧ２は、排気管３３とガス供給ポート３４とを連通する循環路４０（通気部の一例）を介して排気ガスＥの一部をガス供給ポート３４に送風（給気）することで貯留槽３に供給される。なお、第二処理用ガスＧ２は、その供給量を増減しても排気管３３から排気される排気ガスＥの総量は変化しない。なぜならば、第二処理用ガスＧ２は、貯留槽３を循環しているにすぎないためである。
【００６１】
第二処理用ガスＧ２は、炭化物Ｍに対して不活性なガスである。また、第二処理用ガスＧ２は、炭化物Ｍを冷却する冷媒である。第二処理用ガスＧ２の供給により、処理用ガスＧの酸素濃度を低下させることで炭化物Ｍの酸化反応の反応速度を低下させている。これにより、貯留槽３内で炭化物Ｍが局所的に発熱することを回避することができる。また、第一処理用ガスＧ１による冷却に加えて、第二処理用ガスＧ２の供給により、炭化物Ｍ（堆積物Ｂ）を冷却することができる。
【００６２】
循環路４０には、循環ファン４２と、加湿器４５が設けられている。循環路４０は、排気管３３から循環ファン４２に排気ガスＥを導く配管４０ａと、循環ファン４２から加湿器４５に排気ガスＥを導く配管４０ｂと、加湿器４５からガス供給ポート３４に排気ガスＥを導く配管４０ｃとを有する。
【００６３】
循環ファン４２は、循環路４０において、排気管３３からガス供給ポート３４に向けて、第二処理用ガスＧ２である排気ガスＥを通風させる送風機である。循環ファン４２は、ブロアやファンなどを用いることができる。
【００６４】
加湿器４５はノズル４５ａを有し、加湿用水Ｗを第二処理用ガスＧ２に噴霧供給して第二処理用ガスＧ２を加湿する装置である。なお、本実施形態では第二処理用ガスＧ２を加湿する場合を説明しているが、第一処理用ガスＧ１を併せて加湿する場合もある。加湿器４５では、第二処理用ガスＧ２は、加湿用水Ｗの顕熱、および、加湿用水Ｗの蒸発潜熱により冷却される。
【００６５】
制御部９について説明する。制御部９は、炭化物処理装置１００の全体的な動作を制御する中央制御機構である。制御部９は、例えば、各種の処理を実現するためのソフトウェアプログラムと、該ソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵと、該ＣＰＵによって制御される各種ハードウェアなどによって構成することができる。本実施形態では、制御部９は、ＣＰＵと入出力回路などとを包含して有するコンピュータである。制御部９の動作に必要なプログラムやデータ、制御パラメータは、本実施形態では記憶部（図示せず）に保存される。なお、これらプログラムやデータ保存先は特に限定されない。これらプログラムやデータは、別途専用に設けられたディスクやフラッシュメモリなどの記憶装置に保存される態様であってもよい。また、通信可能に接続された外部のサーバや記憶部などであっても構わない。
【００６６】
制御部９は、記憶部に記憶されたプログラムの実行により、制御部９が制御を行うための判定閾値を設定する判定閾値設定部９９と、判定閾値に基づいて通気部４を制御する通気制御部９１と、判定閾値に基づいて通気部４の通気温度や貯留槽３の槽内温度を制御する温度制御部９２と、判定閾値に基づいて堆積物Ｂの滞留時間を制御する滞留時間制御部９３と、をソフトウェア的に実現させている。
【００６７】
判定閾値設定部９９は、堆積物Ｂの槽高さ方向における複数の層領域ごとに、炭化物Ｍの酸素消費特性と、当該酸素消費特性に基づいた判定閾値を設定し、制御部９はこの判定閾値に基づいて後述する制御を行う。また、判定閾値設定部９９は、温度計測部Ｔから貯留槽３の槽内温度を取得し、後述する給気上限温度を設定している。
【００６８】
複数の層領域について説明する。本実施形態において上述の複数の層領域は、図２に示す堆積層Ｂ１、堆積層Ｂ２、および堆積層Ｂ３である。以下では、堆積層Ｂ１、堆積層Ｂ２、および堆積層Ｂ３を堆積物Ｂの粒子層として包括的に説明する際は、単に「層領域」と称する。
【００６９】
本実施形態において判定閾値設定部９９は、上述の層領域として、貯留槽３における堆積物Ｂの下方（下流）から上方（上流）に向けて順に、堆積層Ｂ１、堆積層Ｂ２、堆積層Ｂ３を仮想的に定めている。本実施形態では、各層領域の体積はそれぞれ等しくなるように定められている。なお、各層領域の体積をそれぞれ異るように定めてもよい。
【００７０】
堆積層Ｂ１は、貯留槽３の槽内の最底部から、図２に示す温度センサＴ２および吸引管Ｓ２を覆う程度の範囲までを含む層である。堆積層Ｂ２は、堆積層Ｂ１の上層（上流側の層）であり、図２に示す温度センサＴ３および吸引管Ｓ３を覆う程度の範囲までを含む層である。堆積層Ｂ３は、堆積層Ｂ２の上層であり、図２に示す温度センサＴ４および吸引管Ｓ４を覆う程度の範囲までを含む層である。なお、本実施形態では、温度センサＴ５および吸引管Ｓ５は、堆積物Ｂに覆われておらず、堆積物Ｂを通過した排気ガスＥと接触している。
【００７１】
酸素消費特性について説明する。酸素消費特性は、単位質量あたりの炭化物Ｍが単位時間当たりに消費する酸素の質量である。酸素消費特性は、貯留槽３内における炭化物Ｍの活性（酸素により酸化される活性）の度合いを意味する。酸素消費特性が大きいほど、炭化物Ｍは酸素含有雰囲気下で発熱し、発火などの危険が増大する。したがって、炭化物Ｍをリサイクル燃料Ｆとするためには、この酸素消費特性を所定値以下に低下させることが要請される。
【００７２】
判定閾値設定部９９は、層領域ごとに酸素消費特性を求めている。なお、本実施形態にいう「層領域ごとに酸素消費特性を求めている」とは、少なくとも一つの特定の層領域（例えば堆積層Ｂ１）に対して酸素消費特性を求めることを言い、二つ以上の層領域（例えば堆積層Ｂ１〜Ｂ３）のそれぞれに対して層領域ごとに酸素消費特性を求めることを含む。
【００７３】
酸素消費特性は、各層の質量と、各層領域に供給される酸素量と、各層領域から排出される酸素量により求めることができる。本実施形態では、各層領域の体積は一定になるように定めているため、層領域ごとの酸素消費特性は、各層領域に供給される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度から、各層領域から排出される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度を差し引いた差分に、処理用ガスＧの単位時間当たりの通気量である通風速度を乗じた値に比例する値として求めることができる。層領域に供給される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度および層領域から排出される処理用ガスＧに含まれる酸素濃度は酸素濃度計測部Ｓで計測される酸素濃度を用いればよい。例えば、堆積層Ｂ２の酸素消費特性は、吸引管Ｓ２で計測される酸素濃度から吸引管Ｓ３で計測される酸素濃度の差分に通風速度を乗じた値に比例する値として求められる。以下では、酸素消費特性および酸素消費特性に比例する値を包括して単に「酸素特性値」と称する。
【００７４】
判定閾値設定部９９は、層領域ごとの酸素特性値から層領域ごとの判定閾値を求めて（算出して）いる。判定閾値は、各層領域の炭化物Ｍの酸素特性値がリサイクル燃料Ｆに要請される酸素特性値以下になることを目標として求められる。本実施形態における判定閾値は、例えば層領域ごとの、最小の滞留時間、最小の残り通気量、最大の酸素供給速度などを例示列挙することができる。本実施形態では、判定閾値はあらかじめ固定の初期値が設定されており、各層領域において酸素特性値を算出する際、当該初期値、もしくは、直前に算出された判定閾値を更新するようになっている。
【００７５】
最小の滞留時間について説明する。最小の滞留時間とは、炭化物Ｍを外気雰囲気と接触しても安全に貯留することができるリサイクル燃料Ｆとする（炭化物処理をする）ために少なくとも必要な残りの処理時間である。本実施形態では、初期値として２日（４８時間）が設定されている。最小の滞留時間は、酸素特性値を求めた時点以降に必要な最小の処理時間を意味する。最小の滞留時間は、酸素特性値が大きい場合に長くする。処理用ガスＧの通風速度が大きい場合に短くする。また、処理用ガスＧに含まれる酸素濃度が大きいほど短くする。例えば、処理用ガスＧの通気状態（通風速度と酸素濃度）を仮に維持した場合は、最小の滞留時間を酸素特性値の大小におよそ比例させる。
【００７６】
最小の残り通気量について説明する。最小の残り通気量とは、炭化物Ｍを外気雰囲気と接触しても安全に貯留することができるリサイクル燃料Ｆとする（炭化物処理をする）ために少なくとも必要な残りの通気量である。最小の残り通気量は、酸素特性値を求めた時点以降に必要な最小の通気量を意味する。最小の残り通気量は、最小の滞留時間とは異なり、酸素特性値が大きい場合に大きくする。処理用ガスＧの通風速度の大小にはさほど依存しない。最小の滞留時間と同様に、最小の残り通気量は処理用ガスＧに含まれる酸素濃度が大きいほど小さい値にする。例えば、処理用ガスＧの酸素濃度を維持した場合は、最小の残り通気量を酸素特性値の大小におよそ比例させる。
【００７７】
最大の酸素供給速度について説明する。最大の酸素供給速度は、酸素特性値を求めた時点において各層領域に許容される単位時間当たりの最大の発熱量（以下では単に発熱量と記載する場合がある）を決定する値である。ここで、酸素供給速度は、処理用ガスＧの通気量と処理用ガスＧの酸素濃度とに基づいて導かれる値である。各層領域の発熱量は、各層領域で消費される酸素量におおよそ比例する。したがって、各層領域に供給する最大の酸素供給速度を規定することで、各層領域の発熱量を所定値以下に制限することができる。これにより、炭化物処理過程における、炭化物Ｍの発火などの危険を回避することができる。
【００７８】
最大の酸素供給速度は、各層領域に供給される酸素量と酸素特性値とに基づいて導かれる単位時間当たりの各層領域の発熱量が、処理用ガスＧによる各層領域の冷却能力を上回る場合に、単位時間当たりの各層領域の最大の発熱量が処理用ガスＧによる各層領域の冷却能力以下になるように決定する。
【００７９】
温度制御部９２について説明する。温度制御部９２は、処理用ガスＧ（第一処理用ガスＧ１のみ、または第一処理用ガスＧ１および第二処理用ガスＧ２の混合物）のガス温度を制御する機能部である。温度制御部９２は、処理用ガスＧのガス温度が、貯留槽３の槽内温度よりも低い温度に設定される給気上限温度以下になるように制御する。
【００８０】
また、温度制御部９２は、温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度のうち、最も高い温度（以下では、単に「最高温度」と称する）が所定の閾値（以下では、「層温度上限」と称する）未満になるように、処理用ガスＧの温度を制御している。本実施形態では、上述のごとく、堆積層Ｂ１には温度センサＴ２が、堆積層Ｂ２には温度センサＴ３が、堆積層Ｂ３には温度センサＴ４が対応している。このため、温度制御部９２は、最も高い温度の層領域の温度（温度センサＴ２〜Ｔ４の計測値の最高温度）が層温度上限未満になるように処理用ガスＧなどの温度を制御している。
【００８１】
給気上限温度について説明する。給気上限温度は、処理用ガスＧのガス温度の上限として設定される閾値である。判定閾値設定部９９は、温度計測部Ｔから温度センサが検出した温度情報を取得し、温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度のうち、最高温度よりも低い温度を給気上限温度として設定する。本実施形態では、給気上限温度は、当該最高温度よりも低い温度、かつ、６０℃未満に設定される。
【００８２】
層温度上限は、６０℃未満になるように設定されている。つまり、温度制御部９２は、処理用ガスＧなどの温度を制御して最高温度が６０℃未満になるように制御している。これにより、処理用ガスＧの通気むらや炭化物Ｍの品質むらにより、炭化物Ｍが発火するような危険を未然防止している。
【００８３】
給気上限温度は、少なくとも層温度上限未満に設定されている。給気上限温度は、例えば５５℃未満に設定されている。また、給気上限温度は、温度センサが検出した最も高い貯留槽３の槽内温度よりも低い温度に設定される。これにより、処理用ガスＧなどの温度ないし温度制御のブレにより、炭化物Ｍが発火するような危険を未然防止している。
【００８４】
図２に示すように、本実施形態では、第一処理用ガスＧ１がそのまま外気を吸引しているため、第一処理用ガスＧ１の温度は通常、給気上限温度以下になる。また、第二処理用ガスＧ２は加湿器４５で冷却されている。つまり、温度制御部９２は、例えば加湿器４５で第二処理用ガスＧ２に供給する加湿用水Ｗの供給量を増減させたり、加湿用水Ｗの温度を増減させたりするなどして、第二処理用ガスＧ２、ひいては処理用ガスＧの温度を制御することができる。例えば処理用ガスＧの温度を低下させたい場合は、加湿器４５で第二処理用ガスＧ２に供給する加湿用水Ｗの供給量を増加させたり、加湿用水Ｗの温度を低下させたりすればよい。なお、第一処理用ガスＧ１の温度を調整させたい場合は、給気配管４１ａに熱交換器などを設ければよい。
【００８５】
通気制御部９１について説明する。通気制御部９１は、通気部４を制御して、第一処理用ガスＧ１および／または第二処理用ガスＧ２の通風量を制御する機能部である。通気制御部９１は、まず、上述の最大の酸素供給速度を調整する制御を行う。最大の酸素供給速度の調整は、通気制御部９１が給気ファン４１を制御して第一処理用ガスＧ１の通風速度を調整することで行う。さらに、最大の酸素供給速度が守られている前提で、通気制御部９１は、第一処理用ガスＧ１および／または第二処理用ガスＧ２の通風速度を、貯留槽３の槽内温度の内、最高温度が層温度上限未満になるように制御する。
【００８６】
本実施形態では、貯留槽３の最高温度が層温度上限に近づいて当該槽内温度を低下させる必要が生じた場合、通気制御部９１は第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加させる制御を行う。これにより、処理用ガスＧの通風速度が増大して堆積物Ｂを冷却することが可能となる。
【００８７】
また、通気制御部９１は、第一処理用ガスＧ１の供給速度に対する第二処理用ガスＧ２の供給速度の比を増加させる制御により処理用ガスＧの酸素の総量を一定としつつ酸素濃度を低下させることで、貯留槽３内の炭化物Ｍの最大の酸化反応速度を低下させて、貯留槽３の最高温度を低下させることができる。この場合、処理用ガスＧの酸素の総量は一定であるから、貯留槽３内の炭化物Ｍ全体の平均的な酸化速度は維持される。
【００８８】
なお、第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加させても十分に槽内温度ないし最高温度を低下させることができない場合は、通気制御部９１は、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる制御を行う。これにより、貯留槽３内の堆積物Ｂへの酸素供給速度を低下せしめ、堆積物Ｂ全体の発熱量を低下させることができる。なお、処理用ガスＧの酸素濃度を低下させて貯留槽３内の炭化物Ｍの最大の酸化反応速度を低下させるために、第二処理用ガスＧ２の通風速度を変更せず、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる場合もある。
【００８９】
滞留時間制御部９３は、排出部３２からのリサイクル燃料Ｆの排出速度を制御する機能部である。本実施形態では、滞留時間制御部９３は、排出部３２のロータリーバルブ３２ａの回転速度を制御することでリサイクル燃料Ｆの排出速度を制御する。滞留時間制御部９３がロータリーバルブ３２ａの回転速度を早くすると、リサイクル燃料Ｆの排出速度が速くなり滞留時間が短くなる。滞留時間制御部９３がロータリーバルブ３２ａの回転速度を遅くすると、リサイクル燃料Ｆの排出速度が遅くなり滞留時間が短くなる。
【００９０】
滞留時間制御部９３は、全ての層領域の炭化物Ｍについて、少なくとも上述の最小の滞留時間以上の滞留時間を確保するようにロータリーバルブ３２ａを制御する。これにより、十分に炭化物処理されていない炭化物Ｍがリサイクル燃料Ｆとして大気雰囲気下で貯留され、また、市場に出荷されて発火などすることを未然に防止する。
【００９１】
滞留時間制御部９３の制御と、最も下流側の層領域である堆積層Ｂ１の最小の滞留時間について補足する。上述のごとく、判定閾値の一つである最小の滞留時間は、各層領域の炭化物Ｍの酸素特性値がリサイクル燃料Ｆに要請される酸素特性値以下になることを目標として求められる。また、滞留時間制御部９３は、堆積層Ｂ１を含む全ての層領域の炭化物Ｍについて、少なくとも上述の最小の滞留時間以上の滞留時間を確保するようにロータリーバルブ３２ａを制御する。したがって、堆積層Ｂ１の炭化物Ｍ（リサイクル燃料Ｆ）は、その酸素特性値がリサイクル燃料Ｆに要請される酸素特性値以下になるまでロータリーバルブ３２ａから排出されない。これにより、所定の酸素特性値以下のリサイクル燃料Ｆを製造することができる。
【００９２】
〔第二実施形態〕
図５に基づいて、第二実施形態に係る炭化物処理装置１００を説明する。第二実施形態の炭化物処理装置１００の構成は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００に対して通気部４の構成が異なる。
【００９３】
第二実施形態の炭化物処理装置１００は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００の循環路４０が、排気管３３とガス供給ポート３４とを連通するものであるのに対し、第二実施形態の炭化物処理装置１００の循環路４０が、排ガス処理設備１３の排気管（図示せず）とガス供給ポート３４とを連通するものである点で異なり、他は同じである。
【００９４】
この第二実施形態において、循環路４０は、排気ガスＥの代わりに、排ガス処理設備１３の燃焼排気Ｅｆの一部をガス供給ポート３４に送風（給気）する。つまり、第二処理用ガスＧ２として燃焼排気Ｅｆを用いている。燃焼排気Ｅｆは、二次燃焼炉１２で燃焼された排気ガスであるため、酸素の含有量の少ないガスである。したがって、第二処理用ガスＧ２として排気ガスＥの代わりに燃焼排気Ｅｆを用いることも可能である。
【００９５】
〔第三実施形態〕
図６に基づいて、第三実施形態に係る炭化物処理装置１００を説明する。第三実施形態の炭化物処理装置１００の構成は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００に対して通気部４の構成が異なる。
【００９６】
第三実施形態の炭化物処理装置１００は、第一実施形態に係る炭化物処理装置１００では、給気配管４１ａと循環路４０とが一つのガス供給ポート３４に接続されているのに対し、第三実施形態の炭化物処理装置１００では、循環路４０と給気配管４１ａとがそれぞれ、第一ガス供給ポート３４ａと第二ガス供給ポート３４ｂとに別々に接続されている点で異なり、他は同じである。
【００９７】
この第三実施形態において、第一ガス供給ポート３４ａと第二ガス供給ポート３４ｂとは、排出部３２の排出管３２ｂにおけるロータリーバルブ３２ａの上流側（貯留槽３の内部空間側）に接続されている。これにより、第一ガス供給ポート３４ａと第二ガス供給ポート３４ｂとから別々に供給された第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２とは、排出管３２ｂおよび貯留槽３の下部容器の下端の端部３０ｂ近傍で相互拡散しながら、堆積物Ｂの粒子層に通気される。第一処理用ガスＧ１は、堆積物Ｂの粒子層を通過しつつ第二処理用ガスＧ２と相互拡散しながら炭化物Ｍの粒子表面と固気接触し、当該粒子表面における表面官能基などを酸化する。つまり、第一処理用ガスＧ１と第二処理用ガスＧ２とはあらかじめ混合して処理用ガスＧとしてから堆積物Ｂの粒子層に通気される場合に限られない。
【００９８】
〔変形例の説明〕
上記実施形態では、貯留槽３の最高温度（温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度のうち、最も高い温度）が層温度上限に近づいて当該槽内温度を低下させる必要が生じた場合、通気制御部９１は第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加、もしくは、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる場合を説明した。このように、第二処理用ガスＧ２を供給する比率（第一処理用ガスＧ１に対する第二処理用ガスＧ２の比率）を変更する場合、温度センサが検出した貯留槽３の槽内温度に加えて、さらに外気の温度を加味することもできる。
【００９９】
この場合、例えば温度計測部Ｔが外気温度センサ（図示せず）を備え、当該外気温度センサが検出した温度に基づいて、通気制御部９１が通気部４により第二処理用ガスＧ２を供給する比率を変更することができる。例えば、貯留槽３の最高温度が層温度上限に近づいて当該槽内温度を低下させる必要が生じて第二処理用ガスＧ２の通風速度を増加、もしくは、第一処理用ガスＧ１の通風速度を低下させる場合に、当該増加もしくは低下させる変化割合を、外気温度センサが検出した温度に基づいて変更することができる。具体的には、当該外気温度センサが検出した温度が高い場合（例えば、夏場や日中）は、当該変化割合を増加させるとよく、当該外気温度センサが検出した温度が低い場合（例えば、冬場や夜中）は、当該変化割合を低下させるとよい。これにより、外気温度が高い場合は確実に貯留槽３の最高温度が層温度上限を超えることを回避し、外気温度が低い場合は過剰に変化割合を大きくしてしまって処理効率が低下するような不具合を回避することができる。
【０１００】
以上のようにして、処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理炭化物処理装置および炭化物処理方法を提供することができる。
【０１０１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、第二処理用ガスＧ２として、排気ガスＥもしくは燃焼排気Ｅｆを用いる場合を例示した。しかしながら、第二処理用ガスＧ２は、有機汚泥リサイクルシステム２００で生成（排出）されるものに限られず、窒素や二酸化炭素など不活性ガスを導入してもよいし、他の産業装置、例えば、ごみ焼却炉の排気ガスや、火力発電所の排気ガスを用いることもできる。また、有機汚泥リサイクルシステム２００で生成（排出）される排気ガスＥもしくは燃焼排気Ｅｆに加えて、必要に応じて窒素や二酸化炭素など不活性ガスを導入してもよい。第二処理用ガスＧ２は、窒素や二酸化炭素など不活性ガスを主体（たとえば、９７体積パーセント以上）としていればよい。第二処理用ガスＧ２は、空気よりも酸素濃度が低ければ良く、好ましくは酸素が３体積パーセント未満である。
【０１０２】
（２）上記実施形態では、貯留槽３からリサイクル燃料Ｆを排出するための排出装置としてロータリーバルブ３２ａを用い、下流側の雰囲気と縁切りされた状態で、リサイクル燃料Ｆを排出する場合を例示した。しかしながら、排出装置は、ペレット状などのリサイクル燃料Ｆの形状に応じて使用可能な装置であって、下流側の雰囲気が制限なく貯留槽３に流入しない状態でリサイクル燃料Ｆを貯留槽３の内部空間から排出できる装置、もしくは構成を有していればよい。
【０１０３】
例えば、ロータリーバルブ３２ａの代わりに、貯留槽３を下流側の雰囲気と物理的に縁切りしながら排出することができる排出装置であるダブルダンパを用いてもよい。もしくは、スクリュー式の排出機やテーブルフィーダー式の排出装置を用い、その排出口に処理用ガスＧや第二処理用ガスＧ２を向流で通流させて、下流側の雰囲気が制限なく貯留槽３に流入しない状態を維持する構成を採用することもできる。
【０１０４】
（３）上記実施形態では、貯留槽３の下端である下部容器の端部３０ｂから下方に向けて設けられている排出管３２ｂにロータリーバルブ３２ａが設けられており、貯留槽３の下方にリサイクル燃料Ｆを排出する場合を例示した。しかしながら、排出装置は、貯留槽３の下方にリサイクル燃料Ｆを排出する構成に限られない。
【０１０５】
例えば貯留槽３の側面にスクリュー式の排出機やテーブルフィーダー式の排出装置の排出口を設け、貯留槽３の側面からリサイクル燃料Ｆを排出してもよい。
【０１０６】
（４）上記実施形態では、判定閾値設定部９９は、層領域ごとの酸素特性値から層領域ごとの判定閾値を求める場合を説明した。また、判定閾値はあらかじめ固定の初期値が設定されており、各層領域において酸素特性値を算出する際、当該初期値、もしくは、直前に算出された判定閾値を更新するようになっている場合を説明した。そして、特に最小の滞留時間については、固定の初期値として３日（７２時間）が設定されている場合を説明した。しかし、判定閾値の初期値は、固定値が定められている場合に限られない。
【０１０７】
（５）上記実施形態では、循環路４０に加湿器４５が設けられ、加湿用水Ｗを第二処理用ガスＧ２に噴霧供給して第二処理用ガスＧ２を加湿する場合を説明した。しかし、第二処理用ガスＧ２のみが加湿される場合に限られない。
【０１０８】
例えば、第二処理用ガスＧ２を加湿する場合に加えて、さらに第一処理用ガスＧ１を加湿してもよい。また、第二処理用ガスＧ２を加湿する場合に代えて、第一処理用ガスＧ１を加湿してもよい。第一処理用ガスＧ１を加湿する場合、たとえば給気配管４１ａに加湿器（図示せず、第二加湿部の一例）を設けるなどする。
【０１０９】
判定閾値の初期値は、供給される炭化物Ｍの酸素特性値に基づいて、設定することもできる。例えば、貯留槽３に投入する炭化物Ｍをサンプリングし、酸素特性値を求め、当該酸素特性値に基づいて、判定閾値設定部９９が、滞留時間の初期値を求めて設定してもよい。
【０１１０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、処理中の自己発熱を適切に制御しつつ炭化物の自己発熱性を低下させる処理を行う炭化物処理装置、およびその方法に適用できる。
【符号の説明】
【０１１２】
３      ：貯留槽
４      ：通気部
９      ：制御部
３１    ：供給部
３２    ：排出部
４１    ：給気ファン（通気部）
４１ａ  ：給気配管（通気部）
９９    ：判定閾値設定部
１００  ：炭化物処理装置
Ｂ      ：堆積物
Ｂ１    ：堆積層（層領域）
Ｂ２    ：堆積層（層領域）
Ｂ３    ：堆積層（層領域）
Ｇ      ：処理用ガス
Ｍ      ：炭化物
Ｓ      ：酸素濃度計測部