JP2008169358A - 固体燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマスと油泥とを利用した固体燃料において、バイオマスに対する油泥の混合比をさほど変化させることなく、管路に付着し難い固体燃料を提供すること。
【解決手段】廃畳の破砕物１００質量部、廃ワイヤソーオイル５０〜７０質量部、および水１０〜４０質量部の混合物からなる固体燃料とした。
【選択図】 なし

Description

本発明は、バイオマスと油泥とを利用した固体燃料に関するもので、特に管路に対する付着性を改善したバイオマスと油泥とを利用した固体燃料に関するものである。

シリコンウエハーは、半導体デイバイスや太陽光電池等の部材として有用であり、その需要は年々増大しつつある。かかるシリコンウエハーは、高純度シリコンの結晶体からウエハー状に切り出すことにより製造されるが、切断機の性能等の観点から、近年においてはワイヤソーによる切り出しが主流になりつつある。

このワイヤソーによる切り出しにおいては、切削用媒体として、通常平均粒径１０μｍ〜５０μｍの炭化珪素研削粒と鉱油又は水溶液とを含有するワイヤソーオイルが用いられる。このワイヤソーオイルは、使用を繰り返すことにより研削粒の摩耗、シリコン削分の増加等により、切削能力が低下し、使用できなくなる。
そして、このように使用できなくなった廃ワイヤソーオイルは、現在においては、その大部分が焼却され、産業廃棄物として処理されている。

ここで、上記した廃ワイヤソーオイルは、高いエネルギーを有するため、産業廃棄物として焼却処分せずに、燃料として有効利用することが期待される。
しかし、廃ワイヤソーオイル等のいわゆる油泥は、高い粘稠性を有しているものや、常温で流動性がないものや、固形分が沈降分離し固着するものなどがあるため、管路を介した輸送時等におけるハンドリング性が悪く、そのままでは燃料としての取り扱いが困難である。

そこで、近年欧州では、原油スラッジ等の油泥を単独で燃料として用いるのではなく、該油泥とおが屑等のバイオマスとを混合して固体燃料とし、セメントキルンで代替燃料として使用することが提案され、また我が国でも、同様な固体燃料の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１，２，３等）。

特開昭５４−３９４０１号公報 特開２００２−３２３２１３号公報 特開２００６−１６９３７６号公報

しかしながら、油泥とおが屑、廃畳等のバイオマスとを混合した固体燃料にあっても、管路を介してセメントキルン等に圧送して燃料として使用する場合に、管路に固体燃料が徐々に付着し、管路が閉塞する場合があった。
特に、シリコンウエハーの切り出しに使用された廃ワイヤソーオイルを使用した場合には、その傾向が特に顕著に現れ、管路に対する付着性の改善が強く望まれていた。

ここで、固体燃料の付着性の原因は、粘稠性を有する油泥の存在にあることは明らかであることから、バイオマスに対する油泥の混合比を下げることが考えられるが、この方法による場合には、油泥の消費量が低下し、廃棄物である油泥の利用促進の観点から好ましくない。また、油泥の混合比を下げた固体燃料は、その発熱量が低下するため、燃料としても好ましくない。

本発明は、上述した背景技術が有する課題に鑑み成されたものであって、その目的は、バイオマスと油泥とを利用した固体燃料において、バイオマスに対する油泥の混合比をさほど変化させることなく、管路に付着し難い固体燃料を提供することにある。

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、驚くべきことに水を添加することによって、固体燃料の管路に対する付着性を大幅に改善できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の〔１〕〜〔５〕に記載の固体燃料を提供するものである。 〔１〕 バイオマスと油泥と水との混合物からなる固体燃料。
〔２〕 バイオマス１００質量部、油泥５０〜７０質量部、および水１０〜４０質量部の混合物からなる前記〔１〕の固体燃料。
〔３〕 前記バイオマスが、廃畳の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑のいずれか一種以上である前記〔１〕又は〔２〕の固体燃料。
〔４〕 前記油泥が、廃ワイヤソーオイルである前記〔１〕〜〔３〕のいずれかの固体燃料。
〔５〕 前記廃ワイヤソーオイルが、油性の廃ワイヤソーオイルである前記〔４〕の固体燃料。

上記した本発明に係る固体燃料は、理由は定かではないが、圧送の際における管路への付着を大幅に低減でき、管路の閉塞を防止することができる。
このため、従来においては付着性が高いために固体燃料への利用が困難であった油泥、例えば廃ワイヤソーオイル等も、その利用が可能となり、かかる廃棄油泥の利用促進をはかることができる。

以下、上記した本発明に係る固体燃料について、詳細に説明する。

〔バイオマス〕
本発明で用いるバイオマスの例としては、畳（使用済みの廃畳）の破砕物、木材チップ（例えば、建設廃木材の破砕物）、木粉、おが屑、紙屑等が挙げられる。なお、バイオマスとは、燃料等として利用可能な、生物由来の有機質資源（ただし、化石燃料を除く。）の総称である。

上記畳の破砕物の材料となる廃畳は、植物性の材料を少なくとも部分的に含むものであればよく、具体的には、稲藁を畳床の材料とする本畳のみならず、ポリスチレンフォーム板（ポリスチレン樹脂組成物に発泡剤を添加して膨張させて形成した板状の成形体）およびインシュレーションボード（例えば、湿式法では、木材を水中で解砕し、接着剤等を加えて抄造した後、乾燥して形成された軟質繊維板）を畳床の材料とする建材畳や、稲藁、ポリスチレンフォーム板を畳床の材料とする藁サンド畳も含む。
上記木材チップは、最大粒径（篩の残分が５質量％以内となる目開き寸法）が５ｍｍを超え、１０ｍｍ以下である木材の破砕物または粉砕物をいう。
上記木粉とは、最大粒径（篩の残分が５質量％以内となる目開き寸法）が５ｍｍ以下である木材の粉砕物をいう。
また、上記おが屑は、通常、０．５〜５ｍｍ程度の粒度分布を有するものである。上記紙屑としては、例えばシュレッダー切断物等が挙げられる。

上記バイオマスの平均粒径（篩の残分が５０質量％以内となる目開き寸法）は、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。これは、該平均粒径が０．５ｍｍ未満では、粒子系全体が微細化するため流動性、分散性が低下し、油泥のハンドリング性の向上等の効果を得ることが困難となる。
また、上記バイオマスの最大粒径（篩の残分が５質量％以内となる目開き寸法）は、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。これは、該最大粒径が１０ｍｍを超えると、例えばセメントキルンのバーナーで使用する場合、火炎（フレーム）を形成しにくく、燃料が着地した後も燃焼を継続するため、セメントクリンカーの品質を低下させるおそれがある。該最大粒径を５ｍｍ以下とすれば、着地燃焼する粒体の割合が少なくなり、固体燃料の使用割合を大きくすることができるので好ましい。

〔油 泥〕
本発明において用いる油泥としては、廃ワイヤソーオイル、オイルスラッジ（例えば重油スラッジ、原油スラッジ等）、廃油再生残渣（廃油を蒸留設備等を用いて再生した後に残る残渣）、廃切削油、廃研削油、廃研磨油、廃塗料、廃インク、廃溶剤、グリース、廃植物油、廃食用油、脱水有機汚泥等の油性物質等の単独、或いはこれらの二種以上の混合物を挙げることができるが、中でも、シリコンウエハーの切り出しに使用された廃ワイヤソーオイル、特に油性の廃ワイヤソーオイルは、本発明において好適に用いられる。
これは、半導体デイバイスや太陽光電池等の部材として有用であるシリコンウエハーの需要の増大から、その切断に使用された廃ワイヤソーオイルは近年大量に発生しており、その処理が急務になっていると共に、固体燃焼の油泥として該廃ワイヤソーオイルを用いた場合には、特に管路に対する付着性が高く、その改善が強く望まれているためである。

〔水〕
本発明において用いる水としては、水道水、地下水、河川水、工業用水のみならず、液性が中性域でありセメントに有害な成分を含まない様々な水を用いることができる。

〔配合割合〕
上記各材料の配合割合は、バイオマス１００質量部に対して、油泥５０〜７０質量部、水１０〜４０質量部が適当である。
これは、油泥の配合量が５０質量部未満では、廃棄油泥の利用促進の観点、また得られる固体燃料の発熱量の観点から好ましくない。逆に油泥の配合量が７０質量部を超えると、得られる固体燃料の粒子表面に多くの油が残留し、水を混合したとしてもその付着性を改善することが困難であるためである。かかる観点から、油泥の配合割合は、バイオマス１００質量部に対して、５０〜７０質量部が好ましく、５５〜６５質量部が特に好ましい。
一方、水の配合量が１０質量部未満では、得られる固体燃料の付着性を改善する効果が顕著に認めらない。逆に４０質量部を超える水を配合すると、バイオマスの有する余剰水分吸収能力を超え、逆に付着性が高まるため好ましくない。かかる観点から、水の配合割合は、１０〜４０質量部が好ましく、２０〜３０質量部が特に好ましい。

〔混 合〕
上記各材料の混合は、一つの混合機に各材料を投入し、同時に混合してもよく、また、先ず油泥と水とを混合し、該油泥と水との混合物をバイオマスと混合することとしてもよく、更には、先ずバイオマスと油泥とを混合し、該バイオマスと油泥との混合物に水を混合することとしてもよい。すなわち、バイオマスと水とを先ず混合し、該バイオマスと水との混合物に油泥を混合する混合操作以外のものであればよい。これは、先にバイオマスと水とを混合すると、バイオマス中に水が吸収され、後に混合する油泥のバイオマスへの吸収が阻害されると共に、水と油泥とが混合されないためである。

上記バイオマスと油泥と水との混合操作により、得られる固体燃料は、その付着性が大幅に改善されたものとなる。
この理由は定かではないが、油泥が水との混合操作によってエマルジョン化し、油泥の表面を水が覆うことにより、付着性が低減したと考えられ、また、エマルジョン化により油分が微細化し、バイオマスへの吸収が促進されたためと考えられる。
上記混合操作に際して、油泥が廃ワイヤソーオイルである場合には、該廃ワイヤソーオイルには界面活性剤が含まれているため、水との混合操作によって容易にエマルジョン化し、上記作用が顕著に現れるためか、得られる固体燃料の付着性は、特に大幅に改善されたものとなる。

なお、上記混合操作に際して、可燃性ガスの揮発が懸念される場合は、空気を混合機内に導入し、混合物から揮発する可燃性ガスを、爆発あるいは火災を起こさない濃度まで希釈させながら行うことが好ましい。
例えば、油泥として廃ワイヤソーオイルを用いた場合には、該廃ワイヤソーオイルとバイオマス等を混合すると、廃ワイヤソーオイルから水素が発生し、該水素に混合機の回転部等で発生した火花が引火し、爆発を起こす危険がある。そこで、空気を混合機内に導入し、発生した水素の濃度を爆発を起こさない濃度、即ち爆発下限濃度である４％未満まで希釈させながら混合操作を行うことが好ましい。

また、混合機は、単に攪拌羽根が設けられているものではなく、その混合容器自体をも回転する構造のものを使用することが好ましい。これは、油泥のように粘稠性の高い材料とバイオマス等のかさ密度の低い材料とを良好に混合できると共に、容器が回転することにより揮発した可燃性ガスが流動し、容器の一部に溜まることがなく、導入された空気によって容易かつ確実に希釈させられるためである。
このような容器自体をも回転する構造の混合機としては、アイリッヒ社製のインテンシブミキサー等が挙げられる。

〔固体燃料の使用方法〕
上記混合操作により、バイオマスと油泥と水との混合物からなる本発明に係る固体燃料が得られる。この固体燃料は、その管路への付着性が低いため、管路を介して焼成炉内に該固体燃料を圧送し、燃料として好適に用いることができる。
ここで、焼成炉としては、クリンカを製造するためのセメントキルンや、生石灰や軽量骨材を焼成するためのキルン等が挙げられる。

〔実施の形態〕
次に、図面を参照しつつ、本発明に係る固体燃料の製造設備、および製造した固体燃料の使用設備の一実施の形態を説明する。
図１は、固体燃料の製造設備、およびその固体燃料を使用するセメントキルンを概念的に示した図である。

図示したように、先ず、所定の方法で計量された１バッチ分の廃畳Ａは、破砕機１に投入され、５ｃｍ以下の長さを有する破砕物の割合が８０質量％以上の破砕物に破砕される。そして、得られた廃畳Ａの破砕物は、コンベヤー２によって搬送され、ホッパー３に貯留される。

ホッパー３に貯留された１バッチ分の廃畳Ａの破砕物（約３２５ｋｇ）は、混合機（アイリッヒ社製のインテンシブミキサー）４に１バッチ分の油泥（廃ワイヤソーオイル約２００ｋｇ）Ｘと共に投入され、引き続いて、混合機４の投入口より水（約８５ｋｇ）Ｗが添加され、引続き所定時間（約３分間）攪拌混合される。この間、混合機４内には、所定量（最大約２０ｍ³ ／ｍｉｎ）の空気が導入され、混合物から発生する可燃性ガス（水素）を、爆発を起こさない濃度まで希釈させながら混合操作が行われる。

上記混合操作によって、廃畳Ａの破砕物と、廃ワイヤソーオイルＸと、水Ｗとの混合物からなる固体燃料Ｙとなる。混合機４より排出された固体燃料Ｙは、その下流に設置された解砕機５で解砕され、コンベヤー６によって上方に搬送され、ドラム磁選機７で異物が除去され、トロンメル８でその粒度が整えられ、貯留タンク９に貯留される。

この貯留タンク９には、所定量（最大約３０ｍ³ ／ｍｉｎ）の空気が導入され、固体燃料Ｙから発生する可燃性ガス（水素）を、爆発を起こさない濃度まで希釈させながら貯留が行われる。このような状態で貯留された固体燃料Ｙは、計量器１０で計量され、セメントキルン１１の主燃料である微粉炭に代えて、或いは微粉炭と併用して、バーナー１２に向かって空気圧送され、バーナー１２の燃料噴射口からセメントキルン１１内に投入される。

セメントキルン１１内に投入された固体燃料Ｙは、バーナー１２からの炎によって、炉底に着地する前に短時間で完全燃焼し、固体燃料Ｙの燃焼残渣は、クリンカの成分の一部となる。一方、ドラム磁選機７、トロンメル８で排除された固体燃料Ｙ中の異物等は、セメントキルン１１の窯尻より投入され、燃料として使用されると共に、その残渣はクリンカの成分の一部となる。

以上、本発明に係る固体燃料の製造設備、および製造した固体燃料の使用設備の一実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではない。

１．使用材料
〔１〕バイオマス
本畳の破砕物を用いた。本畳の破砕物は、次の方法にて調整した。
一軸式破砕機（ロストルの目開き：１５ｍｍ）を用いて本畳を破砕し、平均粒径が０．５ｍｍ以上であり、かつ、目開き寸法が１０ｍｍである篩の残分が５質量％以下である本畳の破砕物を調製した。
〔２〕油泥
表１に記載した成分組成の廃ワイヤソーオイルを用いた。

〔３〕水
水道水を用いた。

２．固体燃料の製造
上記バイオマス、油泥及び水を表２に示した種々の配合割合で混合し、固体燃料を製造した。
なお、混合は、アイリッヒ社製小型インテンシブミキサーを用いて、バイオマスに油泥と水をほぼ同時に投入して３分間混合することにより行った。

３．固体燃料の付着量
上記製造した各固体燃料について、その付着量を測定した。
付着量の測定は、直径１２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのステンレス製円筒状容器（容量：１．７Ｌ）に試料を１００ｇ投入し、該円筒状容器を軸芯を中心として４６ｒｐｍの回転数で２０分間回転させ、容器内壁に付着する試料の重量を測定することにより行った。
なお、試料は、製造後（混合後）の固体燃料から製造直後に採取した。
付着量の測定結果を表２に併記する。

４．まとめ
上記した実施例等から、バイオマスと油泥と水との混合物からなる本発明に係る固体燃料は、その付着量が著しく低減していることが分かった。また、バイオマスと油泥との配合割合によっても左右されるが、概ねバイオマスと油泥とを最適な配合割合とした場合には、水の配合割合は１０〜４０質量部が適当であることが分かった。
この本実施例で示された効果は、当然に実機にスケールアップした場合にも有効と考えられ、本発明に係る固体燃料は、圧送の際における管路への付着を大幅に低減でき、管路の閉塞を防止することができることが分かった。

本発明に係る固体燃料の製造設備、および製造した固体燃料を使用するセメントキルンを概念的に示した図である。

符号の説明

１ 破砕機
２ コンベヤー
３ ホッパー
４ 混合機
５ 解砕機
６ コンベヤー
７ ドラム磁選機
８ トロンメル
９ 貯留タンク
１０ 計量器
１１ セメントキルン
１２ バーナー
Ａ 廃畳
Ｘ 油泥
Ｗ 水
Ｙ 固体燃料

Claims (5)

1. バイオマスと油泥と水との混合物からなることを特徴とする、固体燃料。
2. バイオマス１００質量部、油泥５０〜７０質量部、および水１０〜４０質量部の混合物からなることを特徴とする、請求項１に記載の固体燃料。
3. 上記バイオマスが、廃畳の破砕物、木材チップ、木粉、おが屑、紙屑のいずれか一種以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体燃料。
4. 上記油泥が、廃ワイヤソーオイルであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の固体燃料。
5. 上記廃ワイヤソーオイルが、油性の廃ワイヤソーオイルであることを特徴とする、請求項４に記載の固体燃料。

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