JP2008274109A - Bio-coke manufacturing apparatus - Google Patents

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佳正 川見
Jun Sato
佐藤  淳
Tamio Ida
民男 井田
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Kinki University
Mitsubishi Heavy Industries Environmental Engineering Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing apparatus of bio-coke that permits efficient mass production of bio-coke. <P>SOLUTION: The bio-coke manufacturing apparatus is one for manufacturing bio-coke by pressure molding ground biomass under heating, where a pressure range and a temperature range for inducing thermal decomposition or thermosetting reactions of hemicellulose and lignin in the ground biomass are set; the apparatus is equipped with a bottom plate 16 for placing ground biomass on, a pressurizing plate 11 for pressurizing the ground biomass up to the pressure range by a hydraulically driven means 14, and a plurality of pressurizing members 20 arranged without a gap on the pressurizing plane side of the pressurizing plate; a cylinder head filled with a pressurized oil is formed on the pressurizing plate; one side of the pressurizing members 20 faces the cylinder head and the other side forms the pressurizing face; temperature-regulating means 26 and 27 freely switchable between heating and cooling are provided on the pressurizing plate or the pressurizing members and the bottom plate; and the ground biomass is heated and kept within the temperature range in a pressurized state and then cooled. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイオマスを原料としたバイオコークスの製造技術に関し、特に石炭コークスの代替燃料として効果的に利用可能であるバイオコークスを工業的に大量生産することを可能としたバイオコークス製造装置に関する。   The present invention relates to a technology for producing bio-coke using biomass as a raw material, and more particularly to a bio-coke production device that can industrially mass-produce bio-coke that can be effectively used as an alternative fuel for coal-coke.

近年、地球温暖化の観点からCO排出の削減が推進されている。特に、ボイラ発電等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、CO排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギー資源の開発、実用化が求められている。
そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギー源又は工業原料として有効に利用することができる。
In recent years, CO 2 emission reduction has been promoted from the viewpoint of global warming. In particular, in combustion facilities such as boiler power generation, fossil fuels such as coal and heavy oil are often used as fuels. However, these fossil fuels cause global warming due to the problem of CO 2 emissions, and are effective in protecting the global environment. Its use is being regulated from a viewpoint. In addition, from the viewpoint of depletion of fossil fuels, the development and commercialization of alternative energy resources are required.
Therefore, as an alternative to fossil fuels, the use of fuel using biomass has been promoted. Biomass is an organic substance resulting from photosynthesis, and includes biomass such as wood, vegetation, crops, and moss. By biomass-treating this biomass, the biomass can be effectively used as an energy source or an industrial raw material.

バイオマスを燃料化する方法としては、バイオマスを乾燥させて燃料化する方法、加圧して燃料ペレット化する方法、炭化、乾留させて燃料化する方法等が知られている。しかし、バイオマスを乾燥させるのみでは、空隙率が大きくみかけ比重が低くなるため、輸送や貯留が困難であり、長距離輸送や貯留して使用する燃料としては有効とはいえない。
一方、バイオマスを燃料ペレット化する方法は、特許文献1(特公昭61−27435号公報)に開示されている。この方法は、細断された有機繊維材料の含水量を16〜28%に調節し、これをダイス内で圧縮して乾燥し燃料ペレットを製造するようにしている。
また、バイオマスを乾留して燃料化する方法は、特許文献2(特開2003−206490号公報)等に開示されている。この方法は、酸素欠乏雰囲気中において、バイオマスを200〜500℃、好適には250〜400℃で加熱して、バイオマス半炭化圧密燃料前駆体を製造する方法となっている。
As a method of converting biomass into fuel, a method of drying biomass into fuel, a method of pressurizing to form fuel pellets, a method of carbonizing and carbonizing to dry distillation, and the like are known. However, simply drying the biomass makes it difficult to transport and store because the porosity is large and the specific gravity is low, so it cannot be said that it is effective as a fuel for long-distance transport or storage.
On the other hand, a method for converting biomass into fuel pellets is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 61-27435). In this method, the water content of the chopped organic fiber material is adjusted to 16 to 28%, and this is compressed in a die and dried to produce fuel pellets.
Further, a method for carbonizing biomass to produce fuel is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206490) and the like. This method is a method in which biomass is heated at 200 to 500 ° C., preferably 250 to 400 ° C. in an oxygen-deficient atmosphere to produce a biomass semi-carbonized consolidated fuel precursor.

特公昭61−27435号公報Japanese Patent Publication No. 61-27435 特開2003−206490号公報JP 2003-206490 A

しかしながら、特許文献1に記載される方法では、圧縮成形を行うことによりバイオマスを燃料化しているが、生成した燃料ペレットは水分量が多いため発熱量が低く、燃料としては適していない。
また、特許文献2等に記載されるように乾留によりバイオマスを燃料化する方法では、加工処理を施さないバイオマスに比べると燃料として価値が高いものとなっているが、やはり石炭コークスに比べてみかけ比重が低く、発熱量が低い。さらに、石炭コークスに比べて硬度が低いため、石炭コークスの代替として利用するには不十分である。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、バイオコークスを効率的に大量生産することを可能としたバイオコークスの製造装置を提供することを目的とする。
However, in the method described in Patent Document 1, biomass is converted into fuel by performing compression molding. However, since the generated fuel pellet has a large amount of water, it generates a small amount of heat and is not suitable as a fuel.
In addition, as described in Patent Document 2 and the like, the method of converting biomass into fuel by dry distillation has a higher value as a fuel than biomass that is not processed, but it is apparently compared with coal coke. Low specific gravity and low calorific value. Furthermore, since the hardness is lower than that of coal coke, it is insufficient for use as an alternative to coal coke.
Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a bio-coke manufacturing apparatus that can efficiently mass-produce bio-coke.

近年、石炭コークスの代替として、バイオコークスが研究されている。
バイオコークスは、バイオマス原料を加圧、加熱した状態で一定時間保持した後、冷却することにより製造される。加圧、加熱条件は、バイオマス粉砕物中のヘミセルロース、リグニンの熱分解又は熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲に設定する。これにより以下の反応機構が成立し、高硬度で高発熱量を有するバイオコークスが製造できる。
その反応機構は、上記した条件で反応を行うことにより、バイオマス粉砕物の繊維成分であるヘミセルロースが熱分解し接着効果を発現させ、バイオマス粉砕物から発生する過熱水蒸気によりリグニンがその骨格を維持したまま低温で反応し、圧密効果と相乗的に作用することによって、高硬度で高発熱量のバイオコークスが製造できるものである。熱硬化反応は、リグニン等に含まれるフェノール性の高分子間で反応活性点が誘発することにより進行する。
In recent years, bio-coke has been studied as an alternative to coal-coke.
Bio-coke is produced by holding a biomass material in a pressurized and heated state for a certain period of time and then cooling it. The pressurization and heating conditions are set to a pressure range and a temperature range that induce thermal decomposition or thermosetting reaction of hemicellulose and lignin in the pulverized biomass. Thereby, the following reaction mechanism is established, and bio-coke having high hardness and high calorific value can be produced.
The reaction mechanism is that the reaction is carried out under the conditions described above, so that the hemicellulose, which is the fiber component of the pulverized biomass, is thermally decomposed to exhibit an adhesive effect, and the lignin maintains its skeleton by superheated steam generated from the pulverized biomass. By reacting at low temperature and acting synergistically with the consolidation effect, bio-coke with high hardness and high calorific value can be produced. The thermosetting reaction proceeds when a reactive site is induced between phenolic polymers contained in lignin and the like.

図6に、バイオコークスの物性値を他の燃料と比較した表を示す。尚、この表は実験的に得られた数値を記載しているのみであり、本発明はこの数値に限定されるものではない。
この表に示されるように、バイオコークスは、みかけ比重1.2〜1.38、最高圧縮強度60〜200MPa、発熱量18〜23MJ/kgの物性値を示す硬度、燃焼性ともに優れた性能を有しており、未加工の木質バイオマスが、みかけ比重約0.4〜0.6、発熱量約17MJ/kg、最高圧縮強度約30MPaであるのと比べると、発熱量及び硬度の点において格段に優れていることが判る。また、石炭コークスの物性値である、みかけ比重約1.85、最高圧縮強度約15MPa、発熱量約29MJ/kgに比しても、バイオコークスは燃焼性、硬度とも遜色ない性能を有する。
従って、バイオコークスは石炭コークスの代替として有効な燃料であるとともに、マテリアル素材としての利用価値も高い。
FIG. 6 shows a table comparing the physical properties of bio-coke with other fuels. Note that this table only describes experimentally obtained numerical values, and the present invention is not limited to these numerical values.
As shown in this table, the bio-coke has excellent performance in both hardness and flammability with physical properties of apparent specific gravity of 1.2 to 1.38, maximum compressive strength of 60 to 200 MPa, and calorific value of 18 to 23 MJ / kg. The raw woody biomass has an apparent specific gravity of about 0.4 to 0.6, a calorific value of about 17 MJ / kg, and a maximum compressive strength of about 30 MPa. It turns out that it is excellent in. Further, even when compared with physical properties of coal coke, apparent specific gravity of about 1.85, maximum compressive strength of about 15 MPa, and calorific value of about 29 MJ / kg, bio-coke has performance comparable to that of combustibility and hardness.
Therefore, bio-coke is an effective fuel as an alternative to coal-coke and has a high utility value as a material material.

しかし、このバイオコークスは未だ実験段階にとどまっており、反応容器にバイオマス粉砕物を人手で充填して一つの反応容器で少量ずつバッチ的に製造しているのが実状であった。
そこで本発明は、上記したバイオコークスを効率的に製造する装置を提案する。
However, this bio-coke is still in the experimental stage, and the actual condition is that the reaction vessel is manually filled with pulverized biomass and manufactured in batches in a single reaction vessel.
Therefore, the present invention proposes an apparatus for efficiently producing the above-described bio-coke.

本発明は 所定の含水率に水分調整されたバイオマス粉砕物を加熱しながら加圧成形してバイオコークスを製造するバイオコークス製造装置であって、
前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲が設定され、
前記バイオマス粉砕物が載置される平板状の底板と、油圧駆動手段により該底板に向けて移動しバイオマス粉砕物を前記圧力範囲に加圧する加圧板と、を備えるとともに、
前記加圧板と前記底板に加熱と冷却の切り替え自在な温度調節手段が設けられ、該温度調節手段により、前記加圧した状態にて前記温度範囲に加熱して一定時間保持した後、冷却することを特徴とする。
The present invention is a bio-coke production apparatus for producing bio-coke by pressure forming while heating a biomass pulverized product whose water content has been adjusted to a predetermined moisture content,
The pressure range and temperature range in which hemicellulose in the pulverized biomass is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction are set,
A flat bottom plate on which the pulverized biomass is placed, and a pressure plate that moves toward the bottom plate by hydraulic drive means and pressurizes the pulverized biomass to the pressure range, and
The pressure plate and the bottom plate are provided with temperature control means capable of switching between heating and cooling, and the temperature control means heats the pressure range in the pressurized state and holds it for a predetermined time, and then cools it. It is characterized by.

本発明によれば、石炭コークスの代替として利用可能なバイオコークスを効率的に製造可能である。即ち、底板と加圧板からなる加圧機構と、これらに装備された温度調節手段により一度の大量のバイオマス粉砕物を処理できる構成であるため、バイオコークスを工業的に大量生産することが可能となる。
さらに、加熱と冷却に切り替え自在な温度調節機構を備えることにより、バイオマス粉砕物を加圧した状態で加熱工程と冷却工程を行うことが可能となる。
According to the present invention, bio-coke that can be used as an alternative to coal coke can be efficiently produced. That is, because it is configured to process a large amount of pulverized biomass at once by a pressurizing mechanism consisting of a bottom plate and a pressurizing plate, and temperature control means equipped with them, it is possible to industrially mass produce bio-coke. Become.
Furthermore, it becomes possible to perform a heating process and a cooling process in the state which pressurized the biomass ground material by providing the temperature control mechanism which can be switched to heating and cooling.

また、前記加圧板は、その加圧面側に間隙なく複数配置された加圧部材を有し、前記加圧板には圧油が充填されたシリンダヘッドが形成され、前記加圧部材の一端側が該シリンダヘッドに臨み、他端側が加圧面を為すとともに、
前記複数の加圧部材にて、前記シリンダヘッド側の受圧面積と前記加圧面の面積との比率が同一となるように形成されることを特徴とする。
このように、加圧板の加圧面側に複数の加圧部材を設けて、これらに連通したシリンダヘッドを設けることにより、バイオマス粉砕物に対して均一に圧力をかけることが可能となる。
In addition, the pressure plate has a plurality of pressure members arranged on the pressure surface side without a gap, a cylinder head filled with pressure oil is formed on the pressure plate, and one end side of the pressure member is Facing the cylinder head, the other end forms a pressure surface,
The plurality of pressure members are formed such that a ratio between a pressure receiving area on the cylinder head side and an area of the pressure surface is the same.
Thus, by providing a plurality of pressurizing members on the pressurizing surface side of the pressurizing plate and providing a cylinder head communicating with them, it is possible to apply pressure uniformly to the pulverized biomass.

また、前記シリンダヘッド内の圧力を検出する圧力センサを設け、該検出した圧力に基づいて前記油圧駆動手段を制御することを特徴とする。
これによりバイオマス粉砕物を加圧する際に、所定の圧力を精度よく維持することが可能となる。
Further, a pressure sensor for detecting the pressure in the cylinder head is provided, and the hydraulic drive means is controlled based on the detected pressure.
Thereby, when pressurizing the biomass pulverized product, a predetermined pressure can be accurately maintained.

さらに、前記温度調節手段が、前記底板と前記加圧部材とに形成した熱媒若しくは冷媒を通流する冷熱媒通路と、該冷熱媒通路に熱媒を供給する熱媒回路と、冷媒を供給する冷媒回路とからなり、前記加圧部材の冷熱媒通路は、該加圧部材の内部に貫設された配管と、隣接する加圧部材の配管同士を連結する可撓性の連結管とから構成されることを特徴とする。
本発明によれば、温度調節手段として熱媒若しくは冷媒を用いることにより、底板と加圧部材を自在に温度調節することが可能となり、また加圧部材の冷熱媒通路に可撓性の連結管を用いることにより、加圧部材の変位に対して冷熱媒通路が破損することがなく安全に使用可能である。
Further, the temperature adjusting means supplies a cooling medium passage for passing a heating medium or a refrigerant formed in the bottom plate and the pressurizing member, a heating medium circuit for supplying the heating medium to the cooling medium passage, and a refrigerant. And the cooling medium passage of the pressurizing member includes a pipe penetrating inside the pressurizing member and a flexible connecting pipe connecting pipes of adjacent pressurizing members. It is characterized by being configured.
According to the present invention, it is possible to freely adjust the temperature of the bottom plate and the pressurizing member by using a heat medium or a refrigerant as the temperature adjusting means, and a flexible connecting pipe is provided in the cooling medium passage of the pressurizing member. By using this, the cooling medium passage is not damaged with respect to the displacement of the pressure member and can be used safely.

さらにまた、前記温度調節手段が、前記加圧板と前記底板とに形成した熱媒若しくは冷媒を通流する冷熱媒通路と、該冷熱媒通路に熱媒を供給する熱媒回路と、冷媒を供給する冷媒回路とからなり、前記冷媒回路には、冷却水との熱交換により冷媒を冷却する熱交換器と、該熱交換器より上流側に、冷媒を水の沸点以下まで冷却する容積を有する冷媒タンクとを設けたことを特徴とする。
本発明によれば、冷媒回路の熱交換器に供給する冷却水が沸騰することを防止し、安全に且つ円滑に運転を行うことが可能となるとともに、冷却水量を最小限として運転することが可能となる。
Still further, the temperature adjusting means supplies a cooling medium passage through which a heating medium or a refrigerant formed in the pressure plate and the bottom plate flows, a heating medium circuit that supplies the cooling medium passage, and a refrigerant. The refrigerant circuit has a heat exchanger that cools the refrigerant by heat exchange with the cooling water, and a volume that cools the refrigerant to the boiling point of water or lower on the upstream side of the heat exchanger. A refrigerant tank is provided.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can prevent that the cooling water supplied to the heat exchanger of a refrigerant circuit boils, can operate | move safely and smoothly, and can drive | operate with the amount of cooling water being minimized. It becomes possible.

以上記載のごとく本発明によれば、石炭コークスの代替として利用可能な高硬度で高発熱量を有するバイオコークスを、効率的に大量生産することが可能となる。
また、加圧板の加圧面側に複数の加圧部材を設けることにより、バイオマス粉砕物に対して均一に圧力を与えることが可能となる。さらに、加熱と冷却に切り替え自在な温度調節機構を備えることにより、バイオマス粉砕物を加圧した状態で加熱工程と冷却工程を行うことが可能となる。
さらに、温度調節手段として熱媒若しくは冷媒を用いることにより、底板と加圧部材を自在に温度調節することが可能となり、また加圧部材の冷熱媒通路に可撓性の連結管を用いることにより、加圧部材の変位に対して冷熱媒通路が破損することがなく安全に使用可能である。
さらにまた、冷媒回路の該熱交換器より上流側に、冷媒を水の沸点以下まで冷却する容積を有する冷媒タンクとを設けることにより、熱交換器の冷却水が沸騰することを防止し、安全に且つ円滑に運転を行うことが可能となるとともに、冷却水量を最小限として運転することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently mass-produce bio-coke having high hardness and high calorific value that can be used as an alternative to coal coke.
Further, by providing a plurality of pressure members on the pressure surface side of the pressure plate, it is possible to uniformly apply pressure to the pulverized biomass. Furthermore, it becomes possible to perform a heating process and a cooling process in the state which pressurized the biomass ground material by providing the temperature control mechanism which can be switched to heating and cooling.
Further, by using a heat medium or a refrigerant as the temperature adjusting means, it is possible to freely adjust the temperature of the bottom plate and the pressure member, and by using a flexible connecting pipe in the cooling medium passage of the pressure member. The cooling medium passage is not damaged with respect to the displacement of the pressurizing member and can be used safely.
Furthermore, by providing a refrigerant tank having a volume for cooling the refrigerant to below the boiling point of water upstream of the heat exchanger in the refrigerant circuit, it is possible to prevent the heat exchanger cooling water from boiling and In addition, the operation can be performed smoothly and with the cooling water amount being minimized.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載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特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図1は本実施例のバイオコークス製造装置の全体構成図、図2は本実施例のバイオコークス製造装置の加圧機構を示す側断面図、図3は本実施例における加圧部材の配置を示す図、図4は加圧部材に組み込まれた冷熱媒通路を示す拡大断面図、図5は本実施例の冷熱媒回路を含む機器系統図である。
本実施例において、バイオコークスの原料となるバイオマスは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスであり、例えば、廃木材、間伐材、剪定枝、植物、農業廃棄物、コーヒー粕や茶粕等の厨芥廃棄物等が挙げられる。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the bio-coke producing apparatus of the present embodiment, FIG. 2 is a side sectional view showing a pressurizing mechanism of the bio-coke producing apparatus of the present embodiment, and FIG. 3 is an arrangement of pressurizing members in the present embodiment. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a cooling medium passage incorporated in the pressure member, and FIG. 5 is an equipment system diagram including the cooling medium circuit of the present embodiment.
In this embodiment, the biomass used as a raw material for bio-coke is an organic substance resulting from photosynthesis, and is a biomass such as wood, grass, crops, and moss. For example, waste wood, thinned wood, pruned branches, etc. , Plants, agricultural waste, and coffee waste such as coffee and tea.

本実施例では、バイオマスを予め所定の含水率になるように水分調整するとともに、所定粒径以下まで粉砕する前処理を行ったバイオマス粉砕物を原料としている。
本実施例のバイオコークス装置は、このバイオマス粉砕物を所定の圧力、温度条件にて加圧、加熱して一定時間保持した後、冷却することによりバイオコークスを製造するものである。上記した圧力、温度条件は、バイオマス粉砕物中のヘミセルロース、リグニンの熱分解又は熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲とする。即ち、前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲である。
In the present embodiment, the biomass is adjusted in advance so that the biomass has a predetermined moisture content, and a biomass pulverized product that has been pretreated to pulverize to a predetermined particle size or less is used as a raw material.
The bio-coke apparatus of the present embodiment produces bio-coke by cooling the biomass pulverized product under a predetermined pressure and temperature condition, holding it for a certain period of time and then cooling it. The above pressure and temperature conditions are a pressure range and a temperature range that induce thermal decomposition or thermosetting reaction of hemicellulose and lignin in the pulverized biomass. That is, the pressure range and the temperature range in which hemicellulose in the biomass pulverized product is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction.

まず、図1を参照して、本実施例のバイオコークス製造装置の全体構成を説明する。
バイオコークス製造装置の主要構成は、バイオマス粉砕物が投入される粉砕物ホッパ30と、該粉砕物ホッパ30から所定量ずつバイオマス粉砕物を供給するスクリューフィーダ31と、スクリューフィーダ31に連結され、バイオマス粉砕物を搬送する粉砕物搬送コンベア33と、該粉砕物搬送コンベア33からバイオマス粉砕物が供給され、上記した反応を行ってバイオコークスを製造するバイオマス製造装置1と、製造されたバイオコークス製品を搬出する製品コンベア35と、からなる。
尚、図示されないが本実施例では、粉砕物ホッパ30より上流側に、バイオマス原料を所定の含水率に水分調整するとともに所定粒径以下まで粉砕する前処理装置と、製造された大径のバイオコークスを所望の大きさまで破砕する破砕装置と、を備える。
First, with reference to FIG. 1, the whole structure of the bio-coke manufacturing apparatus of a present Example is demonstrated.
The main components of the bio-coke production apparatus are a pulverized product hopper 30 into which a pulverized biomass product is charged, a screw feeder 31 that supplies the pulverized product from the pulverized product hopper 30 by a predetermined amount, and a screw feeder 31 connected to the biomass feeder. A pulverized material transport conveyor 33 for transporting the pulverized material, a biomass pulverized material supplied from the pulverized material transport conveyor 33, and performing the above reaction to produce bio coke, and the manufactured bio coke product And a product conveyor 35 to be carried out.
Although not shown in the drawings, in the present embodiment, a pretreatment device for adjusting the moisture content of the biomass raw material to a predetermined moisture content and pulverizing it to a predetermined particle size or less, and the manufactured large-diameter bio, upstream from the pulverized product hopper 30. A crushing device for crushing the coke to a desired size.

バイオコークス製造装置1は、フレーム2と、バイオマス粉砕物が載置される底板16と、該底板16に載置されたバイオマス粉砕物に対して加圧板11により圧力を加える油圧式加圧機構と、底板16と加圧板11に組み込まれ、バイオマス粉砕物を加熱若しくは冷却する温度調節機構と、を主要構成とする。   The bio-coke production apparatus 1 includes a frame 2, a bottom plate 16 on which the pulverized biomass is placed, and a hydraulic pressurizing mechanism that applies pressure to the crushed biomass placed on the bottom plate 16 by the pressure plate 11. The temperature control mechanism that is incorporated in the bottom plate 16 and the pressure plate 11 and heats or cools the pulverized biomass is a main component.

前記フレーム2は、床に固定された基台3と、これに垂直方向に立設された四本のサイドフレーム4と、該サイドフレーム4に支持される下方フレーム5と、その上端に固定された上方フレーム6とを含む。
前記底板16は下方フレーム5に固定され、上面が平坦状に形成されている。
前記油圧式加圧機構は、油圧駆動装置14と、該油圧駆動装置14に油圧管15を介して接続され上方フレーム6に収納される油圧シリンダ13と、該油圧シリンダ13に滑合され該油圧シリンダ13に供給される圧油により垂直方向に移動する油圧ピストン10と、該油圧ピストン10の先端に固定され底板16に向かって移動する加圧板11と、から構成される。該加圧板11は、底板16に対面して配置され、底面16上に載置されたバイオマス粉砕物を所定圧力で加圧する。この加圧板11の圧力は、油圧駆動装置14により設定される。加圧板11及び底板16の形状は円形状若しくは方形状の何れでもよい。
The frame 2 is fixed to a base 3 fixed to the floor, four side frames 4 erected in a vertical direction thereto, a lower frame 5 supported by the side frame 4, and an upper end thereof. And an upper frame 6.
The bottom plate 16 is fixed to the lower frame 5 and has a flat upper surface.
The hydraulic pressurizing mechanism includes a hydraulic drive device 14, a hydraulic cylinder 13 connected to the hydraulic drive device 14 via a hydraulic pipe 15 and housed in the upper frame 6, and is slidably engaged with the hydraulic cylinder 13. The hydraulic piston 10 is moved vertically by the pressure oil supplied to the cylinder 13, and the pressure plate 11 is fixed to the tip of the hydraulic piston 10 and moves toward the bottom plate 16. The pressure plate 11 is arranged to face the bottom plate 16 and pressurizes the pulverized biomass placed on the bottom surface 16 with a predetermined pressure. The pressure of the pressure plate 11 is set by a hydraulic drive device 14. The shape of the pressure plate 11 and the bottom plate 16 may be either circular or rectangular.

ここで、硬度や発熱量が均一で品質の高いバイオコークスを製造するためには、バイオマス粉砕物の加圧時に、均等に圧力を与えることが重要である。しかし、バイオマス粉砕物は粒径や密度にムラがあり、本装置のように加圧面積が大きいと均等に加圧することは困難である。また、バイオマス粉砕物を底板16に載置する際に、積層する厚さを均一にすることは難しく、加圧力にばらつきが出てしまう。   Here, in order to produce high-quality bio-coke with uniform hardness and calorific value, it is important to apply pressure evenly when the biomass pulverized product is pressurized. However, the pulverized biomass has uneven particle size and density, and it is difficult to press evenly when the pressurization area is large as in the present apparatus. Further, when placing the pulverized biomass on the bottom plate 16, it is difficult to make the thickness to be laminated uniform, and the applied pressure varies.

したがって、本実施例では、加圧面積の大きい本装置においても均一に加圧できる構成として、図2及び図3に示す構成を採用している。
即ち、図2に示すように、加圧板11の内部に圧油を充填したシリンダヘッド23を形成するとともに、該加圧板11が、その加圧面側に複数の加圧部材20を有する構成としている。加圧部材20の一端側はシリンダヘッド23に臨むピストン部201とし、他端側にはバイオマス粉砕物に向けて加圧面202が形成される。該加圧部材20は、SGP管を真鍮、青銅などで巻き鋳込みした部材とすることが好ましい。
この複数の加圧部材20のシリンダヘッド23は夫々連通している。また、ピストン部201の受圧面積と、加圧面202の面積の比率が、複数の加圧部材20において全て同一となるように形成する。これにより、全ての加圧部材20において、バイオマス粉砕物への圧力を均一とすることができる。
Therefore, in the present embodiment, the configuration shown in FIG. 2 and FIG. 3 is adopted as a configuration capable of uniformly pressing even in the present apparatus having a large pressing area.
That is, as shown in FIG. 2, a cylinder head 23 filled with pressure oil is formed in the pressure plate 11, and the pressure plate 11 has a plurality of pressure members 20 on the pressure surface side. . One end side of the pressurizing member 20 is a piston portion 201 facing the cylinder head 23, and a pressurizing surface 202 is formed on the other end side toward the pulverized biomass. The pressure member 20 is preferably a member in which an SGP pipe is wound and cast with brass, bronze or the like.
The cylinder heads 23 of the plurality of pressure members 20 communicate with each other. Further, the ratio of the pressure receiving area of the piston part 201 and the area of the pressing surface 202 is formed so that all the pressing members 20 are the same. Thereby, in all the pressurization members 20, the pressure to biomass pulverized material can be made uniform.

図3に、加圧部材20の配置構成を示す。同図に示すように、加圧部材20は加圧板11の全面に配置される。加圧部材20は、隣接する加圧部材と摺接するように配置される。このとき、加圧部材20のずれ幅を許容できる程度にこれらを配置するが、バイオマス粉砕物に加圧されない部分が存在しないように間隙なく配置する必要がある。例えば、加圧板11の径が1mの場合、原料の分散実績から加圧部材20は、一辺が150mm〜300mmの範囲とすることが好ましい。   FIG. 3 shows an arrangement configuration of the pressure member 20. As shown in the figure, the pressure member 20 is disposed on the entire surface of the pressure plate 11. The pressure member 20 is disposed so as to be in sliding contact with the adjacent pressure member. At this time, these are arranged to such an extent that the displacement width of the pressurizing member 20 can be tolerated, but it is necessary to arrange them without a gap so that there is no portion that is not pressurized in the crushed biomass. For example, when the diameter of the pressure plate 11 is 1 m, it is preferable that the pressure member 20 is in a range of 150 mm to 300 mm on a side from the results of dispersion of raw materials.

これらの構成を用いて、まず油圧駆動装置14により油圧シリンダ13、ピストン10を介して加圧板11に所定の圧力を加える。この圧力は、バイオコークスを生成する反応に必要な圧力である。さらに、シリンダヘッド23と加圧部材20により圧力を均一にならす。これにより、バイオマス粉砕物に所定の圧力を均一に与えることが可能となる。
また、シリンダヘッド23内の圧力を圧力センサ25にて検出し、該検出された圧力に基づいて、油圧駆動装置14の制御してバイオマス粉砕物に与える圧力を調整することが好ましい。これにより所定の圧力を精度良く与えることが可能となる。
Using these configurations, first, a predetermined pressure is applied to the pressure plate 11 by the hydraulic drive device 14 via the hydraulic cylinder 13 and the piston 10. This pressure is the pressure required for the reaction to produce bio-coke. Further, the pressure is made uniform by the cylinder head 23 and the pressure member 20. Thereby, a predetermined pressure can be uniformly applied to the pulverized biomass.
Moreover, it is preferable that the pressure in the cylinder head 23 is detected by the pressure sensor 25 and the pressure applied to the pulverized biomass is controlled by the hydraulic drive device 14 based on the detected pressure. This makes it possible to apply a predetermined pressure with high accuracy.

前記温度調節機構は、加圧板11(加圧部材20を含む)と底板16に装備され、バイオマス粉砕物の加熱と冷却の両方を行える構成とする。例えば、図1に示すように誘導加熱装置が好適に用いられる。これは、加熱時には誘導加熱装置を作動することにより所定温度まで加熱を行い、冷却時には、この装置を停止することにより冷却機能が働いて冷却を行うことができる。
また、別の温度調節機能として、熱媒又は冷媒により温度調節を行う構成がある。これは、図5に示すように加圧板11と底板16に冷熱媒通路を形成し、該冷熱媒通路に熱媒又は冷媒を供給して加熱・冷却を行うものである。
The temperature adjusting mechanism is provided on the pressure plate 11 (including the pressure member 20) and the bottom plate 16, and is configured to perform both heating and cooling of the pulverized biomass. For example, an induction heating device is preferably used as shown in FIG. In the heating, the induction heating device is operated to heat up to a predetermined temperature, and at the time of cooling, the device is stopped so that the cooling function works to perform the cooling.
As another temperature adjustment function, there is a configuration in which temperature adjustment is performed by a heat medium or a refrigerant. As shown in FIG. 5, a cooling / heating medium passage is formed in the pressurizing plate 11 and the bottom plate 16, and heating / cooling is performed by supplying a heating medium or refrigerant to the cooling / heating medium passage.

夫々の冷熱媒通路は、冷熱媒回路49に接続される。該冷熱媒回路40は、熱媒を加熱する加熱タンク41を備えた熱媒回路と、冷媒を冷却する冷媒タンク45と冷媒熱交換器46を備えた冷媒回路とからなる。そして、加熱時には、熱媒回路により所定温度まで加熱された熱媒を加圧板11に供給し、冷却時には、この熱媒回路から冷媒回路に切り替えて、該冷媒回路により所定温度まで冷却された冷媒を加圧板11に供給する。
図4に示すように、加圧側に冷熱媒通路を設ける際には、加圧部材20に設けることが好ましい。この場合、冷熱媒通路は、加圧部材20内に貫設した配管21と、隣接する加圧部材20の配管同士を連結する可撓性を有した連結管22とから構成する。
Each of the cooling medium passages is connected to a cooling medium circuit 49. The cooling medium circuit 40 includes a heat medium circuit including a heating tank 41 that heats the heat medium, and a refrigerant circuit including a refrigerant tank 45 and a refrigerant heat exchanger 46 that cool the refrigerant. Then, during heating, the heating medium heated to a predetermined temperature by the heating medium circuit is supplied to the pressurizing plate 11, and when cooling, the refrigerant is switched from the heating medium circuit to the refrigerant circuit and cooled to the predetermined temperature by the refrigerant circuit. Is supplied to the pressure plate 11.
As shown in FIG. 4, when the cooling medium passage is provided on the pressure side, it is preferably provided on the pressure member 20. In this case, the cooling medium passage is constituted by a pipe 21 penetrating in the pressurizing member 20 and a flexible connecting pipe 22 for connecting adjacent pipes of the pressurizing member 20.

ここで、図5を参照して、本実施例の冷熱媒回路の一例につき説明する。本実施例のバイオコークス製造装置では、加圧板11と底板16の加熱と冷却を切り替える手段を具備した温度調節機構が必須構成となる。従って、図5に示すような冷熱媒回路を設けることにより、熱効率が高く且つ安全性の高い温度調節手段とすることができる。尚、本実施例では一例として、冷媒及び熱媒にシリコンオイルを用いた場合につき説明する。   Here, an example of the cooling medium circuit of the present embodiment will be described with reference to FIG. In the bio-coke manufacturing apparatus of the present embodiment, a temperature adjustment mechanism including means for switching between heating and cooling of the pressure plate 11 and the bottom plate 16 is an essential configuration. Therefore, by providing a cooling medium circuit as shown in FIG. 5, it is possible to provide temperature control means with high thermal efficiency and high safety. In this embodiment, as an example, a case where silicon oil is used as the refrigerant and the heat medium will be described.

本実施例にて、加圧板11と底板16の冷熱媒入口と出口は、同図に示される冷熱媒回路40に夫々接続されている。該冷熱媒回路40は、冷媒回路と熱媒回路とが組み合わされた構成となっている。冷熱媒出口は、冷熱媒排出ライン51に接続され、該排出ライン51上の三方バルブ55を介して熱媒戻りライン52と、冷媒戻りライン53に分岐している。
熱媒戻りライン52は熱媒タンク41に接続されている。該熱媒タンク41は、加熱器41aと、撹拌機41bを具備しており、冷却された熱媒を昇温するようになっている。必要に応じてNボンベからNガスが供給されるようにし、タンク内を不活性雰囲気に保持して安全性を確保することが好ましい。熱媒タンク41の出口側は、三方バルブ56を介して冷熱媒供給ライン50に接続されている。
このような構成を用いて、加圧板11と底板16の加熱時には、三方バルブ55、56により熱媒タンク41側に熱媒が循環するようにし、熱媒タンク41、冷熱媒供給ライン50、冷熱媒通路(加圧板と底板)、冷熱媒排出ライン51、熱媒戻りライン52からなる熱媒回路を形成する。
In this embodiment, the cooling medium inlet and outlet of the pressurizing plate 11 and the bottom plate 16 are connected to a cooling medium circuit 40 shown in FIG. The cooling medium circuit 40 is configured by combining a refrigerant circuit and a heating medium circuit. The cooling medium outlet is connected to a cooling medium discharge line 51 and branches into a heating medium return line 52 and a refrigerant return line 53 via a three-way valve 55 on the discharge line 51.
The heat medium return line 52 is connected to the heat medium tank 41. The heat medium tank 41 includes a heater 41a and a stirrer 41b, and raises the temperature of the cooled heat medium. It is preferable that N 2 gas is supplied from an N 2 cylinder as necessary, and the tank is maintained in an inert atmosphere to ensure safety. The outlet side of the heating medium tank 41 is connected to the cooling medium supply line 50 via a three-way valve 56.
Using such a configuration, when the pressurizing plate 11 and the bottom plate 16 are heated, the heat medium is circulated to the heat medium tank 41 side by the three-way valves 55 and 56, and the heat medium tank 41, the cooling medium supply line 50, A heat medium circuit including a medium passage (a pressure plate and a bottom plate), a cooling medium discharge line 51, and a heating medium return line 52 is formed.

冷媒戻りライン53は、冷媒熱交換器46に接続されている。該冷媒熱交換器46は、上水等の冷却水と冷媒とを熱交換し、冷媒を冷却する構成となっている。
さらに、本実施例の特徴的な構成として、冷媒戻りライン53の冷媒熱交換器46より上流側に、冷媒タンク45を設けた構成としている。この冷媒タンク45は、少なくとも冷媒温度を水の沸点以下、好適には80℃以下まで冷却する能力を有するものとする。本実施例では、上記温度まで冷却するための容積を有する冷媒タンク45とする。さらに、冷媒タンク45は、撹拌機45aを具備することが好ましく、これにより冷却能力を向上させる。
The refrigerant return line 53 is connected to the refrigerant heat exchanger 46. The refrigerant heat exchanger 46 is configured to exchange heat between cooling water such as clean water and the refrigerant to cool the refrigerant.
Further, as a characteristic configuration of the present embodiment, a refrigerant tank 45 is provided upstream of the refrigerant heat exchanger 46 in the refrigerant return line 53. The refrigerant tank 45 has the ability to cool at least the refrigerant temperature to the boiling point of water or less, preferably 80 ° C. or less. In this embodiment, the refrigerant tank 45 has a capacity for cooling to the above temperature. Further, the refrigerant tank 45 preferably includes a stirrer 45a, thereby improving the cooling capacity.

このような構成を用いて、加圧板11と底板16の冷却時には、三方バルブ55、56を冷媒タンク45側に切り替えて、該冷媒タンク45側に冷媒が循環するようにし、冷媒タンク45、冷媒熱交換器46、冷熱媒供給ライン50、冷熱媒通路(加圧板と底板)、冷熱媒排出ライン51、冷媒戻りライン53からなる冷媒回路を形成する。   Using such a configuration, when the pressure plate 11 and the bottom plate 16 are cooled, the three-way valves 55 and 56 are switched to the refrigerant tank 45 side so that the refrigerant circulates to the refrigerant tank 45 side. A refrigerant circuit including a heat exchanger 46, a cooling medium supply line 50, a cooling medium passage (pressurization plate and bottom plate), a cooling medium discharge line 51, and a refrigerant return line 53 is formed.

本実施例では、加圧板11と底板16の加熱時の温度が115〜230℃と高温であり、冷熱媒の切り替え時に冷媒熱交換器46に高温の冷熱媒が導入される可能性がある。これにより冷媒熱交換器46の冷却水が沸騰してしまい、装置の故障等の不具合が発生する惧れがある。冷媒熱交換器46の設計条件により冷却水が沸騰しないような構成とすることも可能であるが、その場合冷却水流量を増大したり加圧したりする必要があり、効率的でない。
従って、本実施例のごとく、冷媒熱交換器46の上流側に、冷媒を沸騰温度以下まで冷却する能力、好適には容積を有する冷媒タンク45を設けることにより、冷媒熱交換器36の冷却水が沸騰することを防止し、安全で円滑な運転が可能となるとともに、冷却水量を最小限として運転可能である。
In this embodiment, the heating temperature of the pressure plate 11 and the bottom plate 16 is as high as 115 to 230 ° C., and there is a possibility that a high-temperature cooling medium is introduced into the refrigerant heat exchanger 46 when the cooling medium is switched. As a result, the cooling water of the refrigerant heat exchanger 46 boils, and there is a possibility that a malfunction such as a failure of the apparatus may occur. Although it is possible to employ a configuration in which the cooling water does not boil depending on the design conditions of the refrigerant heat exchanger 46, it is necessary to increase or pressurize the cooling water flow rate, which is not efficient.
Therefore, as in the present embodiment, the cooling water of the refrigerant heat exchanger 36 is provided by providing the refrigerant tank 45 having an ability, preferably a volume, to cool the refrigerant to the boiling temperature or lower on the upstream side of the refrigerant heat exchanger 46. Is prevented from boiling, and safe and smooth operation is possible, and operation is possible with a minimum amount of cooling water.

次に、上記した構成を有するバイオコークス製造装置の作用につき、操作方法を含めて説明する。尚、ここで記載する温度、圧力、含水率、大きさ等の数値範囲は、本装置における好適な一例であるが、これに限定されるものではない。
まず、原料となるバイオマス粉砕物の前処理として、バイオマスの含水率を5〜10%に乾燥させる水分調整を行い、該乾燥したバイオマスを粒子径3mm以下、好ましくは0.1mm以下に粉砕する。また、バイオマスの種類によっては乾燥・粉砕後に調湿する物もある。これにより、バイオマスを底板16に積層する際、嵩密度が向上し均質な充填が可能となり、加熱成形においてバイオマス間の接触が高まり、成形後の硬度も向上する。
粉砕したバイオマスを粉砕物ホッパ30に投入する。粉砕物ホッパ30に貯留されたバイオマス粉砕物を、スクリューフィーダ32にて所定量だけ粉砕物搬送コンベア33に適宜供給する。スクリューフィーダ32の供給量は、モータ32の回転数を制御することにより調整する。バイオマス粉砕物は、粉砕物搬送コンベア33にて搬送されてバイオコークス製造装置1の底板16上に供給される。
Next, the operation of the bio-coke production apparatus having the above configuration will be described including the operation method. The numerical ranges such as temperature, pressure, moisture content, size, and the like described here are a preferred example in the present apparatus, but are not limited thereto.
First, as a pretreatment of the pulverized biomass as a raw material, moisture adjustment is performed to dry the moisture content of the biomass to 5 to 10%, and the dried biomass is pulverized to a particle size of 3 mm or less, preferably 0.1 mm or less. Some types of biomass are conditioned after drying and pulverization. As a result, when the biomass is laminated on the bottom plate 16, the bulk density is improved and uniform filling is possible, the contact between the biomass is increased in the thermoforming, and the hardness after the molding is also improved.
The pulverized biomass is put into the pulverized product hopper 30. A predetermined amount of the pulverized biomass stored in the pulverized product hopper 30 is supplied to the pulverized material transport conveyor 33 by a screw feeder 32. The supply amount of the screw feeder 32 is adjusted by controlling the rotation speed of the motor 32. The pulverized biomass is conveyed by the pulverized material conveyor 33 and supplied onto the bottom plate 16 of the bio-coke manufacturing apparatus 1.

そして、底板16上にバイオマス粉砕物が積層されたら、油圧駆動装置14により油圧シリンダ13内の油圧を調整して油圧ピストン10を駆動し、該ピストン10の先端に固定された加圧板11によりバイオマス粉砕物を8〜25MPaに加圧して圧縮する。同時に、加圧板11内の温度調節手段と、底板16内の温度調節手段とを作動して、バイオマス粉砕物を115〜230℃に加熱する。温度調節手段として、冷熱媒を用いる場合は、所定温度の冷熱媒通路に熱媒を通流させる。
このとき、予め加圧板11と底板16内を加熱しておいてから加圧してもよいし、逆に加圧してから加熱してもよく、ほぼ同時に加熱と加圧を行うようにする。
上記した温度、圧力、及び含水率は、バイオマス粉砕物中のヘミセルロース、リグニンの熱分解又は熱硬化反応が誘起される範囲に設定される。言い換えれば、バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する範囲である。ここで含水率は、シリンダ内にて水分が亜臨界状態を形成するのに十分な範囲となっている。
When the pulverized biomass is stacked on the bottom plate 16, the hydraulic pressure in the hydraulic cylinder 13 is adjusted by the hydraulic drive device 14 to drive the hydraulic piston 10, and the biomass is applied by the pressure plate 11 fixed to the tip of the piston 10. The pulverized product is compressed by pressing to 8 to 25 MPa. At the same time, the temperature adjusting means in the pressure plate 11 and the temperature adjusting means in the bottom plate 16 are operated to heat the biomass pulverized product to 115 to 230 ° C. When a cooling medium is used as the temperature adjusting means, the heating medium is caused to flow through a cooling medium passage having a predetermined temperature.
At this time, the inside of the pressurizing plate 11 and the bottom plate 16 may be heated in advance and then the pressurization may be performed, or conversely, the pressurization may be performed after the pressurization, and the heating and pressurization are performed almost simultaneously.
The above-described temperature, pressure, and moisture content are set in a range where thermal decomposition or thermosetting reaction of hemicellulose and lignin in the pulverized biomass is induced. In other words, the hemicellulose in the pulverized biomass is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction. Here, the moisture content is in a range sufficient for moisture to form a subcritical state in the cylinder.

底板16と加圧板11に挟持され加圧されたバイオマス粉砕物は、上記した加圧、加熱状態を一定時間保持する。例えば、バイオマス粉砕物の積層厚が50mmの場合、保持時間は10〜20分間で、150mmの場合は30〜60分間とする。
上記した条件で反応を行うことにより、バイオマス粉砕物の成分であるヘミセルロースが熱分解し接着効果を発現させ、バイオマス粉砕物から発生する過熱水蒸気によりリグニンがその骨格を維持したまま低温で反応し、圧密効果と相乗的に作用することによって、高硬度で高発熱量のバイオコークスが製造できる。熱硬化反応は、リグニン等に含まれるフェノール性の高分子間で反応活性点が誘発することにより進行する。
The pulverized biomass that is sandwiched and pressed between the bottom plate 16 and the pressure plate 11 maintains the above-described pressure and heating state for a certain period of time. For example, when the laminated thickness of the pulverized biomass is 50 mm, the holding time is 10 to 20 minutes, and when it is 150 mm, the holding time is 30 to 60 minutes.
By carrying out the reaction under the conditions described above, hemicellulose, which is a component of the biomass pulverized product, is thermally decomposed to develop an adhesive effect, and the lignin reacts at a low temperature while maintaining its skeleton by superheated steam generated from the biomass pulverized product, By acting synergistically with the compaction effect, bio-coke with high hardness and high calorific value can be produced. The thermosetting reaction proceeds when a reactive site is induced between phenolic polymers contained in lignin and the like.

一定時間保持後に、底板16と加圧板11の温度調節手段にて、加熱から冷却に切り替える。このとき、温度調節手段に冷熱媒を用いる場合は、冷熱媒通路3から熱媒を抜き、冷媒を通流させる。尚、本実施例において、熱媒としてはシリコンオイル、スチームが好適に用いられ、冷媒としてはシリコンオイル、水、或いは空気が好適に用いられる。
加圧板11により加圧状態を維持した状態で、バイオマス粉砕物を50℃以下、好適には40℃以下になるまで冷却する。尚、この温度より高い温度でバイオコークスを取り出すと、ヘミセルロースによる接着効果が低下するため、冷却した後に排出するようにする。
そして、冷却後に、加圧板11を上昇させて、製品押出し装置34によりバイオコークスを製品コンベア35に押出し、該製品コンベア35にてこれを搬出する。本装置にて製造されるバイオコークスは大径であるため、所望の大きさまで適宜破砕して製品化することが好ましい。
After holding for a certain period of time, the temperature adjustment means of the bottom plate 16 and the pressure plate 11 is switched from heating to cooling. At this time, when a cooling medium is used for the temperature adjusting means, the heating medium is removed from the cooling medium passage 3 and the refrigerant is allowed to flow. In the present embodiment, silicon oil and steam are preferably used as the heat medium, and silicon oil, water, or air is preferably used as the refrigerant.
The biomass pulverized product is cooled to 50 ° C. or lower, preferably 40 ° C. or lower, with the pressure plate 11 maintaining the pressurized state. In addition, when bio-coke is taken out at a temperature higher than this temperature, the adhesion effect due to hemicellulose is lowered, so that it is discharged after cooling.
After cooling, the pressure plate 11 is raised, the bio-coke is extruded onto the product conveyor 35 by the product extruding device 34, and the product conveyor 35 carries it out. Since the bio-coke produced by this apparatus has a large diameter, it is preferable to produce a product by appropriately crushing it to a desired size.

尚、本実施例では油圧式加圧機構として、加圧板11に固定された油圧ピストンと油圧シリンダ13により加圧板11を昇降させる構成としたが、これに限定されるものではなく、加圧板11と底板16によりバイオマス粉砕物を加圧する機構であれば何れでもよい。他の構成としては、例えば四本のサイドフレーム4に油圧駆動装置を装備し、これにより加圧板11を可動する構成などが挙げられる。   In this embodiment, the hydraulic pressurizing mechanism is configured such that the pressurizing plate 11 is moved up and down by a hydraulic piston fixed to the pressurizing plate 11 and the hydraulic cylinder 13, but the present invention is not limited to this. Any mechanism may be used as long as it pressurizes the pulverized biomass with the bottom plate 16. As another configuration, for example, a configuration in which a hydraulic drive device is provided on the four side frames 4 and the pressure plate 11 can be moved by this is provided.

本実施例のバイオコークス製造装置を用いることにより、石炭コークスの代替として利用可能な高硬度で高発熱量のバイオコークスを効率的に製造することが可能となる。また、本実施例にて製造されたバイオコークスは、鋳物製造或いは製鉄において、キュポラ、高炉における熱源・還元剤等として利用可能であり、また発電用ボイラー燃料、消石灰等の焼成燃料等の燃料需要にも利用可能であり、更に高い圧縮強度等の特性を活かして、マテリアル素材としての使用も可能である。   By using the bio-coke production apparatus of the present embodiment, it is possible to efficiently produce high-hardness and high calorific bio-coke that can be used as an alternative to coal coke. In addition, the bio-coke produced in this example can be used as a heat source / reducing agent in a cupola, blast furnace, etc. in casting production or iron production, and fuel demand for fired fuel such as boiler fuel for power generation, slaked lime, etc. It can also be used as a material material by taking advantage of properties such as higher compressive strength.

即ち、本実施例によれば、一度の大量のバイオマス粉砕物を処理できる構成であるため、バイオコークスを工業的に大量生産することができるようになる。
また、加圧板11の加圧面側に複数の加圧部材20を設けて、これらに連通したシリンダヘッド23を設けることにより、バイオマス粉砕物に対して均一に圧力をかけることが可能となる。
さらに、加熱と冷却に切り替え自在な温度調節機構を備えることにより、バイオマス粉砕物を加圧した状態で加熱工程と冷却工程を行うことが可能となる。
That is, according to the present Example, since it is the structure which can process a large amount of biomass ground once, bio-coke can be industrially mass-produced.
Further, by providing a plurality of pressure members 20 on the pressure surface side of the pressure plate 11 and providing a cylinder head 23 communicating with them, it is possible to uniformly apply pressure to the pulverized biomass.
Furthermore, it becomes possible to perform a heating process and a cooling process in the state which pressurized the biomass ground material by providing the temperature control mechanism which can be switched to heating and cooling.

本実施例に係るバイオコークス製造装置を用いることにより、石炭コークスの代替として利用可能な高硬度で高発熱量のバイオコークスを効率的に製造することが可能となる。また、本実施例にて製造されたバイオコークスは、鋳物製造或いは製鉄において、キュポラ、高炉における熱源・還元剤等として利用可能であり、また発電用ボイラー燃料、消石灰等の焼成燃料等の燃料需要にも利用可能であり、更に高い圧縮強度等の特性を活かして、マテリアル素材としての使用も可能である。   By using the bio-coke production apparatus according to this embodiment, it is possible to efficiently produce high-hardness and high calorific bio-coke that can be used as an alternative to coal coke. In addition, the bio-coke produced in this example can be used as a heat source / reducing agent in a cupola, blast furnace, etc. in casting production or iron production, and fuel demand for fired fuel such as boiler fuel for power generation, slaked lime, etc. It can also be used as a material material by taking advantage of properties such as higher compressive strength.

本実施例のバイオコークス製造装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the bio-coke manufacturing apparatus of a present Example. 本実施例のバイオコークス製造装置の加圧機構を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the pressurization mechanism of the bio-coke manufacturing apparatus of a present Example. 本実施例における加圧部材の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the pressurization member in a present Example. 加圧部材に組み込まれた冷熱媒通路を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which shows the cooling-heat-medium channel | path integrated in the pressurization member. 本実施例の冷熱媒回路を含む機器系統図である。It is an equipment system diagram including the cooling-medium circuit of a present Example. バイオコークスの物性値を比較する表である。It is a table | surface which compares the physical-property value of bio-coke.

符号の説明Explanation of symbols

1 バイオコークス製造装置
2 フレーム
11 加圧板
13 油圧シリンダ
14 油圧駆動装置
16 底板
20 加圧部材
21 配管
22 連結管
23 シリンダヘッド
25 圧力センサ
26、27 誘導加熱装置
30 粉砕物ホッパ
33 粉砕物搬送コンベア
35 製品コンベア
40 冷熱媒回路
41 熱媒タンク
45 冷媒タンク
46 冷媒熱交換器
201 ピストン部
202 受圧面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bio-coke manufacturing apparatus 2 Frame 11 Pressure plate 13 Hydraulic cylinder 14 Hydraulic drive device 16 Bottom plate 20 Pressure member 21 Pipe 22 Connection pipe 23 Cylinder head 25 Pressure sensor 26, 27 Induction heating device 30 Ground material hopper 33 Ground material conveyance conveyor 35 Product conveyor 40 Cooling medium circuit 41 Heat medium tank 45 Refrigerant tank 46 Refrigerant heat exchanger 201 Piston part 202 Pressure receiving surface

Claims (5)

所定の含水率に水分調整されたバイオマス粉砕物を加熱しながら加圧成形してバイオコークスを製造するバイオコークス製造装置であって、
前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲が設定され、
前記バイオマス粉砕物が載置される平板状の底板と、油圧駆動手段により該底板に向けて移動しバイオマス粉砕物を前記圧力範囲に加圧する加圧板と、を備えるとともに、
前記加圧板と前記底板に加熱と冷却の切り替え自在な温度調節手段が設けられ、該温度調節手段により、前記加圧した状態にて前記温度範囲に加熱して一定時間保持した後、冷却することを特徴とするバイオコークス製造装置。
A bio-coke production apparatus for producing bio-coke by pressure-molding while heating a pulverized biomass adjusted to a predetermined moisture content,
The pressure range and temperature range in which hemicellulose in the pulverized biomass is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction are set,
A flat bottom plate on which the pulverized biomass is placed, and a pressure plate that moves toward the bottom plate by hydraulic drive means and pressurizes the pulverized biomass to the pressure range, and
The pressure plate and the bottom plate are provided with temperature control means capable of switching between heating and cooling, and the temperature control means heats the pressure range in the pressurized state and holds it for a predetermined time, and then cools it. A bio-coke production apparatus characterized by the above.
前記加圧板は、その加圧面側に間隙なく複数配置された加圧部材を有し、前記加圧板には圧油が充填されたシリンダヘッドが形成され、前記加圧部材の一端側が該シリンダヘッドに臨み、他端側が加圧面を為すとともに、
前記複数の加圧部材にて、前記シリンダヘッド側の受圧面積と前記加圧面の面積との比率が同一となるように形成されることを特徴とする請求項1記載のバイオコークス製造装置。
The pressure plate has a plurality of pressure members arranged on the pressure surface side without a gap, and a cylinder head filled with pressure oil is formed on the pressure plate, and one end side of the pressure member is the cylinder head. And the other end makes a pressure surface,
2. The bio-coke producing apparatus according to claim 1, wherein the plurality of pressure members are formed such that a ratio of a pressure receiving area on the cylinder head side and an area of the pressure surface is the same.
前記シリンダヘッド内の圧力を検出する圧力センサを設け、該検出した圧力に基づいて前記油圧駆動手段を制御することを特徴とする請求項2記載のバイオコークス製造装置。   3. The bio-coke manufacturing apparatus according to claim 2, wherein a pressure sensor for detecting the pressure in the cylinder head is provided, and the hydraulic driving means is controlled based on the detected pressure. 前記温度調節手段が、前記底板と前記加圧部材とに形成した熱媒若しくは冷媒を通流する冷熱媒通路と、該冷熱媒通路に熱媒を供給する熱媒回路と、冷媒を供給する冷媒回路とからなり、前記加圧部材の冷熱媒通路は、該加圧部材の内部に貫設された配管と、隣接する加圧部材の配管同士を連結する可撓性の連結管とから構成されることを特徴とする請求項2記載のバイオコークス製造装置。   A cooling medium passage through which the temperature adjusting means forms a heating medium or a refrigerant formed in the bottom plate and the pressurizing member, a heating medium circuit for supplying the heating medium to the cooling medium passage, and a refrigerant for supplying the refrigerant The cooling medium passage of the pressurizing member is composed of a pipe penetrating through the pressurizing member and a flexible connecting pipe connecting pipes of adjacent pressurizing members. The bio-coke production apparatus according to claim 2. 前記温度調節手段が、前記加圧板と前記底板とに形成した熱媒若しくは冷媒を通流する冷熱媒通路と、該冷熱媒通路に熱媒を供給する熱媒回路と、冷媒を供給する冷媒回路とからなり、前記冷媒回路には、冷却水との熱交換により冷媒を冷却する熱交換器と、該熱交換器より上流側に、冷媒を水の沸点以下まで冷却する容積を有する冷媒タンクとを設けたことを特徴とする請求項1若しくは2記載のバイオコークス製造装置。   A cooling medium passage through which a heating medium or a refrigerant flows in the pressure plate and the bottom plate, a heating medium circuit for supplying the heating medium to the cooling medium passage, and a refrigerant circuit for supplying the refrigerant The refrigerant circuit includes a heat exchanger for cooling the refrigerant by heat exchange with cooling water, and a refrigerant tank having a volume for cooling the refrigerant to the boiling point of water or less upstream from the heat exchanger. The bio-coke production apparatus according to claim 1, wherein the bio-coke production apparatus is provided.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018008265A (en) * 2016-05-21 2018-01-18 望 青木 Vegetable material block forming method

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