JP2011068846A

JP2011068846A - 固体燃料

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Publication number: JP2011068846A
Application number: JP2009290637A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Kiyama; 通宏木山; Mitsuyuki Yamamoto; 允之山本
Original assignee: Creative Co Ltd
Current assignee: Creative Co Ltd
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: JP5284939B2

Abstract

【課題】結合剤、形態保持剤および植物油含有物質をバランスよく使用して、安定した発熱量を有し二酸化炭素を発生抑制をする固体燃料を提供する。
【解決手段】結合剤、形態保持剤および植物油含有物質の混合物よりなり、該混合物を１００重量部としたとき、該結合剤は１〜８５重量部であり形態保持剤は１〜５５重量部であり、該植物油含有物質は１０〜８５重量部であり、かつ該混合物が成形されていることを特徴とする固体燃料。
【選択図】なし

Description

本発明は固体燃料に関する。さらに詳しくは、結合剤、形態保持剤および植物油含有物質を有効に利用した固体燃料に関する。より具体的には、植物油含有物質を使用しつつ天然物由来の結合剤および形態保持剤を効果的に利用するとともに、燃焼後有害なガスや残渣が可及的に少なく、発熱量が大きくしかも二酸化炭素発生抑制につながる固体燃料、殊に発電用燃料に適した固体燃料に関する。

世界的な環境問題のひとつでもある地球温暖化の原因に空気中に存在する二酸化炭素量の増加が挙げられる。昨今、二酸化炭素の発生抑制を行おうと世界規模で様々な手法により取り組まれている。その手法の中のひとつに石炭やガソリンといった燃料の化石燃料代替として、バイオ燃料を造り、自動車や発電ボイラーへの利用が押し進められているが、バイオ燃料の原料として用いられているトウモロコシなどの食物を使用する事により、生態系および経済バランスが崩れつつあり、最善の手法とは云えない。このように従来、人間が生きていく上で不可欠なバランスである衣、食、住への影響を最小限に抑えるべく、かつ同時に地球環境も考慮していく必要があるが、非常に困難な問題であるために、様々な研究がなされてはいるが、未だ、解決されていない。そこで、プラスチックを用いた固形燃料が発電用ボイラーで、石油や石炭の代替として利用されているが、二酸化炭素の発生抑制効果は、未だ充分とはいえない。

一方木材屑、紙屑や廃プラスチックを使用して、固体燃料として利用することが特許文献１〜３に提案されている。
特許文献1には、古紙と廃プラスチックを用いた固形燃料が提案されている。この固形燃料は、現実には古紙１００重量部に対して廃プラスチック２５〜１００重量部の組成であり、廃プラスチックが比較的多量（全体として２０〜５０重量％）使用されている。この特許文献1には、木質系廃材をさらに配合してもよいことが記載されているが、実施例において配合されている木質系廃材の割合は、全組成当り高々１０重量％程度である。前記固形燃料は、廃プラスチックの配合割合が比較的多く、そのためポリ塩化ビニルの混入による燃焼時の併害を少なくするために、得られた固形燃料を熱処理して脱塩素するという操作を必要とする。

特許文献２には、プラスチック、木材粉末、樹皮、古紙などを加圧結合させて、ペレット状に成形した固体燃料が提案されている。この固体燃料中のプラスチックの量は１０〜８０％と記載されているが、図２〜図４から判断するとプラスチックの量は３０％以上、好ましくは５０％以上と推察される。

また特許文献３には、木質系廃棄物１００重量部に対して合成樹脂系廃棄物５〜１０を混練してペレット化して燃料を得る方法が提案されている。この方法で得られたペレットは直径が約６ｍｍ〜１２ｍｍと小さく、また発熱量も充分とは云えず、さらに形態保持安定性も不充分であって火力発電用の固体燃料としては不適当なものである。

一方昨今の地球規模での温暖化現象が原因と思われる大規模災害の頻発に伴い、温室効果ガスの一つである二酸化炭素の発生抑制を各国行っているが、未だ充分とはいえない。そこで、種々の廃棄物を利用した固体燃料を発電用ボイラーで、石油や石炭の代替として利用されているが、二酸化炭素の発生抑制効果は、未だ充分とはいえない。

すなわち、前記特許文献１〜３により提案されている固体燃料は、いずれもプラスチックを結合剤および燃料源として使用しているため、プラスチックはそれ自体石油を原料としていることから考えると、これらの固体燃料は、二酸化炭素の発生抑制効果は不充分である。

特開平７−８２５８１号公報特開昭５７−５７７９６号公報特開昭６２−４３４９０号公報

そこで発明者は、石油由来のプラスチックを使用しないで二酸化炭素の発生抑制となりうるエネルギー源として使用しうる固体燃料の開発のために鋭意研究を進めた。その結果、従来使用していた、廃木材、古紙、プラスチックに変え、天然資源である植物油含有物質を使用し、さらに天然物由来の結合剤、形態保持剤を一定割合混合し成形すると一定形状の大きさの固体形状に成形でき、しかも固体としての形態保持性に優れ、燃料として発熱量も大きくかつ有害ガスや有害残渣の発生も少なく、全ての素材が天然の植物由来の成分であることから、二酸化炭素の発生抑制に大きく作用し、発電用の固体燃料として有効であることが判明した。かくして本発明によれば、従来使用されていたプラスチックを使用せず、全ての素材を植物由来の成分とすることでクリーンエネルギー源としての発電用に使用しうる固体燃料を提供することが可能となった。

本発明によれば、下記の固体燃料が提供される。
（１）結合剤（Ａ成分）、形態保持剤（Ｂ成分）および植物油含有物質（Ｃ成分）よりなる混合物から形成され、該混合物を１００重量部とした時、Ａ成分は１〜８５重量部であり、Ｂ成分は１〜５５重量部であり、Ｃ成分は１０〜８５重量部であり、かつ該混合物は圧縮成形されていることを特徴とする固体燃料。
（２）該混合物を１００重量部とした時、Ａ成分およびＢ成分の合計量は１５〜９０重量部である請求項１記載の固体燃料。
（３）該混合物を１００重量部とした時、Ｃ成分は１０〜８０重量部である請求項１記載の固体燃料。
（４）Ａ成分：Ｂ成分の割合は重量で１：２５〜８５：１である請求項１記載の固体燃料。
（５）該結合剤（Ａ成分）が、海藻由来の澱粉である請求項１記載の固体燃料。
（６）該形態保持剤（Ｂ成分）が、天然ゴムである請求項１の固体燃料。
（７）植物油含有物質（Ｃ成分）が唐胡麻、南洋油桐の果実の種子またはその粉砕物である請求項１記載の固体燃料。
（８）１個当りの大きさが平均で10〜100/cm^３である請求項１記載の固体燃料。
（９）角柱状および円筒状の形状を有する請求項１記載の固体燃料。
（１０）見掛け比重が0.3〜0.6g/cm^３である請求項１記載の固体燃料。
（１１）発熱量が20〜30MJ/Kgである請求項１記載の固体燃料。
（１２）火力発電用として使用するための請求項１記載の固体燃料。

本発明の固体燃料は、結合剤、形態保持剤および植物油含有物質をバランスよく利用して、新しいエネルギー源、殊に発電用エネルギー源として有効に活用しうるものである。本発明の固体燃料は、有害なガスや有害な残渣の発生が少なく、発熱量が大きく、かつ二酸化炭素の発生抑制につながる新しいタイプの固体燃料となりうるものである。
殊に本発明の固体燃料においては、結合剤、形態保持剤が相互にバインダーとして、また、植物油含有物質が熱量の確保として有効に機能し、固体燃料として成形することが可能となった。本発明の固体燃料は、石油由来のプラスチックを使用せず、植物由来の結合剤、形態保持剤および植物油含有物質を使用するので、二酸化炭素発生抑制効果が格別に優れている。

本発明の固体燃料は、結合剤、形態保持剤および植物油含有物質の混合物を成形して得られた固体物であり、以下それぞれの原料組成比、成形方法について説明する。

（ａ）結合剤
結合剤には、アルギン酸を含む海藻から採取された澱粉で、アガロース、カラギナン、カードランまたはグルコマンナンがあり、これらのうち少なくとも1種のもので乾燥されたもの、あるいは形態保持剤のうちのいずれかと組み合わせたものであればよい。結合剤は、裁断もしくは切断することにより1〜5ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目聞き50ｍｍ以下の篩を通過するものを意味する。また、これらが粉末状のものでも良い。

（ｂ）形態保持剤
形態保持剤としては天然ゴムもしくは天然ゴム含有物が使用される。例えばグアガム、タラガム、ローカストビーンガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、アラビアガム、ジェランガム、カードラン、ペクチン、セルロース、キチン、キトサン、キサンタンガム、カラヤガム、アラビノガラクタン、ガディガム、トラガントガム、ファーセレラン、プルラン、アエロモナスガム、アグロバクテリウムスクシノグリカン、アゾトバクタービネランジーガム、アマシードガム、アーモンドガム、ウェランガム、エルウィニアミツエンシスガム、エレミ樹脂、エンテロバクターガム、エンテロバクターシマナスガム、オリゴグルコサミン、カシアガム、カロブビーンガム、グルコサミン、サバクヨモギシードガム、スクレロガム、セスバニアガム、デキストラン、トリアカンソスガム、トロロアオイ、マクロホモプシスガム、ラムザンガム、レバン、ダルマン樹脂、モモ樹脂、タマリンド、プルランがあり、これらのうち少なくとも1種のもので乾燥されたもの、あるいは形態保持剤のうちのいずれかと組み合わせたものであればよい。
これらのうち好ましいものは、グアガム、タラガム、ローカストビーンガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、ジェランガム、カードラン、キサンタンガム
アラビアガム、ペクチン、セルロース、キチン、キトサン、キサンタンガム、カラヤガム、カロブビーンガムであり、最も好ましいものは、グアガム、タラガム、ローカストビーンガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、ジェランガム、カードラン、キサンタンガムである。
形態保持剤は、裁断もしくは切断することにより1〜5ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目聞き50ｍｍ以下の篩を通過するものを意味する。また、これらが粉末状のものでも良い。

（ｃ）植物油含有物質
植物油含有物質としては、南京黄櫨、コルクガシ、黍、米、食品炭化物、亜麻、黄麻、苧麻、ケナフ、イチビ、ローゼル、バショウ、イグサ、シチトウイ、オクラ、クワ、バナナ、パイナップル、アガベ・テキラーナ、サラゴ、藤、シナノキ、竹、ヨシ、エスパルト、サバイ草、ゲットウ、クワン草、ララン草、モロチ草、パピルス、龍須草、葛、三椏、青たん、カシューナッツ、オーツ、ルピナス、キンセンカ、コーヒー、ヘーゼルナッツ、トウダイグサ、カボチャ、コリアンダー、マスタードシード、ベニバナ、カカオ、菜の花、油菜、マカダミアナッツ、堅果、唐胡麻、南洋油桐、椰子、甘蔗、蜀黍、ジャガイモ、麦、稲、阿列布、向日葵、大豆、紅花、落花生、柳、ポプラ、スイッチグラス、エレファントグラス、芋の木、覇王樹、木材、甜菜、楷の木、綿、コパイバ、クロヨナ、ホホバ、青珊瑚、油菜、玉蜀黍、薩摩芋、神馬藻、胡麻、カルドン、鰐梨、クサビノキ、キヌア、キバナタカサブロウ、麻および桐が使用され、好ましくは南京黄櫨、唐胡麻、南洋油桐、椰子、甘蔗、玉蜀黍及びこれらの加工残渣があり、該固体燃料を発電用の設備で燃料として燃焼させる際の熱源として使用される。ここでいう加工残渣とは、南京黄櫨、コルクガシ、黍、米、食品炭化物、亜麻、黄麻、苧麻、ケナフ、イチビ、ローゼル、バショウ、イグサ、シチトウイ、オクラ、クワ、バナナ、パイナップル、アガベ・テキラーナ、サラゴ、藤、シナノキ、竹、ヨシ、エスパルト、サバイ草、ゲットウ、クワン草、ララン草、モロチ草、パピルス、龍須草、葛、三椏、青たん、カシューナッツ、オーツ、ルピナス、キンセンカ、コーヒー、ヘーゼルナッツ、トウダイグサ、カボチャ、コリアンダー、マスタードシード、ベニバナ、カカオ、菜の花、油菜、マカダミアナッツ、堅果、唐胡麻、南洋油桐、椰子、甘蔗、蜀黍、ジャガイモ、麦、稲、阿列布、向日葵、大豆、紅花、落花生、柳、ポプラ、スイッチグラス、エレファントグラス、芋の木、覇王樹、木材、甜菜、楷の木、綿、コパイバ、クロヨナ、ホホバ、青珊瑚、油菜、玉蜀黍、薩摩芋、神馬藻、胡麻、カルドン、鰐梨、クサビノキ、キヌア、キバナタカサブロウ、麻および桐の果実、種子から油を搾り出した後の搾り粕を意味し、南京黄櫨、唐胡麻、南洋油桐、椰子、甘蔗、玉蜀黍の果実の種子もしくはその粉砕物が好適である。
これらのうち南京黄櫨、唐胡麻、南洋油桐の果実の種子またはその粉砕物が特に好ましい。これら植物油含有物質は裁断もしくは切断することにより1〜50ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目開き50ｍｍ以下の篩を通過するものを意味し、主に種子部を使用するが枝や幹が一部混合されていても良い。

（ｄ）組成比
全成分の混合物を１００重量部とした時、Ａ成分は１〜８５重量部であり、Ｂ成分は１〜５５重量部であり、Ｃ成分は１０〜８５重量部である。またＡ成分およびＢ成分の合計量は１５〜９０重量部、好ましくは２０〜８５重量部であることが望ましく、Ｃ成分は好ましくは１５〜８０重量部である。
さらにＡ成分：Ｂ成分の割合は重量で１：２５〜８５：１、好ましくは１：２９〜８０：１であるのが望ましい。

本発明の固体燃料はかかる範囲とすることにより、相対的に少ない結合剤、形態保持剤および植物油含有物質の使用によって固体化し得ることにより発熱量が安定したものとなる。また結合剤と形態保持剤の合計重量１５〜９０重量部に対し植物油含有物質１０〜８５重量部であるのが望ましい。これは、固体燃料に要求される発熱量により、割合は変化する。

（e）成形方法
前記した結合剤、形態保持剤、および植物油含有物質を前記割合に混合したものを緊密に分散するように加圧・圧縮することが好ましい。
殊に結合剤と植物油含有物質を予め混合しておき、その両者の混合物に形態保持剤を混合する方法が好ましく、混合する機械としては一軸または二軸の押出機を利用することができる。特に二軸のスクリュー押出機の使用が望ましい。押出機より圧縮押出された組成物は、具体的には角柱状もしくは円形状のノズルが排出し、適当な長さに切断することにより、角柱状もしくは円筒状の形状をした成形物となる。
この際、円形状のノズルの直径を5〜50ｍｍ、切断長さを10〜100ｍｍとすることにより、固体燃料として望ましい大きさのものとすることができる。

（ｆ）固体燃料の特性
本発明の固体燃料は前記した成形方法で、製造することが工業的に好ましいので、形状は円筒形乃至角柱形が望ましいが、特に円筒形が有利である。また大きさとしては、一個当たりの容積として平均で10〜100ｃｍ³が望ましい。また固体燃料の見掛け比重が0.3〜0.6g/ｃｍ^３の範囲が望ましい。
固体燃料は発熱量が安定しておりその発熱量は20〜30Mj/kgである。従って本発明の固体燃料は結合剤、形態保持剤、植物油含有物質をバランスよく利用したものであり、また発熱量も高く安定しており二酸化炭素の発生抑制効果が高いことから火力発電用の燃料として有利に使用される。

以下実施例を示して本発明を具体的に説明する。
なお以下の実施例中使用した結合剤、形態保持剤および熱量増強剤は下記のものを使
用した。
(イ)結合剤
結合剤として乾燥させたカラギナンを破砕したもの(大きさ25mm以下)。
(ロ)形態保持剤
形態保持剤としてグアガムを粉末状にしたもの。
(ハ）植物油含有物質
栽培した唐胡麻から採取した種子およびその残渣。

実施例１
Ａ成分48重量部、Ｃ成分42重量部の混合物にＢ成分10重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約35ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ50ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量および形態保持安定性試験の結果を表1に示した。

実施例２
Ａ成分15重量部、Ｃ成分80重量部の混合物にＢ成分5重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約35ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ50ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量および形態保持安定性試験の結果を表1に示した。

実施例３
Ａ成分1重量部、Ｃ成分49重量部の混合物にＢ成分50重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約35ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ50ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量および形態保持安定性試験の結果を表1に示した。

実施例４
Ａ成分80重量部、Ｃ成分15重量部の混合物にＢ成分5重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約35ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ50ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量および形態保持安定性試験の結果を表1に示した。

＜固体燃料の形態保持安定性の試験＞
前記実施例１〜４で得られた固体燃料のそれぞれについて形態保持安定性を調べた。以下“砕片化の重量割合”とは固体燃料を篩にかけ、大きさが約１０ｃｍ^３以下の砕片の総重量を計り、篩にかける前の固体燃料の重量に対するその砕片の割合を算出したものである。
なお、形態保持安定性は、成形後５００ｋｇの固体燃料を貯蔵施設から運搬車両へ、リーチローダーを使用して積む作業を２回繰返した。
評価結果は下記のとおりであった。
実施例１：成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを
保っている（砕片化の重量割合：３％）。
実施例２：成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを
保っている（砕片化の重量割合：５％）。
実施例３：成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを
保っている（砕片化の重量割合：３％）。
実施例４：成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを
保っている（砕片化の重量割合：２％）。
（評価：砕片化の重量割合％）
０％〜５％：良い
６％〜１０％：普通
１１％〜１５％：悪い

Claims

結合剤（Ａ成分）、形態保持剤（Ｂ成分）および植物油含有物質（Ｃ成分）よりなる混合物から形成され、該混合物を１００重量部とした時、Ａ成分は1〜８５重量部であり、Ｂ成分は１〜５５重量部であり、Ｃ成分は１０〜８５重量部でありかつ、該混合物は圧縮成形されていることを特徴とする固体燃料。
該混合物を１００重量部とした時、Ａ成分およびＢ成分の合計量は１５〜９０重量である請求項１記載の固体燃料。
該混合物を１００重量部とした時、Ｃ成分は１０〜８０重量部である請求項１記載の固体燃料。
Ａ成分：Ｂ成分の割合は重量で１：２５〜８５：１である請求項１記載の固体燃料。
該結合剤（Ａ成分）が、海藻由来の澱粉である請求項１記載の固体燃料。
該形態保持剤（Ｂ成分）が、天然ゴムである請求項１の固体燃料。
該植物油含有物質が唐胡麻、南洋油桐の果実の種子またはその粉砕物である請求項１記載の固体燃料。
１個当りの大きさが平均で10〜100ｃｍ³である請求項1記載の固体燃料。
角柱状および円筒状の形状を有する請求項１記載の固体燃料。
見掛け比重が0.3〜0.6g/cm³である請求項１記載の固体燃料。
発熱量が20〜30MJ/Kgである請求項１記載の固体燃料。
火力発電用として使用するための請求項１記載の固体燃料。