JP2013241299A - イネ科植物灰の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】農作物の肥料や土壌改良剤として有効なイネ科植物灰を手間なく製造する方法を提供する。
【解決手段】空気を自然送気するための空気導入部１３０が底側に設けられとともに排煙を自然排気するための煙突４００が天側に設けられて静止配置された焼き窯１００内に充填されたイネ科植物原料を、炭化させたあとに続けて灰化させるイネ科植物灰の製造方法であって、空気導入部１３０による送気条件および煙突４００による排気条件を固定したまま、前記イネ科植物原料を前記底側の最上層から下層に向けて層順次に炭化して燻炭とする手順と、前記イネ科植物原料の最下層が炭化したら、空気導入部１３０による送気条件および煙突４００による排気条件を固定したまま、前記燻炭を最下層から上層に向けて層順次に灰化する手順とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、葦や薄、さらには稲や竹などのイネ科植物から、農作物の肥料や土壌改良剤として有効な灰を手間なく製造する方法に関するものである。

一般に、植物は、有機質成分の他に、ミネラル成分を含んでいる。そして、葦や薄、さらには稲や竹などのイネ科植物は、そのミネラル成分中に、水稲などの農作物の肥料や土壌改良剤として有効なケイ酸やカリウムを豊富に含んでいる。

しかし、上記イネ科植物を大型の焼成炉で燃焼させると、炉内温度が８００℃を超える高温になってしまい、これによってケイ酸成分が結晶化して固まり、このことが完全燃焼の阻害要因となって未燃焼の有機質成分が残留したものとなる。このため、得られた灰は、上記ミネラル成分の含有率が低いものとなってしまう。そして、得られたミネラル成分中のケイ酸は、不均一に固まって溶解性の低いものであるため、肥料としての価値が低いものとなってしまう。

ケイ酸に関しては、炉内温度を４５０〜８００℃の低温に調整するとともに、空気量や灰自体の温度等の焼成条件を調整して、籾殻を灰化する肥料化法が提案された（特許文献１参照）。この肥料化法によって得られる籾殻灰は、多孔質構造の水溶性に優れた非晶質のケイ酸を９０％以上含む灰なので、水稲肥料としての価値が高い。

また、非晶質のケイ酸を得ることに関し、籾殻、稲藁、バガス、または鋸屑を、爆砕処理または蒸煮処理したあと、５５０〜９００℃の低温に保って灰化する製造法も提案された（特許文献２参照）。

特開２００６−１１１４８０号公報 特開平１１−３２３７５２号公報

しかしながら上記従来の技術においては、例えば送風機や冷却機等、炉内温度の制御機構が必要であり、装置が大型なものとなるので、農家個人が自身の田畑で使用するには適さないという課題があった。また、イネ科植物の灰化には時間がかかるので、炉内温度を監視しながら手動で温度調整機構を操作することは現実的でない。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、農作物の肥料や土壌改良剤として有効なイネ科植物灰を手間なく製造する方法を提供することを目的としてなされたものである。

上記目的を達成するために、本発明の第１のイネ科植物灰の製造方法は、空気を自然送気するための空気導入部が底側に設けられとともに排煙を自然排気するための煙突が天側に設けられて静止配置された焼き窯内に充填されたイネ科植物原料を、炭化させたあとに続けて灰化させるイネ科植物灰の製造方法であって、前記空気導入部による送気条件および前記煙突による排気条件を固定したまま、前記イネ科植物原料を前記底側の最上層から下層に向けて層順次に炭化して燻炭とする手順と、前記イネ科植物原料の最下層が炭化したら、前記空気導入部による送気条件および前記煙突による排気条件を固定したまま、前記燻炭を最下層から上層に向けて層順次に灰化する手順とを含むことを特徴とするものである。

本発明の第２のイネ科植物灰の製造方法は、上記第１のイネ科植物灰の製造方法において、灰化時の前記送気条件は、前記空気導入部の送気開口を炭化時以下としたものであり、灰化時の前記排気条件は、炭化時の排気条件と同じであることを特徴とするものである。

本発明によれば、窯内温度の監視および制御をしなくとも、イネ科植物原料を５００℃以下の低温で炭化して燻炭とし、このイネ科植物燻炭を８００℃以下の低温で灰化することができるので、農作物の肥料や土壌改良剤として有効なイネ科植物灰を手軽に作ることができるという効果がある。

本発明を実施するためのイネ科植物灰製造装置の全体構成を説明する図である。

本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ、以下に詳細に説明する。

図１は本発明を実施するためのイネ科植物灰製造装置の全体構成を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面（天面）図である。このイネ科植物灰製造装置は、焼き窯１００と、焼き窯支持機構２００と、天蓋３００と、煙突４００と、煙突支柱５００と、木酢原液収容器６００とを備えている。

焼き窯１００は、天側（上側）が開口された略円筒型の例えばステンレス鋼製あるいは鉄製の焼き窯本体１１０と、グリッド板１２０と、空気導入部１３０と、複数のフック１４０（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ）とによって構成されている。この焼き窯１００は、焼き窯支持機構２００によって、焼き窯本体１１０の円筒中心軸が略垂直方向となるように、中空に固定されて静止配置されている。

焼き窯本体１１０の内部にはグリッド板１２０が張設されており、このグリッド板１２０によって、焼き窯本体１１０の内部は、底側（下側）の空気導入室と、天側の焼き室とに分割されている。

焼き窯本体１１０の底面に近い側面部位には、上記空気導入室に通じる略角筒型の空気導入部１３０が設けられている。この空気導入部１３０は、その突端に設けられた蓋を開けて所定の位置に固定することにより、上記空気導入室およびグリッド板１２０を介して、上記焼き室内に空気（大気）を自然送気する役目を担っている。

天蓋３００は、焼き窯本体１１０の天側周縁部上に取りはずし可能に載置されて、焼き窯本体１１０の天側開口を閉成する略円盤型の蓋である。この天蓋３００の周端部の近く、上面視において天蓋３００の中心からずれた部位には、略円筒型の煙突嵌合部３１０が設けられている。

この天蓋３００は、上面視円周において、空気導入部１３０の位置を回転角０°の位置とすると、煙突嵌合部３１０が回転角約１８０°の位置にくるように、焼き窯本体１１０上に載置される。従って、上面視において、天蓋３００の煙突嵌合部３１０と焼き窯本体１１０の空気導入部１３０とのなす中心角は約１８０°となる。

天蓋３００は、イネ科植物原料の炭化および灰化の際には、フック１４０（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ）によって焼き窯本体１１０の天側周縁部に当接固定され、焼き窯本体１１０の天側開口を閉成している。

しかし、焼き窯本体１１０の焼き室内にイネ科植物原料を充填する際には、天蓋３００は焼き窯本体１１０から取りはずされ、焼き窯本体１１０の天側開口からイネ科植物原料が投入される。

また、イネ科植物原料の炭化を開始するにあたり、天蓋３００の周端部位を持上げることにより焼き窯本体１１０の天側周縁部との間に僅かな隙間が作られ、その隙間から種火を投入することにより、イネ科植物原料の最上層表面に点火がなされる。

煙突４００は、略長筒をなす煙突本体４１０と、Ｌ字型の略円筒をなす煙突接続部４２０とによって構成されている。煙突本体４１０は、その底部近傍の側面部位において煙突接続部４２０の一端に連接されており、この煙突接続部４２０との連接部位を中心軸として回転可能である。煙突接続部４２０の他端は、天蓋３００の煙突嵌合部３１０に取りはずし可能に挿嵌されている。

煙突本体４１０は、煙突支柱５００によって支持されてその長手方向が垂直方向から傾斜して配設されており、その底部には木酢原液収容器６００が釣下げられている。このように傾斜配置された煙突４００は、排煙（炭化によって生じた燻煙および灰化によって生じた灰煙）を自然排気する役目を担っている。

図１のイネ科植物灰製造装置によってイネ科植物灰を製造する手順について、以下に説明する。

イネ科植物原料としては、例えば、葦あるいは薄を使用することができる。この場合には、刈り取ったあとに十分に乾燥させ、あらかじめ例えば３ｃｍ以下に切断しておく。また、葦あるいは薄の茎部分のみならず、葉や穂の部分も含めることが可能である。

この他のイネ科植物原料としては、例えば、稲あるいは竹を使用することが可能である。さらに、これらのイネ科植物原料を混合して使用することも可能である。

まず、焼き窯本体１１０の焼き室内に充填されたイネ科植物原料を、燻し焼きして炭化させ、イネ科植物燻炭とする。この炭化は、５００℃以下の低温での燻し焼き炭化、つまり５００℃以下の低温燻炭化となる。

炭化時の空気導入部１３０による送気条件は、空気導入部１３０の蓋を開けて所定の位置にあらかじめ固定しておくことにより、焼き窯本体１１０の空気導入室に空気が自然送気されるようになっている。この空気導入部１３０による送気条件は、炭化の開始から終了まで固定されたままである。

また、炭化時の煙突４００による排気条件は、煙突本体４１０を傾斜配置してあらかじめ固定しておくことにより、焼き窯本体１１０の焼き室から燻煙が自然排気されるようになっている。この煙突４００による排気条件も、炭化の開始から終了まで固定されたままである。

イネ科植物原料の燻し焼きは、イネ科植物原料の最上層表面に点火することにより、イネ科植物原料の最上層から開始され、この最上層から下層に向けて層順次に進んでいき、最下層まで中断せずに到達する。

この燻し焼きのとき、空気導入部１３０から自然送気された空気は、燻し焼きされている層よりも下層のイネ科植物原料の間を通過して燻し焼きされている層まで到達し、主にこの燻し焼きされている層で消費される。

燻し焼きされている層において生じる燻煙は、そこよりも上層の燻炭層を通過し、煙突４００から自然排気される。燻炭層においては、上記の燻煙に保護されることによって灰化を生じない。

なお、燻し焼き時にイネ科植物原料から揮発して燻煙中に混合されたタール成分や木酢成分などの木酢原液成分は、傾斜配置された煙突４００内で冷却されて結露し、木酢原液収容器６００内に滴下採取される。この低温燻炭化では、特にタール成分の揮発除去効果が高いものと考えられる。

燻し焼き層がイネ科植物原料の最下層に到達したら、続けてこのイネ科植物燻炭を灰化焼きしてイネ科植物灰とする。この灰化は、８００℃以下の低温灰化となる。

灰化時の空気導入部１３０による送気条件は、例えば、炭化時と同じとするか、または空気導入部１３０の蓋を炭化時よりも閉じた位置に固定することにより空気導入部１３０の送気開口を炭化時のそれよりも狭くする。

つまり、灰化時の空気導入部１３０による送気条件は、例えば、その空気導入部１３０の送気開口を炭化時のそれ以下とした上で、焼き窯本体１１０の空気導入室に空気が自然送気されるようになっている。この空気導入部１３０による送気条件は、イネ科植物燻炭の灰化の開始から終了まで固定されたままである。

また、灰化時の煙突４００による排気条件は、例えば、炭化時と同じにすることにより、焼き窯本体１１０の焼き室から灰煙が自然排気されるようになっている。この煙突４００による排気条件も、イネ科植物燻炭の灰化の開始から終了まで固定されたままである。

イネ科植物燻炭の灰化焼きは、最下層から開始され、この最下層から上層に向けて層順次に進んでいき、灰化を終了する。

この灰化焼きのとき、空気導入部１３０から自然送気された空気は、灰化焼きされている層よりも下層のイネ科植物灰の間を通過して、上記灰化焼きされている層まで到達し、主にこの灰化焼きされている層で消費される。

灰化焼きされている層において生じる灰煙は、そこよりも上層の未灰化の燻炭層を通過し、煙突４００から自然排気される。

なお、灰化焼き時にイネ科植物燻炭から揮発して灰煙中に混合された木酢原液成分は、傾斜配置された煙突４００内で冷却されて結露し、木酢原液収容器６００内に滴下採取される。

本実施の形態において、焼き窯本体１１０の全容量は、例えば、およそ５０〜６００リットルであり、イネ科植物原料の充填量は、例えば、およそ４０〜５００リットルである。また、炭化時の最高温度は、例えば、およそ３５０〜４５０℃であり、中間物質として得られる燻炭のＰＨ値は、例えば、およそ５〜７である。また、灰化時の最高温度は、例えば、およそ５５０〜７５０℃であり、最終物質として得られるイネ科植物灰のＰＨ値は、例えば、およそ８〜１０である。なお、例えば、焼き窯本体１１０内に充填したイネ科植物原料のおよそ６〜８割の容量のイネ科植物燻炭が得られ、焼き窯本体１１０内に充填したイネ科植物原料のおよそ３〜５割の容量のイネ科植物灰が得られる。

本実施の形態では、炭化時において、必要な空気を空気導入部１３０から自然送気するとともに、燻煙を煙突４００から自然排気しながら、イネ科植物原料を最上層から下層に向けて層順次に炭化させている。これにより、焼き窯本体１１０内の環境を、５００℃以下の低温炭化に適した環境にすることができる。

つまり、高温燃焼を生じるような過剰な空気供給がなされることなく、燻し焼きをゆっくりじっくりと継続するのに適量な空気供給がなされることにより、同時に燻し焼きされる層を薄くすることができ、燻し焼き層全体の時間当たりの発熱量を低くすることができるので、炭化温度を低くすることができる。

このような低温燻炭化によって、タール成分および木酢成分が適度に揮発除去されるとともに、ミネラル成分が非晶質構造のまま残留したイネ科植物燻炭が得られる。

また、本実施の形態では、灰化時において、必要な空気を空気導入部１３０から自然送気するとともに、排煙を煙突４００から自然排気しながら、イネ科植物燻炭を最上層から下層に向けて層順次に灰化させている。これにより、焼き窯本体１１０内の環境を、８００℃以下の低温灰化に適した環境にすることができる。

つまり、高温灰化を生じるような過剰な空気供給がなされることなく、灰化をゆっくりじっくりと継続するのに適量な空気供給がなされることにより、同時に灰化焼きされる層を薄くすることができ、灰化焼き層全体の時間当たりの発熱量を低くすることができるので、灰化温度を低くすることができる。

また、灰化されるイネ科植物燻炭は、高温灰化の原因となるタール成分の揮発除去効果が高いと考えられる低温燻炭化によって得られたものなので、灰化温度を低くする効果も高いものと考えられる。

このような低温灰化によって、イネ科植物燻炭中のミネラル成分（主としてケイ酸）の結晶化を抑制して、有機質成分をじっくりと完全燃焼させることができるので、ミネラル成分が非晶質構造のまま高濃度に含有されたイネ科植物灰が得られる。

本実施の形態によって得られるイネ科植物灰中に高濃度に含まれるケイ酸は、低温灰化による溶解性の高いものであるため、農作物が必要量を容易に摂取でき、肥料として有効である。また、本実施の形態によって得られるイネ科植物灰中に高濃度に含まれるカリウムは、肥料としてのみならず、放射性セシウムの農作物移行を抑制する土壌改良剤としても有効である。

以上のように、本実施の形態では、イネ科植物の炭化の開始から終了まで、空気導入部１３０による送気条件および煙突４００による排気条件を固定したまま、窯内温度の監視や制御をしなくとも、必然的にイネ科植物の低温燻炭化が可能である。そして、イネ科植物燻炭の灰化の開始から終了までにおいても、空気導入部１３０による送気条件および煙突４００による排気条件を固定したまま、窯内温度の監視や制御をしなくとも、必然的にイネ科植物燻炭の低温灰化が可能である。これにより、イネ科植物から農作物の肥料や土壌改良剤として有効な灰を手間なく製造することができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１００ 焼き窯
１１０ 焼き窯本体
１２０ グリッド板
１３０ 空気導入部
１４０（１４０ａ，１４０ｂ，１４０ｃ，１４０ｄ） フック
２００ 焼き窯支持機構
３００ 天蓋
３１０ 煙突嵌合部
４００ 煙突
４１０ 煙突本体
４２０ 煙突接続部
５００ 煙突支柱
６００ 木酢原液収容器

Claims (2)

1. 空気を自然送気するための空気導入部が底側に設けられとともに排煙を自然排気するための煙突が天側に設けられて静止配置された焼き窯内に充填されたイネ科植物原料を、炭化させたあとに続けて灰化させるイネ科植物灰の製造方法であって、
   前記空気導入部による送気条件および前記煙突による排気条件を固定したまま、前記イネ科植物原料を前記底側の最上層から下層に向けて層順次に炭化して燻炭とする手順と、
   前記イネ科植物原料の最下層が炭化したら、前記空気導入部による送気条件および前記煙突による排気条件を固定したまま、前記燻炭を最下層から上層に向けて層順次に灰化する手順と
   を含むことを特徴とするイネ科植物灰の製造方法。
2. 灰化時の前記送気条件は、前記空気導入部の送気開口を炭化時以下としたものであり、灰化時の前記排気条件は、炭化時の排気条件と同じであることを特徴とする請求項１に記載のイネ科植物灰の製造方法。
   
   

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