JP2015101653A

JP2015101653A - マグネシウム固体燃料

Info

Publication number: JP2015101653A
Application number: JP2013243581A
Authority: JP
Inventors: 中村　勝重; Katsushige Nakamura; 勝重中村
Original assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Current assignee: Mitaka Kohki Co Ltd
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2015-06-04

Abstract

【課題】燃焼により二酸化炭素や有害酸化物を発生させず且つエネルギーを付与することにより再生可能な固体燃料を提供する。【解決手段】マグネシウムを燃焼させるため、二酸化炭素や有害酸化物を発生させない。カルシウムを少なくとも０．５ｗｔ％含有することで、自然発火の危険がなくなる。燃焼灰は還元材と混合して太陽熱エネルギーなどを付与することにより還元されて再生され、同じマグネシウム金属を繰り返し使用することができる。【選択図】図１

Description

本発明はマグネシウム固体燃料に関する。

燃焼用の固形燃料として石炭固体燃料が広く使用されている。一次エネルギー源として中小ボイラー用燃料または炊事、暖房等の民生用燃料として大量に使用されている。しかし石炭固体燃料は燃焼によって二酸化炭素を大量に発生させる問題がある。また低品位石炭を使用した場合は排気中に窒素酸化物（ＮＯＸ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）も含まれるため、石炭固体燃料中にそれらを除去するための脱硫剤や脱硝剤を添加させる必要もある。更に従来の石炭固体燃料は消費型の燃料で一度燃焼させると再利用できない（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１６１２９０号公報

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、燃焼により二酸化炭素や有害酸化物を発生させず且つエネルギーを付与することにより再生可能な固体燃料を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、カルシウムを少なくとも０．５ｗｔ％含有したマグネシウム金属から成ることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、カルシウムを０．５〜２．０ｗｔ％含有したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、マグネシウム金属が太陽熱に由来した熱エネルギーによるピジョン法で製造されたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、ペレット状又はブリケット状に成形したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、マグネシウムを燃焼させるため、二酸化炭素や有害酸化物を発生させない。カルシウムを少なくとも０．５ｗｔ％含有することで、マグネシウムが難燃性となり、自然発火の危険がなくなるため、保管及び取り扱いが容易になる。金属のため耐水性に優れ屋外保管が可能となる。燃料発熱量が石炭に略相当（２５ＭＪ／ｋｇ）するためボイラー設計が容易である。燃焼灰は還元材と混合して太陽熱エネルギーなどを付与することにより還元されて再生され、同じマグネシウム金属を繰り返し使用することができる。

請求項２記載の発明によれば、カルシウム含有量は０．５ｗｔ％未満だと難燃性の効果が少なく、２．０ｗｔ％を超えて添加してもそれ以上の難燃性効果の向上はみられず、カルシウム含有量が増える分だけマグネシウム成分が減少するため燃焼発熱量の低下を招く傾向になる。そのためカルシウム含有量は０．５〜２．０ｗｔ％が好ましい範囲である。

請求項３記載の発明によれば、マグネシウム金属が太陽熱に由来した熱エネルギーによりピジョン法で製造されたものであるため、繰り返し使用しても環境負荷が小さい。

請求項４記載の発明によれば、ペレット状又はブリケット状に成形したため燃焼しやすい。

本発明の実施形態に係るマグネシウム固体燃料を燃焼させる状態を示す概略図。マグネシウムをピジョン法により再生させる状態を示す概略図。

図１及び図２は本発明の好適な実施形態を示す図である。

マグネシウム固体燃料１は既存のボイラー２で燃焼され、その熱によりタービン３を稼働させることができる。図１中のｆは炎を表してる。

このマグネシウム固体燃料１はマグネシウム金属にカルシウムを１．０ｗｔ％含有させた組成を有し、重量５ｇのブリケット状に成形されている。通常のマグネシウム金属（カルシウム添加なし）の場合は４００℃程度で発火するが、カルシウムを０．５ｗｔ％以上含有することにより発火点は８００℃程度に上昇する。すなわちマグネシウム金属が発火しにくい難燃性となる。発火点が８００℃になってもボイラー内での燃焼温度は１５００℃に達しているので燃焼上の問題はない。マグネシウム金属が難燃性になり、自然発火の危険がなくなるため、保管及び取り扱いが容易になる。またマグネシウム固体燃料１はそれ自体が金属のため耐水性に優れ屋外保管が可能となる。

マグネシウムの粉末は現在も花火に使われるように容易に発火する。ブリケット形状にしても互いに擦れあうことにより粉末が生じる。従ってマグネシウム金属は形状を塊状にしても、自然発火のおそれから保管や取り扱いが容易でなかった。しかしカルシウムを０．５ｗｔ％以上添加することにより発火点が上昇し自然発火の危険性をなくすことができる。

マグネシウム固体燃料１をボイラー２内で燃焼させても、二酸化炭素や有害酸化物（ＳＯＸ、ＮＯＸ）を発生しない。そのため環境汚染を招くおそれはない。

ただ燃焼自体は二酸化炭素や有害酸化物を発生させなくても、マグネシウム固体燃料１をただ消費するだけでは原料の発掘作業などで他のエネルギーを消費して結局環境負荷が大きくなる。

そのためこの実施形態では、マグネシウム固体燃料１を太陽熱に由来した熱エネルギーにより再生させるようにした。製造方法は一般的に広く使用されているピジョン法を採用した。

ボイラー２で燃焼されたマグネシウム固体燃料１は酸化マグネシウム４の燃焼灰となって排出される。この酸化マグネシウム４中には燃焼前に含有されていたカルシウムも残っている。

回収した酸化マグネシウム４に還元材としてのアルミドロス５を混合する。アルミドロス５はアルミ精錬工場Ａから排出される廃棄物である。廃棄物利用のためコスト的に有利である。

酸化マグネシウム４とアルミドロス５は混練して、還元に適した形状のブリケット６に成形される。ブリケット６は若干大きめ（１０ｇ）で且つ非球形に成形される。酸化マグネシウム４中に前述のようにカルシウムは残っているが、酸化マグネシウム４とアルミドロス５の混練の際にカルシウムを多少加えて調整する。

またマグネシウム固体燃料１はボイラー２内で燃焼される際に一部が燃焼煙となって集塵装置１１で回収される。その回収された分の酸化マグネシウム４も、燃焼灰として回収されたものに加えて、アルミドロス５と混練する。

混練後に成形されたブリケット６は鋼製のレトルト容器７内に収納される。レトルト容器７は内部が真空減圧された状態で、太陽熱還元炉８にセットされる。レトルト容器７は一端が太陽熱還元炉８から突出しており、そこだけ水冷で冷却される。太陽熱還元炉８の内部はビームダウン式の太陽集光装置のミラー９で反射された太陽光Ｌにより約１２００℃に加熱される。

ブリケット６は加熱されることによりマグネシウム成分だけが気化し、水冷されたレトルト容器７の一端側へ移動する。そして金属マグネシウム１０の結晶体（クラウン）として凝固付着する。

この金属マグネシウム１０中には所定量のカルシウムも含まれている。従って、それを再度ブリケット状に成形することによりマグネシウム固体燃料１となり、それをボイラー２で燃焼させることができる。このサイクルを繰り返すことにより、一定量のマグネシウムを太陽熱で再生させながら繰り返し使用することができる。

繰り返し使用する一定量の最初のマグネシウムは、マグネシウム酸化物原料として採掘されるドロマイドから得ても良し、海水から得た塩化マグネシウムから得ても良い。マグネシウムの還元材としてはアルミドロスに限らずフェロシリコンその他も使用することができる。マグネシウム固体燃料１はブリケット形状に限らず、ペレット状或いは箔状でも良い。

１マグネシウム固体燃料
２ボイラー
３タービン
４酸化マグネシウム
５アルミドロス
６ブリケット
７レトルト容器
８太陽熱還元炉
９ミラー
１０金属マグネシウム
１１集塵装置
Ｌ太陽光
ｆ炎

Claims

カルシウムを少なくとも０．５ｗｔ％含有したマグネシウム金属から成ることを特徴とするマグネシウム固体燃料。
カルシウムを０．５〜２．０ｗｔ％含有したことを特徴とする請求項１記載のマグネシウム固体燃料。
マグネシウム金属が太陽熱に由来した熱エネルギーによるピジョン法で製造されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマグネシウム固体燃料。
ペレット状又はブリケット状に成形したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマグネシウム固体燃料。