JP2016102144A - 過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマス原料を炭化するにあたり、炉内が大気に触れないロータリーキルンを用い、且つ、熱源に放射性ガスとなる過熱水蒸気を用いて処理する，過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置及びその方法を開発・提供するものである。【解決手段】熱源に過熱水蒸気（Ｘ）を用い、炉内が大気に触れないロータリーキルン（１）を設け、該ロータリーキルン（１）の一端部に、バイオマス原料（Ｙ）を投入する投入口（２）を設け、該ロータリーキルンの他端部に、炭化物汚泥排出口（３）と、過熱水蒸気の排出口（４ａ）を設け、該過熱水蒸気排出口（４ａ）には、浄化層（５）を介して、前記過熱水蒸気を冷却した液体を受ける液体容器（６）を設けたことを特徴とする過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置及びその方法から構成される。【選択図】 図１

Description

この発明は、過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置及びその方法である。

従来、バイオマスは、枯渇性資源でなく、現生生物体構成物質起源の産業資源をいい、廃棄物系バイオマスには、紙、家畜糞尿、食品廃材、建築廃材、黒液、下水汚泥、生ごみ等であり、未利用バイオマスとしては、稲藁、麦藁、籾殻、林地残材（間伐材・被害木など）、資源作物、資料作物、デンプン系作物等が該当する。

そして、バイオマスは有機物であるため燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかしこれに含まれる炭素は、バイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来し、そのため、バイオマスを使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えられ、その性質がカーボンニュートラルと呼ばれて注目されてきた。

また、空気または過熱水蒸気中に置かれた水は、これら気流から対流と放射により熱を受ける。しかし、空気中ではほとんどが対流による熱移動であり、過熱水蒸気中では対流と放射によって熱が伝わるものであり、空気の無い過熱水蒸気の特徴は放射性ガスであり、１５０°Ｃを超すと放射性ガスに変化するものである。

しかし、バイオマス（有機資源）を原料として内燃機関、外燃機関等の排熱を利用して動力・温熱・冷熱を取りだして総合エネルギー効率を高めるエネルギー供給システムというコージェネレーションは開発されており、上記バイオマスに過熱水蒸気を利用して炭化及び再資源化システムは存在している。例えば、特許文献１、特許文献２のように。

特開２００１−２１４１７７号公報 特開２００２−８０８５４号公報

そこでこの発明は、バイオマス原料を炭化するにあたり、炉内が大気に触れないロータリーキルンを用い、且つ、熱源に放射性ガスとなる過熱水蒸気を用いて処理する，過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置及びその方法を開発・提供するものである。

この発明の第１の観点に係る過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置は、
熱源に過熱水蒸気を用い、炉内が大気に触れないロータリーキルンを設け、
該ロータリーキルンの一端部に、バイオマス原料を投入する投入口を設け、
該ロータリーキルンの他端部に、炭化物汚泥排出口と、過熱水蒸気の排出口を設け、
該過熱水蒸気排出口には、浄化層を介して、前記過熱水蒸気を冷却した液体を受ける液体容器を設けた
ことを特徴とする。

また、前記ロータリーキルンの外周に、断熱層を１重または複数重形成して覆い、
該断熱層内に該ロータリーキルン内に投入した過熱水蒸気を配送する通気路を設けた
ことを特徴とする。

この発明の第２の観点に係る過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元方法は、
バイオマスを原料とし、
炉内温度を５５０°Ｃに保った，大気に触れないロータリーキルン内に、
該原料と共に、トルマリン、セラミック製、あるいは金属製の玉を入れ、
過熱水蒸気を用いて燃焼し、
炭化物汚泥を得る
ことを特徴とする。

また、バイオマスを原料とし、
大気が触れないロータリーキルン内に、
原料と共に、トルマリン、セラミック製、あるいは金属製の玉を入れ、
熱源として過熱水蒸気を用いて燃焼し、
該過熱水蒸気を冷却して液体肥料とする
ことを特徴とする。

この発明によると、ロータリーキルンを用い、炉内に過熱水蒸気を用いて炭素化した炭化物汚泥は、加熱温度が５５０°Ｃで炭化後のエネルギー（ＫＪ／Ｋｇ）は１０３４５となり、高エネルギーが得られる等の効果を奏する。

また、この発明によると、過熱水蒸気を用いてロータリーキルンを覆っており、該ロータリーキルンを保温することにより省エネ効果を有する。

さらに、この発明によると、ロータリーキルン内に原料とともに、トルマリン、セラミック製あるいは金属製の玉を入れ、スクリューコンベアで攪拌・乾燥させ炭素化するため、ダイオキシン等の害毒成分が廃液に含まない等の効果も奏する。

また、この発明によると、過熱水蒸気を冷却した液体を液体肥料として利用できる等の効果を奏する。

この発明の一実施例を示し、（Ａ）は一部欠截斜視図である。（Ｂ）は、図１（Ａ）中、ａ部分の一部欠截拡大斜視図である。 この発明の一実施例を示す一部欠截断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。この発明においては、以下の記述に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲においては適宜変更可能である。

次に、この発明のうち、第１の発明である過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置の一実施例を図１に基づいて詳述すると、熱源に過熱水蒸気（Ｘ）を用い、炉内が大気に触れないロータリーキルン（１）を設け、該ロータリーキルン（１）の一端部に、バイオマス原料（Ｙ）を投入する投入口（２）と、過熱水蒸気の注入口（４）を設け、該ロータリーキルンの他端部に、炭化物汚泥排出口（３）と、過熱水蒸気の排出口（４ａ）を設け、該過熱水蒸気の排出口（４ａ）には、浄化層（５）を介して、前記過熱水蒸気を冷却した液体を受ける液体容器（６）を設けたことを特徴とする過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置から構成される。尚、（７）は、ロータリーキルン（１）を回転させる駆動装置（図示せず）と噛み合う歯車である。

また、該ロータリーキルン（１）を稼働する場合、炉内は大気に触れないことを必須の構成要件とするため、炉内の外部に通じる箇所、例えば、投入口（２）や炭化物汚泥排出口（３）等は遮断手段を用いて閉塞するもので、予めの炉内温度は、５５０°Ｃに暖めておく必要がある。

これは実験による結果、牛ふんオガクズ混合物（１１６ｋｇ／ｈ）を供給した場合、炉内における過熱水蒸気による加熱温度が、５００°Ｃの場合、炭化後のエネルギーは９７６１ＫＪ／ｋｇ、５５０°Ｃの場合、１０３４５ＫＪ／ｋｇ、そして、６００°Ｃの場合、７７２３ＫＪ／ｋｇであり、５５０°Ｃの場合が最適であった。

そして、この発明は、前記ロータリーキルン（１）の外周に、断熱層（８）を一重または複数重形成して覆い、該断熱層（８）内に該ロータリーキルン内に投入した過熱水蒸気（Ｘ）を配送する通気路（９）を設けたことを特徴とするバイオマス原料の炭化装置である。

次に、この発明のうち、第２の発明である過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元方法の一実施例を図面に基づいて詳述すると、バイオマスを原料とし、炉内が大気に触れないロータリーキルン（１）内に、該原料と共に、トルマリン、セラミック製あるいは金属製の玉（10）を入れ、過熱水蒸気（Ｘ）を用いて燃焼し、炭化物汚泥を得ることを特徴とするバイオマス原料の炭化方法から構成される。

そして、バイオマスを原料とし、炉内温度を５５０°Ｃに保ったロータリーキルン（１）内のスクリューコンベア（１ａ）に、該原料と共に、トルマリン、セラミック製あるいは金属製の玉（10）を入れ、熱源として過熱水蒸気（Ｘ）を用いて燃焼し、該過熱水蒸気を冷却して液体肥料とすることを特徴とするバイオマス原料の炭化方法から構成される。

なお、トルマリン、セラミック製あるいは金属製の玉（10）の径は、その一例としては１００ｍｍ程度であり、トルマリンは、ダイオキシンを吸着する効力があり、セラミックは放熱作用があり、金属製の玉は、例えば、ＳＵＳであり、１５０°Ｃを超えると放射熱を持つ。また、過熱水蒸気（Ｘ）を発生させる過熱水蒸気発生装置（11）は、特に限定しない。

尚、ロータリーキルン内に発生したガスは、図示しないが、ガス貯蔵タンクを設置し、該ガスタンクより取りだし、エンジンの燃料に利用することも可能である。

この発明の過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置及びその方法の技術を確立し、実施することにより産業上利用可能性があるものである。

１ ロータリーキルン
１ａ スクリューコンベア
２ 投入口
３ 炭化物汚泥排出口
４ 過熱水蒸気の注入口
４ａ 過熱水蒸気の排出口
５ 浄化層
６ 液体容器
７ 駆動装置
８ 断熱層
９ 通気路
10 トルマリンセラミック製あるいは金属製の玉
11 過熱水蒸気発生装置
Ｘ 過熱水蒸気
Ｙ バイオマス原料

Claims (4)

1. 熱源に過熱水蒸気を用い、炉内が大気に触れないロータリーキルンを設け、
   該ロータリーキルンの一端部に、バイオマス原料を投入する投入口を設け、
   該ロータリーキルンの他端部に、炭化物汚泥排出口と、過熱水蒸気の排出口を設け、
   該過熱水蒸気排出口には、浄化層を介して、前記過熱水蒸気を冷却した液体を受ける液体容器を設けた
   ことを特徴とする過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置。
2. 前記ロータリーキルンの外周に、断熱層を１重または複数重形成して覆い、
   該断熱層内に該ロータリーキルン内に投入した過熱水蒸気を配送する通気路を設けた
   ことを特徴とする請求項１記載の過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元装置。
3. バイオマスを原料とし、
   炉内温度を５５０°Ｃに保った，大気に触れないロータリーキルン内に、
   該原料と共に、トルマリン、セラミック製あるいは金属製の玉を入れ、
   過熱水蒸気を用いて燃焼し、
   炭化物汚泥を得る
   ことを特徴とする過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元方法。
4. バイオマスを原料とし、
   ロータリーキルン内に、
   原料と共に、トルマリン、セラミック製あるいは金属製の玉を入れ、
   熱源として過熱水蒸気を用いて燃焼し、
   該過熱水蒸気を冷却して液体肥料とする
   ことを特徴とする請求項３記載の過熱水蒸気を利用したバイオマスエネルギー化還元方法。

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