JP2017176925A - バイオマス処理装置、および、バイオマス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマスを低コストで殺菌する。これにより、バイオマスを貯蔵している間の不具合を抑制することが可能となる。
【解決手段】バイオマス処理装置１００は、ＥＦＢ、ＰＫＳ、麦わら、稲わら等の農業廃棄物由来のバイオマスであるバイオマスＡ（第１のバイオマス）を予め定められた温度（例えば、１５０℃以上２００℃未満）に加熱する加熱炉１１０と、加熱炉１１０によって生成された揮発ガスＶＧをバイオマスＢ（第２のバイオマス）に接触させる接触部１２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス処理装置、および、バイオマス処理方法に関する。

近年、パーム椰子からパーム油を生産した結果生じる空果房（ＥＦＢ：Empty Fruit Bunch）、パーム椰子殻（ＰＫＳ：Palm Kernel Shell）等の草本系バイオマスや、木材、おがくず、樹皮等の木質系バイオマスといったリグノセルロース系のバイオマスを燃料として有効利用する技術が開発されている。ここで、バイオマスが発生する場所とバイオマスを利用する場所とが離れていることがあるため、バイオマスを貯蔵して運搬する必要がある。

しかし、上記リグノセルロース系のバイオマスには、微生物が付着しているため、貯蔵している間に微生物が増殖し、例えば、バイオマス中の有機物が分解されて、バイオマスが劣化（燃料成分の低減）してしまったり、バイオマスが自然発火してしまったりするという不具合が生じる。

そこで、バイオマスに水蒸気を供給して、バイオマスを殺菌する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−３１３６０号公報

しかし、上記特許文献１の技術では、水蒸気を生成するためのボイラが必要となり、設備コストやランニングコストが高くなってしまう。

本発明は、このような課題に鑑み、バイオマスを低コストで殺菌することが可能なバイオマス処理装置、および、バイオマス処理方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のバイオマス処理装置は、第１のバイオマスを予め定められた温度に加熱する加熱炉と、前記加熱炉によって生成された揮発ガスを第２のバイオマスに接触させる接触部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記予め定められた温度は、１５０℃以上２００℃未満であるとしてもよい。

また、前記加熱炉は、前記第１のバイオマスを、前記予め定められた温度に３０分以上維持するとしてもよい。

また、前記加熱炉は、前記第１のバイオマスを空気中で加熱するとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のバイオマス処理方法は、第１のバイオマスを予め定められた温度に加熱して揮発ガスを生成する工程と、前記揮発ガスを第２のバイオマスに接触させる工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、バイオマスを低コストで殺菌することが可能となる。

バイオマス処理装置の概略図を示す図である。 バイオマス処理方法の処理の流れを示すフローチャートである。 比較例と、実施例とのガス分析の結果を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（バイオマス処理装置１００）
本実施形態では、バイオマスとして、リグノセルロース系のバイオマスのうち、ＥＦＢ、ＰＫＳ、麦わら、稲わら等の農業廃棄物由来のバイオマスを例に挙げて説明する。

図１は、バイオマス処理装置１００の概略図を示す図である。なお、図１中、バイオマスＡ、Ａａ、Ｂ、Ｂａを黒い丸で示し、バイオマスＡ、Ａａ、Ｂ、Ｂａの流れを実線の矢印で、高温ガスＨＧ、揮発ガスＶＧ等ガスの流れを破線の矢印で示す。

図１に示すように、バイオマス処理装置１００は、加熱炉１１０と、接触部１２０とを含んで構成される。以下、加熱炉１１０、接触部１２０について詳述する。

（加熱炉１１０）
加熱炉１１０は、加熱チャンバ１１２と、加熱チャンバ１１２内に配された搬送部１１４（図１中、１１４ａ〜１１４ｃで示す）とを含んで構成される。

加熱チャンバ１１２には、バイオマス投入口１１２ａが設けられており、バイオマス投入口１１２ａを介してバイオマスＡ（第１のバイオマス）が投入される。また、加熱チャンバ１１２には、ガス供給口１１２ｂが設けられており、ガス供給口１１２ｂを介して１５０℃以上２００℃未満の高温ガスＨＧが供給される。したがって、加熱チャンバ１１２内は、１５０℃以上２００℃未満に維持されることとなる。

搬送部１１４ａ〜１１４ｃは、鉛直方向の位置を異にして加熱チャンバ１１２内に設けられており、搬送部１１４ａの下方に搬送部１１４ｂが、搬送部１１４ｂの下方に搬送部１１４ｃが設けられる。バイオマス投入口１１２ａを介して、加熱チャンバ１１２内に投入されたバイオマスＡは、搬送部１１４ａによって水平方向に搬送され、搬送部１１４ａの端部に到達すると、搬送部１１４ａから搬送部１１４ｂに落下搬送される。搬送部１１４ｂに落下搬送されたバイオマスＡは、搬送部１１４ｂによって水平方向に搬送され、搬送部１１４ｂの端部に到達すると、搬送部１１４ｂから搬送部１１４ｃに落下搬送される。搬送部１１４ｃに落下搬送されたバイオマスＡは、搬送部１１４ｃによって水平方向に搬送され、搬送部１１４ｃの端部に到達すると、バイオマス排出口１１２ｄを通じて外部に落下搬送される。

したがって、バイオマスＡは、搬送部１１４ａ〜１１４ｃによる搬送過程で１５０℃以上２００℃未満の温度環境下に曝され加熱される。これにより、バイオマスＡに含まれる揮発性物質（タール等）が揮発して揮発ガスＶＧが生成されることとなる。

なお、バイオマスＡの加熱温度を１５０℃未満とした場合、揮発性物質の沸点未満であるため、揮発性物質が効率よく揮発せず、揮発ガスＶＧの生成量が低減してしまう。また、バイオマスＡの加熱温度を２００℃以上とすると、バイオマスＡが発火してしまう。このため、バイオマスＡの加熱温度は、１５０℃以上２００℃未満が好ましい。

また、ガス供給口１１２ｂを介して、加熱チャンバ１１２内に供給される高温ガスＨＧは、例えば、窒素や空気、燃焼排ガスであり、好ましくは空気、または、燃焼排ガスである。高温ガスＨＧを空気、または、燃焼排ガスとすることで低コストに高温ガスＨＧを生成することができる。

また、搬送部１１４は、バイオマス投入口１１２ａからバイオマス排出口１１２ｄまでバイオマスＡを搬送する搬送時間が３０分以上１時間以下となるように搬送速度が設定される。すなわち、搬送部１１４が、バイオマスＡを１５０℃以上２００℃未満の環境下に維持する時間（加熱時間）は、３０分以上１時間以下が好ましい。バイオマスＡの加熱時間が長くなると、揮発ガスＶＧの生成量が増加するが、１時間を超えるとほとんど生成されなくなる。したがって、バイオマスＡの加熱時間を３０分以上とすることで、揮発ガスＶＧの生成量を十分に確保することができ、加熱時間を１時間以下とすることにより、揮発ガスＶＧの生成時間を適正に保つことが可能となる。

こうして生成された揮発ガスＶＧは、ガス排出口１１２ｃを介して、後述する接触部１２０に送出されることとなる。また、揮発性物質が取り除かれたバイオマスＡａは、バイオマス排出口１１２ｄを介して外部に排出され、ペレット化されて貯蔵されたり、高温ガスＨＧを生成するための燃料として利用されたりする。

（接触部１２０）
接触部１２０は、接触チャンバ１２２と、搬送部１２４とを含んで構成される。

接触チャンバ１２２には、ガス供給口１２２ａが形成されており、揮発ガス供給管１３０を介して加熱チャンバ１１２のガス排出口１１２ｃと接続されている。したがって、加熱炉１１０で生成された揮発ガスＶＧは、ガス供給口１２２ａを介して接触チャンバ１２２に供給されることとなる。

搬送部１２４は、接触チャンバ１２２内にバイオマスＢ（第２のバイオマス）を搬入するとともに、接触チャンバ１２２からバイオマスＢａを搬出する。したがって、バイオマスＢは、搬送部１２４による搬送過程で揮発ガスＶＧと接触することとなる。

そうすると、揮発ガスＶＧに含まれるフェノール類等によって、バイオマスＢが殺菌される。なお、接触チャンバ１２２は、２０℃〜５０℃に維持されるとよい。これにより、揮発ガスＶＧによるバイオマスＢの殺菌効率を向上させることができる。

こうして、揮発ガスＶＧによって殺菌されたバイオマスＢａは、搬送部１２４によって外部に排出され、貯蔵されることとなる。また、接触チャンバ１２２を通過した揮発ガスＶＧは、ガス排出口１２２ｂを介して外部に排出され、１５０℃以上２００℃未満に加熱された後、加熱炉１１０のガス供給口１１２ｂに導かれる。これにより、揮発ガスＶＧを再利用することが可能となる。

なお、搬送部１２４は、バイオマスＢが接触チャンバ１２２内に搬入されてから、接触チャンバ１２２外に搬出されるまでの搬送時間が３０分以上１時間３０分以下となるように搬送速度が設定される。つまり、バイオマスＢと揮発ガスＶＧとの接触時間が３０分以上１時間３０分以下となるように搬送速度が設定される。

（バイオマス処理方法）
続いて、バイオマス処理装置１００を用いたバイオマス処理方法について説明する。図２は、バイオマス処理方法の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、加熱炉１１０は、バイオマスＡを１５０℃以上２００℃未満に加熱する（加熱工程：Ｓ１１０）。そして、接触部１２０は、加熱工程Ｓ１１０で生成された揮発ガスＶＧをバイオマスＢに接触させる（接触工程：Ｓ１２０）。

以上説明したように、本実施形態にかかるバイオマス処理装置１００、および、これを用いたバイオマス処理方法によれば、バイオマスＡを加熱することで得られた揮発ガスＶＧをバイオマスＢに接触させるだけといった簡易な処理でバイオマスＢを殺菌することができる。したがって、バイオマスＢの殺菌を低コストで行うことが可能となる。

なお、加熱炉１１０に投入するバイオマスＡは、接触部１２０に搬入するバイオマスＢと比較して１５倍以上（質量換算）が好ましい。

（実施例）
未処理のバイオマスを用いた比較例と、揮発ガスＶＧに接触させたバイオマスを用いた実施例とで、微生物培養試験を行った。微生物培養試験は、バイオマスと水とを１：１で混合させて密閉容器に収容し、３０℃で１０日間インキュベートすることで実施した。そして、試験開始直後（０日）、３日経過後、１０日経過後のヘッドペース（密閉容器の気相部分）中のガス分析を行った。なお、ここでは、バイオマスとしてＥＦＢを用いた。

図３は、比較例と、実施例とのガス分析の結果を説明する図であり、図３（ａ）は比較例の結果を、図３（ｂ）は実施例の結果を示す。なお、図３中、酸素を丸で、二酸化炭素を三角で、水素を四角で示す。

図３（ａ）に示すように、比較例において、酸素の濃度は、試験開始直後（空気中の酸素濃度：２１％）から減少し、３日経過後には０％になった。また、二酸化炭素の濃度は、試験開始直後から増加し、４日経過後にピークに達し、その後、徐々に減少した。水素の濃度は、試験開始直後から増加し、３日経過後には、４％、１０日経過後には５％に到達することが分かった。

これにより、未処理のバイオマスは、水と混合させて、３０℃（室温）に放置すると、微生物が増加することが確認された。

一方、図３（ｂ）に示すように、実施例において、酸素の濃度は、試験開始直後からわずかに減少するものの、１０日経過後においても２０％を維持している。また、二酸化炭素の濃度は、試験開始直後からほとんど増加せず、１０日経過後においても２％程度増加したにすぎない。水素の濃度は、１０日経過後において０％と発生しないことが分かった。これにより、バイオマス由来の揮発ガスＶＧをバイオマスに接触させることにより、殺菌できることが確認された。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、加熱炉１１０に投入するバイオマスＡと、接触部１２０に搬入するバイオマスＢとの種類が同じである場合を例に挙げて説明した。しかし、加熱炉１１０に投入するバイオマスＡと、接触部１２０に搬入するバイオマスＢとの種類を異ならせてもよい。しかし、少なくとも加熱炉１１０に投入するバイオマスＡは、農業廃棄物由来のバイオマスが好ましい。農業廃棄物由来のバイオマスを加熱することで、相対的に多量に揮発ガスＶＧを得ることができる。

また、上記実施形態において、加熱炉１１０に投入するバイオマスＡと、接触部１２０に搬入するバイオマスＢとが別である場合を例に挙げて説明した。しかし、加熱炉１１０から排出されたバイオマスＡａ（揮発性物質が取り除かれたバイオマス）を、接触部１２０に搬入してもよい。

また、上記実施形態において、加熱炉１１０が１５０℃以上２００℃未満にバイオマスＡを加熱する構成を例に挙げて説明した。しかし、加熱温度に限定はなく、加熱炉１１０は、揮発ガスＶＧを効率よく生成する温度にバイオマスを加熱すればよい。

また、上記実施形態において、加熱炉１１０がバイオマスを加熱する加熱時間を、３０分以上１時間以下とする構成を例に挙げて説明した。しかし、加熱時間に限定はなく、加熱炉１１０は、バイオマスＡを効率よく殺菌できる時間を加熱時間としてもよい。

本発明は、バイオマス処理装置、および、バイオマス処理方法に利用することができる。

Ａ バイオマス（第１のバイオマス）
Ｂ バイオマス（第２のバイオマス）
ＶＧ 揮発ガス
１００ バイオマス処理装置
１１０ 加熱炉
１２０ 接触部

Claims (5)

1. 第１のバイオマスを予め定められた温度に加熱する加熱炉と、
   前記加熱炉によって生成された揮発ガスを第２のバイオマスに接触させる接触部と、
   を備えたことを特徴とするバイオマス処理装置。
2. 前記予め定められた温度は、１５０℃以上２００℃未満であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス処理装置。
3. 前記加熱炉は、前記第１のバイオマスを、前記予め定められた温度に３０分以上維持することを特徴とする請求項１または２に記載のバイオマス処理装置。
4. 前記加熱炉は、前記第１のバイオマスを空気中で加熱することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバイオマス処理装置。
5. 第１のバイオマスを予め定められた温度に加熱して揮発ガスを生成する工程と、
   前記揮発ガスを第２のバイオマスに接触させる工程と、
   を含むことを特徴とするバイオマス処理方法。

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