JP4130826B2 - 燃料用成形木炭の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、燃料用に利用する成形木炭の製造方法に関するものであり、廃木材を原料に炭化して得られる木炭を微粉化し圧縮成型処理を行い高密度の成形木炭を成形、再燃焼工程として精錬処理を施すことで、燃料用成形木炭としての品質向上を目指したものである。
廃木材等の代表樹種である杉や桧・松などの針葉樹を原料に炭化プロセスにより粗木炭と木酢タールを作り、それら原料を混合圧縮成形した後、再焼成処理してなる熱処理工程を導入した工業的手法による燃料用成形木炭の生産する方法は、木質廃棄物利用燃料の一方法として行き場のない廃木材リサイクルの有力な方法でもある。
試作成形炭(焼成条件:室温→950℃、昇温速度5℃/min)は、500℃焼成した針葉樹木炭を原料として使用して粉砕し、得られた木炭粉に木酢タールを加えて混練を行い、粘土状となった木炭粉と木酢タールの混合物を作成し、筒状の成形用金型に充填し圧縮成形を行った。得られた成形物を電気炉にて無酸素状態で焼成した。
この試作成形炭と市販されている各種燃料用木炭の燃焼特性をTGーDTA熱天秤(Rigaku TGー8120)を用いて評価した。試作成形炭、その原料となる針葉樹廃木材木炭、また比較サンプルとして市販備長炭、市販バーベキュー用黒炭、ならびにオガライト炭を用いて発熱量と燃焼特性を比較した。
また、燃料用成形炭のサンプル2には3000℃で精製した人造黒鉛粉末を木炭に対して10wt%添加した。この人造黒鉛粉末はカーボン製品製造の際、切削屑として排出されるものでも炭素質純度98%以上のものを使用した。
人造黒鉛は木炭と比較して、発火点が高く燃焼速度が遅い。そのため木炭粉と人造黒鉛粉の混合により発火点が低く燃えつき温度が高い、お互いの燃焼特性のよい部分を合わせ持った成形炭が得られるかを確かめた。
また人造黒鉛粉を混合したサンプル2では、木炭の燃焼と人造黒鉛の燃焼帯域がはっきりと分離する結果が得られた。
試料としてサンプル2を用い、窒素雰囲気にて再焼成処理を行った。焼成条件は室温から昇温し600℃で2時間保持後に急冷、ならびに850℃まで昇温し急冷の2つのサンプルを試作した。再焼成処理温度が燃焼特性に与える影響を「サンプル2のDTA線図 再焼成処理の影響」としてグラフ4に示す。
再焼成処理により発火点、燃えつき点ともに温度の上昇がみられた。木炭と人造黒鉛の燃焼ピークは、高い温度で再焼成処理を行うことにより、その間隔が狭まることが確認できた。以上の結果から適切な再焼成処理を行うことにより、木炭と人造黒鉛の燃焼特性を合わせ持つ成形炭の製造ができることが知見された。
実施品の燃料用成形木炭においては、木炭粒径と密度の調整の他に外周部の突起や溝などの形状、さらに、中空孔の数や形状を計画的に付与することによって、火持ちと火力コントロールを制御できることを確認した。図1は本発明に係る燃料用成形木炭の断面形状例を示す。外形、及び中空孔の形状によって酸素との接触条件が変化し燃焼特性が変化する。
本発明は、まずその原料となる炭化物を採る炭化プロセスに代表される。炭化プロセスは、木材等の木質バイオマスを空気の供給を謝絶した乾留炭化炉を使い400〜700℃前後で炭化して熱分解して得られる炭素質が80%以上の粗木炭を使用。その際、粗木炭、及び木酢タール、木ガスは、ほぼ1/3の割合いで採取する。
分留した木酢液は、様々な木材成分が含まれており、除草剤や消臭材、自然農薬としての利用や各種原料などへ用途があるが、本発明の燃料用成形木炭のバインダーとしての使用も確かめられ良好な結果が得られた。図3は木酢タールの分留工程を表した図である。
また、添加材として混合する人造黒鉛粉の配合比率は製品の燃焼特性に影響を及ぼし、多すぎると着火性能や燃焼の疎外要因となるので5〜25%程度にすることが望ましい。
発明者らは、この精錬工程に着目しており、試作実験で焼成処理温度によって目的とする成形木炭の着火温度や燃焼コントロールが自在になることを確かめている。また、再焼成処理のあと窒素ガスによる消火の前に表面を燃焼させ燃焼触媒である灰を表面に表出させることで木炭の着火性を向上させることも確かめている。つまり、従来の白炭と言われる木炭は、木材を穴窯で500℃前後の温度で所定時間炭化した後、木炭を窯から出し1000℃前後にて燃やす「精錬」操作が白炭製炭法の特長となっている。この「精錬」に匹敵する熱処理工程を工業的システムとしたことが本発明の再燃焼処理である。
図5に本発明の白炭精錬工程を示す。炭化システムで採取した燃焼ガスを使い再燃焼処理として還元雰囲気下で約600℃〜1000℃前後で熱処理した後、窒素ガスによる消火と消し砂等による急冷方法を行う。再燃焼処理の方法として電気炉による熱処理方法も適しているがいずれも酸素の供給を制御した還元雰囲気で処理しないと木炭は燃焼して減量する。炭化した木炭を消火するとき水を掛たり、穴窯に入れたまま消火する黒炭の製法と根本的に違う工程であり、本発明の燃料用成形木炭製造の特長である。尚、図4は参考図例であり消火冷却を消し砂による他に密封缶や函体に入れる方法など、本発明による再燃焼操作に係るものである。
Claims (3)
- 炭素質が80%以上の炭化物からなる原料となる炭の粉末に、人造黒鉛粉末5%〜25%を混合し、これに木酢タール、動植物性油脂、植物由来の糖質、もしくは廃食用オイル、ポリビニルアルコールの一種又は複数種をバインダーとして添加し圧縮成形後、600〜1000℃の還元雰囲気で再焼成処理をしてなる燃料用成形木炭の製造方法。
- 原料となる炭が針葉樹やオガ屑、樹皮、稲藁、籾殻、農産廃棄物、果樹剪定枝、古紙、食品残査物、汚泥、畜産糞、廃プラスチックなど有機物を400〜700℃前後で乾留炭化してなる炭素質が80%以上の炭化物からなり、人造黒鉛粉が炭素質98%以上であることを特長とする請求項1に係る燃料用成形木炭の製造方法。
- 請求項1及び請求項2記載の燃料用成形木炭の表面に、木炭の灰成分であるカリウム(K2O)とカルシウム(CaO)を燃焼触媒として付着させる目的で、再焼成処理をしたあと消火の前に表面燃焼させ灰分を表面に付着させることを特長とする燃料用成形木炭の製造方法。
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