JP4472380B2 - バイオマス半炭化燃料の製造方法及び装置 - Google Patents
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Description
このように、半炭化工程以外の多くの工程を必要とするため、製造工程が複雑化し、高コストな設備となるなどの弊害を生じることとなる。しかも、製造工程中に発生するガス処理も複雑となる等の問題点もあり、バイオマスを大量に半炭化処理することが困難である。
セメント焼成設備における廃棄物の処理方法の多くは、セメント原料として従来から使用されてきたスラグや石炭灰に加えて、有機性廃棄物も同時に焼却処理を行うものである。
具体的には、有機性廃棄物の内の特に可燃性廃棄物を、セメント焼成装置のロータリーキルンに投入し、燃料の一部を代替するものとして使用することがおこなわれている。可燃性廃棄物としては、廃タイヤや廃プラスチックが利用され、これらを切断又は粉砕したものをロータリーキルンに直接投入し燃焼させ、焼成熱量の一部として利用している。
具体的には、含水汚泥を、乾燥することなく、また、添加剤を用いて前処理することなく直接、ロータリーキルンの窯尻部分又は仮焼炉に導入して焼却するものである。含水汚泥は、その殆どが水分と有機成分であるため、焼却により残留する灰分はごく微量であり、セメントクリンカの品質に影響を及ぼすこともなく、通常運転を行えるものである。
図3は、有機性廃棄物である含水汚泥8を、ロータリーキルン窯尻5に投入し、ロータリーキルン1内で焼却処理をする処理手段を、模式的に示す図である。図3に示すように、汚泥をロータリーキルン窯尻5に投入する場合には、投入された含水汚泥がロータリーキルン1内で瞬時に蒸発脱水し、汚泥中の有機物は燃焼し焼却される。9は、含水汚泥8をロータリーキルン窯尻5に供給するためのポンプである。なお、含水汚泥は、仮焼炉4に供給することも可能である。2はサスペンションプレヒータを示す。
例えば、廃タイヤや廃プラスチック等の可燃性廃棄物では、直接投入量でロータリーキルンで使用する燃料消費量の10%未満であが、含水の多い有機性廃棄物では、クリンカ焼成量に対して、数重量%に留まる。
しかも、セメント焼成設備では廃タイヤや廃プラスチックスといった熱量の有効利用が容易な可燃性廃棄物のみならず、廃木材や水分が多量に含まれる汚泥等も効率的に処理が可能な、バイオマスの半炭化燃料の製造方法及び装置を提供する。
さらに、炭化処理も半炭化で止めることにより、バイオマスの燃料としての利用効率の向上が図れる上、完全炭化と比較し、短時間でかつ少ない熱エネルギーでの炭化処理が可能となる。
また、半炭化したバイオマスは粉砕が可能であり、バイオマスを粉砕し粉末燃料とすることにより、燃焼設備の燃料炉などにおいて、燃料として再利用することが容易となると共に、粉末であるため、搬送がし易く燃焼も容易に行われるなどの利点がある。
また、バイオマスの燃料比が0.3〜3.5である場合には、バイオマス(例えば木材)の炭化過程で揮発する木タールなどの不完全分解性の有機成分が残存するため、バイオマスの持つエネルギーの収率が高くなり発熱量を有効に利用できる。
本発明において処理対象となるバイオマスは、廃木材、食品残渣、パルプ廃棄物、製紙スラッジ、下水汚泥等の有機性廃棄物が利用可能であるが、特にこれに限定されるものではなく、脱水、乾燥、更には半炭化処理を行うことにより燃料として利用可能な廃棄物は、本発明に利用することが可能である。
図1において、1はセメント焼成炉であるロータリーキルン、2はセメント原料を予熱するためのサスペンションプレヒータ、3は焼成したセメントを冷却するためのクリンカクーラ、4は仮焼炉、5は窯尻部を示す。
なお、参考までに、従来のNSPキルンの全体構成図を、図2示す。従来は、粉末原料21をサスペンションプレヒータ2に投入し、原料の予熱を行ない、仮焼炉4で仮焼成し、更に窯尻部5に仮焼成した原料を投入して、ロータリーキルン1でセメントの焼成を行なうよう構成されている。焼成されたセメントは、クリンカクーラ3で冷却され、冷却空気の一部は仮焼炉2次空気ダクト20を介して仮焼炉4に戻される。
他方、サスペンションプレヒータ2の排ガス22は、サスペンションプレヒータ排ガスファン23を介してセメント原料乾燥粉砕工程を経由して外部に排気される。
石炭ミル17では、半炭化した有機性廃棄物を、セメント焼成設備内で燃料として有効利用することを可能とするため、粉砕し粉末燃料とするものである。なお、半炭化した有機性廃棄物の性状によっては、半炭化物を粉砕せずに、仮焼炉4などに直接投入し燃焼させてもよい。
セメント焼成設備の高温排ガスとしては、図1に示すように、サスペンションプレヒータ2からの排ガス(温度330〜370℃,酸素濃度5%以下)とロータリーキルンの窯尻部からの排ガス(温度950〜1100℃,酸素濃度3%以下)を抽気し、混合して利用することが可能である。これらの排ガス以外にも、仮焼炉2次空気ダクトから一部を抽気した高温空気(温度700〜900℃)を利用することも可能である。
ただし、排ガスの温度や酸素濃度に関しては、バイオマスの種類に応じて、半炭化処理に適する温度(例えば、300〜700℃程度)、酸素濃度(例えば、10%以下)を選定する必要がある。
ロータリーキルン方式の利点は、抽気した高温排ガスとバイオマスとを、並流処理することが可能であること、また、この並流処理により、ロータリーキルン炉内での高温ガスは、バイオマスに含まれる水分や揮発成分の蒸発、あるいは揮発潜熱として優先的に利用されるため、バイオマスが必要以上に高温とならず、乾燥及び半炭化した有機物の再燃焼を防止することが可能となることである。
なお、温度が不足する場合には、各抽気ラインの途中に燃焼バーナを設置することも可能である。この場合には、燃焼バーナが消費する燃料は、炭化装置12で製造される半炭化燃料を用いることも可能である。
(1)加熱温度と木材の炭化度に関する試験
原料バイオマスとして、10×15×15mmの大きさの木材において、半炭化のための加熱、および試料の粉砕実験をおこなった。
密閉容器内に秤量した上記試料をセラミックス製容器に封入し電気炉にて加熱し炭化を進めた。表1に示す200℃,300℃,500℃,700℃の各温度で、電気炉にて1時間加熱することにより、木片の半炭化試験をおこなった。
遊星ミル(RETSCH社製 Centrifugal Ball Mill Type2)に上記半炭化後の試料をとり、200rpmで8分間粉砕し粉砕の容易性について粉砕試験をおこなった。
また、それぞれの試料についてJIS M8812「石炭類及びコークス類−工業分析方法」に従い試料の灰分、揮発分、固定炭素につき分析した。
次に、原料バイオマスとして、長さ50〜200mm、太さ10〜30mmφのサイズにカットした剪定材および、長さ10〜30mm、太さ1〜5mmφのサイズに細断した剪定材の2種類につき、加熱および粉砕実験をおこなった。
密閉容器内に秤量した上記試料を封入し、表2に示す10分、30分、60分の各時間で、電気炉にて300℃で加熱することにより、木片の半炭化試験をおこなった。
遊星ミル(RETSCH社製 Centrifugal Ball Mill Type2)に上記半炭化後の試料をとり、200rpmで8分間粉砕した。
つづいてレーザー回折式粒度分布測定装置(マイクロトラックSRA7995−10 日機装社製)にて粒度分布を測定し、88μ残分を算出した。
最適な燃料比を検討するため、粉砕可能性や処理効率の観点から、より細かな試験を行った結果、燃料比が0.3〜3.5の範囲のものが、最も好ましいことが判明した。
しかも、セメント焼成設備では、廃タイヤや廃プラスチックスといった熱量の有効利用が容易な可燃性廃棄物のみならず、廃木材や水分が多量に含まれる汚泥等も効率的に処理することが可能となる。
2 サスペンションプレヒータ
3 クリンカクーラ
4 仮焼炉
5 窯尻部
6 有機性廃棄物
8 含水汚泥
9 ポンプ
11 クリンカクーラ抽気ライン
12 炭化装置
13 サイクロン
14 半炭化装置排ガスライン
15 サスペンションプレヒータ排ガス抽気ライン
16 半炭化物の輸送ライン
17 石炭ミル
20 クリンカクーラ排ガスライン
21 粉末燃料
22 サスペンションプレヒータ排ガスライン
23 サスペンションプレヒータ排ガスファン
Claims (4)
- セメント焼成設備のサスペンションプレヒータからの排ガスとロータリーキルンからの排ガスを抽気して混合した高温排ガスを炭化装置に導入して、該高温排ガスとバイオマスとが直接接触する並流処理することでバイオマスの加熱処理を行い半炭化して燃料とする方法であって、半炭化したバイオマスの燃料比が0.3〜3.5であり、該半炭化したバイオマスを粉砕し粉末燃料とすることを特徴とするバイオマス半炭化燃料の製造方法。
- 請求項1に記載のバイオマス半炭化燃料の製造方法において、該高温ガス中の酸素濃度が10%以下であることを特徴とするバイオマス半炭化燃料の製造方法。
- 請求項1又は2記載のバイオマス半炭化燃料の製造方法において、半炭化したバイオマスを粉砕する際に、固体燃料と同時粉砕をおこない、粉末燃料を形成することを特徴とするバイオマス半炭化燃料の製造方法。
- 請求項1乃至3のいずれかに記載のバイオマス半炭化燃料の製造方法を利用するバイオマス半炭化燃料の製造装置。
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