JP5285004B2

JP5285004B2 - 固体燃料

Info

Publication number: JP5285004B2
Application number: JP2010041362A
Authority: JP
Inventors: 通宏木山; 允之山本
Original assignee: Creative Co Ltd
Current assignee: Creative Co Ltd
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: JP2011068851A

Description

本発明は固体燃料に関する。さらに詳しくは、廃棄された木材、紙結合剤、形態保持剤および熱量増強剤を有効に利用した固体燃料に関する。より具体的には、木材、紙の廃棄物および結合剤、形態保持剤、熱量増強剤を効果的に利用するとともに、燃焼後有害なガスや残渣が可及的に少なく、発熱量が大きくしかも二酸化炭素発生抑制につながる固体燃料、殊に発電用燃料に適した固体燃料に関する。

生活の近代化とともに、家庭生活、生産工場および加工工場などから木材屑、紙屑およびプラスチックなどの廃棄物が大量に発生し、その処分が社会問題となっている。これらの廃棄物は、大部分が回収され、焼却されたり土中に埋め込まれている。しかしこれら廃棄物を回収した後、生活用品へ再利用したり或いはエネルギー源へ利用する割合は徐々に増加しているが未だ充分とは云えない。殊に古い家屋からの廃材や間伐材、古紙の一部などは、回収や区分のための多大の費用を要し、再利用が困難であり、焼却処分されていた。また、昨今の地球規模での温暖化現象が原因と思われる大規模災害の頻発に伴い今や、温室効果ガスの一つである二酸化炭素の発生抑制を各国行っているが、未だ充分とはいえない。そこで、木材屑、紙屑、プラスチック屑を利用した固形燃料を発電用ボイラーで、石油や石炭の代替として利用されているが、二酸化炭素の発生抑制効果は、未だ充分とはいえない。

一方木材屑、紙屑や廃プラスチックを使用して、固体燃料として利用することが特許文献１〜３に提案されている。
特許文献１には、古紙と廃プラスチックを用いた固形燃料が提案されている。この固形燃料は、現実には古紙１００重量部に対して廃プラスチック２５〜１００重量部の組成であり、廃プラスチックが比較的多量（全体として２０〜５０重量％）使用されている。この特許文献１には、木質系廃材をさらに配合してもよいことが記載されているが、実施例において配合されている木質系廃材の割合は、全組成当り高々１０重量％程度である。前記固形燃料は、廃プラスチックの配合割合が比較的多く、そのためポリ塩化ビニルの混入による燃焼時の併害を少なくするために、得られた固形燃料を熱処理して脱塩素するという操作を必要とする。

特許文献２には、プラスチック、木材粉末、樹皮、古紙などを加圧結合させて、ペレット状に成形した固体燃料が提案されている。この固体燃料中のプラスチックの量は１０〜８０％と記載されているが、図２〜図４から判断するとプラスチックの量は３０％以上、好ましくは５０％以上と推察される。

また特許文献３には、木質系廃棄物１００重量部に対して合成樹脂系廃棄物５〜１０を混練してペレット化して燃料を得る方法が提案されている。この方法で得られたペレットは直径が約６ｍｍ〜１２ｍｍと小さく、また発熱量も充分とは云えず、さらに形態保持安定性も不充分であって火力発電用の固体燃料としては不適当なものである。

一方昨今の地球規模での温暖化現象が原因と思われる大規模災害の頻発に伴ない、温室効果ガスの一つである二酸化炭素の発生抑制を各国行っているが、未だ充分とはいえない。そこで、木材屑、紙屑およびプラスチック屑を利用した固形燃料を発電用ボイラーで、石油や石炭の代替として利用されているが、二酸化炭素の発生抑制効果は、未だ充分とはいえない。

すなわち、前記特許文献１〜３により提案されている固体燃料は、いずれもプラスチックを結合剤および燃料として使用しているため、プラスチックはそれ自体石油を原料としていることから考えると、これらの固体燃料は、二酸化炭素の発生抑制効果は不充分である。

特開平７−８２５８１号公報特開昭５７−５７７９６号公報特開昭６２−４３４９０号公報

そこで本発明者は、再利用化が困難であった廃木材や古紙を利用し、石油由来のプラスチックを実質上使用しないで二酸化炭素の発生抑制となりうるエネルギー源として使用しうる固体燃料の開発のために鋭意研究を進めた。その結果、廃木材および古紙を一定の大きさに細片化し、従来使用していた、焼却等の燃焼時に有毒ガスを発生させる可能性のあるプラスチックに変え、これらに結合剤、形態保持剤および熱量増強剤を一定の少割合混合し成形すると一定形状の大きさの固体形状に成形でき、しかも固体としての形態保持性に優れ、燃料として発熱量も大きくかつ有害ガスや有害残渣の発生も少なく、全ての素材が植物由来の成分であることから、二酸化炭素の発生抑制に大きく作用し、メカ発電用の固体燃料として有効であることが判明した。かくして本発明によれば、焼却処分以外に利用価値がなかった廃木材、古紙のそれぞれを有効に利用して、エネルギー源として活用でき、殊にクリーンエネルギー源としての発電用に使用しうる固体燃料を提供することが可能となった。

本発明によれば、下記の固体燃料が提供される。
（１）大きさが１〜２５ｍｍの木細片（Ａ成分）、大きさが１〜２５ｍｍの紙細片（Ｂ成分）、結合剤としての海藻由来の澱粉（Ｃ−１成分）、形態保持剤としての天然ゴム（Ｃ−２成分）および熱量増強剤としての南京黄櫨、唐胡麻もしくは南洋油桐の果実の種子またはその粉砕物（Ｄ成分）よりなる混合物から形成され、該混合物を１００重量部とした時、Ａ成分およびＢ成分の合計量は１５〜４５重量部であり、Ｃ−１成分、Ｃ−２成分およびＤ成分の合計量は５５〜８５重量部でありかつ、Ａ成分：Ｂ成分の割合は重量で２０：８０〜８０：２０であり、該混合物は圧縮成形されていることを特徴とする固体燃料。
(２)該混合物を１００重量部とした時、Ｃ−１成分およびＣ−２成分の合計量は２５〜６０重量部である前記(１)記載の固体燃料。
(３)該混合物を１００重量部とした時、Ｄ成分は１５〜６０重量部である前記(１)記載の固体燃料。
(４)Ｃ−１成分：Ｃ−２成分の割合は重量で６：４〜８：２である前記(１)記載の固体燃料。
(５)Ａ成分：Ｂ成分の割合は重量で２５：７５〜７５：２５である前記(１)記載の固体燃料。
（６）該熱量増強剤（Ｄ成分）が唐胡の種子またはその粉砕物である前記（１）記載の固体燃料。
(７)１個当りの大きさが平均で10〜100ｃｍ^３である前記(１)記載の固体燃料。
(８)角柱状および円筒状の形状を有する前記(１)記載の固体燃料。
(９)見掛け比重が0.3〜0.6g/ｃｍ^３である前記(１)記載の固体燃料。
(１０)発熱量が20〜30MJ/Kgである前記（１）記載の固体燃料。
(１１)火力発電用として使用するための前記(１)記載の固体燃料。

本発明の固体燃料は廃木材、古紙、結合剤、形態保持剤および熱量増強剤をバランスよく利用して、新しいエネルギー源、殊に発電用エネルギー源として有効に活用しうるものである。本発明の固体燃料は、焼却処分する対象であった木材、紙の廃棄物を使用して、有害なガスや有害な残渣の発生が少なく、発熱量が大きく、かつ二酸化炭素の発生抑制につながる新しいタイプの固体燃料となりうるものである。
殊に本発明の固体燃料においては、廃木材、古紙を特定の大きさの細片としかつ一定の割合使用することにより、結合剤、形態保持剤がバインターとして、また、熱量増強剤が熱量の確保として有効に機能し、固体燃料として成形することが可能となった。
本発明の固体燃料は、石油由来のプラスチックを実質的に使用せず、植物由来の結合剤、形態保持剤および熱量増強剤を使用するので、二酸化炭素発生抑制効果が格別に優れている。

本発明の固体燃料は、木細片、紙細片、結合剤、形態保持剤および熱量増強剤の混合物を成形して得られた固体物であり、木細片、紙細片の原料は廃棄物として処分の対象となったものが利用される。以下それぞれの原料組成比、成形方法について説明する。

（ａ）木細片
木細片の原料としては、古い家具、古い家屋などの建築物を解体して回収された廃材、製材工場からの木屑や端材、間伐材、使用済のパレットなどが使用される。その木の種類は特に制限されない。前途した廃材は、乾燥したものはそのまま、含水したものは乾燥した後、破砕して使用される。製材工場から回収された木屑は、その大きさが後述する範囲であれば、そのまま破砕することなく使用できる。
破砕した木細片の大きさは、1〜２５ｍｍの範囲が望ましい。ここで云う大きさとは、木細片の最大径を意味する。具体的に目開きが２５ｍｍ以下の篩を通過したものを原料として使用することができる。好ましい大きさは１〜２５ｍｍの範囲である。破砕された木細片の形状は、特に制限されないが、例えば歯の付いたロータリー型の破砕機にて粉砕したものであればよい。木細片は乾燥したものが好ましく、水分含有量が20重量％以下望ましくは15重量％以下であれば何等支障がない。

（ｂ）紙細片
紙細片の原料としては、古本、新聞紙、ダンボール、事務用紙などの再生紙としてリサイクルされる古紙のみならず、再生紙として利用され難しコーティング紙やラミネート紙なども使用することができる。紙原料は裁断もしくは切断することにより1〜２５ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目開き２５ｍｍ以下の篩を通過するものを意味する。好ましい紙細片の大きさは１〜２５ｍｍである。原料として使用する紙細片は、乾燥されたものであればよいが、通常水分を15重量％以下、好ましくは10重量％含有していてもよい。

(c−１)結合剤
結合剤には、アルギン酸を含む海藻から採取された澱粉で、アガロース、カラギナン、カードランまたはグルコマンナンがあり、これらのうち少なくとも1種のもので乾燥されたもの、あるいは形態保持剤のうちのいずれかと組み合わせたものであればよい。結合剤は、裁断もしくは切断することにより1〜50ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目開き50ｍｍ以下の篩を通過するものを意味する。また、これらが粉末状のものでも良い。

(ｃ−２)形態保持剤
形態保持剤としては天然ゴムもしくは天然ゴム含有物が使用される。例えばグアガム、タラガム、ローカストビーンガム、タマリンドシードガム、サイリウムシードガム、アラビアガム、ジェランガム、カードラン、ペクチン、セルロース、キチン、キトサン、キサンタンガム、カラヤガム、アラビノガラクタン、ガディガム、トラガントガム、ファーセレラン、プルラン、アエロモナスガム、アグロバクテリウムスクシノグリカン、アゾトバクタービネランジーガム、アマシードガム、アーモンドガム、ウェランガム、エルウィニアミツエンシスガム、エレミ樹脂、エンテロバクターガム、エンテロバクターシマナスガム、オリゴグルコサミン、カシアガム、カロブビーンガム、グルコサミン、サバクヨモギシードガム、スクレロガム、セスバニアガム、デキストラン、トリアカンソスガム、トロロアオイ、マクロホモプシスガム、ラムザンガム、レバン、ダルマン樹脂、モモ樹脂、タマリンド、プルランがあり、これらのうち少なくとも1種のもので乾燥されたもの、あるいは形態保持剤のうちのいずれかと組み合わせたものであればよい。
これらのうち好ましいものは、グアガム、タラガム、ローカストビーンガム、タマリドシードガム、サイリウムシードガム、ジェランガム、カードラン、キサンタンガム、アラビアガム、ペクチン、セルロース、キチン、キトサン、キサンタンガム、カラヤガム、カロブビーンガムであり、最も好ましいものは、グアガム、タラガム、ローカストビーンガム、タマリドシードガム、サイリウムシードガム、ジェランガム、カードラン、キサンタンガムである。
形態保持剤は、裁断もしくは切断することにより1〜50ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目開き50ｍｍ以下の篩を通過するものを意味する。また、これらが粉末状のものでも良い。

（ｄ）熱量増強剤
熱量増強剤として植物油含有物質である南京黄櫨、唐胡麻、南洋油桐の果実の種子またはその粉砕物が使用される。これら植物油含有物質は裁断もしくは切断することにより1〜50ｍｍの大きさとする。ここで云う大きさとは、目開き50ｍｍ以下の篩を通過するものを意味し、主に種子部を使用するが枝や幹が一部混合されていても良い。

（ｅ）組成比
全成分の混合物を１００重量部とした時、木細片（Ａ成分）および紙細片（Ｂ成分）の合計量は１５〜４５重量部、好ましくは２０〜４０重量部であり、結合剤（ｃ−１成分）、形態保持剤（ｃ−２成分）および熱量増強剤（Ｄ成分）の合計量は５５〜８５重量部好ましくは６０〜８０重量部である。またＡ成分；Ｂ成分は重量で２０：８０〜８０：２０であり、好ましくは２５：７５〜７５：２５である。
また混合物を１００重量部とした時、ｃ−１成分およびｃ−２成分の合計量は２５〜６０重量部、好ましくは３０〜５５重量部であり、Ｄ成分は１５〜６０重量部、好ましくは１８〜５５重量部である。
さらにｃ−１成分：ｃ−２成分の割合は重量で６：４〜８：２、好ましくは６．５：３．５〜７．５：２．５である。Ａ成分：Ｂ成分の割合は２０：８０〜８０：２０、好ましくは２５：７５〜７５：２５である。

本発明の固体燃料はかかる範囲とすることにより、相対的に少ない結合剤、形態保持剤および熱量増強剤の使用によって固体化し得るとともに廃木材と古紙のバランスのよい再利用が可能となり、発熱量が安定したものとなる。また木細片と紙細片の合計重量15〜45重量部に対し結合剤、形態保持剤および熱量増強剤55〜85重量部である。これは、固体燃料に要求される発熱量により、割合は変化する。

(ｆ)成形方法
前記した木細片、紙細片、結合剤、形態保持剤および熱量増強剤を前記割合に混合したものを緊密に分散するように加圧・圧縮することが好ましい。
殊に木細片と紙細片を予め混合しておき、その両者の混合物に結合剤、形態保持剤および熱量増強剤を混合する方法が好ましく、混合する機械としては一軸または二軸の押出機を利用することができる。特に二軸のスクリュー押出機の使用が望ましい。押出機より圧縮押出された組成物は、具体的には角柱状もしくは円形状のノズルが排出し、適当な長さに切断することにより、角柱状もしくは円筒状の形状した成形物となる。
この際、円形状のノズルの直径を5〜50ｍｍ、切断長さを10〜100ｍｍとすることにより、固体燃料として望ましい大きさのものとすることができる。

(ｇ)固体燃料の特性
本発明の固体燃料は前記した成形方法で、製造することが工業的に好ましいので、形状は円筒形乃至角柱形が望ましいが、特に円筒形が有利である。また大きさとしては、一個当たりの容積として平均で10〜100ｃｍ^３が望ましい。また固体燃料の見掛け比重が0.3〜0.6g/ｃｍ^３の範囲が望ましい。
固体燃料は発熱量が安定しておりその発熱量は20〜30Mj/kgである。従って本発明の固体燃料は廃木材、古紙、結合剤、形態保持剤および熱量増強剤をバランスよく利用したものであり、また発熱量も高く安定しており二酸化炭素の発生抑制効果が高いことから火力発電用の燃料として有利に使用される。

以下実施例を示して本発明を具体的に説明する。
なお以下の実施例中使用した木細片、紙細片、結合剤、形態保持剤および熱量増強剤は下記のものを使用した。
（イ）木細片（Ａ成分）
建設系廃材および、製材系端材などからなる廃木材の破砕したもの(大きさ25ｍｍ以下)。
(ロ)紙細片（Ｂ成分）
各種包装用紙廃材および保護フィルム付紙廃材を破砕したもの(大きさ25ｍｍ以下)。
(ハ)結合剤（Ｃ−１成分）、形態保持剤（Ｃ−２成分）
結合剤（Ｃ−１成分）として乾燥させた海藻を大きさ２５ｍｍ以下に破砕したもの(アガロース)。
形態保持剤（Ｃ−２成分）としてグアガムを粉末状にしたもの。
(ニ）熱量増強剤（Ｄ成分）
栽培した唐胡麻から採取した種子およびその粉砕物。

［実施例１］
Ａ成分５重量部、Ｂ成分１５重量部の混合物にＣ−１成分１５重量部、Ｃ−２成分１０重量部およびＤ成分５５重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約３５ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ５０ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量及び下記方法で試験した形態保持安定性を下記表１に示した。

［実施例２］
Ａ成分１５重量部、Ｂ成分５重量部の混合物にＣ−１成分２０重量部、Ｃ−２成分５重量部およびＤ成分５５重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約３５ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ５０ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量及び形態保持安定性を下記表１に示した。

［実施例３］
Ａ成分１０重量部、Ｂ成分３０重量部の混合物にＣ−１成分２８重量部、Ｃ−２成分７重量部およびＤ成分２５重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約３５ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ５０ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量及び形態保持安定性を下記表１に示した。

［実施例４］
Ａ成分３０重量部、Ｂ成分１０重量部の混合物にＣ−１成分２４重量部、Ｃ−２成分１６重量部およびＤ成分２０重量部を混合し、二軸スクリュー押し出し機にて押し出し、直径約３５ｍｍの円筒状固体燃料を得た（長さ５０ｍｍ）。この固体燃料の見掛け比重（嵩比重）、発熱量、塩素含有量及び形態保持安定性を下記表１に示した。

〈固体燃料の形態保持安定性の試験〉
前記試料（１）〜（４）のそれぞれについて形態保持安定性を調べた。以下“砕片化の重合割合”とは固体燃料を篩にかけ、大きさが約１０ｃｍ^３以下の砕片の総重量を計り、篩にかける前の固体燃料の重量に対するその砕片の割合を算出したものである。
なお形態保持安定性は、成形後５００Ｋｇの固体燃料を貯蔵施設から運搬車両へ、リーチローダーを使用して積む作業を２回繰返した。
評価結果は下記のとおりであった。
試料(１)：
成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時および運搬車両への積み込み時におい
ても一定の形、大きさを保っている。（砕片化の重量割合：３％）
試料(２)：
成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを保って
いる。（砕片化の重量割合：５％）
試料(３)：
成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを保って
いる。（砕片化の重量割合：２％）
試料(４)：
成形状態は良好であり、貯蔵施設への搬送時においても一定の形、大きさを保って
いる。（砕片化の重量割合：４％）
（評価：砕片化の重量割合）
０％〜５％：良い
６％〜１０％：普通
１１％〜１５％：悪い

Claims

大きさが１〜２５ｍｍの木細片（Ａ成分）、大きさが１〜２５ｍｍの紙細片（Ｂ成分）、結合剤としての海藻由来の澱粉（Ｃ−１成分）、形態保持剤としての天然ゴム（Ｃ−２成分）および熱量増強剤としての南京黄櫨、唐胡麻もしくは南洋油桐の果実の種子またはその粉砕物（Ｄ成分）よりなる混合物から形成され、該混合物を１００重量部とした時、Ａ成分およびＢ成分の合計量は１５〜４５重量部であり、Ｃ−１成分、Ｃ−２成分およびＤ成分の合計量は５５〜８５重量部でありかつ、Ａ成分：Ｂ成分の割合は重量で２０：８０〜８０：２０であり、該混合物は圧縮成形されていることを特徴とする固体燃料。
該混合物を１００重量部部とした時、Ｃ−１成分およびＣ−２成分の合計量は２５〜６０重量部である請求項１記載の固体燃料。
該混合物を１００重量部とした時、Ｄ成分は１５〜６０重量部である請求項１記載の固体燃料。
Ｃ−１成分：Ｃ−２成分の割合は重量で６：４〜８：２である請求項１記載の固体燃料。
Ａ成分：Ｂ成分の割合は重量で２５：７５〜７５：２５である請求項１記載の固体燃料。
該熱量増強剤（Ｄ成分）が唐胡麻の種子またはその粉砕物である請求事項１記載の固体燃料。
１個当りの大きさが平均で10〜100ｃｍ^３である請求項１記載の固体燃料。
角柱状および円筒状の形状を有する請求項１記載の固体燃料。
見掛け比重が０．３〜０．６ｇ／ｃｍ^３である請求項１記載の固体燃料。
発熱量が２０〜３０MJ/Kgである請求項１記載の固体燃料。
火力発電用として使用するための請求項１記載の固体燃料。