JP5558185B2 - バイオマスの洗浄方法、バイオマス炭の製造方法、および竪型炉の操業方法 - Google Patents
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Description
本発明は、バイオマスの洗浄方法、前処理されたバイオマスを炭化してバイオマス炭を製造するバイオマス炭の製造方法、および製造したバイオマス炭を用いた竪型炉の操業方法に関する。
昨今、地球温暖化防止の観点から二酸化炭素排出量削減が緊急の課題である。二酸化炭素の排出量削減の方法として、インプットの炭素量を削減する、アウトプットの二酸化炭素を回収する、従来の石炭・石油等をカーボンフリーの炭素源に代替する等の技術開発が行われている。カーボンフリーの炭素源としてはバイオマスが知られている。バイオマスとしては、建築家屋の解体で発生する木材廃棄物、製材所発生の木質系廃棄物、森林等での剪定廃棄物、農業系廃棄物などがある。その処理利用方法としては、埋立て、放置、焼却、燃料等が主なものである。また、燃料利用を目的としたバイオ燃料作物も知られている。
また、このようなバイオマスを熱分解して可燃性ガスや炭化物（バイオマス炭）を製造して燃料として再利用する技術も知られている（例えば、特許文献１参照。）。
一方で、銑鉄を製造する竪型炉である高炉においては、鉄鉱石などの鉄源と熱源としてコークスが原料として用いられており、補助燃料として微粉炭が使用されている。高炉の羽口から熱風と共に安価な微粉炭を吹き込むことで、高価なコークスの使用量を削減することができる。この微粉炭として上記のバイオマス炭を用いることで、二酸化炭素排出量削減に貢献できることになる。
しかし、高炉吹き込み用の微粉炭の替わりにバイオマス炭を用いる場合、バイオマス炭の原料であるバイオマスの種類によっては、カリウムやナトリウムなどが含まれている場合があり問題である。
すなわち、バイオマス中に、カリウムやナトリウムなどが含まれている場合、それらがバイオマス炭（炭化物）中にも残存して、バイオマス炭を高炉吹き込み用微粉炭（高炉用還元材）として使用する場合に、カリウムやナトリウムなどが例えば高炉内に滞留して、炉内で閉塞をもたらしたり、通気性の悪化を招くなどの悪影響が懸念される。
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、バイオマスがカリウムやナトリウムなどのアルカリ金属を含有する場合であっても、アルカリ金属含有量の低いバイオマス炭を製造できる、バイオマスの洗浄方法、バイオマス炭の製造方法、および竪型炉の操業方法を提供することにある。
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理のいずれか一つの処理を施す第一工程と、
前記第一工程の処理を施したバイオマスを水洗する第二工程と、
を有するバイオマスの洗浄方法。
（２）、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理の少なくとも一つ以上の処理を施す第一工程と、
前記第一工程の処理を施したバイオマスを水洗する第二工程と、
を有するバイオマスの洗浄方法。
（３）、前記第一工程が、バイオマスを大気圧超えで加圧処理することにより軟化処理または細胞膜の破壊処理を施すことからなる、（１）または（２）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（４）、前記加圧処理が、２×１０5Ｎ／ｍ2以上の圧力で加圧することからなる（３）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（５）、前記加圧処理が、加圧した水蒸気を用いて加圧処理することからなる（３）または（４）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（６）、前記第一工程が、軟化処理または細胞膜の破壊処理のいずれかを施すことからなり、
前記第二工程の前に、前記第一工程の処理を施したバイオマスを乾燥させる乾燥処理を有する、（３）ないし（５）のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法。
（７）、前記第一工程が、バイオマスを６０℃以上の温度に保持することにより乾燥処理を施すことからなる（１）または（２）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（８）、前記第一工程が、乾燥処理を施すことからなり、
前記第二工程が、乾燥処理を施したバイオマスを破砕しながら水洗することからなる、（１）または（２）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（９）、前記水洗が、酸を添加した水溶液で洗浄する酸洗である（１）ないし（８）のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法。
（１０）、（１）ないし（９）のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法を用いて洗浄されたバイオマスを乾留することを特徴とするバイオマス炭の製造方法。
（１１）、前記乾留が４００〜８００℃で行なわれる（１０）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１２）、（１０）または（１１）に記載の製造方法を用いて製造されたバイオマス炭を、竪型炉吹き込み用バイオマス炭として竪型炉の羽口から吹き込むことを特徴とする竪型炉の操業方法。
（１）、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理のいずれか一つの処理を施す第一工程と、
前記第一工程の処理を施したバイオマスを水洗する第二工程と、
を有するバイオマスの洗浄方法。
（２）、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理の少なくとも一つ以上の処理を施す第一工程と、
前記第一工程の処理を施したバイオマスを水洗する第二工程と、
を有するバイオマスの洗浄方法。
（３）、前記第一工程が、バイオマスを大気圧超えで加圧処理することにより軟化処理または細胞膜の破壊処理を施すことからなる、（１）または（２）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（４）、前記加圧処理が、２×１０5Ｎ／ｍ2以上の圧力で加圧することからなる（３）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（５）、前記加圧処理が、加圧した水蒸気を用いて加圧処理することからなる（３）または（４）に記載のバイオマスの洗浄方法。
（６）、前記第一工程が、軟化処理または細胞膜の破壊処理のいずれかを施すことからなり、
前記第二工程の前に、前記第一工程の処理を施したバイオマスを乾燥させる乾燥処理を有する、（３）ないし（５）のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法。
（７）、前記第一工程が、バイオマスを６０℃以上の温度に保持することにより乾燥処理を施すことからなる（１）または（２）に記載のバイオマスの洗浄方法。
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前記第二工程が、乾燥処理を施したバイオマスを破砕しながら水洗することからなる、（１）または（２）に記載のバイオマスの洗浄方法。
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（１０）、（１）ないし（９）のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法を用いて洗浄されたバイオマスを乾留することを特徴とするバイオマス炭の製造方法。
（１１）、前記乾留が４００〜８００℃で行なわれる（１０）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１２）、（１０）または（１１）に記載の製造方法を用いて製造されたバイオマス炭を、竪型炉吹き込み用バイオマス炭として竪型炉の羽口から吹き込むことを特徴とする竪型炉の操業方法。
本発明によれば、バイオマスがカリウムやナトリウムなどのアルカリ金属を含有する場合であっても、アルカリ金属含有量の低いバイオマスを得て、アルカリ金属含有量の低いバイオマス炭を製造できる。また、バイオマス炭を吹き込んで使う竪型炉内での通気性も向上する。洗浄したバイオマスを利用するにあたって、炉内壁への灰分固着トラブル、熱回収ボイラへの灰分固着トラブル等のアルカリ金属に起因する設備トラブルを回避できる。
これによりアルカリ金属を含有するバイオマスであっても、乾留して竪型炉吹き込み用バイオマス炭として用いることができ、バイオマスの再利用が促進されて、二酸化炭素の排出量削減に貢献できる。
本発明では、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理の少なくとも一つ以上の処理を施す第一工程と、前記第一工程の処理を施したバイオマスを水洗する第二工程と、を有するバイオマスの洗浄方法を用いる。第一工程では、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理のいずれか一つの処理を施せば、その後に水洗する第二工程を経ることでアルカリ金属含有量の低いバイオマスを得ることができるが、バイオマスに、乾燥処理、軟化処理または細胞膜の破壊処理の中から選ばれる二つ以上の処理を施すことでさらに効果を高めることができる。
［実施の形態１］
実施の形態１では、バイオマスに大気圧超えの加圧処理を施し、その後水洗する。バイオマスが含有するカリウムやナトリウムなどのアルカリ金属は、バイオマス表面に付着していないので、単に水洗するだけでアルカリ金属の含有量を十分に減少させることは困難である。しかし、水洗の前に加圧処理を施してその後に圧力を開放することによりバイオマスが軟化し、また細胞膜の破壊が起こり、水洗でアルカリ金属を除去することが可能となる。
実施の形態１では、バイオマスに大気圧超えの加圧処理を施し、その後水洗する。バイオマスが含有するカリウムやナトリウムなどのアルカリ金属は、バイオマス表面に付着していないので、単に水洗するだけでアルカリ金属の含有量を十分に減少させることは困難である。しかし、水洗の前に加圧処理を施してその後に圧力を開放することによりバイオマスが軟化し、また細胞膜の破壊が起こり、水洗でアルカリ金属を除去することが可能となる。
加圧処理は大気圧超えであれば効果があるが、２×１０5Ｎ／ｍ2以上の圧力で加圧すると、その後の水洗でのアルカリ金属除去効果が大きく、効果的である。１×１０６Ｎ／ｍ2以下の圧力で加圧するのが好ましい。１×１０６Ｎ／ｍ2超えの圧力で加圧するのは、設備費や運転費がかさむために経済的ではない。
加圧処理の時間は３０分以上とすることが好ましく、１時間以上であれば更に好ましい。なお、加圧処理の効果の観点からは、加圧処理の時間を５時間以内とすることが好ましい。
加圧処理は、水蒸気を用いて行なうことが好ましい。水蒸気を用いた加圧処理は、例えば、バイオマスを装入して密閉した処理槽の中に加圧した飽和水蒸気を導入することで行なうことができる。
加圧処理を施したバイオマスを乾燥した後に、水洗することが好ましい。加圧処理後に乾燥することで、洗浄液がバイオマス内部によく浸透するようになるため、アルカリ金属の除去効果が向上する。
水洗処理は、バイオマスを水に浸漬させて行なえばよいが、水に硫酸等の酸を添加して、酸洗処理とすることが好ましい。酸洗により、バイオマスの細胞膜が破壊されるため、アルカリ金属の除去効果が一層向上する。
バイオマスとは、ある一定量集積した動植物資源とこれを起源とする廃棄物の総称（ただし、化石資源を除く）であり、本発明で用いるバイオマスには、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等の、熱分解して炭化物を生成するあらゆるバイオマスを用いることができる。有効発熱量の高いバイオマスを用いることが好ましく、木質系バイオマスを用いることが好ましい。木質系バイオマスとしては、パルプ黒液、チップダスト等の製紙副産物、樹皮、のこ屑等の製材副産物、枝、葉、梢、端尺材等の林地残材、スギ、ヒノキ、マツ類等の除間伐材、食用菌類の廃ホダ木等の特用林産からのもの、シイ、コナラ、マツ等の薪炭林、ヤナギ、ポプラ、ユーカリ、マツ等の短伐期林業等の林業系バイオマスや、市町村の街路樹、個人宅の庭木等の剪定枝条等の一般廃棄物や、国や県の街路樹、企業の庭木等の剪定枝条、建設・建築廃材等の産業廃棄物等が挙げられる。農業系バイオマスに分類される、廃棄物・副産物を発生源とする籾殻、麦わら、稲わら、サトウキビカス、パームヤシ（アブラヤシ）等や、エネルギー作物を発生源とする米糠、菜種、大豆等の農業系バイオマスの一部も木質系バイオマスとして好適に用いることができる。
実施の形態１では、上記のバイオマスの中でも特に、カリウムやナトリウムなどのアルカリ金属を高濃度で含有するバイオマスを原料としてバイオマス炭を製造する場合に用いると効果的であり、カリウム濃度１ｍａｓｓ％以上のバイオマスに本発明を用いることが好ましい。カリウムやナトリウムなどのアルカリ金属を高濃度で含有するバイオマスとしては、パームヤシ（アブラヤシ）、トウモロコシ、バナナ等がある。パームオイルの副産物であるパームヤシ（アブラヤシ）の空果房（ＥＦＢ）は、オイルを含んだ果実をはがした果房茎部であり、カリウムを２〜３ｍａｓｓ％（ドライベース）を含有することが知られている。
バイオマスは、所定の粒径に破砕処理後に、水洗することが好ましい。粒径（最大長さ）が小さいほど洗浄効果が向上するため、粒径は２００ｍｍ以下とすることが好ましい。一方で、粒径が小さすぎると、シャフト炉を用いて炭化処理する場合など、炭化方法によっては炭化処理が困難となるので、粒径５ｍｍ以上とすることが好ましい。バイオマスが細い繊維状のものを用いる場合などは、破砕することなく洗浄することも可能である。例えば、長さが３００〜５００ｍｍのパームヤシ（アブラヤシ）の空果房は、破砕することなくそのまま実施の形態１に用いることが可能である。
上記の方法で洗浄したバイオマスは、アルカリ金属の含有量が十分に低減された状態であり、空気（酸素）の供給を遮断または制限して加熱することで乾留して、バイオマス炭が製造される。乾留は、４００〜８００℃で行なうことが好ましい。乾留炉としては、例えば、シャフト炉等の竪型炉を用いることができる。このようにして製造されたバイオマス炭は、アルカリ金属を高濃度で含有していないので、竪型炉吹き込み用に好適に用いることができる。上記の方法で洗浄したバイオマスを用いて製造されたバイオマス炭は、吹き込みに適当な粒径に粉砕して、竪型炉の羽口から吹き込んで使用することができる。
バイオマスの水洗に用いた水は、カリウム等のミネラルを高濃度で含有するため、肥料として用いることが好ましい。複数回の洗浄に用いた洗浄水は、例えばカリウムを数ｍａｓｓ％含有するため、肥料として好適に用いることができる。バイオマスとして農業系、林業系バイオマスを用いる場合には、バイオマスの発生源の近くで水洗処理を行なうことで、運搬の費用をかけずに洗浄後の水を肥料として有効利用することが可能となる。同時に排水の処理も不要となる。
［実施の形態２］
実施の形態２では、バイオマスに乾燥処理を施し、その後水洗する。バイオマスが含有するカリウムやナトリウムなどのアルカリ金属は、バイオマス表面に付着していないので、単に水洗するだけでアルカリ金属の含有量を十分に減少させることは困難である。しかし、水洗の前に乾燥処理を施すことで、洗浄液がバイオマス内部によく浸透するようになるため、アルカリ金属の除去効果が向上する、水洗でアルカリ金属を除去することが可能となる。
実施の形態２では、バイオマスに乾燥処理を施し、その後水洗する。バイオマスが含有するカリウムやナトリウムなどのアルカリ金属は、バイオマス表面に付着していないので、単に水洗するだけでアルカリ金属の含有量を十分に減少させることは困難である。しかし、水洗の前に乾燥処理を施すことで、洗浄液がバイオマス内部によく浸透するようになるため、アルカリ金属の除去効果が向上する、水洗でアルカリ金属を除去することが可能となる。
乾燥処理はバイオマスの水分含有量が低下すれば効果があるが、６０℃以上の温度に保持することで乾燥すると、その後の水洗でのアルカリ金属除去効果が大きく、効果的である。より好ましくは１００℃以上での乾燥処理であり、１００℃以上では急激な水分蒸発により細胞膜の破壊が促され、水洗の効果が向上する。２００℃以下の温度で乾燥処理を行うのが好ましい。２００℃を超えると設備費や運転費がかさみ、経済的ではない。また、バイオマスが熱分解して変質する問題が生じる。
乾燥処理の時間は３０分以上とすることが好ましく、１時間以上であれば更に好ましい。なお、乾燥処理の効果の観点からは、乾燥処理の時間を５時間以内とすることが好ましい。
乾燥処理の時間は３０分以上とすることが好ましく、１時間以上であれば更に好ましい。なお、乾燥処理の効果の観点からは、乾燥処理の時間を５時間以内とすることが好ましい。
乾燥処理は、上記の他に、減圧乾燥、凍結乾燥、過熱水蒸気乾燥などにて行なうことができる。
加圧処理を施した後に、バイオマスに乾燥処理を施し、その後に水洗することが好ましい。水洗の前にバイオマスに加圧処理を施してその後に圧力を開放することにより、バイオマスが軟化し、また細胞膜の破壊が起こり、アルカリ金属の除去効果が向上する。
バイオマスの加圧処理は大気圧超えであれば効果があるが、２×１０5Ｎ／ｍ2以上の圧力で加圧すると、その後の水洗でのアルカリ金属除去効果が大きく、効果的である。加圧処理は、水蒸気を用いて行なうことが好ましい。水蒸気を用いた加圧処理は、例えば、バイオマスを装入して密閉した処理槽の中に加圧した飽和水蒸気を導入することで行なうことができる。
水洗処理は、バイオマスを水に浸漬させて行なえばよいが、水に硫酸等の酸を添加して、酸洗処理とすることが好ましい。酸洗により、バイオマスの細胞膜が破壊されるため、アルカリ金属の除去効果が一層向上する。
バイオマスとは、ある一定量集積した動植物資源とこれを起源とする廃棄物の総称（ただし、化石資源を除く）であり、本発明で用いるバイオマスには、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等の、熱分解して炭化物を生成するあらゆるバイオマスを用いることができる。有効発熱量の高いバイオマスを用いることが好ましく、木質系バイオマスを用いることが好ましい。木質系バイオマスとしては、パルプ黒液、チップダスト等の製紙副産物、樹皮、のこ屑等の製材副産物、枝、葉、梢、端尺材等の林地残材、スギ、ヒノキ、マツ類等の除間伐材、食用菌類の廃ホダ木等の特用林産からのもの、シイ、コナラ、マツ等の薪炭林、ヤナギ、ポプラ、ユーカリ、マツ等の短伐期林業等の林業系バイオマスや、市町村の街路樹、個人宅の庭木等の剪定枝条等の一般廃棄物や、国や県の街路樹、企業の庭木等の剪定枝条、建設・建築廃材等の産業廃棄物等が挙げられる。農業系バイオマスに分類される、廃棄物・副産物を発生源とする籾殻、麦わら、稲わら、サトウキビカス、パームヤシ（アブラヤシ）等や、エネルギー作物を発生源とする米糠、菜種、大豆等の農業系バイオマスの一部も木質系バイオマスとして好適に用いることができる。
実施の形態２では、上記のバイオマスの中でも特に、カリウムやナトリウムなどのアルカリ金属を高濃度で含有するバイオマスを原料としてバイオマス炭を製造する場合に用いると効果的であり、カリウム濃度１ｍａｓｓ％以上（ドライベース）のバイオマスに本発明を用いることが好ましい。カリウムやナトリウムなどのアルカリ金属を高濃度で含有するバイオマスとしては、パームヤシ（アブラヤシ）、トウモロコシ、バナナ等がある。パームオイルの副産物であるパームヤシ（アブラヤシ）の空果房（ＥＦＢ）は、オイルを含んだ果実をはがした果房茎部であり、カリウムを２〜３ｍａｓｓ％（ドライベース）を含有することが知られている。
バイオマスは、所定の粒径に破砕処理後に、水洗することが好ましい。粒径（最大長さ）が小さいほど洗浄効果が向上するため、粒径は２００ｍｍ以下とすることが好ましい。一方で、粒径が小さすぎると、シャフト炉を用いて炭化処理する場合など、炭化方法によっては炭化処理が困難となるので、粒径５ｍｍ以上とすることが好ましい。バイオマスが細い繊維状のものを用いる場合などは、破砕することなく洗浄することも可能である。例えば、最大長さが３００〜５００ｍｍのパームヤシ（アブラヤシ）の空果房は、破砕することなくそのまま本発明に用いることが可能である。
上記の方法で洗浄したバイオマスは、アルカリ金属の含有量が十分に低減された状態であり、空気（酸素）の供給を遮断または制限して加熱することで乾留して、バイオマス炭が製造される。乾留は、４００〜８００℃で行なうことが好ましい。乾留炉としては、例えば、シャフト炉等の竪型炉を用いることができる。このようにして製造されたバイオマス炭は、アルカリ金属を高濃度で含有していないので、竪型炉吹き込み用に好適に用いることができる。上記の方法で洗浄したバイオマスを用いて製造されたバイオマス炭は、吹き込みに適当な粒径に粉砕して、竪型炉の羽口から吹き込んで使用することができる。
バイオマスの水洗に用いた水は、カリウム等のミネラルを高濃度で含有するため、肥料として用いることが好ましい。複数回の洗浄に用いた洗浄水は、例えばカリウムを数ｍａｓｓ％含有するため、肥料として好適に用いることができる。バイオマスとして農業系、林業系バイオマスを用いる場合には、バイオマスの発生源の近くで水洗処理を行なうことで、運搬の費用をかけずに洗浄後の水を肥料として有効利用することが可能となる。同時に排水の処理も不要となる。
実施例１〜６は、実施の形態１についての実施例である。
バイオマスとして、バナナ（Giant Cavendish）の新鮮な果軸（房の付け根部分）を用いて、洗浄試験を行なった。果軸は太さ３ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度に破砕し、表１の試験Ｎｏ．１〜５に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス中に残留する各種成分を測定した。洗浄は蒸留水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表１に併せて示す。
また、同様の試験Ｎｏ．６〜１０を、異なるバナナ果軸を用いて行なった。結果を表２に示す。
表１、表２によれば、無処理の場合に比べて、加圧処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、マグネシウム（Ｍｇ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。Ｍｇが減少すると、灰分が減ることで炭化物の発熱量が向上する。燃焼後の灰の量が減る効果もある。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行なった。ＥＦＢは太さ５ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度に破砕し、表３の試験Ｎｏ．１１〜１５に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表３に併せて示す。
表３によれば、無処理の場合に比べて、加圧処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行なった。ＥＦＢは太さ０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度に細かく破砕し、表４の試験Ｎｏ．１６〜２０に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表４に併せて示す。
表４によれば、無処理の場合に比べて、加圧処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。
表３の結果と比較して、洗浄効果が向上している。これは、ＥＦＢをより細かく破砕した効果といえる。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行ない、その後炭化処理を行い、バイオマス炭を製造した。ＥＦＢは太さ０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度に破砕し、表５の試験Ｎｏ．２１〜２５に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、５００℃で乾留して炭化し、処理後のバイオマス炭中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表５に併せて示す。
表５によれば、無処理の場合に比べて、加圧処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、炭化試験を行ない、その後洗浄処理を行い、バイオマス炭を製造した。ＥＦＢは太さ０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度に破砕し、表６の試験Ｎｏ．２６〜２８に示すように、５００℃で乾留して炭化し、さらにそれぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス炭中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表６に併せて示す。
表６によれば、バイオマス炭を製造後に水洗処理を行なった場合、無処理の場合に比べてカリウム（Ｋ）濃度が低下はするが、１ｍａｓｓ％未満となるほどではなく、Ｋ濃度が低下する効果は十分ではないことが分かる。
アブラヤシの果房（ＦＦＢ）を蒸気釜に入れ、圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の飽和蒸気で１時間加圧処理を施した。速やかに処理されたＦＦＢからパーム果実を分離し、空果房（ＥＦＢ）を得た。この段階で、ＥＦＢのカリウムの含有量は３ｍａｓｓ％（ドライベース）であった。
前述の工程で得られたＥＦＢをそのまま炭化炉に導入して５００℃で炭化処理し、炭化物を得た。得られたバイオマス炭化物中のカリウム濃度は約３ｍａｓｓ％であった。
同じく、得られたＥＦＢを水で洗浄して、更に炭化炉に導入して５００℃で炭化処理し、炭化物を得た。得られたバイオマス炭化物中のカリウム濃度は約０．９ｍａｓｓ％であった。
同じく、得られたＥＦＢを速やかに加熱乾燥して、更に水で洗浄して、更に炭化炉に導入して５００℃で炭化処理し、炭化物を得た。得られたバイオマス炭化物中のカリウム濃度は約０．５ｍａｓｓ％であった。ＥＦＢを乾燥する直前のＥＦＢの温度は、蒸気処理の余熱を逃がさないようにして７０℃以上を保った。これにより、ＥＦＢを乾燥するための必要エネルギーは、常温のＥＦＢを乾燥するための必要エネルギーより節約することが出来た。
実施例７〜１３は、実施の形態２についての実施例である。
バイオマスとして、バナナ（Giant Cavendish）の新鮮な果軸（房の付け根部分）を用いて、洗浄試験を行なった。果軸は太さ３ｍｍ、長さ３０ｍｍ程度に破砕し、表１の試験Ｎｏ．１〜５に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス中に残留する各種成分を測定した。洗浄は蒸留水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表７に併せて示す。
また、同様の試験Ｎｏ．６〜１０を、異なるバナナ果軸を用いて行なった。結果を表８に示す。
表７、表８によれば、無処理の場合に比べて、乾燥処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）、マグネシウム（Ｍｇ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。Ｍｇが減少すると、灰分が減ることで炭化物の発熱量が向上する。燃焼後の灰の量が減る効果もある。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行なった。ＥＦＢは太さ５ｍｍ、長さ５０ｍｍ程度に破砕し、表９の試験Ｎｏ．１１〜１５に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表９に併せて示す。
表９によれば、無処理の場合に比べて、乾燥処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行なった。ＥＦＢは太さ０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度に細かく破砕し、表１０の試験Ｎｏ．１６〜２０に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表１０に併せて示す。
表１０によれば、無処理の場合に比べて、乾燥処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。
表９の結果と比較して、洗浄効果が向上している。これは、ＥＦＢをより細かく破砕した効果といえる。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行ない、その後炭化処理を行い、バイオマス炭を製造した。ＥＦＢは太さ０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度に破砕し、表１１の試験Ｎｏ．２１〜２５に示すように、それぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、５００℃で乾留して炭化し、処理後のバイオマス炭中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表１１に併せて示す。
表１１によれば、無処理の場合に比べて、乾燥処理後に水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が大幅に低下することが分かる。特に、加圧処理後に乾燥処理を行ない、その後水洗処理を行なうと、より一層Ｋ濃度が低下する。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、炭化試験を行ない、その後洗浄処理を行い、バイオマス炭を製造した。ＥＦＢは太さ０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度に破砕し、表１２の試験Ｎｏ．２６〜２８に示すように、５００℃で乾留して炭化し、さらにそれぞれ乾燥、加圧、洗浄処理を施して、処理後のバイオマス炭中に残留する各種成分を測定した。洗浄は水道水を用いて行ない、乾燥処理は１１０℃で２時間、加圧処理は圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の蒸気釜で２時間行なった。ドライベースでの測定結果を表１２に併せて示す。
表１２によれば、バイオマス炭を製造後に水洗処理を行なった場合、無処理の場合に比べてカリウム（Ｋ）濃度が低下はするが、Ｋ濃度が低下する効果は十分ではないことが分かる。
アブラヤシの果房（ＦＦＢ）を蒸気釜に入れ、圧力３．９×１０5Ｎ／ｍ2の飽和蒸気で１時間加圧処理を施した。速やかに処理されたＦＦＢからパーム果実を分離し、空果房（ＥＦＢ）を得た。この段階で、ＥＦＢのカリウムの含有量は３ｍａｓｓ％（ドライベース）であった。
前述の工程で得られたＥＦＢをそのまま炭化炉に導入して５００℃で炭化処理し、炭化物を得た。得られたバイオマス炭化物中のカリウム濃度は約３ｍａｓｓ％であった。
同じく、得られたＥＦＢを水で洗浄して、更に炭化炉に導入して５００℃で炭化処理し、炭化物を得た。得られたバイオマス炭化物中のカリウム濃度は約０．９ｍａｓｓ％であった。
同じく、得られたＥＦＢを速やかに加熱乾燥して、更に水で洗浄して、更に炭化炉に導入して５００℃で炭化処理し、炭化物を得た。このとき、ＥＦＢの乾燥は、１００℃の乾燥空気で３時間処理することで実施した。得られたバイオマス炭化物中のカリウム濃度は約０．５ｍａｓｓ％であった。ところで、ＥＦＢを乾燥する直前のＥＦＢの温度は、蒸気処理の余熱を逃がさないようにして７０℃以上を保った。これにより、ＥＦＢを乾燥するための必要エネルギーは、常温のＥＦＢを乾燥するための必要エネルギーより節約することが出来た。
バイオマスとして、アブラヤシの空果房（ＥＦＢ）を用いて、洗浄試験を行なった。ＥＦＢを一軸油圧押し込み式破砕機（株式会社御池鐵工所製ＲＰＣ４０１６０）を使用して、φ５０ｍｍのスクリーンを通過するサイズまで破砕した。破砕したＥＦＢを自然乾燥により含有する水分が１０ｍａｓｓ％以下になるまで乾燥した。次に、乾燥したＥＦＢ約１０ｋｇをカッターミル（株式会社ホーライ製ＺＪＡ３−５６１）を使用して、φ８ｍｍ、φ１０ｍｍ、及びφ１２ｍｍのスクリーンを通過するサイズまで破砕した。それぞれのスクリーンを使用した際の処理量は順に１１０ｋｇ／ｈ、１６９ｋｇ／ｈ及び２５８ｋｇ／ｈであった。スクリーンがより細かいほど処理量が低減しているが、これはより細かいスクリーンを通過するためには破砕処理時間を長くする必要があるためである。それぞれのスクリーンを使用した破砕時には９３０Ｌ／ｈの水量で水道水を供給し、ＥＦＢを破砕しながら攪拌し洗浄した。破砕・洗浄後のＥＦＢは脱水し、処理後のＥＦＢ中に残留する成分を測定した。ドライベースでの測定結果を表１３に示す。
破砕後のＥＦＢを観察したところ細かなものはいずれのスクリーンを使用した場合でも約５ｍｍの繊維状であった。φ８ｍｍのスクリーンを使用した場合には主として５〜８ｍｍの繊維状のＥＦＢが得られた。φ１０ｍｍのスクリーンを使用した場合には主として５〜１０ｍｍの繊維状のＥＦＢが得られた。φ１２ｍｍのスクリーンを使用した場合には主として５〜１２ｍｍの繊維状のＥＦＢが得られた。ただし、いずれのスクリーンを使用した場合にも、スクリーン径よりも長いＥＦＢが混ざっていた。これは、ＥＦＢが太さ０．５ｍｍの繊維状であるため繊維長方向に並んだＥＦＢがスクリーンに垂直な方向で通過したためと思われる。
表１３によれば、無処理の場合に比べて、乾燥処理後に破砕・水洗処理を行なうと、カリウム（Ｋ）濃度が大幅に低下することが分かる。さらに、破砕サイズが細かくなると、Ｋ濃度が低下する傾向にあることがわかった。
Claims (7)
- バイオマス炭の原料となるバイオマスを大気圧超えで加圧処理することにより、前記バイオマスに、軟化処理または細胞膜の破壊処理の少なくとも一つ以上の処理を施した後に、乾燥処理を行う第一工程と、
前記第一工程の処理を施したバイオマスを水洗する第二工程と、を有するバイオマスの洗浄方法。 - 前記加圧処理が２×１０5Ｎ／ｍ2以上の圧力で加圧する、請求項１に記載のバイオマスの洗浄方法。
- 前記加圧処理が加圧した水蒸気を用いて加圧処理する、請求項１または請求項２に記載のバイオマスの洗浄方法。
- 前記水洗が酸を添加した水溶液で洗浄する酸洗である、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法。
- 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のバイオマスの洗浄方法を用いて洗浄されたバイオマスを乾留することを特徴とするバイオマス炭の製造方法。
- 前記乾留が４００〜８００℃で行なわれる請求項５に記載のバイオマス炭の製造方法。
- 請求項５または請求項６に記載の製造方法を用いて製造されたバイオマス炭を、竪型炉吹き込み用バイオマス炭として竪型炉の羽口から吹き込むことを特徴とする竪型炉の操業方法。
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