JP6348250B2 - 固体燃料の製造方法及び固体燃料 - Google Patents

Description

本発明は、椰子殻を焙焼（torrefaction）することによって得られる固体燃料の製造方法に関する。

近年、化石燃料の枯渇化及びＣＯ_２排出による地球温暖化への対策として、バイオマスを原料とする燃料の利用が検討されている。一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体をいい、代表的なものは木材、建築廃材、農産廃棄物等である。従来よりバイオマスを有効利用する方法が各種提案されている。その中でも、バイオマスを低コストで以って高付加価値物に転換できる有用な方法として、バイオマスを炭化して固体燃料を製造する方法がある。これは、バイオマスを炭化炉に投入して酸素欠乏雰囲気下で所定時間加熱して炭化処理し、固体燃料を製造するものである。

このようにして製造された固体燃料は、発電設備や焼却設備等の燃焼設備の燃料に用いられるが、この場合、燃焼効率を向上させるために固体燃料を細かく粉砕して微粉燃料として用いることがある。固体燃料は単独であるいは石炭と混合して粉砕されるが、バイオマスのうち木質系バイオマスは大部分が繊維質であるため、粉砕性が悪く、燃焼効率の低下、粉砕機の運転性低下等の問題があった。

特許文献１には、材廃材、間伐材、庭木、建築廃材等の木質系バイオマスを240℃以上300℃以下の温度で、15分以上90分以下の時間で熱分解した後に粉砕する方法が開示されている。加熱温度が240℃より低い温度であると破砕性、粉砕性が向上せず、300℃よりも高い温度であると破砕、粉砕時にサブミクロンオーダーの微粉量が増大して粉体トラブルを生じ易くなるため好ましくないとしている。

また、特許文献２には穀類、実、種子を含むバイオマスを酸素濃度1〜5％、処理温度350〜400℃で30〜90分加熱して炭化処理することで、石炭と同等の粉砕性を有する固体燃料を製造する方法が開示されている。

特開2006−26474号公報 特開2009−191085号公報

しかしながら、上記方法で椰子殻を原料として製造された炭化物は、物質収率及び熱量収率が低く、石炭に比較すると粉砕性が不十分であり、石炭と混合して粉砕処理して微粉炭ボイラーの燃料として使用することが困難である。また、自己発火することもあった。

本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、椰子殻を原料として、酸素濃度10％以下で、かつ温度170〜400℃の条件下で、物質収率が70％以上となるように焙焼（torrefaction）することによって、自己発火することのない固体燃料が製造できること見出した。

本発明の製造方法にて得られる固形燃料は、物質収率、熱量収率が高く、自己発火することがない。さらに石炭と同等の粉砕性を有するので、石炭と混合して粉砕処理して微粉炭ボイラーの燃料として使用することできる。

本発明において、原料として椰子殻を使用する。椰子殻はあまり利用されることなく、廃棄されることが多いの現状である。本発明者らは椰子殻を有効利用することを検討したところ、椰子殻を原料として焙焼した場合、良好な性質を有する固形燃料が得られることが判明した。椰子殻は木材と比較するとヘミセルロースの含有量が少ないので、焙焼した後の物質収率が高くなる。椰子殻は0.1〜100ｍｍのサイズに粉砕されたものを使用することが好ましく、0.1〜50ｍｍのサイズのものを使用することがさらに好ましい。椰子殻としては、ココヤシ、アブラヤシの椰子殻が使用される。なお、水分は10％以下とすることが好ましく、5％以下とすることがさらに好ましい。

本発明における焙焼（torrefaction）とは、低酸素雰囲気下で、所謂炭化処理よりも低い温度で加熱する処理のことである。通常の木材の炭化処理の温度は400〜700℃であるが、焙焼はより低い温度で行われる。焙焼を行うことによって、その出発原料よりも高いエネルギー密度を有する固体燃料が得られる。

本発明における焙焼の処理条件は、酸素濃度10％以下で、温度170〜410℃である。酸素濃度が10％を超えると物質収率、熱量収率が低下する。また、温度が170℃未満では後述する粉砕性が不十分であり、410℃を超えると物質収率、熱量収率が低下する。温度は200〜400℃がさらに好ましい。ヘミセルロースは270℃付近で熱分解が顕著になるのに対して、セルロースは355℃付近、リグニンは365℃付近で熱分解が顕著になるので、焙焼の処理温度を170〜420℃とすることで、ヘミセルロースを優先的に熱分解して、物質収率と粉砕性を両立できる固体燃料を製造することが可能になると推察される。

本発明において、原料の椰子殻に対して物質収率が70％以上となるように焙焼することが必要であり、好ましくは70％以上90％以下である。物質収率が70％未満であると、炭化度が高くなり、酸化反応によって自己発火し易くなる。

本発明において、焙焼処理を行うための装置は特に限定されないが、ロータリーキルン、竪型炉が好ましい。なお、酸素濃度を10％以下に調整するため装置内を窒素等の不活性ガスで置換することが好ましい。処理時間は15〜180分が好ましい。

本発明で得られる固体燃料は、粉砕性の指標であるＪＩＳ Ｍ ８８０１：２００４に規定のハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）は20〜70が好まい。ＨＧＩが高くなるほど、粉砕され易いことを示している。ＨＧＩが20〜70の範囲であれば、石炭と混合して粉砕処理することが可能となる。石炭のＨＧＩは通常40〜70であるので、本発明で得られた固体燃料は石炭と同等の粉砕性を有している。

以下に実施例にて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
100ｍｍ以下に粉砕したアブラヤシの椰子殻を原料として、乾燥機で、120℃、10分間乾燥処理を行った。続いて、キルン型炭化炉を用い、窒素パージして、炭化炉入口温度385℃、炭化炉出口温度375℃、滞留時間30分で焙焼を行って生成物を得た。この生成物の物質収率は84.9％であった。

［実施例２］
椰子殻を原料としてキルン型炭化炉を用い、窒素パージして、炭化炉入口温度405℃、炭化炉出口温度400℃、滞留時間30分で焙焼を行って生成物を得た。この生成物の物質収率は77.3％であった。

［比較例１］
椰子殻を原料としてキルン型炭化炉を用い、窒素パージして、炭化炉入口温度415℃、炭化炉出口温度410℃、滞留時間30分で焙焼を行って生成物を得た。この生成物の物質収率は55.6％であった。

実施例１〜２、比較例１〜２で得られた生成物について下記の項目について評価し、結果を表１に示した。なお、比較例２は原料の椰子殻である。
・物質収率：焙焼前後の試料の重量から計算した。
・発熱量：株式会社島津製作所製の熱研式自動ボンベ式熱量計 ＣＡ−４ＰＪで測定した。
・粉砕性：生成物をボールミルで200ｒｐｍ、4分間粉砕し、200メッシュをパスしたものの重量を測定し、石炭の粉砕性の指標であるハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）の値から換算して、試料のＨＧＩとした。
・自己発火性：生成物を1ｍ^３のフレコンに詰め、1日間放置し、自己発火があるかを確認した。

表１に示されるように、椰子殻を原料として物質収率が70％以上となるように焙焼によって製造した実施例１〜２の生成物は、自己発火の問題は発生しなかった。一方、物質収率が70％未満である比較例１の生成物は自己発火が発生した。ハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）が30〜70の範囲であり粉砕性が良好であった。

Claims (1)

1. 水分が5％以下で、サイズが0.1〜100ｍｍである椰子殻を酸素濃度10％以下で、温度170〜410℃、かつ処理時間15〜180分の条件下で、物質収率が70％以上90％以下、及びＪＩＳ Ｍ ８８０１：２００４に規定のハードグローブ粉砕性指数が20〜25となるように焙焼し、石炭と混合して粉砕処理に供することを特徴とする固体燃料の製造方法。