JP6416455B2 - 固体燃料の製造方法及び固体燃料 - Google Patents

Description

本発明は、製紙スラッジを焙焼（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。

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、製紙スラッジを原料として、酸素濃度10％以下で、かつ温度170〜350℃の条件下で焙焼（torrefaction）することによって、石炭と同等の粉砕性を有する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、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、原料として製紙スラッジを使用する。製紙スラッジは製紙工程で発生するセルロースなどバイオマスを含んだ廃棄物で、通常は燃焼して廃棄されることが多い。しかし、発生量に対し処理量が追いつかないなど、燃焼には課題が多い。本発明者らは製紙スラッジを有効利用することを検討したところ、製紙スラッジを原料として焙焼した場合、繊維質なセルロースを多く含む製紙スラッジと比較して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。セルロース繊維は焙焼することで粉砕しやすくなる。水分は１０重量％以下とすることが好ましく、5重量％以下とすることがさらに好ましい。本固形燃料を得るために用いる原料には製紙スラッジが少量でも含まれていればよく、配合率によって限定されるものではないが、製紙スラッジ配合率60重量％以上とすることが好ましく、８０重量％以上とすることがさらに好ましい。

本発明において製紙スラッジとはペーパースラッジとも呼ばれ、パルプ製造工程、紙製造工程、古紙処理工程などから発生する廃棄物を意味する。製紙スラッジには、顔料や填料として製紙に使用されるシリカ、炭酸カルシウム、硅砂、タルク、カオリンなどの無機物質に加え、パルプ、インク、製紙用薬品などの有機物質が含有される。

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600〜1200℃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粉砕性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170〜350℃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℃未満では粉砕性が不十分であり、350℃を超えると物質収率、熱量収率が低下する。温度は170〜350℃が好ましく、さらに200〜260℃がさらに好ましい。

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原料の製紙スラッジに対して物質収率、熱量収率で60〜90量％である。ただし、物質収率、熱量収率は製紙スラッジに含まれる無機分（灰分）を考慮し、有機分のみの重量から計算される。また、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30以上が好ましく、40以上がさらに好ましい。ＨＧＩが高くなるほど、粉砕され易いことを示している。ＨＧＩが30以上であれば、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］
製紙スラッジ２０ｇを原料として小型キルン型炭化炉を用い、窒素パージして、処理温度２５０℃、処理時間３０分で焙焼を行って生成物を得た。

［参考例１］
処理温度を２７５℃とした以外は、実施例１と同様にして生成物を得た。

［比較例１］
処理温度を１５０℃とした以外は、実施例１と同様にして生成物を得た。

［比較例２］
処理温度を４００℃とした以外は、実施例１と同様にして生成物を得た。

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。
・灰分：製紙スラッジを電気炉にて９００℃で燃焼させて灰化し、燃焼前後の重量から計算した。
・物質収率：焙焼前後の試料の重量から計算した。
・熱量収率：焙焼前後の試料を島津燃研式自動ボンベ熱量計CA-4PJにて測定した発熱量から計算した。
・粉砕性：試料をボールミルで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。

表１に示されるように、製紙スラッジを原料として焙焼によって製造した実施例１〜２の生成物は、物質収率及び熱量収率が高く、ハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）が３０以上であり粉砕性が良好であった。１５０℃で焙焼処理した比較例１の生成物はＨＧＩが30未満で粉砕性に劣っており、６００℃で焙焼処理した比較例２は物質収率、熱量収率が著しく低く、固体燃料としての性質が劣っていた。

Claims (1)

1. 水分が10重量％以下の製紙スラッジを酸素濃度10％以下で、処理時間15〜180分、かつ温度200〜260℃の条件下で焙焼し、ＪＩＳ Ｍ ８８０１：２００４に規定のハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）が30以上で、かつ原料に対する物質収率及び熱量収率が60〜90％であることを特徴とする固体燃料の製造方法。