JP6910546B2 - Molded fuel and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本開示は、成形燃料及びその製造方法に関する。 The present disclosure relates to a molded fuel and a method for producing the same.

近年、石炭火力発電用に用いられる石炭である一般炭は、新興国を中心とした発電需要の増加により価格上昇が起こり、安定供給には不安が残る。そこで安価で可採埋蔵量も多い褐炭及び亜瀝青炭等の低品位炭を石炭火力発電用一般炭の代替品として利用する技術が検討されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, the price of steam coal, which is coal used for coal-fired power generation, has risen due to an increase in power generation demand mainly in emerging countries, and stable supply remains uncertain. Therefore, a technique for using low-grade coal such as lignite and subbituminous coal, which are inexpensive and have a large recoverable reserve, as a substitute for steam coal for coal-fired power generation is being studied (see, for example, Patent Document 1).

石炭火力発電においては、多くのCOを排出するため、地球温暖化対策のための石炭火力発電におけるCO削減の手段として、石炭を燃焼する際に再生可能エネルギーであるバイオマスを混焼する技術が検討されている。バイオマスは粉砕性が悪く発熱量が小さい傾向にあることから、木質バイオマスをそのまま混焼に用いる場合、その混焼率は熱量比で3%程度に留まっていた。Since coal-fired power generation emits a large amount of CO 2 , as a means of reducing CO 2 in coal-fired power generation as a measure against global warming, a technology for co-firing biomass, which is a renewable energy, when burning coal is used. It is being considered. Since biomass has poor pulverizability and tends to have a small calorific value, when woody biomass is used as it is for co-firing, the co-firing rate is only about 3% in terms of calorific value.

そこで、特許文献2では、粉砕性を向上するために、バイオマスを焙焼する技術が提案されている。また、特許文献3では、バイオマスの熱量を向上するため、バイオマスを焙焼する技術が提案されている。これらの特許文献2,3では、バイオマスを焙焼して得られた固形燃料を石炭と混焼して使用することが提案されている。 Therefore, Patent Document 2 proposes a technique for roasting biomass in order to improve pulverizability. Further, Patent Document 3 proposes a technique for roasting biomass in order to improve the calorific value of biomass. In these Patent Documents 2 and 3, it is proposed to use the solid fuel obtained by roasting biomass by co-firing with coal.

固形燃料は、例えば、サイロ等に保管される場合がある。固形燃料の安全性の指標として、石炭の自然発熱性を評価するR70法が知られている(特許文献4及び非特許文献1参照)。 The solid fuel may be stored in a silo or the like, for example. As an index of the safety of solid fuel, the R70 method for evaluating the spontaneous combustion property of coal is known (see Patent Document 4 and Non-Patent Document 1).

特開2016−23280号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-23280 国際公開第2014/050964号International Publication No. 2014/050964 特開2017−39933号公報JP-A-2017-39933 特開2019−066296号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-066296

B.Beamish et al. Adiabatic testing procedures for determining the self-heating propensity of coal and sample ageing effects, Thermochimica Acta 362 (2000) 79-87B. Beamish et al. Adiabatic testing procedures for determining the self-heating propensity of coal and sample aging effects, Thermochimica Acta 362 (2000) 79-87

褐炭及び亜瀝青炭等の低品位炭を石炭火力発電用一般炭の代替として用いる場合、低品位炭が有する発熱量が小さいため、一般炭に相当する発熱量まで代替燃料の発熱量を向上させる必要がある。また、CO削減のためにバイオマスを混焼する場合、燃焼設備に供給する前に微粉化する必要があるため、バイオマスを粉砕され易くすることが必要である。また、バイオマスが有する発熱量は石炭よりも小さいため、一般炭相当まで発熱量を向上させる技術が必要である。When low-grade coal such as lignite and subbituminous coal is used as a substitute for steam coal for coal-fired power generation, the calorific value of the low-grade coal is small, so it is necessary to improve the calorific value of the alternative fuel to the calorific value equivalent to steam coal. There is. In addition, when biomass is co-fired to reduce CO 2 , it is necessary to pulverize the biomass before supplying it to the combustion equipment, so it is necessary to make the biomass easily crushed. Moreover, since the calorific value of biomass is smaller than that of coal, a technique for improving the calorific value to the equivalent of steam coal is required.

石炭とバイオマスから得られた固形燃料とをボイラー等の燃焼設備で混焼して使用する場合、石炭とバイオマスから得られた固形燃料とを、燃焼設備に供給するまで別々にハンドリングする必要がある。また、燃焼設備に供給する前に、石炭とバイオマスから得られた固形燃料を混合すると、両者の嵩密度が異なるため、混合割合のばらつきが大きくなり、供給熱量の変動が生じて燃焼設備の運転が不安定になることが懸念される。 When coal and solid fuel obtained from biomass are used by co-firing in a combustion facility such as a boiler, it is necessary to handle the coal and solid fuel obtained from biomass separately until they are supplied to the combustion facility. In addition, if coal and solid fuel obtained from biomass are mixed before being supplied to the combustion equipment, the bulk densities of the two will differ, resulting in a large variation in the mixing ratio and fluctuations in the amount of heat supplied, resulting in operation of the combustion equipment. Is concerned about instability.

そこで、本開示では、嵩密度が石炭と異なるバイオマスを用いつつも熱量が高くハンドリング性に優れた成形燃料を製造することが可能な成形燃料の製造方法を提供する。また、嵩密度が石炭と異なるバイオマスを含みつつも熱量が高くハンドリング性に優れた成形燃料を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a method for producing a molded fuel capable of producing a molded fuel having a high calorific value and excellent handleability while using biomass having a bulk density different from that of coal. Further, it provides a molded fuel having a high calorific value and excellent handleability while containing biomass having a bulk density different from that of coal.

本開示の一側面に係る成形燃料の製造方法は、褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭を乾留して乾留炭を得る乾留工程と、乾留炭とバイオマスを半炭化して得たバイオマス半炭化物とを含む混合物を成形して成形燃料を得る成形工程と、を有する。 The method for producing a molded fuel according to one aspect of the present disclosure includes a carbonization step of carbonizing coal containing at least one of brown coal and sub-bituminous coal to obtain dry distillation coal, and a biomass semi-carbonized product obtained by semi-carbonizing dry distillation coal and biomass. It has a molding step of molding a mixture containing and to obtain a molding fuel.

上述の製造方法では、乾留工程により炭素成分比率が高くなり高熱量化された乾留炭を用いていることから、褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭を用いる場合よりも、高熱量化を図ることができる。また、成形工程によって成形燃料としていることから、成形せずに単に両者を混合した燃料に比べてハンドリング性に優れる。したがって、バイオマスを用いつつも熱量が高くハンドリングに優れた成形燃料を製造することができる。また、成形燃料は、バイオマス半炭化物を含むことから小さい燃料比(燃料比=固定炭素(FC)/揮発分(VM))を有する。小さい燃料比を有すると、揮発分が高いため着火性に富み、燃焼開始後すぐに揮発分が抜けることで成形燃料が多孔質になり、比表面積が大きくなる。これによって燃焼し易くなり、優れた燃焼性を有する。 In the above-mentioned production method, since dry distillation coal having a high carbon component ratio and a high calorific value is used by the carbonization step, it is possible to increase the calorific value as compared with the case of using coal containing at least one of lignite and subbituminous coal. can. Further, since it is used as a molding fuel by a molding process, it is superior in handleability as compared with a fuel in which both are simply mixed without molding. Therefore, it is possible to produce a molded fuel having a high calorific value and excellent handling while using biomass. Further, the molded fuel has a small fuel ratio (fuel ratio = fixed carbon (FC) / volatile content (VM)) because it contains biomass semi-carbide. When the fuel ratio is small, the volatile content is high, so that the ignitability is high, and the volatile content is removed immediately after the start of combustion, so that the molded fuel becomes porous and the specific surface area becomes large. This makes it easier to burn and has excellent combustibility.

上述の製造方法は、バイオマスを半炭化してバイオマス半炭化物を得る半炭化工程と、バイオマス半炭化物を粉砕する粉砕工程と、を有し、粉砕したバイオマス半炭化物と乾留炭とを混合して混合物を得てもよい。バイオマス半炭化物はバイオマスよりも粉砕しやすい。このため、粉砕に必要な時間及びエネルギーを低減することができる。したがって、成形燃料を効率よく製造することができる。 The above-mentioned production method includes a semi-carbonization step of semi-carbonizing biomass to obtain a biomass semi-carbide and a crushing step of crushing the biomass semi-carbide, and the crushed biomass semi-carbide and dry distillation coal are mixed and mixed. May be obtained. Biomass semi-carbide is easier to grind than biomass. Therefore, the time and energy required for pulverization can be reduced. Therefore, the molded fuel can be efficiently produced.

上述の製造方法は、乾留炭とバイオマス半炭化物とをそれぞれ酸化処理する酸化処理工程を有してよい。また、酸化処理工程では、乾留炭を160℃以上且つ240℃以下の温度範囲に加熱し、バイオマス半炭化物を100℃以上且つ200℃未満の温度範囲に加熱してもよい。これによって、乾留炭及びバイオマス半炭化物の表面成分が酸化されて表面状態が安定化されるため、自己発熱性が低減されて自然発火性が抑制される。また、酸化処理に伴う酸化分解が抑制され、成形燃料の歩留まりを高くすることができる。 The above-mentioned production method may have an oxidation treatment step of oxidizing the dry distillation coal and the biomass semi-carbide, respectively. Further, in the oxidation treatment step, the dry distillation coal may be heated to a temperature range of 160 ° C. or higher and 240 ° C. or lower, and the biomass semi-carbide may be heated to a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 200 ° C. As a result, the surface components of the carbonization coal and the biomass semi-carbide are oxidized to stabilize the surface state, so that the self-heating property is reduced and the pyrophoricity is suppressed. In addition, oxidative decomposition associated with the oxidation treatment is suppressed, and the yield of the molded fuel can be increased.

上述の製造方法は、乾留炭の顕熱を用いてバイオマスを半炭化して混合物を得る半炭化工程を有していてもよい。この製造方法では、乾留炭の顕熱を用いてバイオマスを半炭化することから、エネルギーロスを少なくして効率よくバイオマス半炭化物及び成形燃料を製造することができる。 The above-mentioned production method may include a semi-carbonization step of semi-carbonizing biomass using the sensible heat of carbonization to obtain a mixture. In this production method, since the biomass is semi-carbonized using the actual heat of the carbonization coal, it is possible to efficiently produce the biomass semi-carbide and the molded fuel with less energy loss.

上述の製造方法は、成形工程の前に上記混合物を粉砕する粉砕工程を有していてもよい。バイオマス半炭化物はバイオマスよりも粉砕しやすい。このため、粉砕に必要な時間及びエネルギーを低減することができる。したがって、成形燃料を一層効率よく製造することができる。粉砕工程は、半炭化工程と成形工程の間であってよい。 The above-mentioned production method may include a pulverization step of pulverizing the mixture before the molding step. Biomass semi-carbide is easier to grind than biomass. Therefore, the time and energy required for pulverization can be reduced. Therefore, the molded fuel can be produced more efficiently. The grinding step may be between the semi-carbonization step and the molding step.

上述の製造方法では、バイオマスを400〜800℃の温度範囲にある乾留炭と混合することによって200〜450℃に加熱して半炭化してもよい。これによって、高い発熱量と良好な粉砕性とを兼ね備えたバイオマス半炭化物を、十分に効率よく製造することができる。乾留炭と混合するバイオマスの温度は150℃以下であってよい。 In the above-mentioned production method, biomass may be heated to 200 to 450 ° C. and semi-carbonized by mixing it with dry distillation coal in a temperature range of 400 to 800 ° C. Thereby, a biomass semi-carbide having a high calorific value and good pulverizability can be produced sufficiently efficiently. The temperature of the biomass mixed with the carbonization coal may be 150 ° C. or lower.

上述の製造方法は、上記混合物を、140℃以上且つ240℃以下の温度範囲で酸化処理する酸化処理工程を有していてもよい。これによって、乾留炭及びバイオマス半炭化物の表面成分が酸化されて表面状態が安定化されるため、自己発熱性が低減されて自然発火性が抑制される。また、酸化処理に伴う酸化分解が抑制され、成形燃料の歩留まりを高くすることができる。 The above-mentioned production method may include an oxidation treatment step of oxidizing the mixture in a temperature range of 140 ° C. or higher and 240 ° C. or lower. As a result, the surface components of the carbonization coal and the biomass semi-carbide are oxidized to stabilize the surface state, so that the self-heating property is reduced and the pyrophoricity is suppressed. In addition, oxidative decomposition associated with the oxidation treatment is suppressed, and the yield of the molded fuel can be increased.

バイオマスを半炭化する前に、バイオマスの粒度の平均値が7mmを超え且つ50mm未満となるようにバイオマスを粗粉砕する粗粉砕工程と、粗粉砕したバイオマスを乾燥する乾燥工程と、を有していてもよい。これによって、バイオマスの半炭化を十分に進行させつつ、ハンドリング性を一層向上することができる。 Before semi-carbonizing the biomass, it has a coarse pulverization step of coarsely pulverizing the biomass so that the average value of the particle size of the biomass exceeds 7 mm and less than 50 mm, and a drying step of drying the coarsely pulverized biomass. You may. As a result, the handleability can be further improved while sufficiently advancing the semi-carbonization of the biomass.

成形工程では、けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールを含有するバインダを用いて混合物を成形してもよい。高いけん化度を有するポリビニルアルコールを用いることによって、成形燃料の耐水性を向上することができる。また、高いけん化度を有するポリビニルアルコールは、乾燥するとそれぞれの分子における水酸基同士が水素結合により結合し、優れた耐水性を発揮する。すなわち、成形燃料にバインダとして含まれるポリビニルアルコールの分子同士が強固に結合することによって、水に濡れても高い強度を維持することができる。 In the molding step, the mixture may be molded using a binder containing polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more. By using polyvinyl alcohol having a high degree of saponification, the water resistance of the molded fuel can be improved. Further, when polyvinyl alcohol having a high degree of saponification is dried, the hydroxyl groups in each molecule are bonded to each other by hydrogen bonds, and exhibit excellent water resistance. That is, the molecules of polyvinyl alcohol contained as a binder in the molded fuel are firmly bonded to each other, so that high strength can be maintained even when wet with water.

上記ポリビニルアルコールの重合度は1700以上であることが好ましい。これによって、特に乾燥時の成形燃料の強度を一層向上することができる。 The degree of polymerization of the polyvinyl alcohol is preferably 1700 or more. This makes it possible to further improve the strength of the molded fuel, especially during drying.

上述の製造方法で得られる成形燃料は、その質量の13倍の水に25℃で2日間浸漬したとき、当該水のCODが500質量ppm以下であることが好ましい。これによって、例えばヤードに野積みしても環境への影響を十分に低減することができる。 The molded fuel obtained by the above-mentioned production method preferably has a COD of 500 mass ppm or less when immersed in water 13 times its mass at 25 ° C. for 2 days. As a result, the impact on the environment can be sufficiently reduced even if the products are piled up in the yard, for example.

本開示の一側面に係る成形燃料は、褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭の乾留炭とバイオマス半炭化物とを含む。この成形燃料は、乾留炭を含むことから、石炭を含む場合よりも、高熱量化を図ることができる。また、乾留炭とバイオマス半炭化物とを含む成形燃料であることから、成形せずに単に両者を混合した燃料に比べてハンドリング性に優れる。また、成形燃料は、バイオマス半炭化物を含むことから小さい燃料比(燃料比=固定炭素(FC)/揮発分(VM))を有する。小さい燃料比を有すると、揮発分が高いため着火性に富み、燃焼開始後すぐに揮発分が抜けることで成形燃料が多孔質になり、比表面積が大きくなる。これによって燃焼し易くなり、優れた燃焼性を有する。 The molded fuel according to one aspect of the present disclosure includes dry distillation coal and biomass semi-carbide of coal containing at least one of lignite and subbituminous coal. Since this molded fuel contains dry distillation coal, it is possible to achieve a higher calorific value than when it contains coal. Further, since it is a molded fuel containing carbonization coal and biomass semi-carbide, it is excellent in handleability as compared with a fuel in which both are simply mixed without molding. Further, the molded fuel has a small fuel ratio (fuel ratio = fixed carbon (FC) / volatile content (VM)) because it contains biomass semi-carbide. When the fuel ratio is small, the volatile content is high, so that the ignitability is high, and the volatile content is removed immediately after the start of combustion, so that the molded fuel becomes porous and the specific surface area becomes large. This makes it easier to burn and has excellent combustibility.

成形燃料は、けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールを含んでよい。これによって、成形燃料の圧壊強度を十分に高くしつつ、耐水性も向上することができる。 The molding fuel may contain polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more. As a result, the crushing strength of the molded fuel can be sufficiently increased, and the water resistance can also be improved.

成形燃料は、13倍の質量の水に25℃で2日間浸漬したとき、当該水のCODが500質量ppm以下であることが好ましい。これによって、例えばヤードに野積みしても環境への影響を十分に低減することができる。 When the molding fuel is immersed in 13 times the mass of water at 25 ° C. for 2 days, the COD of the water is preferably 500 mass ppm or less. As a result, the impact on the environment can be sufficiently reduced even if the products are piled up in the yard, for example.

本開示によれば、嵩密度が石炭と異なるバイオマスを用いつつも熱量が高くハンドリング性に優れた成形燃料を製造することが可能な成形燃料の製造方法を提供することができる。また、嵩密度が石炭と異なるバイオマスを含みつつも熱量が高くハンドリング性に優れた成形燃料を提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a method for producing a molded fuel capable of producing a molded fuel having a high calorific value and excellent handleability while using biomass having a bulk density different from that of coal. Further, it is possible to provide a molded fuel having a high calorific value and excellent handleability while containing biomass having a bulk density different from that of coal.

図1は、一実施形態に係る成形燃料の製造方法のフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart of a molding fuel manufacturing method according to an embodiment. 図2は、成形燃料の強度を測定する装置の模式図である。FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for measuring the strength of molded fuel. 図3は、別の実施形態に係る成形燃料の製造方法のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a molding fuel manufacturing method according to another embodiment. 図4は、バイオマスの半炭化温度とバイオマス半炭化物の発熱量との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the semi-carbonized temperature of biomass and the calorific value of the semi-carbonized biomass. 図5は、バイオマス半炭化物のハードグローブ粉砕性指数(HGI)の評価結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the evaluation results of the Hardgrove Grindability Index (HGI) of biomass semi-carbide. 図6は、ポリビニルアルコールの添加量による圧壊強度の変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a change in crushing strength depending on the amount of polyvinyl alcohol added. 図7は、混合物及び石炭の酸化発熱量測定結果を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the measurement results of the calorific value of oxidation of the mixture and coal. 図8は、乾留炭、バイオマス半炭化物及び石炭の酸化発熱量測定結果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the measurement results of calorific value of oxidation of dry distillation coal, biomass semi-carbide and coal. 図9は、実験例で用いた2段燃焼式の試験装置を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a two-stage combustion type test apparatus used in the experimental example. 図10は、実施例2〜5の固形燃料及び参考例2の瀝青炭を燃焼したときの未燃分とNOx濃度の関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the unburned content and the NOx concentration when the solid fuel of Examples 2 to 5 and the bituminous coal of Reference Example 2 are burned. 図11は、R70法による実施例2〜5の固形燃料、及び参考例2の瀝青炭の自己発熱性の評価結果を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the evaluation results of the self-heating properties of the solid fuels of Examples 2 to 5 and the bituminous coal of Reference Example 2 by the R70 method.

以下、場合により図面を参照して、本開示の実施形態について説明する。ただし、以下の実施形態は、本開示を説明するための例示であり、本開示を以下の内容に限定する趣旨ではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings as the case may be. However, the following embodiments are examples for explaining the present disclosure, and are not intended to limit the present disclosure to the following contents.

[成形燃料及びその製造方法]
図1は本実施形態に係る成形燃料の製造方法のフローチャートである。本実施形態の成形燃料の製造方法は、バイオマスを粗粉砕する粗粉砕工程S1と、バイオマスを乾燥する乾燥工程S2と、褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭を破砕する破砕工程S3と、破砕した石炭を乾燥する乾燥工程S4と、乾燥した石炭を乾留して乾留炭を得る乾留工程S5と、乾留炭とバイオマスとを混合し、乾留炭の顕熱を用いてバイオマスを半炭化してバイオマス半炭化物と乾留炭との混合物を得る半炭化工程S6と、混合物を粉砕する粉砕工程S7と、粉砕物を成形して成形燃料を得る成形工程S8と、を有する。
[Molded fuel and its manufacturing method]
FIG. 1 is a flowchart of a molding fuel manufacturing method according to the present embodiment. The method for producing the molding fuel of the present embodiment includes a coarse crushing step S1 for coarsely crushing the biomass, a drying step S2 for drying the biomass, a crushing step S3 for crushing coal containing at least one of brown coal and subbituminous coal, and crushing. The drying step S4 for drying the coal, the dry distillation step S5 for obtaining dry distillation coal by carbonizing the dried coal, and the dry distillation coal and the biomass are mixed, and the biomass is semi-carbonized using the actual heat of the dry distillation coal to obtain the biomass. It has a semi-carbonization step S6 for obtaining a mixture of semi-carbonized material and carbonized coal, a crushing step S7 for crushing the mixture, and a molding step S8 for molding the pulverized product to obtain molding fuel.

本実施形態では、原料としてバイオマスと褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭を用いる。バイオマスとは、化石燃料以外の生物由来の資源をいう。バイオマスとしては、間伐材、剪定枝、廃材、樹皮チップ、その他の木材、竹、草、やし殻、パームオイル残渣、野菜、果実、食品残渣、汚泥等を挙げることができる。これらのバイオマスの中でも、間伐材、剪定枝、廃材、樹皮チップ、その他の木材等の木質系バイオマスが好ましい。石炭は、資源の有効利用の観点から、亜瀝青炭及び褐炭等の低品位炭であってよい。低品位炭を用いた場合であっても、成形燃料として表面積を低減することによって自然発火性を抑制することができる。 In this embodiment, as a raw material, coal containing at least one of biomass, lignite and subbituminous coal is used. Biomass refers to biological resources other than fossil fuels. Examples of biomass include thinned wood, pruned branches, waste wood, bark chips, other wood, bamboo, grass, coconut husks, palm oil residue, vegetables, fruits, food residue, sludge and the like. Among these biomasses, woody biomass such as thinned wood, pruned branches, waste wood, bark chips, and other wood is preferable. The coal may be low-grade coal such as subbituminous coal and lignite from the viewpoint of effective use of resources. Even when low-grade coal is used, pyrophoricity can be suppressed by reducing the surface area as a molding fuel.

粗粉砕工程S1では、バイオマスを切削及び破砕する。破砕のサイズは特に限定されないが、その後工程でのハンドリング性向上の観点から、粒度の平均値は好ましくは7mm超であり、より好ましくは10mm以上である。一方、後述の半炭化工程で半炭化を十分に進行させる観点から、粒度の平均値は好ましくは50mm未満であり、より好ましくは40mm未満である。粒度の平均値は、バイオマスの破砕片を篩にかけて粒度の分布を取った時の積算重量割合が50%となる粒度である。バイオマスの嵩密度は、例えば0.1〜0.6g/cmであってよい。バイオマスの水分量は例えば10〜60質量%であってよく、30〜60質量%であってもよい。In the coarse crushing step S1, the biomass is cut and crushed. The size of the crushing is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the handleability in the subsequent process, the average value of the particle size is preferably more than 7 mm, more preferably 10 mm or more. On the other hand, from the viewpoint of sufficiently advancing the semi-carbonization in the semi-carbonization step described later, the average value of the particle size is preferably less than 50 mm, more preferably less than 40 mm. The average value of the particle size is the particle size at which the cumulative weight ratio when the crushed biomass pieces are sieved and the particle size is distributed is 50%. The bulk density of the biomass may be, for example, 0.1 to 0.6 g / cm 3. The water content of the biomass may be, for example, 10 to 60% by mass, or 30 to 60% by mass.

乾燥工程S2では、バイオマスを、空気中、例えば20〜150℃の温度範囲にて乾燥する。乾燥工程S2は、不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また、燃焼炉の排ガス中で行ってもよい。乾燥工程S2では、バイオマスの水分を例えば0〜30質量%に低減する。乾燥工程を行うことによって、後述する半炭化工程におけるバイオマスの半炭化を円滑に進行させることができる。 In the drying step S2, the biomass is dried in the air, for example, in a temperature range of 20 to 150 ° C. The drying step S2 may be performed in an atmosphere of an inert gas. Further, it may be carried out in the exhaust gas of the combustion furnace. In the drying step S2, the water content of the biomass is reduced to, for example, 0 to 30% by mass. By performing the drying step, the semi-carbonization of biomass in the semi-carbonization step described later can proceed smoothly.

乾燥工程S2は、通常の電気炉等を用いて行ってもよいし、間接加熱器又は空気流動層乾燥器を用いて行ってもよい。乾燥工程S2の時間は特に制限はなく、バイオマスの水分量及びサイズ等によって調整することができる。 The drying step S2 may be performed using an ordinary electric furnace or the like, or may be performed using an indirect heater or an air fluidized bed dryer. The time of the drying step S2 is not particularly limited and can be adjusted according to the water content and size of the biomass.

破砕工程S3では石炭を破砕する。こちらも破砕のサイズは特に限定されないが、乾留を円滑に進行させる観点から、石炭の粒度の平均値は好ましくは50mm未満であり、より好ましくは30mm未満であり、さらに好ましくは10mm未満である。粒度の平均値は、石炭の破砕片を篩にかけて粒度の分布を取った時の積算重量割合が50%となる粒度である。石炭の水分は例えば30〜60質量%である。石炭の水分に応じて次の乾燥工程S4を行う。 In the crushing step S3, coal is crushed. The size of the crushing is also not particularly limited, but from the viewpoint of smooth carbonization, the average particle size of the coal is preferably less than 50 mm, more preferably less than 30 mm, and further preferably less than 10 mm. The average value of the particle size is the particle size at which the cumulative weight ratio when the crushed coal fragments are sieved and the particle size is distributed is 50%. The water content of coal is, for example, 30 to 60% by mass. The next drying step S4 is performed according to the water content of the coal.

乾燥工程S4では、石炭を、空気中、例えば40〜150℃の温度範囲に加熱して乾燥する。乾燥工程S4は、不活性ガス雰囲気中で行ってもよい。また、燃焼炉の排ガス中で行ってもよい。乾燥工程S4では、石炭の水分量を例えば10〜20質量%に低減する。このような乾燥工程S4を行うことによって、乾留工程の熱負荷を低減して乾留設備を小型化し、設備コストを低減することができる。 In the drying step S4, the coal is dried by heating it in the air, for example, in a temperature range of 40 to 150 ° C. The drying step S4 may be performed in an atmosphere of an inert gas. Further, it may be carried out in the exhaust gas of the combustion furnace. In the drying step S4, the water content of coal is reduced to, for example, 10 to 20% by mass. By performing such a drying step S4, the heat load in the carbonization step can be reduced, the carbonization equipment can be miniaturized, and the equipment cost can be reduced.

乾燥工程S4は、通常の電気炉等を用いて行ってもよいし、間接加熱器又は空気流動層乾燥器を用いて行ってもよい。乾燥工程S4の時間は特に制限はなく、石炭の水分量及びサイズ等によって調整することができる。 The drying step S4 may be performed using an ordinary electric furnace or the like, or may be performed using an indirect heater or an air fluidized bed dryer. The time of the drying step S4 is not particularly limited and can be adjusted according to the water content and size of the coal.

乾留工程S5は、乾燥工程S4で乾燥された石炭を乾留して、乾留炭を得る。なお、乾燥工程S4を行わずに乾留工程S5を行ってもよい。この場合、乾留工程S5の初期において石炭の水分が低減される。乾留工程S5では、例えば400〜800℃、好ましくは450〜650℃の温度を有する乾留炭を得る。乾留炭をこのような温度範囲にすることによって、石炭を十分に改質しつつ、バイオマスの半炭化を十分に進行させることができる。乾留工程S5は、竪型シャフト炉、コークス炉、又はトンネルキルン炉などの通常の乾留炉を用いて行うことができる。 In the dry distillation step S5, the coal dried in the drying step S4 is carbonized to obtain dry distillation coal. The dry distillation step S5 may be performed without performing the drying step S4. In this case, the water content of the coal is reduced at the initial stage of the carbonization step S5. In the carbonization step S5, carbonization coal having a temperature of, for example, 400 to 800 ° C., preferably 450 to 650 ° C. is obtained. By setting the dry distillation coal in such a temperature range, it is possible to sufficiently promote the semi-carbonization of biomass while sufficiently reforming the coal. The carbonization step S5 can be performed using a normal carbonization furnace such as a vertical shaft furnace, a coke oven, or a tunnel kiln furnace.

乾留による石炭の性状変化を、褐炭を例にして以下に示す。表1には、電気炉を用い無酸素の雰囲気下で褐炭を400〜800℃の各温度で1時間加熱して得られる乾留炭の性状の一例を示している。表1には、乾留前の褐炭と、各温度で乾留して得た乾留炭の工業分析、元素分析及び高位発熱量の測定結果が示されている。表1に示すとおり、乾留温度の上昇及び揮発分の脱離に伴って石炭中の炭素量が増加し、発熱量が上昇する。褐炭のみならず、亜瀝青炭においても同様の傾向がある。 The changes in the properties of coal due to carbonization are shown below using lignite as an example. Table 1 shows an example of the properties of dry distillation coal obtained by heating brown coal at each temperature of 400 to 800 ° C. for 1 hour in an oxygen-free atmosphere using an electric furnace. Table 1 shows the results of industrial analysis, elemental analysis, and measurement of high calorific value of lignite before carbonization and carbonization obtained by carbonization at each temperature. As shown in Table 1, the amount of carbon in coal increases as the carbonization temperature rises and the volatile matter is desorbed, and the calorific value increases. There is a similar tendency not only in lignite but also in subbituminous coal.

Figure 0006910546
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乾留炭の粒度の平均値は、好ましくは50mm未満であり、より好ましくは30mm未満であり、さらに好ましくは10mm未満である。粒度の平均値は、乾留炭の破砕片を篩にかけて粒度の分布を取った時の積算重量割合が50%となる粒度である。 The average particle size of the carbonized coal is preferably less than 50 mm, more preferably less than 30 mm, and even more preferably less than 10 mm. The average value of the particle size is the particle size at which the cumulative weight ratio when the crushed pieces of dry distillation coal are sieved and the particle size is distributed is 50%.

半炭化工程S6では、400〜800℃の温度範囲にある乾留炭と常温(例えば40℃以下)のバイオマスとを混合し、乾留炭の顕熱を用いてバイオマスを半炭化してバイオマス半炭化物と乾留炭とを含む混合物を得る。バイオマスは、乾留工程S5で加熱された乾留炭と混合されると、常温から200〜450℃の温度(半炭化温度)に加熱され、バイオマス半炭化物となる。本開示における「半炭化」とは、炭化処理が施されてバイオマスの一部が炭化されているものの完全には炭化されておらず、炭化される余地がまだ残っている状態をいう。半炭化工程S6は、空気との接触をほぼ又は完全に遮断した状態で行うことができる。設備としては、例えば竪型シャフト炉又はキルン等を用いてよい。完全炭化せずに半炭化の状態に留めることによって、バイオマス半炭化物(乾留物)の歩留を十分に確保でき、バイオマスが本来有する熱量を十分に有効活用することができる。 In the semi-carbonization step S6, dry distillation coal in a temperature range of 400 to 800 ° C. and biomass at room temperature (for example, 40 ° C. or lower) are mixed, and the biomass is semi-carbonized using the sensible heat of the dry distillation coal to obtain a biomass semi-carbonized product. A mixture containing dry distillation coal is obtained. When the biomass is mixed with the carbonization coal heated in the carbonization step S5, it is heated to a temperature of 200 to 450 ° C. (semi-carbonized temperature) from room temperature to become a biomass semi-carbonized product. The term "semi-carbonized" as used in the present disclosure refers to a state in which a part of biomass is carbonized by carbonization treatment, but is not completely carbonized, and there is still room for carbonization. The semi-carbonization step S6 can be performed in a state where contact with air is almost or completely cut off. As the equipment, for example, a vertical shaft furnace or a kiln may be used. By keeping the state of semi-carbonized without completely carbonizing, the yield of biomass semi-carbonized material (dry distillation product) can be sufficiently secured, and the amount of heat originally possessed by biomass can be fully utilized.

粉砕性を良好にする観点から、バイオマスを半炭化する際の半炭化温度は、好ましくは200℃を超える温度であり、より好ましくは250℃以上であり、さらに好ましくは280℃以上である。一方、バイオマスの熱量を有効に活用する観点から、半炭化温度は、好ましくは400℃以下であり、より好ましくは350℃以下である。 From the viewpoint of improving the pulverizability, the semi-carbonization temperature at the time of semi-carbonizing the biomass is preferably a temperature exceeding 200 ° C., more preferably 250 ° C. or higher, and further preferably 280 ° C. or higher. On the other hand, from the viewpoint of effectively utilizing the calorific value of biomass, the semi-carbonization temperature is preferably 400 ° C. or lower, more preferably 350 ° C. or lower.

乾留炭とバイオマスは、成形燃料の高位発熱量が6000[kcal/kg−dry]以上となるように混合してもよく、6200[kcal/kg−dry]以上となるように混合してもよい。例えば、乾留炭とバイオマスの合計100質量部に対してバイオマスを1〜80質量部の比率で混合してもよく、10〜70質量部の比率で混合してもよい。これによって、高い発熱量と優れた燃焼性を高い水準で両立できる成形燃料を得ることができる。質量比に応じて、バイオマスと混合する乾留炭の温度を調節してもよい。バイオマスの半炭化で発生する可燃性ガス及びタール成分は、燃料として回収してもよい。この燃料は、例えば乾留工程S5で燃料として使用してもよい。また、余剰の熱量は、蒸気として回収して有効活用してもよい。 The carbonization coal and biomass may be mixed so that the high calorific value of the molding fuel is 6000 [kcal / kg-dry] or more, or 6200 [kcal / kg-dry] or more. .. For example, the biomass may be mixed at a ratio of 1 to 80 parts by mass, or may be mixed at a ratio of 10 to 70 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the dry distillation coal and the biomass. As a result, it is possible to obtain a molded fuel that can achieve both a high calorific value and excellent combustibility at a high level. The temperature of the carbonization coal mixed with the biomass may be adjusted according to the mass ratio. The flammable gas and tar components generated by semi-carbonization of biomass may be recovered as fuel. This fuel may be used as a fuel in, for example, the carbonization step S5. Further, the surplus heat amount may be recovered as steam and effectively utilized.

バイオマスを半炭化することによって、発熱量を高くすることができる。バイオマス半炭化物の発熱量(高位発熱量)は、例えば5000[kcal/kg−dry]以上であってよく、5,500[kcal/kg−dry]以上であってもよい。半炭化する前のバイオマスを基準として、バイオマス半炭化物の高位発熱量は、例えば1.1倍以上、好ましくは1.2倍以上にすることができる。このようなバイオマス半炭化物を用いることによって、高い発熱量を有する成形燃料を製造することができる。 By semi-carbonizing the biomass, the calorific value can be increased. The calorific value (high calorific value) of the biomass semi-carbide may be, for example, 5000 [kcal / kg-dry] or more, or 5,500 [kcal / kg-dry] or more. Based on the biomass before semi-carbonization, the higher calorific value of the biomass semi-carbide can be, for example, 1.1 times or more, preferably 1.2 times or more. By using such a biomass semi-carbide, a molded fuel having a high calorific value can be produced.

粉砕工程S7では、乾留炭とバイオマス半炭化物とを含む混合物を粉砕する。粉砕後の粒度は、成形性を良好にする観点から、好ましくは10mm未満であり、より好ましくは、5mm未満である。バイオマス半炭化物は、半炭化前のバイオマスよりも粉砕性に優れる。このため、半炭化前のバイオマスを粉砕する場合に比べて、粉砕に必要な時間及びエネルギーを低減することができる。したがって、成形燃料を効率よく製造することができる。 In the crushing step S7, the mixture containing the dry distillation coal and the biomass semi-carbide is crushed. The particle size after pulverization is preferably less than 10 mm, more preferably less than 5 mm, from the viewpoint of improving moldability. Biomass semi-carbide is more pulverizable than biomass before semi-carbonization. Therefore, the time and energy required for crushing can be reduced as compared with the case of crushing the biomass before semi-carbonization. Therefore, the molded fuel can be efficiently produced.

バイオマス半炭化物の嵩密度は、例えば0.1〜0.5g/cmであってよい。乾留炭の嵩密度は、例えば0.3〜0.9g/cmであってよい。嵩密度が互いに異なる乾留炭とバイオマス半炭化物とを成形せずに混合物のままの状態で燃焼設備に搬送して投入すると、嵩密度の相違によって分離し易くなり、発熱量が変動しやすくなる。本実施形態の製造方法では、以下の成形工程を行うことによって、乾留炭とバイオマス半炭化物の分離を抑制して発熱量の変動を抑制することができる。The bulk density of the biomass semi-carbide may be, for example, 0.1 to 0.5 g / cm 3. The bulk density of the dry distillation coal may be, for example, 0.3 to 0.9 g / cm 3. If dry distillation coal and biomass semi-carbide having different bulk densities are transported to a combustion facility as a mixture without being formed and put into the combustion facility, they are easily separated due to the difference in bulk density, and the calorific value is liable to fluctuate. In the production method of the present embodiment, by performing the following molding steps, it is possible to suppress the separation of the dry distillation coal and the biomass semi-carbide and suppress the fluctuation of the calorific value.

成形工程S8では、粉砕工程S7で混合物を粉砕して得られた成形原料を成形して成形燃料を得る。成形原料の成形を行う設備としては、通常のダブルロール成形機、及び一軸加圧成形機等が挙げられる。成形原料を成形して得られる成形燃料の形状は特に限定されず、例えば、マセック型であってもよいし、球状、円柱状、アーモンド型又は角柱状であってもよい。成形燃料の粒度の平均値は、ハンドリング性向上の観点から、好ましくは5mm以上であり、より好ましくは10mm以上である。粒度の平均値は、成形燃料を篩にかけて粒度の分布を取った時の積算重量割合が50%となる粒度である。成形燃料の密度は、例えば0.7〜1.5g/mlであってもよい。成形圧は、線圧で例えば0.5〜10ton/cmであり、面圧で例えば20〜390MPaである。 In the molding step S8, the molding raw material obtained by crushing the mixture in the crushing step S7 is molded to obtain a molding fuel. Examples of equipment for molding a molding raw material include a normal double roll molding machine and a uniaxial pressure molding machine. The shape of the molding fuel obtained by molding the molding raw material is not particularly limited, and may be, for example, a Massec type, a spherical shape, a columnar shape, an almond type, or a prismatic shape. The average particle size of the molded fuel is preferably 5 mm or more, more preferably 10 mm or more, from the viewpoint of improving handleability. The average value of the particle size is the particle size at which the integrated weight ratio when the molded fuel is sieved and the particle size is distributed is 50%. The density of the molded fuel may be, for example, 0.7 to 1.5 g / ml. The molding pressure is, for example, 0.5 to 10 ton / cm in linear pressure and, for example, 20 to 390 MPa in surface pressure.

成形性向上及び成形燃料の強度向上のため、乾留炭とバイオマス半炭化物の混合物(粉砕物)に、バインダを配合して成形原料としてもよい。バインダとしては、例えばポリビニルアルコールを用いることができる。これによって、強度及び耐水性に優れた成形燃料を製造することができる。 In order to improve the moldability and the strength of the molding fuel, a binder may be blended with a mixture (crushed product) of carbonization coal and biomass semi-carbide to use as a molding raw material. As the binder, for example, polyvinyl alcohol can be used. This makes it possible to produce a molded fuel having excellent strength and water resistance.

上述の製造方法は、半炭化工程S6において、乾留炭の顕熱でバイオマスを半炭化していることから、エネルギーロスを少なくして効率よく高い発熱量を有する成形燃料を製造することができる。また、乾留工程S5を行っていることから、石炭をそのまま用いる場合よりも、成形燃料の発熱量を高くすることができる。 In the above-mentioned production method, since the biomass is semi-carbonized by the sensible heat of the carbonization in the semi-carbonization step S6, it is possible to efficiently produce a molded fuel having a high calorific value with less energy loss. Further, since the carbonization step S5 is performed, the calorific value of the molded fuel can be increased as compared with the case where coal is used as it is.

また、上述の製造方法は、乾留炭とバイオマス半炭化物とを含む混合物を粉砕して得られた成形原料を成形する成形工程S8によって成形燃料を製造している。このような成形工程S8を有する製造方法は、単にバイオマス又はバイオマス半炭化物と石炭又は乾留炭とを混合して燃焼する方法、及び、これらを別々に燃焼設備に投入する方法に比べて、ハンドリング性に優れる。 Further, in the above-mentioned production method, the molding fuel is produced by the molding step S8 for molding the molding raw material obtained by crushing the mixture containing the dry distillation coal and the biomass semi-carbohydrate. The manufacturing method having such a molding step S8 has a handleability as compared with a method of simply mixing and burning biomass or biomass semi-carbide and coal or carbonization coal, and a method of separately charging these into a combustion facility. Excellent for.

成形燃料の強度は、図2に示す測定装置10を用いて測定される圧壊強度として定量化することができる。試料として、円柱状(直径15mm×高さ15mm)の成形燃料16を準備する。架台18の底板上に配置された支持板17の上に、測定対象である成形燃料16の周面と支持板17の上面とが接するように、成形燃料16を配置する。そして、昇降可能に架台18に取り付けられた可動板14を下降させて、成形燃料16を可動板14と支持板17との間に挟む。そして、可動板14を操作することによって、成形燃料16の径方向に荷重を加える。最終的に成形燃料16が破壊した時の荷重から圧壊強度を求める。 The strength of the molded fuel can be quantified as the crushing strength measured using the measuring device 10 shown in FIG. As a sample, a columnar (diameter 15 mm × height 15 mm) molding fuel 16 is prepared. The molding fuel 16 is arranged on the support plate 17 arranged on the bottom plate of the gantry 18 so that the peripheral surface of the molding fuel 16 to be measured and the upper surface of the support plate 17 are in contact with each other. Then, the movable plate 14 attached to the gantry 18 is lowered so as to be able to move up and down, and the molding fuel 16 is sandwiched between the movable plate 14 and the support plate 17. Then, by operating the movable plate 14, a load is applied in the radial direction of the molding fuel 16. The crushing strength is obtained from the load when the molded fuel 16 finally breaks.

成形工程S8でバインダ水溶液としてポリビニルアルコールの水溶液を用いた場合、成形工程S8の後に、成形物を、例えば電気炉又は乾燥機等を用いて乾燥して水分を低減する乾燥工程を行ってもよい。成形物を乾燥することによって成形燃料を得てもよい。乾燥は、例えば60〜100℃の空気中又は不活性ガス雰囲気中で30分間〜20時間行ってもよい。また、燃焼炉の排ガス中で行ってもよい。このような乾燥によって、成形燃料の水分を好ましくは5質量%以下に低減する。このような水分量にすることによって、ポリビニルアルコールの分子同士(水酸基同士)の水素結合が十分に促進され、成形燃料の強度を一層高くすることができる。成形燃料の水分は、水分測定機を用いて加熱乾燥法(加熱乾燥前後の質量を測定する方法)によって測定することができる。 When an aqueous solution of polyvinyl alcohol is used as the binder aqueous solution in the molding step S8, a drying step of drying the molded product using, for example, an electric furnace or a dryer to reduce the water content may be performed after the molding step S8. .. Molding fuel may be obtained by drying the molded product. Drying may be carried out, for example, in the air at 60 to 100 ° C. or in an atmosphere of an inert gas for 30 minutes to 20 hours. Further, it may be carried out in the exhaust gas of the combustion furnace. By such drying, the water content of the molded fuel is preferably reduced to 5% by mass or less. With such a water content, hydrogen bonds between polyvinyl alcohol molecules (hydroxyl groups) are sufficiently promoted, and the strength of the molded fuel can be further increased. The moisture content of the molding fuel can be measured by a heat drying method (a method of measuring the mass before and after heat drying) using a moisture measuring machine.

乾燥工程後の成形燃料の圧壊強度は、好ましくは100N以上であり、より好ましくは150N以上である。また、20℃の水中に24時間浸漬した後の成形燃料の圧壊強度は、好ましくは40N以上であり、より好ましくは50N以上である。このように本実施形態の成形燃料は、例えば、バインダとしてポリビニルアルコールを用いることによって、乾燥時のみならず水に濡れても高い強度を維持できるようにすることもできる。 The crushing strength of the molded fuel after the drying step is preferably 100 N or more, more preferably 150 N or more. The crushing strength of the molded fuel after being immersed in water at 20 ° C. for 24 hours is preferably 40 N or more, more preferably 50 N or more. As described above, the molding fuel of the present embodiment can maintain high strength not only when it is dried but also when it gets wet with water by using polyvinyl alcohol as a binder, for example.

成形工程S8で用いるバインダとして用いるポリビニルアルコールは、けん化度が99mol%以上、好ましくは99.3mol%以上、より好ましくは99.3mol%超、さらに好ましくは99.8mol%超であるポリビニルアルコール(PVA)の水溶液であってよい。けん化度は、けん化によりビニルアルコール単位に変換され得る単位のうち、実際にビニルアルコール単位にけん化されている単位の割合を表したものである。けん化度は、JIS K 6726−1994に準じて中和滴定法によって測定することができる。具体的には、ポリビニルアルコールにフェノールフタレイン溶液を加え、水酸化ナトリウムを薄紅色になるまで滴下する。その滴下量から残基(残存酢酸基)を求め、けん化度を算出する。 The polyvinyl alcohol used as the binder used in the molding step S8 has a saponification degree of 99 mol% or more, preferably 99.3 mol% or more, more preferably more than 99.3 mol%, still more preferably more than 99.8 mol% (PVA). ) May be an aqueous solution. The degree of saponification represents the ratio of units that are actually saponified to vinyl alcohol units among the units that can be converted into vinyl alcohol units by saponification. The degree of saponification can be measured by the neutralization titration method according to JIS K 6726-1994. Specifically, a phenolphthalein solution is added to polyvinyl alcohol, and sodium hydroxide is added dropwise until it turns light red. The residue (residual acetic acid group) is obtained from the dropping amount, and the saponification degree is calculated.

すなわち、けん化度は、下記式(1)のような分子構造を有するポリビニルアルコールにおいて、n/(m+n)×100の数式で計算される。部分けん化型のポリビニルアルコールは下記式(1)のような分子構造を有するのに対し、完全けん化型のポリビニルアルコールは下記式(2)に示すとおり、殆どの酢酸基が水酸基で置換されている。 That is, the saponification degree is calculated by a mathematical formula of n / (m + n) × 100 in polyvinyl alcohol having a molecular structure as shown in the following formula (1). The partially saponified polyvinyl alcohol has a molecular structure as shown in the following formula (1), whereas the fully saponified polyvinyl alcohol has most of the acetic acid groups substituted with hydroxyl groups as shown in the following formula (2). ..

Figure 0006910546
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けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールは、乾燥すると各分子の水酸基同士が水素結合により強固に結合する。このような結合が一旦形成されると、再び水と接触しても容易に解離しない。このため、けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールの水溶液を含むバインダを用い、成形して得られる成形燃料は耐水性に優れる。ポリビニルアルコールのけん化度は、成形燃料の強度を一層高くする観点から、好ましくは99.3mol%以上であり、より好ましくは99.3mol%超であり、さらに好ましくは99.8mol%超である。 When polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more is dried, the hydroxyl groups of each molecule are firmly bonded to each other by hydrogen bonds. Once such a bond is formed, it does not easily dissociate when it comes into contact with water again. Therefore, the molding fuel obtained by molding using a binder containing an aqueous solution of polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more is excellent in water resistance. The saponification degree of polyvinyl alcohol is preferably 99.3 mol% or more, more preferably 99.3 mol% or more, and further preferably 99.8 mol% or more, from the viewpoint of further increasing the strength of the molded fuel.

ポリビニルアルコールは市販品を用いることができる。ポリビニルアルコールの重合度は、特に乾燥時の成形燃料の強度を向上させる観点から、好ましくは1700以上であり、より好ましくは2500以上であり、さらに好ましくは3300以上である。ポリビニルアルコールの重合度はJIS K6726−1994に準じて溶液粘度測定法によって測定することができる。 Commercially available products can be used as polyvinyl alcohol. The degree of polymerization of polyvinyl alcohol is preferably 1700 or more, more preferably 2500 or more, still more preferably 3300 or more, particularly from the viewpoint of improving the strength of the molded fuel during drying. The degree of polymerization of polyvinyl alcohol can be measured by a solution viscosity measuring method according to JIS K6726-1994.

ポリビニルアルコールの水溶液におけるポリビニルアルコールの含有量は、好ましくは1〜10質量%であり、より好ましくは2〜10質量%である。これによって、粉状の成形原料と混練し易くなり、分散性を良好にすることができる。したがって、成形原料の均一性が向上し、成形燃料の強度のばらつきを低減することができる。 The content of polyvinyl alcohol in the aqueous solution of polyvinyl alcohol is preferably 1 to 10% by mass, more preferably 2 to 10% by mass. As a result, it becomes easy to knead with the powdery molding raw material, and the dispersibility can be improved. Therefore, the uniformity of the molding raw material can be improved, and the variation in the strength of the molding fuel can be reduced.

バインダ水溶液は、可燃物のみからなるバインダに比べて安全性に優れる。また、加熱をせずに室温でも成形原料とバインダとの混練が可能であることから、自然発火性を有する乾留炭であっても十分安全に混練することができる。ただし、加熱をして混錬することを排除するものではない。 The binder aqueous solution is superior in safety to the binder composed only of combustible materials. Further, since the molding raw material and the binder can be kneaded at room temperature without heating, even dry distillation coal having spontaneous ignition can be sufficiently and safely kneaded. However, it does not exclude heating and kneading.

成形原料は、乾留炭とバイオマス半炭化物の混合物とポリビニルアルコールの水溶液とを配合して混練し、調製することができる。ポリビニルアルコールの水溶液の粘度、又は当該水溶液におけるポリビニルアルコールの含有量に応じて、水も併せて配合して混練してもよい。粉状の混合物100質量部に対するポリビニルアルコールの水溶液の配合比は、成形性と混練性の両方を十分に高水準にする観点から、例えば5〜50質量部であってもよく、5〜30質量部であってもよい。 The molding raw material can be prepared by mixing and kneading a mixture of dry distillation coal, a biomass semi-carbide, and an aqueous solution of polyvinyl alcohol. Depending on the viscosity of the aqueous solution of polyvinyl alcohol or the content of polyvinyl alcohol in the aqueous solution, water may also be blended and kneaded. The mixing ratio of the aqueous solution of polyvinyl alcohol to 100 parts by mass of the powdery mixture may be, for example, 5 to 50 parts by mass, and 5 to 30 parts by mass, from the viewpoint of making both moldability and kneadability sufficiently high. It may be a department.

成形燃料の強度を十分に高くする観点から、成形燃料におけるポリビニルアルコールの含有量は好ましくは0.5質量%以上であり、より好ましくは1.5質量%以上である。一方、成形燃料の製造コストを低減する観点から、成形原料におけるポリビニルアルコールの含有量は好ましくは10質量%以下である。成形原料における水分は、成形性と混練性の両方を十分に高水準にする観点から、好ましくは20〜40質量%である。 From the viewpoint of sufficiently increasing the strength of the molding fuel, the content of polyvinyl alcohol in the molding fuel is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more. On the other hand, from the viewpoint of reducing the production cost of the molding fuel, the content of polyvinyl alcohol in the molding raw material is preferably 10% by mass or less. The water content in the molding raw material is preferably 20 to 40% by mass from the viewpoint of making both the moldability and the kneadability at a sufficiently high level.

バインダは、ポリビニルアルコール及び水以外の成分を含有していてもよい。そのような成分として水溶性のものであってもよい。水溶性のものとしては製造コストの観点からα澱粉が好ましい。ポリビニルアルコールよりもα澱粉の方が通常は安価であることから、ポリビニルアルコールの一部をα澱粉で置換することによって成形燃料の製造コストを低減することができる。また、α澱粉を用いると、乾燥時の成形燃料の強度を十分に高くすることができる。成形燃料において、混合物100質量部に対するα澱粉の配合比は、耐水性を維持しつつ乾燥時の強度を十分に高くする観点から、好ましくは1〜9質量部である。 The binder may contain components other than polyvinyl alcohol and water. Such components may be water-soluble. As the water-soluble one, α-starch is preferable from the viewpoint of production cost. Since α-starch is usually cheaper than polyvinyl alcohol, it is possible to reduce the production cost of the molded fuel by substituting a part of polyvinyl alcohol with α-starch. Further, when α-starch is used, the strength of the molded fuel at the time of drying can be sufficiently increased. In the molding fuel, the compounding ratio of α-starch to 100 parts by mass of the mixture is preferably 1 to 9 parts by mass from the viewpoint of sufficiently increasing the strength at the time of drying while maintaining water resistance.

上述の実施形態の変形例では、半炭化工程S6と成形工程S8との間に、乾留炭とバイオマス半炭化物とを含む混合物を、例えば、140℃以上且つ240℃以下の温度範囲、好ましくは160℃以上且つ200℃以下の温度範囲で酸化処理する酸化処理工程を有する。酸化処理工程は、粉砕工程S7の前に行ってもよいし、粉砕工程S7の後に行ってもよい。このような温度範囲で酸化処理を行うと、乾留炭の表面にある官能基が酸化され酸素含有量が増加する。このように、乾留炭の表面成分が酸化されて表面状態が安定化されるため、自己発熱性が低減されて自然発火性が抑制される。また、酸化処理に伴う酸化分解が抑制され、成形燃料の歩留まりを高くすることができる。 In the modification of the above-described embodiment, a mixture containing dry distillation coal and biomass semi-carbide is provided between the semi-carbonization step S6 and the molding step S8, for example, in a temperature range of 140 ° C. or higher and 240 ° C. or lower, preferably 160 ° C. It has an oxidation treatment step of performing an oxidation treatment in a temperature range of ° C. or higher and 200 ° C. or lower. The oxidation treatment step may be performed before the pulverization step S7 or after the pulverization step S7. When the oxidation treatment is performed in such a temperature range, the functional groups on the surface of the carbonized coal are oxidized and the oxygen content is increased. In this way, the surface components of the carbonization coal are oxidized to stabilize the surface state, so that the self-heating property is reduced and the pyrophoricity is suppressed. In addition, oxidative decomposition associated with the oxidation treatment is suppressed, and the yield of the molded fuel can be increased.

上記酸化処理工程において、混合物を上記温度範囲で酸化処理する時間が60分間以下であることが好ましい。これによって、成形燃料の歩留まりを十分に高くすることができる。 In the oxidation treatment step, the time for oxidizing the mixture in the above temperature range is preferably 60 minutes or less. Thereby, the yield of the molded fuel can be sufficiently increased.

酸化処理工程の雰囲気は、酸素を含有する雰囲気であれば特に制限はなく、空気であってもよいし、窒素等の不活性ガスと酸素との混合雰囲気であってもよい。また、燃焼炉の排ガスであってもよい。酸素濃度は、安全性と酸化処理の効率性の観点から、例えば2〜13体積%であってもよく、3〜10体積%であってもよい。この「体積%」は、標準状態(25℃、100kPa)の条件における体積比率である。 The atmosphere of the oxidation treatment step is not particularly limited as long as it contains oxygen, and may be air or a mixed atmosphere of an inert gas such as nitrogen and oxygen. Further, it may be the exhaust gas of the combustion furnace. The oxygen concentration may be, for example, 2 to 13% by volume or 3 to 10% by volume from the viewpoint of safety and efficiency of the oxidation treatment. This "volume%" is the volume ratio under the conditions of the standard state (25 ° C., 100 kPa).

酸化処理工程では、乾留炭の表面における官能基が酸化される。これによって、酸化による自己発熱性が低減され、自然発火性が十分に抑制された成形燃料を製造することができる。成形燃料の揮発分(VM)は、燃料としての有用性を高くする観点から、5質量%以上であってもよく、10質量%以上であってもよい。一方、成形燃料の揮発分(VM)は、自然発火性を一層低減する観点から、30質量%以下であってもよく、25質量%以下であってもよい。なお、本明細書における揮発分は、JIS M 8812:2006の「角形電気炉法」に準拠して測定される無水ベースの値である。 In the oxidation treatment step, the functional groups on the surface of the carbonized coal are oxidized. As a result, self-heating due to oxidation is reduced, and it is possible to produce a molded fuel in which spontaneous ignition is sufficiently suppressed. The volatile content (VM) of the molded fuel may be 5% by mass or more or 10% by mass or more from the viewpoint of increasing the usefulness as a fuel. On the other hand, the volatile content (VM) of the molded fuel may be 30% by mass or less, or 25% by mass or less, from the viewpoint of further reducing the pyrophoricity. The volatile content in the present specification is an anhydrous base value measured in accordance with JIS M 8812: 2006 “Square electric furnace method”.

図3は、別の実施形態に係る成形燃料の製造方法のフローチャートである。この製造方法は、バイオマスを粗粉砕する粗粉砕工程S1と、バイオマスを乾燥する乾燥工程S2と、石炭を破砕する破砕工程S3と、石炭を乾燥する乾燥工程S4と、石炭を乾留して乾留炭を得る乾留工程S5と、バイオマスを半炭化してバイオマス半炭化物を得る半炭化工程S6’と、バイオマス半炭化物を粉砕する粉砕工程S7’と、乾留炭とバイオマス半炭化物の混合物を成形して成形燃料を得る成形工程S8と、を有する。粗粉砕工程S1、乾燥工程S2、破砕工程S3、乾燥工程S4、乾留工程S5、及び、成形工程S8は、上述の実施形態と同様に行うことができる。したがって、上述の実施形態の説明内容を適用することができる。 FIG. 3 is a flowchart of a molding fuel manufacturing method according to another embodiment. This production method includes a coarse crushing step S1 for coarsely crushing biomass, a drying step S2 for drying biomass, a crushing step S3 for crushing coal, a drying step S4 for drying coal, and carbonization of coal. A dry distillation step S5 for obtaining It has a molding step S8 for obtaining fuel. The rough crushing step S1, the drying step S2, the crushing step S3, the drying step S4, the drying distilling step S5, and the molding step S8 can be performed in the same manner as in the above-described embodiment. Therefore, the description of the above-described embodiment can be applied.

半炭化工程S6’では、バイオマスを乾留炭の顕熱ではなく別の熱源を用いてバイオマスを半炭化してよい。また、乾留炭の顕熱を熱源の一部として用いてもよい。バイオマス半炭化物は、バイオマスを200〜450℃の温度(半炭化温度)に加熱することによって得られる。半炭化工程S6’も、半炭化工程S6と同様に、空気との接触をほぼ又は完全に遮断した状態で行うことができる。設備としては、例えば竪型シャフト炉又はキルン等を用いてよい。なお、変形例では、一部のバイオマスの半炭化を乾留炭の顕熱を用いて行い、残部のバイオマスの半炭化を別の熱源を用いて行ってもよい。これによって柔軟なオペレーションが可能となる。 In the semi-carbonization step S6', the biomass may be semi-carbonized using another heat source instead of the sensible heat of the carbonization coal. Further, the sensible heat of the carbonization coal may be used as a part of the heat source. Biomass semi-carbide is obtained by heating the biomass to a temperature of 200-450 ° C (semi-carbide temperature). Similar to the semi-carbonization step S6, the semi-carbonization step S6'can also be performed in a state where contact with air is almost or completely blocked. As the equipment, for example, a vertical shaft furnace or a kiln may be used. In the modified example, the semi-carbonization of a part of the biomass may be performed by using the sensible heat of the carbonization coal, and the semi-carbonization of the remaining biomass may be performed by using another heat source. This enables flexible operation.

粉砕工程S7’では、バイオマス半炭化物を粉砕する。粉砕後の粒度は、成形性を良好にする観点から、好ましくは10mm未満であり、より好ましくは、5mm未満である。バイオマス半炭化物は、半炭化前のバイオマスよりも粉砕性に優れる。このため、半炭化前のバイオマスを粉砕する場合に比べて、粉砕に必要な時間及びエネルギーを低減することができる。したがって、成形燃料を効率よく製造することができる。 In the crushing step S7', the biomass semi-carbide is crushed. The particle size after pulverization is preferably less than 10 mm, more preferably less than 5 mm, from the viewpoint of improving moldability. Biomass semi-carbide is more pulverizable than biomass before semi-carbonization. Therefore, the time and energy required for crushing can be reduced as compared with the case of crushing the biomass before semi-carbonization. Therefore, the molded fuel can be efficiently produced.

成形工程S8では、乾留炭とバイオマス半炭化物の合計100質量部に対して、バイオマス半炭化物を1〜80質量部の比率で混合してもよく、バイオマス半炭化物を10〜70質量部の比率で混合してもよい。これによって、高い発熱量と優れた燃焼性を高い水準で両立できる成形燃料を得ることができる。 In the molding step S8, the biomass semi-carbide may be mixed at a ratio of 1 to 80 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the dry distillation coal and the biomass semi-carbide, and the biomass semi-carbide may be mixed at a ratio of 10 to 70 parts by mass. It may be mixed. As a result, it is possible to obtain a molded fuel that can achieve both a high calorific value and excellent combustibility at a high level.

上述の実施形態の変形例では、成形工程S8の前に、乾留炭とバイオマス半炭化物とを混合して得られる混合物を、例えば、140℃以上且つ240℃以下の温度範囲、好ましくは160℃以上且つ200℃以下の温度範囲で酸化処理する酸化処理工程を行ってもよい。 In the modified example of the above-described embodiment, before the molding step S8, the mixture obtained by mixing the dry distillation coal and the biomass semi-carbide is prepared, for example, in a temperature range of 140 ° C. or higher and 240 ° C. or lower, preferably 160 ° C. or higher. Moreover, the oxidation treatment step of performing the oxidation treatment in the temperature range of 200 ° C. or lower may be performed.

酸化処理工程は、半炭化工程S6’と粉砕工程S7’の間に行ってもよいし、乾留炭とバイオマス半炭化物とを混合する前に、バイオマス半炭化物と乾留炭とを個別に酸化処理してもよい。上記酸化処理工程において、上記温度範囲で酸化処理する時間は60分間以下であることが好ましい。これによって、成形燃料の歩留まりを十分に高くすることができる。 The oxidation treatment step may be performed between the semi-carbonization step S6'and the crushing step S7', or the biomass semi-carbide and the dry distillation coal are individually oxidized before being mixed with the dry distillation coal and the biomass semi-carbide. You may. In the oxidation treatment step, the time for oxidation treatment in the above temperature range is preferably 60 minutes or less. Thereby, the yield of the molded fuel can be sufficiently increased.

酸化処理工程の雰囲気は、酸素を含有する雰囲気であれば特に制限はなく、空気であってもよいし、窒素等の不活性ガスと酸素との混合雰囲気であってもよい。また、燃焼炉の排ガスであってもよい。酸素濃度は、安全性と酸化処理の効率性の観点から、例えば2〜13体積%であってもよく、3〜10体積%であってもよい。この「体積%」は、標準状態(25℃、100kPa)の条件における体積比率である。 The atmosphere of the oxidation treatment step is not particularly limited as long as it contains oxygen, and may be air or a mixed atmosphere of an inert gas such as nitrogen and oxygen. Further, it may be the exhaust gas of the combustion furnace. The oxygen concentration may be, for example, 2 to 13% by volume or 3 to 10% by volume from the viewpoint of safety and efficiency of the oxidation treatment. This "volume%" is the volume ratio under the conditions of the standard state (25 ° C., 100 kPa).

バイオマス半炭化物と乾留炭とを混合する前に、それぞれを個別に酸化処理する場合、乾留炭の酸化処理は160℃以上且つ240℃以下、又は160℃以上且つ220℃以下で行ってよい。バイオマス半炭化物の酸化処理は、100℃以上且つ200℃未満、又は130℃以上且つ180℃以下で行ってよい。バイオマス半炭化物は乾留炭より低い温度で酸化処理をしても、十分に安全性を高めることができる。 When the biomass semi-carbide and the dry distillation coal are individually oxidized before being mixed, the oxidation treatment of the dry distillation coal may be carried out at 160 ° C. or higher and 240 ° C. or lower, or 160 ° C. or higher and 220 ° C. or lower. The oxidation treatment of the biomass semi-carbide may be carried out at 100 ° C. or higher and lower than 200 ° C., or 130 ° C. or higher and 180 ° C. or lower. Biomass semi-carbide can be sufficiently improved in safety even if it is oxidized at a temperature lower than that of carbonized coal.

上記各実施形態の製造方法であれば、褐炭及び亜瀝青炭等の低品位炭及びバイオマスを原料として用いつつも石炭火力発電用一般炭と同等またはそれ以上の発熱量を有し、バイオマスの混合によってCO排出量の少ない成形燃料を、安価に製造することができる。In the production method of each of the above embodiments, low-grade coal such as lignite and subbituminous coal and biomass are used as raw materials, but have a calorific value equal to or higher than that of steam coal for coal-fired power generation, and by mixing biomass. Molded fuel with low CO 2 emissions can be produced at low cost.

本開示の成形燃料の一実施形態は、例えば上記各実施形態又はそれらの変形例の製造方法によって製造することができる。したがって、製造方法に関する上述の説明は、成形燃料にも適用される。成形燃料は、石炭の乾留炭とバイオマス半炭化物の混合物の粉砕物を含んでよい。このような成形燃料はハンドリング性に優れる。石炭は褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含んでよい。これによって、成形燃料の熱量を十分に高くすることができる。乾留炭とバイオマス半炭化物の含有割合は、成形燃料の発熱量が無水基準で6000[kcal/kg−dry]以上となる割合であってよく、無水基準で6200[kcal/kg−dry]以上となる割合であってもよい。 One embodiment of the molded fuel of the present disclosure can be produced, for example, by the production method of each of the above-mentioned embodiments or modifications thereof. Therefore, the above description of the manufacturing method also applies to molded fuels. The molding fuel may include a pulverized mixture of carbonized coal and biomass semi-carbide. Such molded fuel is excellent in handleability. Coal may include at least one of lignite and subbituminous coal. Thereby, the calorific value of the molded fuel can be sufficiently increased. The content ratio of carbonization coal and biomass semi-carbide may be such that the calorific value of the molding fuel is 6000 [kcal / kg-dry] or more on an anhydrous basis, and 6200 [kcal / kg-dry] or more on an anhydrous basis. The ratio may be.

成形燃料は、上記粉砕物とバインダ水溶液とを含む成形原料を成形して得てもよい。バインダ水溶液は、けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールを含む水溶液であってよい。このようなポリビニルアルコールを含むことによって、成形燃料の圧壊強度を十分に高くしつつ、耐水性も向上することができる。 The molding fuel may be obtained by molding a molding raw material containing the above-mentioned pulverized product and an aqueous binder solution. The binder aqueous solution may be an aqueous solution containing polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more. By containing such polyvinyl alcohol, it is possible to improve the water resistance while sufficiently increasing the crushing strength of the molded fuel.

乾燥後の成形燃料の圧壊強度は、好ましくは100N以上であり、より好ましくは150N以上である。20℃の水中に24時間浸漬した後の成形燃料の圧壊強度は、好ましくは40N以上であり、より好ましくは50N以上である。ここで、圧壊強度50Nとは、パイル高さ15mのヤードでの野積み時に、最下部の成形燃料に自重がかかっても破壊しない程度の強度であり、搬送時の粉化も抑制できる程度の強度である。 The crushing strength of the molded fuel after drying is preferably 100 N or more, more preferably 150 N or more. The crushing strength of the molded fuel after being immersed in water at 20 ° C. for 24 hours is preferably 40 N or more, more preferably 50 N or more. Here, the crushing strength of 50 N is such that it does not break even if its own weight is applied to the molded fuel at the bottom when it is piled up in the yard with a pile height of 15 m, and it can suppress pulverization during transportation. Strength.

一実施形態に係る成形燃料は、褐炭及び亜瀝青炭等の低品位炭及びバイオマスを原料として用いつつも石炭火力発電用の一般炭と同等またはそれ以上の発熱量を有し、バイオマスの混合によるCO排出量の少なくすることができる。The molding fuel according to one embodiment has a calorific value equal to or higher than that of steam coal for coal-fired power generation while using low-grade coal such as lignite and subbituminous coal and biomass as raw materials, and CO by mixing biomass. 2 Emissions can be reduced.

成形燃料は、13倍の質量の水に25℃で2日間浸漬したとき、当該水のCODが500質量ppm以下であってよく、400質量ppm以下であってよく、300質量ppm以下であってもよい。これによって、例えばヤードに野積みしたときに環境への影響を十分に低減することができる。同様の観点から、同一条件で水に浸漬したとき、水の濁度は200度以下であってよく、100度以下であってもよい。同様の観点から、同一条件で水に浸漬したとき、水中の油分は1wt ppm以下であってよい。 When the molding fuel is immersed in 13 times the mass of water at 25 ° C. for 2 days, the COD of the water may be 500 mass ppm or less, 400 mass ppm or less, and 300 mass ppm or less. May be good. This makes it possible to sufficiently reduce the impact on the environment, for example, when the product is piled up in the yard. From the same viewpoint, when immersed in water under the same conditions, the turbidity of the water may be 200 degrees or less, or 100 degrees or less. From the same viewpoint, when immersed in water under the same conditions, the oil content in the water may be 1 wt ppm or less.

成形燃料は、乾留炭を含むことから高い発熱量を有する。また、バイオマス半炭化物を含むことから小さい燃料比(燃料比=固定炭素(FC)/揮発分(VM))を有する。小さい燃料比を有すると、揮発分が高いため着火性に富み、燃焼開始後すぐに揮発分が抜けることで成形燃料が多孔質になり、比表面積が大きくなる。このため、成形燃料は燃焼性にも優れる。また、未燃分及び窒素酸化物等の有害物質の発生量を低減することができる。成形燃料は、任意のサイズに加工して、固形燃料として用いてもよい。また、他の粒状物と成形燃料を混合して固形燃料としてもよい。 Since the molded fuel contains dry distillation coal, it has a high calorific value. Moreover, since it contains biomass semi-carbide, it has a small fuel ratio (fuel ratio = fixed carbon (FC) / volatile matter (VM)). When the fuel ratio is small, the volatile content is high, so that the ignitability is high, and the volatile content is removed immediately after the start of combustion, so that the molded fuel becomes porous and the specific surface area becomes large. Therefore, the molded fuel is also excellent in combustibility. In addition, the amount of unburned components and harmful substances such as nitrogen oxides can be reduced. The molded fuel may be processed into an arbitrary size and used as a solid fuel. Further, the molding fuel may be mixed with other granules to obtain a solid fuel.

成形燃料におけるバイオマス半炭化物の含有量は、乾留炭とバイオマス半炭化物の合計100質量部に対して、1〜80質量部であってよく、10〜70質量部であってもよい。これによって、高い発熱量と優れた燃焼性を高い水準で両立することができる。 The content of the biomass semi-carbide in the molding fuel may be 1 to 80 parts by mass or 10 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total of the dry distillation coal and the biomass semi-carbide. This makes it possible to achieve both a high calorific value and excellent combustibility at a high level.

以上、本開示の幾つかの実施形態を説明したが、本開示は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、成形燃料の製造方法において、バイオマス及び石炭のサイズによっては、粗粉砕工程S1,破砕工程S3は行わなくてもよい。また、乾燥工程S2,S4も行わずに、乾留工程S5又は半炭化工程S6,S6’において乾燥を行ってもよい。 Although some embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiments. For example, in the molding fuel production method, the coarse crushing step S1 and the crushing step S3 may not be performed depending on the sizes of biomass and coal. Further, drying may be performed in the dry distillation step S5 or the semi-carbonization step S6, S6'without performing the drying steps S2 and S4.

実験結果を参照して本開示の内容をより詳細に説明する。 The contents of the present disclosure will be described in more detail with reference to the experimental results.

(予備実験)
[半炭化によるバイオマスの変化]
バイオマスとしてユーカリのチップ(粒度:10〜50mm)を準備した。このバイオマスを、電気炉を用いて、無酸素の雰囲気下において、200〜400℃の温度で2時間加熱してバイオマス半炭化物を得た。半炭化前のバイオマスと、各半炭化温度で半炭化して得られたバイオマス半炭化物の工業分析、元素分析及び高位発熱量を測定した。結果は、表2に示すとおりであった。
(Preliminary experiment)
[Changes in biomass due to semi-carbonization]
Eucalyptus chips (particle size: 10 to 50 mm) were prepared as biomass. This biomass was heated in an oxygen-free atmosphere at a temperature of 200 to 400 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain a biomass semi-carbide. Industrial analysis, elemental analysis and higher calorific value of biomass before semi-carbonization and biomass semi-carbonized obtained by semi-carbonization at each semi-carbonization temperature were measured. The results are as shown in Table 2.

Figure 0006910546
Figure 0006910546

図4には、表2に示すバイオマス半炭化物の無水基準の発熱量(高位発熱量)をプロットした。これらの結果から、バイオマスを半炭化することによって、発熱量を増加できることが確認された。 In FIG. 4, the calorific value (higher calorific value) of the biomass semi-carbide shown in Table 2 based on anhydrous is plotted. From these results, it was confirmed that the calorific value can be increased by semi-carbonizing the biomass.

JIS M 8801に準拠して、バイオマス、バイオマス半炭化物のハードグローブ粉砕性指数(HGI)を測定した。結果は、図5に示すとおりであった。図5中、半炭化温度25℃のプロットは、半炭化前のバイオマスの結果を示している。図5に示すとおり、バイオマス半炭化物の方がバイオマスよりも粉砕されやすいことが確認された。一般的な石炭のハードグローブ粉砕性指数(HGI)は、30〜70である(図5の2本の実線で挟まれる領域)。これらの結果からも、半炭化温度が200℃以上になると、バイオマス半炭化物は石炭と同等以上の粉砕性を具備できることが確認された。 The Hardgrove Grindability Index (HGI) of biomass and biomass semi-carbide was measured according to JIS M 8801. The results were as shown in FIG. In FIG. 5, the plot at a semi-carbonized temperature of 25 ° C. shows the results of biomass before semi-carbonization. As shown in FIG. 5, it was confirmed that the biomass semi-carbide is more easily crushed than the biomass. A typical coal has a Hardgrove Grindability Index (HGI) of 30-70 (the region between the two solid lines in FIG. 5). From these results, it was confirmed that when the semi-carbonized temperature is 200 ° C. or higher, the biomass semi-carbide can have pulverizability equal to or higher than that of coal.

(実験例1)
表2のバイオマス半炭化物(半炭化温度:320℃)と、石炭を480℃で60分間乾留して得られた乾留炭とを混合して混合物を得た。混合比率は、バイオマス半炭化物と乾留炭の合計100質量部に対し、バイオマス半炭化物を30質量部、乾留炭を70質量部とした。バイオマス半炭化物及び乾留炭の平均粒度は、どちらも0.2mmであった。混合物と、市販のポリビニルアルコール(けん化度:>99.85mol%、重合度:1700)を10質量%の濃度で含有する水溶液(バインダ水溶液)と、水とを混合して成形原料を得た。このときの配合比を、混合物100質量部に対して、バインダ水溶液を10〜40質量部(バインダとして1〜4質量部)の範囲で変えて複数の成形原料を調製した。
(Experimental Example 1)
A mixture was obtained by mixing the biomass semi-carbide (semi-carbide temperature: 320 ° C.) in Table 2 and the carbonization coal obtained by carbonizing coal at 480 ° C. for 60 minutes. The mixing ratio was 30 parts by mass for the biomass semi-carbide and 70 parts by mass for the dry distillation coal with respect to 100 parts by mass in total of the biomass semi-carbide and the dry distillation coal. The average particle size of both the biomass semi-carbide and the carbonization coal was 0.2 mm. A molding raw material was obtained by mixing the mixture, an aqueous solution (binder aqueous solution) containing a commercially available polyvinyl alcohol (saponification degree:> 99.85 mol%, degree of polymerization: 1700) at a concentration of 10% by mass, and water. At this time, a plurality of molding raw materials were prepared by changing the blending ratio in the range of 10 to 40 parts by mass (1 to 4 parts by mass as a binder) with respect to 100 parts by mass of the mixture.

それぞれの成形原料を、一軸加圧成形機を用いて成形し(成形圧:283MPa)、円柱状(直径15mm×高さ15mm)の成形燃料を作製した。作製した成形燃料を空気中、80℃で15時間の条件で乾燥させた。乾燥後の水分を、市販の水分測定機を用いて加熱乾燥法によって測定したところ、いずれも2質量%であった。乾燥後の成形燃料の圧壊強度を図2の測定装置を用いて測定した。測定結果は表3(乾燥後)及び図6(黒丸)に示すとおりであった。表3の備考には実施例と比較例の種別を示した。 Each molding raw material was molded using a uniaxial pressure molding machine (molding pressure: 283 MPa) to prepare a cylindrical (diameter 15 mm × height 15 mm) molding fuel. The produced molded fuel was dried in air at 80 ° C. for 15 hours. The moisture content after drying was measured by a heat-drying method using a commercially available moisture measuring machine, and found to be 2% by mass in each case. The crushing strength of the molded fuel after drying was measured using the measuring device shown in FIG. The measurement results are as shown in Table 3 (after drying) and FIG. 6 (black circles). The remarks in Table 3 show the types of Examples and Comparative Examples.

乾燥後のそれぞれの成形燃料を、約20℃の水中に24時間浸漬した。その後、水中から成形燃料を取り出し、図2の測定装置を用いて圧壊強度を測定した。測定結果は表3(水浸漬後)及び図6に示すとおりであった(図6中の黒三角)。バインダとしてポリビニルアルコールを用いることによって、水に浸漬後の強度も十分に高くでき、水浸漬後も目標強度(40N以上)を超える成形燃料を作製できることが確認された。 Each of the dried molding fuels was immersed in water at about 20 ° C. for 24 hours. Then, the molded fuel was taken out from the water, and the crushing strength was measured using the measuring device shown in FIG. The measurement results are as shown in Table 3 (after immersion in water) and FIG. 6 (black triangles in FIG. 6). It was confirmed that by using polyvinyl alcohol as a binder, the strength after immersion in water can be sufficiently increased, and a molded fuel exceeding the target strength (40 N or more) can be produced even after immersion in water.

Figure 0006910546
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図6に示すとおり、ポリビニルアルコールの配合比率を高くすることによって、圧壊強度を高くできることが確認された。 As shown in FIG. 6, it was confirmed that the crushing strength can be increased by increasing the compounding ratio of polyvinyl alcohol.

(実験例2)
表2のバイオマス半炭化物(320℃)と、石炭を480℃で60分間乾留して得られた乾留炭とを混合して混合物を得た。混合比率は、バイオマス半炭化物と乾留炭の合計100質量部に対し、バイオマス半炭化物を50質量部、乾留炭を50質量部とした。
(Experimental Example 2)
A mixture was obtained by mixing the biomass semi-carbide (320 ° C.) shown in Table 2 with the carbonized coal obtained by carbonizing coal at 480 ° C. for 60 minutes. The mixing ratio was 50 parts by mass for the biomass semi-carbide and 50 parts by mass for the dry distillation coal with respect to 100 parts by mass in total of the biomass semi-carbide and the dry distillation coal.

この混合物を、酸素濃度5体積%の雰囲気下で、180℃の温度で60分間加熱した。このような酸化処理工程を行って混合物(混合燃料)を得た(乾留炭:バイオマス半炭化物=50質量部:50質量部)。作製した混合燃料の酸化発熱量測定試験(DSC試験)を行った。当該試験では、アルミナ製の試料容器内に212μm以下に粉砕した混合燃料を10mg入れ、窒素雰囲気下で試料温度を107℃まで昇温させ、107℃に到達した後に雰囲気を空気に切り替え試料の発熱量の経時変化を調べた。結果は、図7の曲線(実線1)に示すとおりであった。 The mixture was heated at a temperature of 180 ° C. for 60 minutes in an atmosphere with an oxygen concentration of 5% by volume. A mixture (mixed fuel) was obtained by performing such an oxidation treatment step (dry distillation coal: biomass semi-carbide = 50 parts by mass: 50 parts by mass). An oxidation calorific value measurement test (DSC test) of the prepared mixed fuel was carried out. In this test, 10 mg of mixed fuel crushed to 212 μm or less was placed in an alumina sample container, the sample temperature was raised to 107 ° C under a nitrogen atmosphere, and after reaching 107 ° C, the atmosphere was switched to air to generate heat of the sample. The time course of the amount was examined. The results are as shown in the curve (solid line 1) in FIG.

比較のため、酸化処理工程を行っていない混合物の評価結果(一点鎖線2)と、石炭(亜瀝青炭と瀝青炭)の評価結果(亜瀝青炭:破線3、瀝青炭:二点鎖線4)を図7に示した。図7に示すとおり、混合物の酸化処理を行うことによって発熱し難くなり、安全性が向上することが確認された。 For comparison, FIG. 7 shows the evaluation results of the mixture not subjected to the oxidation treatment step (single-dot chain line 2) and the evaluation results of coal (subbituminous coal and bituminous coal) (subbituminous coal: broken line 3, bituminous coal: two-dot chain line 4). Indicated. As shown in FIG. 7, it was confirmed that the oxidation treatment of the mixture makes it difficult to generate heat and improves the safety.

混合燃料の原料として用いた乾留炭及びバイオマス半炭化物、これらをそれぞれ酸化処理した酸化処理物、並びに、石炭(亜瀝青炭と瀝青炭)のDSC試験を行った。結果は図8に示すとおりであった。図8中、実線1は酸化処理後の乾留炭を示し、実線2は酸化処理前の乾留炭を示す。二点鎖線3は酸化処理後のバイオマス半炭化物を示し、一点鎖線4は酸化処理前のバイオマス半炭化物を示す。破線5は亜瀝青炭を示し、破線6は瀝青炭を示す。 A DSC test was conducted on carbonized coal and biomass semi-carbide used as raw materials for the mixed fuel, oxidized products obtained by oxidizing these, and coal (subbituminous coal and bituminous coal). The results are as shown in FIG. In FIG. 8, the solid line 1 shows the carbonization coal after the oxidation treatment, and the solid line 2 shows the carbonization coal before the oxidation treatment. The alternate long and short dash line 3 shows the biomass semi-carbide after the oxidation treatment, and the alternate long and short dash line 4 shows the biomass semi-carbide before the oxidation treatment. The dashed line 5 indicates sub-bituminous coal, and the dashed line 6 indicates bituminous coal.

バイオマス半炭化物の酸化処理は、酸素濃度5体積%の雰囲気下で、160℃の温度で60分間加熱することによって行った。乾留炭の酸化処理は、酸素濃度5体積%の雰囲気下で、220℃の温度で40分間加熱することによって行った。図8に示す結果から、酸化処理を行うことによって、乾留炭及びバイオマス半炭化物の安全性が向上することが確認された。 The oxidation treatment of the biomass semi-carbide was carried out by heating at a temperature of 160 ° C. for 60 minutes in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume. The oxidation treatment of the dry distillation coal was carried out by heating at a temperature of 220 ° C. for 40 minutes in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume. From the results shown in FIG. 8, it was confirmed that the safety of the dry distillation coal and the biomass semi-carbide was improved by performing the oxidation treatment.

(実験例3)
表2のバイオマス半炭化物(半炭化温度:320℃)と褐炭を480℃で60分間乾留して得られた乾留炭とを、両者の合計を100質量部としたときに、バイオマス半炭化物を1〜80質量部の割合で混合して複数の混合物を得た。これらの混合物をそれぞれ成形して得られた成形燃料の工業分析、元素分析及び高位発熱量を表4に纏めて示す。石炭火力発電用に使用される一般炭の発熱量は通常6,000[kcal/kg−dry]以上であることから、乾留炭とバイオマス半炭化物を混合し成形して得られる成形燃料でも、一般炭並みの発熱量を達成できることが確認された。
(Experimental Example 3)
When the total of the biomass semi-carbide (semi-carbide temperature: 320 ° C.) and the dry-distilled coal obtained by carbonizing brown coal at 480 ° C for 60 minutes in Table 2 is 100 parts by mass, the biomass semi-carbide is 1 Multiple mixtures were obtained by mixing at a ratio of ~ 80 parts by mass. Table 4 summarizes the industrial analysis, elemental analysis, and high calorific value of the molded fuel obtained by molding each of these mixtures. Since the calorific value of steaming coal used for coal-fired power generation is usually 6,000 [kcal / kg-dry] or more, even molding fuel obtained by mixing dry distillation coal and biomass semi-carbide is generally used. It was confirmed that the calorific value equivalent to that of charcoal can be achieved.

実験例1,2の石炭乾留温度、バイオマス半炭化温度、混合比率は一例である。これらを調整することで、例えば6,000[kcal/kg−dry]以上且つ7,900[kcal/kg−dry]以下の任意の発熱量を持った成形燃料を製造することができる。バイオマス半炭化物の混合割合も、適宜変更することができる。 The coal carbonization temperature, biomass semi-carbonization temperature, and mixing ratio of Experimental Examples 1 and 2 are examples. By adjusting these, for example, a molded fuel having an arbitrary calorific value of 6,000 [kcal / kg-dry] or more and 7,900 [kcal / kg-dry] or less can be produced. The mixing ratio of the biomass semi-carbide can also be changed as appropriate.

表4には、成形燃料の工業分析の結果と、それを火力発電で使用した際のCO排出量を併記した。従来のバイオマスを半炭化することなく、熱量比で3%分の石炭とバイオマスとを混焼した場合のCO排出量は0.838kg−CO/kWh程度である。これに対し、表4に示すように、成形燃料中のバイオマス半炭化物の混合割合を増やすことにより、大幅にCO排出量を低減することができる。また、バイオマス半炭化物の混合割合を増やすと揮発分(VM)が増加し、燃焼性が向上する。Table 4 shows the results of the industrial analysis of molded fuel and the CO 2 emissions when it is used in thermal power generation. The CO 2 emission amount when coal and biomass are co-fired at a calorific value ratio of 3% without semi-carbonizing the conventional biomass is about 0.838 kg-CO 2 / kWh. On the other hand, as shown in Table 4, CO 2 emissions can be significantly reduced by increasing the mixing ratio of the biomass semi-carbide in the molding fuel. Further, increasing the mixing ratio of the biomass semi-carbide increases the volatile matter (VM) and improves the flammability.

Figure 0006910546
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(実験例4)
表2のバイオマス半炭化物(320℃)と、石炭を480℃で60分間乾留して得られた乾留炭とを混合して混合物を得た。混合比率は、バイオマス半炭化物と乾留炭の合計100質量部に対し、バイオマス半炭化物を50質量部、乾留炭を50質量部とした。
(Experimental Example 4)
A mixture was obtained by mixing the biomass semi-carbide (320 ° C.) shown in Table 2 with the carbonized coal obtained by carbonizing coal at 480 ° C. for 60 minutes. The mixing ratio was 50 parts by mass for the biomass semi-carbide and 50 parts by mass for the dry distillation coal with respect to 100 parts by mass in total of the biomass semi-carbide and the dry distillation coal.

この混合物と、実験例1で用いたバインダ水溶液と、水とを混合して成形原料を得た。このときの配合比を、混合物100質量部に対して、バインダ水溶液を30質量部(バインダとして3質量部)、水を10質量部とした。ダブルロール型成形機を用いて成形原料を成形し、アーモンド型の成形燃料(縦×横×高さ=24mm×16mm×13mm)を作製した。作製した成形燃料を、空気中、5時間、天日乾燥させた。成形圧は3t/cmとした。乾燥後の成形燃料の質量は135gであり、水分は約7質量%であった(実施例1)。また、上記成形原料以外に、バイオマス半炭化物(半炭化温度:約300℃、発熱量:約5000kcal/kg−dry)を準備した。バイオマス半炭化物の質量は135gであった(参考例1)。 This mixture, the aqueous binder solution used in Experimental Example 1, and water were mixed to obtain a molding raw material. The blending ratio at this time was 30 parts by mass (3 parts by mass as a binder) of the aqueous binder solution and 10 parts by mass of water with respect to 100 parts by mass of the mixture. The molding raw material was molded using a double roll molding machine to prepare an almond-shaped molding fuel (length x width x height = 24 mm x 16 mm x 13 mm). The produced molded fuel was dried in the air for 5 hours in the sun. The molding pressure was 3 t / cm. The weight of the molded fuel after drying was 135 g, and the water content was about 7% by mass (Example 1). In addition to the above molding raw materials, a biomass semi-carbide (semi-carbide temperature: about 300 ° C., calorific value: about 5000 kcal / kg-dry) was prepared. The mass of the biomass semi-carbide was 135 g (Reference Example 1).

実施例1の成形燃料及び参考例1のバイオマス半炭化物を、それぞれの質量の13倍の水に浸漬し、25℃で48時間静置した。静置後、目開き0.5mmの篩を用いて水から固形分を取り除いた。このようにして得られた水(溶出水)の油分、化学的酸素要求量(COD)及び濁度を測定した。油分は、ノルマルヘキサン抽出物質の量として測定した。濁度は、JIS K0101「工業用水試験方法」に準拠して測定した。測定方式は透過光法とし、濁度標準液としてはカオリンを用いた。化学的酸素要求量(COD)は、過マンガン酸カリウムによる酸性高温過マンガン酸法(CODMn)によって測定した。結果は表5に示すとおりであった。表5には、成形原料を浸漬する前の水の分析値もブランクとして示した。The molding fuel of Example 1 and the biomass semi-carbide of Reference Example 1 were immersed in water 13 times their respective masses and allowed to stand at 25 ° C. for 48 hours. After standing, the solid content was removed from the water using a sieve having a mesh size of 0.5 mm. The oil content, chemical oxygen demand (COD) and turbidity of the water (eluted water) thus obtained were measured. The oil content was measured as the amount of normal hexane extract. The turbidity was measured according to JIS K0101 "Industrial water test method". The measurement method was a transmitted light method, and kaolin was used as the turbidity standard solution. The chemical oxygen demand (COD) was measured by the acidic high temperature permanganate method (COD Mn) with potassium permanganate. The results are shown in Table 5. Table 5 also shows the analytical values of water before immersing the molding raw material as blanks.

Figure 0006910546
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実施例1の成形燃料の濁度及びCODは、参考例1のバイオマス半炭化物の1割程度であった。実施例1の成形燃料は、例えばヤードに野積みして保管しても、参考例1に比べて環境への影響を十分に低減できること確認された。 The turbidity and COD of the molded fuel of Example 1 were about 10% of the biomass semi-carbide of Reference Example 1. It was confirmed that the molded fuel of Example 1 can sufficiently reduce the impact on the environment as compared with Reference Example 1 even if it is stored in the yard in the open.

(実験例5)
[成形燃料の使用]
<実施例2>
表2のバイオマス半炭化物(320℃)と、石炭を480℃で60分間乾留して得られた乾留炭とを、それぞれ酸化処理した。バイオマス半炭化物の酸化処理は、酸素濃度5体積%の雰囲気下で、160℃の温度で60分間加熱することによって行った。乾留炭の酸化処理は、酸素濃度5体積%の雰囲気下で、220℃の温度で40分間加熱することによって行った。
(Experimental Example 5)
[Use of molded fuel]
<Example 2>
The biomass semi-carbide (320 ° C.) in Table 2 and the carbonized coal obtained by carbonizing coal at 480 ° C. for 60 minutes were each oxidized. The oxidation treatment of the biomass semi-carbide was carried out by heating at a temperature of 160 ° C. for 60 minutes in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume. The oxidation treatment of the dry distillation coal was carried out by heating at a temperature of 220 ° C. for 40 minutes in an atmosphere having an oxygen concentration of 5% by volume.

酸化処理を行ったバイオマス半炭化物と、酸化処理を行った乾留炭とを混合して混合物を得た。混合比率は、バイオマス半炭化物と乾留炭の合計100質量部に対し、バイオマス半炭化物を50質量部、乾留炭を50質量部とした。混合物と、実験例1で用いたバインダ水溶液と、水とを混合して成形原料を得た。このときの配合比を、混合物100質量部に対して、バインダ水溶液を35質量部(バインダとして3.5質量部)、水を5.5質量部とした。 The oxidized biomass semi-carbide and the oxidized dry distillation coal were mixed to obtain a mixture. The mixing ratio was 50 parts by mass for the biomass semi-carbide and 50 parts by mass for the dry distillation coal with respect to 100 parts by mass in total of the biomass semi-carbide and the dry distillation coal. The mixture, the aqueous binder solution used in Experimental Example 1, and water were mixed to obtain a molding raw material. The blending ratio at this time was 35 parts by mass (3.5 parts by mass as a binder) for the aqueous binder solution and 5.5 parts by mass for water with respect to 100 parts by mass of the mixture.

ダブルロール型成形機を用いて成形原料を成形し、アーモンド形の成形燃料(縦×横×高さ=24mm×16mm×13mm)を作製した。作製した成形燃料を空気中、5時間、天日乾燥させた。成形圧は3t/cmとした。成形燃料をミルで破砕して粒度が1〜220μmである破砕物を得た。この破砕物と瀝青炭と混合して試験用の固形燃料とした。固形燃料における成形燃料の破砕物の質量割合は3割とした。これを実施例2の固形燃料とした。 The molding raw material was molded using a double roll molding machine to prepare an almond-shaped molding fuel (length x width x height = 24 mm x 16 mm x 13 mm). The produced molded fuel was dried in the air for 5 hours in the sun. The molding pressure was 3 t / cm. The molded fuel was crushed with a mill to obtain a crushed product having a particle size of 1 to 220 μm. This crushed product was mixed with bituminous coal to prepare a solid fuel for testing. The mass ratio of the crushed product of the molded fuel to the solid fuel was set to 30%. This was used as the solid fuel of Example 2.

<実施例3>
酸化処理を行ったバイオマス半炭化物と酸化処理を行った乾留炭の混合比率を、バイオマス半炭化物と乾留炭の合計100質量部に対し、バイオマス半炭化物を30質量部、乾留炭を70質量部としたこと以外は、実施例2と同様にして試験用の固形燃料を作製した。これを実施例3の固形燃料とした。
<Example 3>
The mixing ratio of the oxidized biomass semi-carbohydrate and the oxidized dry-distilled coal was 100 parts by mass of the total of the biomass semi-carbohydrate and the dry-distilled coal, 30 parts by mass of the biomass semi-carbohydrate, and 70 parts by mass of the dry-distilled coal. Except for the above, a solid fuel for testing was prepared in the same manner as in Example 2. This was used as the solid fuel of Example 3.

<実施例4>
予備実験で用いたユーカリのチップの他に、松のチップと建築廃材を準備した。ユーカリのチップ:松のチップ:建築廃材=7:7:6の質量比で配合してバイオマスとした。このバイオマスを、無酸素の雰囲気下において、320℃で2時間加熱してバイオマス半炭化物を得た。このバイオマス半炭化物を用いたこと以外は、実施例2と同様にして固形燃料を作製した。
<Example 4>
In addition to the eucalyptus chips used in the preliminary experiment, pine chips and construction waste were prepared. Eucalyptus chips: Pine chips: Construction waste materials = 7: 7: 6 were mixed in a mass ratio to obtain biomass. This biomass was heated at 320 ° C. for 2 hours in an oxygen-free atmosphere to obtain a biomass semi-carbide. A solid fuel was prepared in the same manner as in Example 2 except that this biomass semi-carbide was used.

<実施例5>
実施例4と同じ手順でバイオマス半炭化物を得た。このバイオマス半炭化物を用いたこと以外は、実施例3と同様にして固形燃料を作製した。
<Example 5>
Biomass semi-carbide was obtained by the same procedure as in Example 4. A solid fuel was prepared in the same manner as in Example 3 except that this biomass semi-carbide was used.

<参考例2>
瀝青炭(ワンボ炭)を準備した。これをミルで破砕し、参考例2の固形燃料とした。
<Reference example 2>
Bituminous coal (wambo charcoal) was prepared. This was crushed with a mill to obtain the solid fuel of Reference Example 2.

[燃焼試験]
図9に示す2段燃焼式の試験装置に、実施例2〜5の固形燃料及び参考例2の瀝青炭を、それぞれ供給して燃焼試験を行った。試験装置のバーナ30には、投入口30aから固形燃料を供給し、空気供給管31から一次空気を供給した。また、空気供給管32から燃焼装置の本体部40に二次空気を供給した。一次空気と二次空気の供給割合は、7:3とした。燃焼装置の本体部40には、二次空気の供給口が5箇所設けられている(供給口41,42,43,44,45)。
[Combustion test]
A combustion test was conducted by supplying the solid fuel of Examples 2 to 5 and the bituminous coal of Reference Example 2 to the two-stage combustion type test apparatus shown in FIG. Solid fuel was supplied to the burner 30 of the test apparatus from the inlet 30a, and primary air was supplied from the air supply pipe 31. Further, secondary air was supplied from the air supply pipe 32 to the main body 40 of the combustion device. The supply ratio of the primary air and the secondary air was 7: 3. The main body 40 of the combustion device is provided with five secondary air supply ports (supply ports 41, 42, 43, 44, 45).

供給口41,42,43,44,45をそれぞれ個別に用いて燃焼試験を行い、排気口48から排出される燃焼排ガスの未燃分とNOx濃度を測定した。各供給口を用いたときの未燃分及び窒素酸化物(NOx)濃度の測定結果を、表6及び表7にそれぞれ示す。なお、未燃分及びNOxは、熱重量分析及び赤外線吸光法によって測定した。 A combustion test was conducted using the supply ports 41, 42, 43, 44, and 45 individually, and the unburned content and NOx concentration of the combustion exhaust gas discharged from the exhaust port 48 were measured. The measurement results of unburned matter and nitrogen oxide (NOx) concentration when each supply port is used are shown in Tables 6 and 7, respectively. The unburned content and NOx were measured by thermogravimetric analysis and infrared absorption method.

Figure 0006910546
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Figure 0006910546
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表6に示すとおり、実施例2〜5では、瀝青炭を用いた場合よりも未燃分を減少することができた。図10は、未燃分とNOx濃度の関係を示すグラフである。曲線1は参考例2を、曲線2は実施例2を、曲線3は実施例3を、曲線4は実施例4を、曲線5は実施例5の結果をそれぞれ示している。図10の結果から、同じ未燃分で比較すると、実施例2〜5(曲線2〜5)は、参考例2(曲線1)よりもNOxの発生量も低減できることが確認された。 As shown in Table 6, in Examples 2 to 5, the unburned content could be reduced as compared with the case where bituminous coal was used. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the unburned content and the NOx concentration. Curve 1 shows the result of Reference Example 2, curve 2 shows the result of Example 2, curve 3 shows the result of Example 3, curve 4 shows the result of Example 4, and curve 5 shows the result of Example 5. From the results of FIG. 10, it was confirmed that, when compared with the same unburned content, Examples 2 to 5 (Curves 2 to 5) can reduce the amount of NOx generated as compared to Reference Example 2 (Curves 1).

[自然発熱性の評価]
40℃から70℃までの石炭の自然発熱性を評価する断熱型測定法(R70法)を用いて、実施例2〜5の固形燃料、及び参考例2の瀝青炭の自然発熱性を評価した。具体的には、200gの試料を反応容器に充填し、反応容器を40℃の恒温槽に配置した。反応容器には、反応容器内の試料の温度と同じ温度の空気を供給するガス供給部を接続した。反応容器内における試料の昇温カーブを測定した。
[Evaluation of spontaneous exothermic reaction]
The spontaneous combustion property of the solid fuel of Examples 2 to 5 and the bituminous coal of Reference Example 2 was evaluated by using an adiabatic measurement method (R70 method) for evaluating the spontaneous combustion property of coal from 40 ° C. to 70 ° C. Specifically, 200 g of a sample was filled in a reaction vessel, and the reaction vessel was placed in a constant temperature bath at 40 ° C. A gas supply unit that supplies air at the same temperature as the temperature of the sample in the reaction vessel was connected to the reaction vessel. The temperature rise curve of the sample in the reaction vessel was measured.

図11は、R70法による実施例2〜5の固形燃料、及び参考例2の瀝青炭の昇温カーブを示すグラフである。曲線1は参考例2を、曲線2は実施例2を、曲線3は実施例3を、曲線4は実施例4を、曲線5は実施例5の結果をそれぞれ示している。図11に示すとおり、参考例2の瀝青炭に比べて、実施例2〜5の固形燃料は自然発熱性が抑制され安全性に優れることが確認された。 FIG. 11 is a graph showing the temperature rise curves of the solid fuels of Examples 2 to 5 and the bituminous coal of Reference Example 2 by the R70 method. Curve 1 shows the result of Reference Example 2, curve 2 shows the result of Example 2, curve 3 shows the result of Example 3, curve 4 shows the result of Example 4, and curve 5 shows the result of Example 5. As shown in FIG. 11, it was confirmed that the solid fuels of Examples 2 to 5 have suppressed spontaneous heat generation and are excellent in safety as compared with the bituminous coal of Reference Example 2.

10…測定装置、14…可動板、16…成形燃料、17…支持板、18…架台、30…バーナ、31,32…空気供給管、40…本体部、41,42,43,44,45…供給口、48…排気口。 10 ... Measuring device, 14 ... Movable plate, 16 ... Molded fuel, 17 ... Support plate, 18 ... Stand, 30 ... Burner, 31, 32 ... Air supply pipe, 40 ... Main body, 41, 42, 43, 44, 45 … Supply port, 48… exhaust port.

Claims (14)

褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭を乾留して乾留炭を得る乾留工程と、
前記乾留炭とバイオマスを半炭化して得たバイオマス半炭化物とを含む混合物を成形して成形燃料を得る成形工程と、を有する、成形燃料の製造方法。
A carbonization step of carbonizing coal containing at least one of lignite and subbituminous coal to obtain carbonization.
A method for producing a molding fuel, comprising a molding step of molding a mixture containing the dry distillation coal and a biomass semi-carbide obtained by semi-carbonizing the biomass to obtain a molding fuel.
前記バイオマスを半炭化して前記バイオマス半炭化物を得る半炭化工程と、前記バイオマス半炭化物を粉砕する粉砕工程と、を有し、粉砕した前記バイオマス半炭化物と前記乾留炭とを混合して前記混合物を得る、請求項1に記載の成形燃料の製造方法。 The mixture has a semi-carbonization step of semi-carbonizing the biomass to obtain the biomass semi-carbide and a crushing step of crushing the biomass semi-carbide, and the crushed biomass semi-carbide and the dry distillation coal are mixed. The method for producing a molded fuel according to claim 1. 前記乾留炭と前記バイオマス半炭化物とをそれぞれ酸化処理する酸化処理工程を有し、
前記酸化処理工程では、前記乾留炭を160℃以上且つ240℃以下の温度範囲に加熱し、前記バイオマス半炭化物を100℃以上且つ200℃未満の温度範囲に加熱する、請求項1又は2に記載の成形燃料の製造方法。
It has an oxidation treatment step of oxidizing the dry distillation coal and the biomass semi-carbide, respectively.
The invention according to claim 1 or 2, wherein in the oxidation treatment step, the dry distillation coal is heated to a temperature range of 160 ° C. or higher and 240 ° C. or lower, and the biomass semi-carbide is heated to a temperature range of 100 ° C. or higher and lower than 200 ° C. Manufacturing method of molding fuel.
前記乾留炭の顕熱を用いて前記バイオマスを半炭化して前記混合物を得る半炭化工程を有する、請求項1に記載の成形燃料の製造方法。 The method for producing a molded fuel according to claim 1, further comprising a semi-carbonization step of semi-carbonizing the biomass using the sensible heat of the carbonization coal to obtain the mixture. 前記成形工程の前に、前記混合物を粉砕する粉砕工程を有する、請求項1又は4に記載の成形燃料の製造方法。 The method for producing a molded fuel according to claim 1 or 4, further comprising a pulverizing step of pulverizing the mixture before the molding step. 前記バイオマスを、400〜800℃の温度範囲にある前記乾留炭と混合することによって200〜450℃に加熱して半炭化する、請求項1,4,5のいずれか一項に記載の成形燃料の製造方法。 The molded fuel according to any one of claims 1, 4 and 5, wherein the biomass is heated to 200 to 450 ° C. and semi-carbonized by mixing with the dry distillation coal in a temperature range of 400 to 800 ° C. Manufacturing method. 前記混合物を、140℃以上且つ240℃以下の温度範囲で酸化処理する酸化処理工程を有する、請求項1,2,4〜6のいずれか一項に記載の成形燃料の製造方法。 The method for producing a molded fuel according to any one of claims 1, 2, 4 to 6, further comprising an oxidation treatment step of oxidizing the mixture in a temperature range of 140 ° C. or higher and 240 ° C. or lower. 前記バイオマスを半炭化する前に、
前記バイオマスの粒度の平均値が7mmを超え且つ50mm未満となるように前記バイオマスを粗粉砕する粗粉砕工程と、
粗粉砕したバイオマスを乾燥する乾燥工程と、を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形燃料の製造方法。
Before semi-carbonizing the biomass
A coarse pulverization step of coarsely pulverizing the biomass so that the average value of the particle size of the biomass exceeds 7 mm and is less than 50 mm.
The method for producing a molded fuel according to any one of claims 1 to 7, further comprising a drying step of drying the coarsely pulverized biomass.
前記成形工程では、けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールを含有するバインダを用いる、請求項1〜8のいずれか一項に記載の成形燃料の製造方法。 The method for producing a molding fuel according to any one of claims 1 to 8, wherein in the molding step, a binder containing polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more is used. 前記ポリビニルアルコールの重合度は1700以上である、請求項9に記載の成形燃料の製造方法。 The method for producing a molded fuel according to claim 9, wherein the degree of polymerization of polyvinyl alcohol is 1700 or more. 成形燃料の質量の13倍の水に25℃で2日間浸漬したとき、当該水のCODが500質量ppm以下である、請求項1〜10のいずれか一項に記載の成形燃料の製造方法。 The method for producing a molded fuel according to any one of claims 1 to 10, wherein the COD of the water is 500 mass ppm or less when immersed in water 13 times the mass of the molded fuel at 25 ° C. for 2 days. 褐炭及び亜瀝青炭の少なくとも一方を含む石炭の乾留炭とバイオマス半炭化物とを含む成形燃料。 Molded fuel containing carbonized coal and biomass semi-carbide of coal containing at least one of lignite and subbituminous coal. けん化度が99mol%以上であるポリビニルアルコールを含む、請求項12に記載の成形燃料。 The molded fuel according to claim 12, which comprises polyvinyl alcohol having a saponification degree of 99 mol% or more. 13倍の質量の水に25℃で2日間浸漬したとき、当該水のCODが500質量ppm以下である、請求項12又は13に記載の成形燃料。 The molded fuel according to claim 12 or 13, wherein the COD of the water is 500 mass ppm or less when immersed in 13 times the mass of water at 25 ° C. for 2 days.
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