JP7062226B2 - バイオマス固体燃料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
無水ベース灰分中のK2Oの割合が0.50~3.00wt%であること
を特徴とする、上記1に記載のバイオマス固体燃料。
無水ベース灰分中のNa2Oの割合が0.79wt%以下であること
を特徴とする、上記1または2に記載のバイオマス固体燃料。
気乾ベースで燃料比が0.26~0.50、無水ベース高位発熱量が5100~6000kcal/kg、ボールミル粉砕性指数が30以上であること
を特徴とする、上記1ないし3のいずれかに記載のバイオマス固体燃料。
上記2~4のいずれかに記載のバイオマス固体燃料の製造方法。
無水ベース灰分中のK2Oの割合が3.00~21.50wt%であること
を特徴とする、上記1に記載のバイオマス固体燃料。
無水ベース灰分中のK2Oの割合が0.10~40.00wt%であること
を特徴とする、上記1に記載のバイオマス固体燃料。
本実施形態のバイオマス固体燃料(以下、単に「固体燃料」とも記載する)は、気乾ベース燃料比(固定炭素/揮発分)が0.1~0.5であるのが好ましい。気乾ベース燃料比が0.1~0.5であることにより、粉砕性に優れ、ハイカロリーである固体燃料が得られる。
本発明の一態様として、PKSを原料としたバイオマス固体燃料(「固体燃料A」とも記載する)について説明する。原料のPKSは、含水率が40質量%以下のものが好ましく、含水率が15質量%以下のものがより好ましい。固体燃料Aの性状の好ましい態様は以下のとおりである。
本発明の一態様として、竹を原料としたバイオマス固体燃料(「固体燃料B」とも記載する)について説明する。竹は破砕された竹が好ましい。
本発明の一態様として、EFBを原料としたバイオマス固体燃料(「固体燃料C」とも記載する)について説明する。固体燃料Cの性状は以下のとおりである。
固体収率およびエネルギー収率は、下記式により算出した。
エネルギー収率(無水ベース)(cal%)=水熱炭化処理後の固体高位発熱量(無水ベース)×固体収率(無水ベース)(重量%)/水熱炭化処理前の固体高位発熱量(無水ベース)
蛍光X線分析装置(島津製作所社製EDX-720)を用いて、無水ベース灰分中に含まれる表2、表4に記載の化合物の重量割合を測定した。
各バイオマス固体燃料の粉砕時間を20分として、20分後の150μm篩下の重量比を粉砕ポイントとした。なお、ボールミルはJIS M4002に準拠したものを用い、内径305mm×軸方向長さ305mmの円筒容器にJIS B1501に規定された並級ボールベアリング(Φ36.5mm×43個、Φ30.2mm×67個、Φ24.4mm×10個、Φ19.1mm×71個、Φ15.9mm×94個)を入れて70rpmの速度で回転させて測定した。数値が高い方が粉砕性は向上していることを示す。水熱炭化処理を行うことにより、粉砕ポイントが上昇することを確認した。
バイオマス固体燃料の粉砕時間を3分とした以外は上記BMI20と同様の方法により測定して、150μm篩下の重量比を粉砕ポイントとした。
(実施例A1:湿式)
PKSを天日乾燥させ、含水率12質量%とし、粒子径1~16mm、平均粒子径が5mmのものを使用した。この乾燥させたPKS280gと水840gと(固液比3)を、1.95Lオートクレーブに投入し、大気温度から190℃まで昇温速度3.6℃/分で加熱した。加熱温度が190℃、圧力1.3Mpa(G)に到達した後30分間維持して水熱炭化処理を行い、その後室温まで冷却させて固体燃料を得た。得られた固体燃料の性状を表1および表2に示す。
水熱炭化処理の条件を表1に示すとおりに変更した以外は実施例A1と同様に行い、固体燃料を製造した。得られた固体燃料の性状を表1および表2に示す。
水熱炭化処理前の生のPKSからなる固体燃料の性状を表1および表2に示す。
原料として、実施例A1と同様の乾燥させたPKSを用いた。このPKS4kgを、内径600mm×長さ500mmの試料ケースに投入し、試料ケースごと外熱式ロータリーキルンに装着して、不活性ガスである窒素ガスを流通させながら、大気温度から290℃まで昇温速度2℃/分で加熱した。なお、基準とする加熱温度としては、試料ケースの軸中心中央部の気相雰囲気の温度とした。尚、ロータリーキルンにおいては、前記気相雰囲気の温度と、加熱処理固体の温度とは一致している。加熱温度が290℃に到達した後、290℃の温度で1分間維持し、その後すみやかに160℃まで冷却し、その後試料ケースをロータリーキルンから取り出して大気中に試料を取り出し、室温まで冷却させた。
加熱温度を表1に記載の温度に変更した以外は比較例A2と同様の方法により、固体燃料を製造した。得られた固体燃料の性状を表1および表2に示す。
図5にPKSの加熱温度と圧力との関係を示す。加熱温度を高いほど分解ガスの発生が大きくなる。分解ガスはCO2が主成分であり、さらに少量の水性ガス(H2、CO)を含んでいた。
原料のPKSを実施例A1~A5のように湿式処理(水熱炭化処理)することにより得られた固体燃料と、比較例A2~A7のように乾式処理(気相中で加熱処理)することにより得られた固体燃料について、粉砕性等を比較した結果を図6~8に示す。
(実施例B1~B4)
原料としてPKSに代えて竹を用い、水熱炭化処理を表3に記載の条件で行った以外は実施例A1と同様に行い、固体燃料を製造した。得られた固体燃料の性状を表3および表4に示す。
水熱炭化処理前の生の竹からなる固体燃料の性状を表3および表4に示す。
(実施例C1~C3)
原料としてPKSに代えてEFBを用い、水熱炭化処理を表3に記載の条件で行った以外は実施例A1と同様に行い、固体燃料を製造した。得られた固体燃料の性状を表3および表4に示す。
実施例C1の水熱炭化処理前の生のEFBからなる固体燃料の性状を表3および表4に示す。
水熱炭化処理する前後のPKSの破断面の表面状態を観察するため、木屋式硬度計に治具を取付け、PKSの繊維方向に対し直交な応力(引張・剪断)を加え(図1参照)、繊維方向に直交な破断面を得た。破断に要した荷重(荷重速度:10mm/min)は、水熱炭化処理前の生PKS(比較例A1)では517Nだったが、水熱炭化処理後のPKS(実施例A4)は54Nであり、約1/10まで低下していた。
水熱炭化処理する前と後、それぞれのPKSのバイオマス成分の組成を表5に記載の方法により分析した。結果を表5および図4に示す。なお、表5中、「%」はすべて「重量%」を表す。
分解率(%)=100-〔熱水処理PKSのヘミセルロース組成(%)×収率(%)〕÷〔(生PKSのヘミセルロース組成(%)×100(%)〕×100
により算出した。なお、他の成分の分解率も同様にして算出したものである。
Claims (3)
- 椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を原料とし、
気乾ベース燃料比(固定炭素/揮発分)が0.1~0.5であり、
無水ベース灰分中のK 2 Oの割合が0.50~3.00wt%であるバイオマス固体燃料の製造方法であって、
前記椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を、温度190~250℃、圧力1.0~4.0MPa(G)で水熱炭化する工程を含む、
バイオマス固体燃料の製造方法。 - 前記バイオマス固体燃料の無水ベース灰分中のNa2Oの割合が0.79wt%以下であること
を特徴とする、請求項1に記載のバイオマス固体燃料の製造方法。 - 前記バイオマス固体燃料の気乾ベース燃料比が0.26~0.50、無水ベース高位発熱量が5100~6000kcal/kg、ボールミル粉砕性指数が30以上であること
を特徴とする、請求項1または2に記載のバイオマス固体燃料の製造方法。
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