JP7252388B2 - Biomass solid fuel and its production method - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマスを水熱炭化処理して得られる固体燃料およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solid fuel obtained by hydrothermally carbonizing biomass and a method for producing the same.

地球温暖化防止の対策の一つとして、生物由来の燃料としてのバイオマスをエネルギー源として利用することが行われている。例えば、石炭火力発電設備で石炭の一部代替燃料としてバイオマスが使用されている。石炭火力発電設備でバイオマスを使用するためには、燃焼効率を向上させるためにバイオマスの微粉砕化が必要である。石炭火力発電設備では、石炭を粉砕する石炭粉砕機を有していることから、バイオマスを石炭とともに石炭粉砕機で粉砕し、粉砕されたバイオマスと微粉炭とを混合燃焼(混焼)している。 As one of the countermeasures against global warming, the use of biomass as a fuel derived from organisms as an energy source has been carried out. For example, biomass is used as a partial substitute fuel for coal in coal-fired power plants. In order to use biomass in coal-fired power plants, pulverization of biomass is necessary to improve combustion efficiency. Since the coal-fired power plant has a coal pulverizer for pulverizing coal, biomass is pulverized together with coal by the coal pulverizer, and the pulverized biomass and pulverized coal are combusted (co-combusted).

また、バイオマスは、一般に空隙率が高いためエネルギーの輸送性が乏しく、また含水率が高いため熱エネルギー密度が低く、燃料としてそのまま利用する場合には発熱量が小さい。このため、バイオマスを乾燥、粉砕してペレット化したり、バイオマスを炭化処理したりして、利用されている。 In addition, biomass generally has a high porosity and poor energy transportability, and has a high water content and a low thermal energy density. For this reason, biomass is used after being dried, pulverized and pelletized, or biomass is carbonized.

しかし、バイオマスを石炭粉砕機で微粉砕化することは容易ではなく、石炭よりも粉砕性が悪く、十分に微粉砕化することができないという問題があった。特許文献1には、椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻を、ロータリーキルン等により乾式加熱して炭化処理することにより得られる固体燃料が記載されている。 However, it is not easy to finely pulverize biomass with a coal pulverizer, and there is a problem that biomass is less pulverized than coal and cannot be sufficiently finely pulverized. Patent Literature 1 describes a solid fuel obtained by carbonizing the husks after extracting kernel oil from the seeds of coconut fruits by dry heating in a rotary kiln or the like.

WO2012/023479号公報WO2012/023479

しかしながら、特許文献1に記載の固体燃料は、炭化温度が高いためコストアップを招くという問題があった。 However, the solid fuel described in Patent Literature 1 has a problem of causing an increase in cost due to its high carbonization temperature.

本発明の一態様は、以下の事項に関する。 One aspect of the present invention relates to the following matter.

1.気乾ベース燃料比(固定炭素/揮発分)が0.1~0.5であるバイオマス固体燃料。 1. A biomass solid fuel having an air-dried base fuel ratio (fixed carbon/volatile matter) of 0.1 to 0.5.

2.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、
無水ベース灰分中のKO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。
2. Using the husk after extracting the kernel oil from the seed of the coconut fruit as a raw material,
A biomass solid fuel according to claim 1, characterized in that the proportion of K 2 O in the anhydrous base ash is 0.50-3.00 wt%.

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、
無水ベース灰分中のNaO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。
3. Using the husk after extracting the kernel oil from the seed of the coconut fruit as a raw material,
3. The biomass solid fuel according to 1 or 2 above, wherein the proportion of Na 2 O in the anhydrous base ash is 0.79 wt % or less.

4.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。
4. Using the husk after extracting the kernel oil from the seed of the coconut fruit as a raw material,
3. Any one of 1 to 3 above, characterized in that the fuel ratio is 0.26 to 0.50 on an air dry basis, the higher heating value on a dry basis is 5100 to 6000 kcal/kg, and the ball mill grindability index is 30 or more. A biomass solid fuel as described.

5.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、
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。
5. A step of hydrothermally carbonizing the shell after extracting the kernel oil from the seed of the coconut fruit at a temperature of 190 to 250 ° C. and a pressure of 1.0 to 4.0 MPa (G),
A method for producing a biomass solid fuel according to any one of 2 to 4 above.

6.破砕された竹を原料とし、
無水ベース灰分中のKO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。
6. Made from crushed bamboo,
A biomass solid fuel according to claim 1, characterized in that the proportion of K 2 O in the anhydrous base ash is 3.00-21.50 wt%.

7.EFBを原料とし、
無水ベース灰分中のKO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。
7. Using EFB as raw material,
2. Biomass solid fuel according to claim 1, characterized in that the proportion of K 2 O in the anhydrous base ash is 0.10-40.00 wt%.

本発明によると、粉砕性に優れ、収率が高く、製造コストが低減されたバイオマス固体燃料を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a biomass solid fuel with excellent pulverizability, high yield, and reduced production cost.

パームカーネルシェル(PKS)の破断面を観察するために、応力を加える装置の一部を示す写真である。1 is a photograph showing a portion of a device for applying stress to observe fracture surfaces of palm kernel shells (PKS). PKSの破断面のSEM写真である。(a)は水熱炭化処理前の生のPKS、(b)は水熱炭化処理後のPKSを示す。It is a SEM photograph of a fracture surface of PKS. (a) shows raw PKS before hydrothermal carbonization, and (b) shows PKS after hydrothermal carbonization. 図2のSEM写真をさらに拡大した図である。(a)は水熱炭化処理前の生のPKS、(b)は水熱炭化処理後のPKSを示す。3 is an enlarged view of the SEM photograph of FIG. 2; FIG. (a) shows raw PKS before hydrothermal carbonization, and (b) shows PKS after hydrothermal carbonization. 水熱炭化処理の前と後のPKSのバイオマス成分の組成を示す図である。FIG. 2 shows the composition of biomass components of PKS before and after hydrothermal carbonization. PKSの加熱温度と容器内の圧力との関係を示す。2 shows the relationship between the heating temperature of PKS and the pressure inside the container. PKSの加熱温度と固体燃料の粉砕性との関係を示す。4 shows the relationship between the heating temperature of PKS and the pulverizability of solid fuel. PKSの加熱温度と、固体燃料の固体収率(無水ベース)および揮発分(無水無灰ベース)との関係を示す。Figure 2 shows the relationship between PKS heating temperature and solid fuel solids yield (dry basis) and volatiles (ashless dry basis). PKSの加熱温度と、固体燃料のエネルギー収率(無水ベース)との関係を示す。Figure 2 shows the relationship between PKS heating temperature and solid fuel energy yield (dry basis).

<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。
<Biomass solid fuel>
The biomass solid fuel (hereinafter also simply referred to as “solid fuel”) of the present embodiment preferably has an air-dried base fuel ratio (fixed carbon/volatile matter) of 0.1 to 0.5. When the air-dried base fuel ratio is 0.1 to 0.5, it is possible to obtain a solid fuel that is excellent in pulverizability and has a high calorie.

本実施形態のバイオマス固体燃料の原料は、特に限定されないが、例えば、椰子の果実の種子から核油を搾油した後の殻(以下、「パームカーネルシェル」または「PKS」とも記載)、竹、EFB(Empty Fruit Bunches:パーム油加工残渣の空果房)が挙げられ、これらのうちPKSが好ましい。PKSは、破砕および粉砕等せず、そのままの形状で水熱炭化処理を行うことにより固体燃料とすることができ、水熱炭化処理を行った後も殻の原型をとどめているため、ハンドリング性に優れる。 The raw material for the biomass solid fuel of the present embodiment is not particularly limited. EFB (Empty Fruit Bunches: Empty Fruit Bunches of Palm Oil Processing Residue) may be mentioned, of which PKS is preferred. PKS can be made into a solid fuel by performing hydrothermal carbonization in its original shape without crushing or pulverizing. Excellent for

本実施形態のバイオマス固体燃料は、原料のバイオマスを、加圧熱水中で加熱して炭化する水熱炭化処理工程を経て得られる。水熱炭化処理は、密閉容器中に水と原料のバイオマスを投入して所定の温度に加熱するのが好ましい。ここで、(水熱炭化処理に用いる水/原料のバイオマス)で表される重量比(液/固比)は、特に限定はされないが、好ましくは1~50、より好ましくは1~5である。なお、本明細書において、水熱炭化処理のことを「湿式」とも記載する。 The biomass solid fuel of the present embodiment is obtained through a hydrothermal carbonization process in which biomass as a raw material is heated in pressurized hot water and carbonized. In the hydrothermal carbonization treatment, it is preferable to put water and raw material biomass into a closed container and heat them to a predetermined temperature. Here, the weight ratio (liquid/solid ratio) represented by (water used for hydrothermal carbonization/raw material biomass) is not particularly limited, but is preferably 1 to 50, more preferably 1 to 5. . In this specification, hydrothermal carbonization is also referred to as "wet".

水熱炭化処理の条件は特に限定はされないが、例えば、温度は、好ましくは150℃以上、より好ましくは190℃以上であり、また、好ましくは250℃以下、より好ましくは230℃以下である。昇温速度は、特に限定はされないが、大気温度から所望の加熱温度まで、好ましくは1~10℃/分、より好ましくは1~5℃/分である。 Conditions for hydrothermal carbonization are not particularly limited, but for example, the temperature is preferably 150° C. or higher, more preferably 190° C. or higher, and preferably 250° C. or lower, more preferably 230° C. or lower. The heating rate is not particularly limited, but is preferably 1 to 10° C./min, more preferably 1 to 5° C./min, from the ambient temperature to the desired heating temperature.

水熱炭化処理における圧力は、好ましくは1.3~4.1MPa(G)、より好ましくは1.3~3.7MPa(G)、さらに好ましくは2.9~3.7MPa(G)である。密閉容器中で水熱炭化処理を行う場合は、圧力は、加熱温度によって決まるが、加熱によりバイオマスの分解ガスも発生するため、容器内の圧力は加熱温度における水の飽和水蒸気圧と分解ガスの蒸気圧との合計となる。一例として、後述する実施例Aにおける、PKSを原料とした場合の加熱温度と圧力との関係を図5に示す。図5に示されるように、分解ガスの発生は加熱温度が高いほど顕著に増加する傾向にある。 The pressure in hydrothermal carbonization is preferably 1.3 to 4.1 MPa (G), more preferably 1.3 to 3.7 MPa (G), still more preferably 2.9 to 3.7 MPa (G). . When hydrothermal carbonization is performed in a closed vessel, the pressure is determined by the heating temperature, but since decomposition gas of biomass is also generated by heating, the pressure inside the vessel is the combination of the saturated water vapor pressure of water at the heating temperature and the decomposition gas. It becomes the sum with vapor pressure. As an example, FIG. 5 shows the relationship between heating temperature and pressure when PKS is used as a raw material in Example A described later. As shown in FIG. 5, the generation of cracked gas tends to remarkably increase as the heating temperature increases.

水熱炭化処理の時間は、所望の加熱温度に到達後、好ましくは10分~40分、より好ましくは20分~40分、さらに好ましくは30分~40分保持するのが好ましい。その後、冷却、開放する。 The hydrothermal carbonization time is preferably 10 to 40 minutes, more preferably 20 to 40 minutes, still more preferably 30 to 40 minutes after reaching the desired heating temperature. Then cool and open.

水熱炭化処理に用いる装置は、限定されないが、例えばオートクレーブを用いるのが好ましい。 The apparatus used for the hydrothermal carbonization treatment is not limited, but an autoclave, for example, is preferably used.

本実施形態においては、原料を水熱炭化処理することにより、乾式炭化処理する場合に比べて伝熱効率が高いため、低温の加熱で粉砕性に優れる固体燃料を得ることができる。よって、製造コストを低減できる。さらに、本実施形態の固体燃料は、乾式炭化処理に比べて低い加熱温度で製造されるため、炭化処理による損失エネルギーを抑制でき、収率(固体収率およびエネルギー収率)に優れる(図7および図8参照)。 In the present embodiment, by hydrothermally carbonizing the raw material, the heat transfer efficiency is higher than in the case of dry carbonization, so that a solid fuel with excellent pulverizability can be obtained by heating at a low temperature. Therefore, manufacturing costs can be reduced. Furthermore, since the solid fuel of the present embodiment is produced at a lower heating temperature than dry carbonization, the energy loss due to carbonization can be suppressed, and the yield (solid yield and energy yield) is excellent (Fig. 7 and FIG. 8).

バイオマスの原料にはカリウム成分、ナトリウム成分、塩素成分等のボイラの腐食の問題の原因となる成分が含まれるが、本実施形態の固体燃料はこれら成分の含有量が少ない。これは、水熱炭化処理の際に上記成分が水中に溶出するためと推察される。 The raw material of biomass contains components such as potassium component, sodium component, and chlorine component that cause boiler corrosion problems, but the content of these components is small in the solid fuel of the present embodiment. This is presumed to be due to the elution of the above components into water during hydrothermal carbonization.

バイオマス固体燃料の性状およびその製造方法は、原料として用いるバイオマスの種類によって好適な範囲を定めてもよい。以下、その一例を記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書における工業分析値、元素分析値、高位発熱量はJIS M 8812、8813、8814に基づく。ボールミル粉砕指数(BMI)の測定方法の詳細は後述の実施例に記載する。また、気乾ベースとは、日本工業規格JIS M8811に記載の気乾試料の調製方法によって測定した固体重量のことをいう。 The properties of the biomass solid fuel and the production method thereof may be determined in suitable ranges depending on the type of biomass used as a raw material. Examples are described below, but the present invention is not limited to these. Industrial analysis values, elemental analysis values, and higher heating values in this specification are based on JIS M 8812, 8813, and 8814. Details of the method for measuring the ball milling index (BMI) are described in Examples below. The air-dried base refers to the solid weight measured by the air-dried sample preparation method described in Japanese Industrial Standard JIS M8811.

<固体燃料A:PKSを原料としたバイオマス固体燃料>
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。
<Solid fuel A: Biomass solid fuel made from PKS>
As one aspect of the present invention, a biomass solid fuel (also referred to as “solid fuel A”) using PKS as a raw material will be described. PKS as a raw material preferably has a water content of 40% by mass or less, more preferably 15% by mass or less. Preferred aspects of the properties of the solid fuel A are as follows.

固体燃料Aは、気乾ベースで燃料比(固定炭素/揮発分)が0.26~0.50であるのが好ましい。燃料比が上記範囲内にあると、揮発分の減少が抑制されつつ粉砕性に優れる固体燃料が得られる。固体燃料Aの気乾ベース固定炭素は、好ましくは18~50重量%であり、より好ましくは20~35重量%であり、さらに好ましくは24.1~28重量%である。揮発分(気乾ベース)は、好ましくは60~70重量%であり、より好ましくは60~68重量%であり、さらに好ましくは60~64.9重量%である。なお、固体燃料に含まれる揮発分は、一環芳香族などである。 The solid fuel A preferably has a fuel ratio (fixed carbon/volatile matter) of 0.26 to 0.50 on an air-dried basis. When the fuel ratio is within the above range, it is possible to obtain a solid fuel excellent in pulverizability while suppressing a decrease in volatile matter. The air-dried base fixed carbon of solid fuel A is preferably 18 to 50 wt%, more preferably 20 to 35 wt%, still more preferably 24.1 to 28 wt%. The volatile content (air dry basis) is preferably 60-70% by weight, more preferably 60-68% by weight, still more preferably 60-64.9% by weight. The volatile matter contained in the solid fuel is, for example, monocyclic aromatics.

固体燃料A中の無水ベースの灰分の割合は、好ましくは5.0重量%以下、より好ましくは4.0重量%以下である。下限は特に限定されないが、好ましくは1.9重量%以上、より好ましくは2.2重量%以上である。固体燃料A中の気乾ベース灰分の割合は、好ましくは4.5重量%以下、より好ましくは3.5重量%以下である。下限は特に限定されないが、好ましくは1.8重量%以上、より好ましくは2.0重量%以上である。 The percentage of ash on a dry basis in Solid Fuel A is preferably 5.0 wt% or less, more preferably 4.0 wt% or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 1.9% by weight or more, more preferably 2.2% by weight or more. The proportion of the air-dried base ash in the solid fuel A is preferably 4.5% by weight or less, more preferably 3.5% by weight or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 1.8% by weight or more, more preferably 2.0% by weight or more.

固体燃料Aは、無水ベース灰分中のKOの割合が、0.50~3.00wt%が好ましく、0.50~2.00wt%がより好ましく、0.50~1.50wt%がさらに好ましく、0.50~1.00wt%がよりさらに好ましい。固体燃料中のカリウム成分が多すぎると、燃料として用いる際にボイラを腐食する等の問題が生じる場合がある。原料のPKSはカリウム成分を含むが、本実施形態においては水熱炭化処理の際に水中にカリウム成分が溶出し、固体燃料中に含まれるカリウム成分を低減できると推察される。 The solid fuel A preferably has a K 2 O ratio in the anhydrous base ash of 0.50 to 3.00 wt%, more preferably 0.50 to 2.00 wt%, and further 0.50 to 1.50 wt%. Preferably, 0.50 to 1.00 wt% is even more preferred. If the potassium content in the solid fuel is too high, problems such as corrosion of the boiler may occur when using the solid fuel as fuel. The raw material PKS contains a potassium component, and in this embodiment, it is presumed that the potassium component is eluted into the water during the hydrothermal carbonization treatment, and the potassium component contained in the solid fuel can be reduced.

固体燃料Aは、無水ベース灰分中のNaOの割合が0.79wt%以下が好ましく、0.75wt%以下がより好ましく、0.70wt%以下がさらに好ましい。0wt%であってもよい。固体燃料中のナトリウム成分が多すぎると、燃料として用いる際にボイラを腐食する等の問題が生じる場合がある。原料のPKSはナトリウム成分を含むが、本実施形態においては水熱炭化処理の際に水中にナトリウム成分が溶解し、固体燃料中に含まれるナトリウム成分を低減できると推察される。 In the solid fuel A, the ratio of Na 2 O in the anhydrous base ash is preferably 0.79 wt% or less, more preferably 0.75 wt% or less, even more preferably 0.70 wt% or less. It may be 0 wt%. If the sodium content in the solid fuel is too high, problems such as corrosion of the boiler may occur when the solid fuel is used as fuel. The raw material PKS contains a sodium component, and in this embodiment, it is presumed that the sodium component dissolves in water during the hydrothermal carbonization treatment, and the sodium component contained in the solid fuel can be reduced.

無水ベース高位発熱量は、5100~6000kcal/kgが好ましく、5510~6000kcal/kgがより好ましい。 The dry base higher heating value is preferably 5100 to 6000 kcal/kg, more preferably 5510 to 6000 kcal/kg.

ボールミル粉砕性指数(BMI20)が30以上であることが好ましく、80以上であることがより好ましい。BMI20は、後述の実施例に記載の方法により測定できる。 The ball mill grindability index (BMI 20 ) is preferably 30 or more, more preferably 80 or more. BMI 20 can be measured by the method described in Examples below.

固体燃料Aは、生のPKSの粒子径とほぼ同等であり、ハンドリング中の粉化が抑制されている。従って、水熱炭化処理した後の固体燃料を輸送する際に発塵による周辺の汚染もない。生のPKSの平均粒子径は、通常、5mm程度であり、固体燃料Aの平均粒子径も、ほぼ5mm程度である。ここで、本発明でいう平均粒子径とは、メジアン径をいい、JIS M8801に記載の粒度試験方法により求められる。 The solid fuel A has a particle size approximately equal to that of raw PKS, and pulverization during handling is suppressed. Therefore, when the solid fuel after hydrothermal carbonization is transported, there is no contamination of the surrounding area due to dust generation. The average particle size of raw PKS is usually about 5 mm, and the average particle size of solid fuel A is also about 5 mm. Here, the average particle size referred to in the present invention means a median size, and is determined by the particle size test method described in JIS M8801.

固体燃料Aの製造方法において、原料であるPKSを水熱炭化処理する条件は、特に限定されないが、加熱温度は好ましくは190~250℃であり、より好ましくは190~230℃であり、圧力は好ましくは1.0~4.0MPa(G)、より好ましくは1.3~3.7MPa(G)、さらに好ましくは2.9~3.7MPa(G)である。 In the method for producing solid fuel A, the conditions for hydrothermally carbonizing PKS as a raw material are not particularly limited, but the heating temperature is preferably 190 to 250 ° C., more preferably 190 to 230 ° C., and the pressure is It is preferably 1.0 to 4.0 MPa (G), more preferably 1.3 to 3.7 MPa (G), still more preferably 2.9 to 3.7 MPa (G).

<固体燃料B:竹を原料としたバイオマス固体燃料>
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。
<Solid fuel B: biomass solid fuel made from bamboo>
As one aspect of the present invention, a biomass solid fuel (also referred to as “solid fuel B”) made from bamboo will be described. The bamboo is preferably crushed bamboo.

固体燃料Bは、気乾ベースで燃料比(固定炭素/揮発分)が0.10~0.50であるのが好ましい。 The solid fuel B preferably has a fuel ratio (fixed carbon/volatile matter) of 0.10 to 0.50 on an air-dried basis.

固体燃料B中の無水ベースの灰分の割合は、好ましくは1.3重量%以下、より好ましくは1.0重量%以下である。また、下限は特に限定されないが、好ましくは0.6重量%以上である。固体燃料B中の気乾ベース灰分の割合は、好ましくは1.2重量%以下、より好ましくは1.0重量%以下である。また、下限は特に限定されないが、好ましくは0.5重量%以上である。 The percentage of ash on a dry basis in the solid fuel B is preferably 1.3 wt% or less, more preferably 1.0 wt% or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 0.6% by weight or more. The proportion of the air-dried base ash in the solid fuel B is preferably 1.2% by weight or less, more preferably 1.0% by weight or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 0.5% by weight or more.

固体燃料B中の塩素の割合は、0.15wt%以下が好ましく、0.10wt%以下がより好ましく、0.07wt%以下がさらに好ましく、0wt%であってもよい。固体燃料Bの原料である生の竹には塩素成分が含まれており、塩素成分が多すぎるとボイラの腐食等の問題になるが、本実施形態の固体燃料Bは塩素成分の含有量が少ない。これは、水熱炭化処理の際に水中に塩素成分が溶出するからであると推察される。 The proportion of chlorine in the solid fuel B is preferably 0.15 wt% or less, more preferably 0.10 wt% or less, still more preferably 0.07 wt% or less, and may be 0 wt%. The raw bamboo, which is the raw material of the solid fuel B, contains a chlorine component, and if the chlorine component is too much, problems such as boiler corrosion occur. few. It is presumed that this is because the chlorine component is eluted into the water during the hydrothermal carbonization treatment.

固体燃料Bは、無水ベース灰分中のKOの割合が、3.00~21.50wt%であるのが好ましく、3~20wt%であるのがより好ましく、4~19wt%であるのがさらに好ましく、5~18wt%がよりさらに好ましい。固体燃料中のカリウム成分が多すぎると、燃料として用いる際にボイラを腐食する等の問題が生じる場合がある。原料の竹はカリウム成分を含むが、本実施形態においては水熱炭化処理の際に水中にカリウム成分が溶出し、固体燃料中に含まれるカリウム成分を低減できると推察される。 The solid fuel B preferably has a K 2 O ratio in the anhydrous base ash of 3.00 to 21.50 wt%, more preferably 3 to 20 wt%, and more preferably 4 to 19 wt%. More preferably, 5 to 18 wt% is even more preferable. If the potassium content in the solid fuel is too high, problems such as corrosion of the boiler may occur when using the solid fuel as fuel. Although the raw material bamboo contains a potassium component, it is presumed that in the present embodiment, the potassium component is eluted into the water during the hydrothermal carbonization treatment, and the potassium component contained in the solid fuel can be reduced.

無水ベース高位発熱量は、5000~6000kcal/kgが好ましい。 The dry base higher heating value is preferably 5000 to 6000 kcal/kg.

ボールミル粉砕性指数(BMI20)は30以上であることが好ましく、60以上であることがより好ましい。BMI20は、後述の実施例に記載の方法により測定できる。 The ball mill grindability index (BMI 20 ) is preferably 30 or more, more preferably 60 or more. BMI 20 can be measured by the method described in Examples below.

固体燃料Bの製造方法において、原料である生の竹を水熱炭化処理する条件は、特に限定されないが、温度は、好ましくは190℃~220℃、より好ましくは190℃~210℃であり、圧力は、好ましくは0.9~2.4MPa(G)である。 In the method for producing solid fuel B, the conditions for hydrothermally carbonizing raw bamboo as a raw material are not particularly limited, but the temperature is preferably 190° C. to 220° C., more preferably 190° C. to 210° C., The pressure is preferably 0.9-2.4 MPa (G).

<固体燃料C:EFBを原料としたバイオマス固体燃料>
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。
<Solid fuel C: Biomass solid fuel made from EFB>
As one aspect of the present invention, a biomass solid fuel (also referred to as “solid fuel C”) using EFB as a raw material will be described. Properties of the solid fuel C are as follows.

固体燃料Cは、気乾ベースで燃料比(固定炭素/揮発分)が0.1~0.5であるのが好ましい。 The solid fuel C preferably has a fuel ratio (fixed carbon/volatile matter) of 0.1 to 0.5 on an air-dried basis.

固体燃料C中の無水ベースの灰分の割合は、好ましくは2.3重量%以下、より好ましくは1.9重量%以下、さらに好ましくは1.7重量%以下である。また、下限は特に限定されないが、好ましくは0.6重量%以上である。固体燃料C中の気乾ベース灰分の割合は、好ましくは2重量%以下、より好ましくは1.8重量%以下、さらに好ましくは1.5重量%以下である。また、下限は特に限定されないが、好ましくは0.5重量%以上である。 The percentage of dry-based ash in the solid fuel C is preferably 2.3% by weight or less, more preferably 1.9% by weight or less, even more preferably 1.7% by weight or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 0.6% by weight or more. The proportion of the air-dried base ash in the solid fuel C is preferably 2% by weight or less, more preferably 1.8% by weight or less, and even more preferably 1.5% by weight or less. Although the lower limit is not particularly limited, it is preferably 0.5% by weight or more.

固体燃料Cの原料である生のEFBには塩素成分が含まれており、塩素成分が多すぎるとボイラの腐食等の問題になるが、本実施形態の固体燃料Cは塩素成分の含有量が少ない。これは、水熱炭化処理の際に水中に塩素成分が溶出するからであると推察される。固体燃料C中の塩素の割合は、0.2wt%以下が好ましく、0.01wt%以下がより好ましく、0.008wt%以下がさらに好ましく、0wt%であってもよい。 The raw EFB, which is the raw material of the solid fuel C, contains a chlorine component, and if the chlorine component is too much, problems such as boiler corrosion will occur. few. It is presumed that this is because the chlorine component is eluted into the water during the hydrothermal carbonization treatment. The proportion of chlorine in the solid fuel C is preferably 0.2 wt% or less, more preferably 0.01 wt% or less, still more preferably 0.008 wt% or less, and may be 0 wt%.

固体燃料Cは、無水ベース灰分中のKOの割合が、0.10~40.00wt%であるのが好ましく、1.0~25wt%であるのがより好ましく、1.0~20wt%であるのがさらに好ましく、1.0~18wt%であるのがよりさらに好ましい。固体燃料中のカリウム成分が多すぎると、燃料として用いる際にボイラを腐食する等の問題が生じる場合がある。原料のEFBはカリウム成分を含むが、本実施形態においては水熱炭化処理の際に水中にカリウム成分が溶出し、固体燃料中に含まれるカリウム成分を低減できると推察される。 The solid fuel C preferably has a K 2 O ratio of 0.10 to 40.00 wt%, more preferably 1.0 to 25 wt%, and 1.0 to 20 wt% in the anhydrous base ash. and even more preferably 1.0 to 18 wt%. If the potassium content in the solid fuel is too high, problems such as corrosion of the boiler may occur when using the solid fuel as fuel. The raw material EFB contains a potassium component, and in this embodiment, it is presumed that the potassium component is eluted into the water during the hydrothermal carbonization treatment, and the potassium component contained in the solid fuel can be reduced.

固体燃料Cは、無水ベース灰分中のNaOの割合が1.0wt%以下であるのが好ましく、0.70wt%以下であるのがより好ましく、0.5wt%以下であるのがさらに好ましく、0wt%であってもよい。固体燃料中のナトリウム成分が多すぎると、燃料として用いる際にボイラを腐食する等の問題が生じる場合がある。原料のEFBはナトリウム成分を含むが、本実施形態においては水熱炭化処理の際に水中にナトリウム成分が溶解し、固体燃料中に含まれるナトリウム成分を低減できると推察される。 In solid fuel C, the proportion of Na 2 O in the anhydrous base ash is preferably 1.0 wt% or less, more preferably 0.70 wt% or less, and even more preferably 0.5 wt% or less. , 0 wt %. If the sodium content in the solid fuel is too high, problems such as corrosion of the boiler may occur when the solid fuel is used as fuel. The raw material EFB contains a sodium component, and in this embodiment, it is presumed that the sodium component dissolves in water during the hydrothermal carbonization treatment, and the sodium component contained in the solid fuel can be reduced.

無水ベース高位発熱量は、4510~6500kcal/kgが好ましく、4590~6500kcal/kgがより好ましい。 The dry base higher heating value is preferably 4510 to 6500 kcal/kg, more preferably 4590 to 6500 kcal/kg.

ボールミル粉砕性指数(BMI)が15以上であることが好ましい。BMIは、後述の実施例に記載の方法により測定できる。 A ball mill grindability index (BMI 3 ) of 15 or more is preferred. BMI 3 can be measured by the method described in Examples below.

固体燃料Cの製造方法において、原料である生のEFBを水熱炭化処理する条件は、特に限定されないが、温度は好ましくは150℃~250℃、より好ましくは200℃~250℃であり、圧力は好ましくは0.3~4.2MPa(G)であり、より好ましくは0.4~4.1MPa(G)である。 In the method for producing solid fuel C, the conditions for hydrothermally carbonizing raw EFB as a raw material are not particularly limited, but the temperature is preferably 150 ° C. to 250 ° C., more preferably 200 ° C. to 250 ° C., and the pressure is preferably 0.3 to 4.2 MPa (G), more preferably 0.4 to 4.1 MPa (G).

本発明の固体燃料は、熱利用設備に供給して燃焼させることにより、熱利用設備のエネルギー源として使用される。特に、本発明の固体燃料は、石炭の一部代替燃料として、熱利用設備に供給して燃焼させることが好ましい。 The solid fuel of the present invention is used as an energy source for heat utilization equipment by being supplied to the heat utilization equipment and combusted. In particular, the solid fuel of the present invention is preferably supplied to a heat utilization facility and burned as a partial substitute fuel for coal.

本発明の固体燃料が使用される熱利用設備としては、制限されるものではなく、既存の熱利用設備を使用することができ、例えば、微粉炭焚きボイラ、セメントクリンカ製造設備のロータリーキルン、セメントクリンカ製造設備の仮焼炉、製鉄設備のコークズ炉、高炉などが挙げられ、これらの中でも、微粉炭焚きボイラ、セメントクリンカ製造設備のロータリーキルン、仮焼炉などが好ましい。 The heat utilization equipment in which the solid fuel of the present invention is used is not limited, and existing heat utilization equipment can be used. Examples include calcining furnaces for manufacturing equipment, coke ovens for steelmaking equipment, and blast furnaces. Among these, pulverized coal-fired boilers, rotary kilns for cement clinker manufacturing equipment, and calcining furnaces are preferred.

本発明の固体燃料は、燃焼効率の向上などの点から、粉砕した後、前記熱利用設備に供給しても良い。この粉砕の程度は、固体燃料が供給される熱利用設備にもよるが、通常、平均粒子径が1,000μm以下となるように粉砕するとよく、平均粒子径が750μm以下となるように粉砕するのがより好ましい。 In order to improve combustion efficiency, the solid fuel of the present invention may be pulverized and then supplied to the heat utilization equipment. The degree of pulverization depends on the heat utilization equipment to which the solid fuel is supplied, but it is usually preferable to pulverize it so that the average particle size is 1,000 μm or less, and it is pulverized so that the average particle size is 750 μm or less. is more preferred.

本発明の固体燃料は、粉砕性に優れており、竪型ローラーミル、チューブミル、ハンマーミル、ファン型ミルなどで容易に粉砕することができ、また石炭火力発電設備に備えられている石炭粉砕機で、石炭とともに容易に微粉砕化することもできる。また、固体燃料を石炭とともに熱利用設備に供給して燃焼することができる。 The solid fuel of the present invention has excellent pulverizability and can be easily pulverized with a vertical roller mill, tube mill, hammer mill, fan type mill, etc., and is used for coal pulverization provided in coal-fired power generation equipment. It can also be easily pulverized with coal in a machine. In addition, solid fuel can be supplied to the heat utilization facility together with coal and combusted.

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below using Examples, but the present invention is not limited to these.

実施例、比較例における固体燃料の性状の測定方法は下記のとおりである。 The methods for measuring the properties of solid fuels in Examples and Comparative Examples are as follows.

<固体収率、エネルギー収率>
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。
<Solid Yield, Energy Yield>
Solid yield and energy yield were calculated by the following equations.

固体収率(無水ベース)(重量%)=100×水熱炭化処理後の固体重量(無水ベース)/水熱炭化処理前の固体重量(無水ベース)
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)
Solids yield (dry basis) (wt%) = 100 x weight of solids after hydrothermal carbonization (dry basis) / weight of solids before hydrothermal carbonization (dry basis)
Energy yield (anhydrous basis) (cal%) = solid higher heating value after hydrothermal carbonization (anhydrous basis) x solid yield (anhydrous basis) (% by weight) / solid higher heating value before hydrothermal carbonization ( anhydrous basis)

<灰分のXRF分析>
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。
<XRF analysis of ash>
Using a fluorescent X-ray analyzer (EDX-720 manufactured by Shimadzu Corporation), the weight ratio of the compounds shown in Tables 2 and 4 contained in the anhydrous base ash was measured.

<ボールミル粉砕性(BMI20)>
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。
<Ball mill grindability (BMI 20 )>
The pulverization time of each biomass solid fuel was set to 20 minutes, and the weight ratio under a 150 μm sieve after 20 minutes was used as the pulverization point. The ball mill conforms to JIS M4002, and normal grade ball bearings (Φ36.5 mm x 43, Φ30.2 mm x 67, Φ30.2 mm x 67, Φ24.4 mm×10 pieces, Φ19.1 mm×71 pieces, Φ15.9 mm×94 pieces) were inserted and measured by rotating at a speed of 70 rpm. A higher value indicates that the pulverizability is improved. It was confirmed that the hydrothermal carbonization treatment increased the pulverization point.

<ボールミル粉砕性(BMI)>
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。
<Ball mill grindability (BMI 3 )>
Measurement was performed in the same manner as for BMI 20 except that the biomass solid fuel was pulverized for 3 minutes, and the weight ratio under a 150 μm sieve was taken as the pulverization point.

<例A:PKS>
(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。
<Example A: PKS>
(Example A1: Wet type)
PKS was dried in the sun to have a water content of 12% by mass, a particle size of 1 to 16 mm, and an average particle size of 5 mm. 280 g of this dried PKS and 840 g of water (solid-liquid ratio 3) were put into a 1.95 L autoclave and heated from atmospheric temperature to 190° C. at a temperature rising rate of 3.6° C./min. After reaching a heating temperature of 190° C. and a pressure of 1.3 MPa (G), hydrothermal carbonization was performed by maintaining the temperature for 30 minutes, followed by cooling to room temperature to obtain a solid fuel. Tables 1 and 2 show the properties of the obtained solid fuel.

(実施例A2~A5:湿式)
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。
(Examples A2 to A5: wet)
A solid fuel was produced in the same manner as in Example A1, except that the hydrothermal carbonization conditions were changed as shown in Table 1. Tables 1 and 2 show the properties of the obtained solid fuel.

(比較例A1)
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。
(Comparative Example A1)
Tables 1 and 2 show the properties of the solid fuel composed of raw PKS before hydrothermal carbonization.

(比較例A2:乾式)
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。
(Comparative example A2: dry)
As a raw material, the same dried PKS as in Example A1 was used. 4 kg of this PKS is put into a sample case with an inner diameter of 600 mm and a length of 500 mm, and the entire sample case is mounted in an externally heated rotary kiln. Heated at 2°C/min. The heating temperature used as a reference was the temperature of the gas phase atmosphere at the central portion of the axial center of the sample case. In the rotary kiln, the temperature of the gas phase atmosphere and the temperature of the heat-treated solid are the same. After the heating temperature reached 290°C, the temperature was maintained at 290°C for 1 minute, then quickly cooled to 160°C, after which the sample case was taken out from the rotary kiln, the sample was taken out into the atmosphere, and cooled to room temperature.

(比較例A3~A7:乾式)
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。
(Comparative Examples A3 to A7: dry)
A solid fuel was produced in the same manner as in Comparative Example A2, except that the heating temperature was changed to the temperature shown in Table 1. Tables 1 and 2 show the properties of the obtained solid fuel.

(加熱温度と圧力)
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COが主成分であり、さらに少量の水性ガス(H、CO)を含んでいた。
(heating temperature and pressure)
FIG. 5 shows the relationship between PKS heating temperature and pressure. The higher the heating temperature, the greater the generation of cracked gas. The cracked gas was mainly composed of CO 2 and contained small amounts of water gas (H 2 , CO).

(湿式と乾式の比較)
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。
(Comparison of wet and dry)
Solid fuel obtained by wet treatment (hydrothermal carbonization treatment) of the raw material PKS as in Examples A1 to A5 and dry treatment (heat treatment in the gas phase) as in Comparative Examples A2 to A7. 6 to 8 show the results of comparing the crushability and the like of the solid fuels obtained by

図6は、PKSの加熱温度と粉砕性との関係を示す。粉砕性の指標として、上述のBMI20(150μm篩下の重量割合)を用いた。BMI20=94%を粉砕ポイントの閾値とすると、湿式では約220℃で閾値に達し、乾式では約310℃で閾値に達した。すなわち、湿式の方が乾式に比べて約90℃低い温度で同等の粉砕性を示した。よって、水熱炭化処理により固体燃料を製造すると、加熱温度を低く設定でき製造コストを低減できる。 FIG. 6 shows the relationship between PKS heating temperature and pulverizability. As an index of grindability, the above-mentioned BMI 20 (weight ratio under a 150 μm sieve) was used. Taking BMI 20 =94% as the threshold grind point, the threshold was reached at about 220° C. for the wet process and at about 310° C. for the dry process. In other words, the wet method exhibited the same pulverizability at a temperature about 90° C. lower than the dry method. Therefore, if the solid fuel is produced by hydrothermal carbonization, the heating temperature can be set low, and the production cost can be reduced.

図7は、PKSの加熱温度と、固体収率(無水ベース)および揮発分(無水無灰ベース)との関係を示す。粉砕性ポイントBMI20=94%のときの湿式(加熱温度220℃)および乾式(加熱温度310℃)で得られた固体燃料の固体収率は、それぞれ、70%および53%であり、湿式の方が、固体収率が高かった。固体収率は、揮発分が熱分解される量に依存しており、湿式の方が乾式より低い温度で粉砕性に優れる固体燃料を得られるため、熱分解される揮発分の量も抑制されて固体収率も高くなったと推察された。 FIG. 7 shows the relationship between PKS heating temperature and solids yield (dry basis) and volatiles (ashless dry basis). The solid yields of the solid fuels obtained by the wet process (heating temperature of 220°C) and the dry process (heating temperature of 310°C) when the grindability point BMI 20 = 94% were 70% and 53%, respectively. higher solids yield. The solids yield depends on the amount of volatile matter that is thermally decomposed, and the wet method produces a solid fuel with excellent pulverizability at a lower temperature than the dry method, so the amount of volatile matter that is thermally decomposed is also suppressed. It was inferred that the solid yield also increased with increasing

図8は、PKSの加熱温度と、エネルギー収率(無水ベース)との関係を示す。湿式で得られた固体燃料はエネルギー収率をほぼ80%のまま維持したが、乾式で得られた固体燃料のエネルギー収率は、加熱により70%にまで低下した。これは、エネルギー収率は固体収率の影響を受けるためと考えられ、湿式の方が損失エネルギーを抑制できることが示された。 FIG. 8 shows the relationship between PKS heating temperature and energy yield (dry basis). The wet-derived solid fuel maintained an energy yield of approximately 80%, while the energy yield of the dry-derived solid fuel decreased to 70% upon heating. This is considered to be because the energy yield is affected by the solid yield, and it was shown that the wet process can suppress energy loss.

<例B:竹>
(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。
<Example B: Bamboo>
(Examples B1 to B4)
A solid fuel was produced in the same manner as in Example A1 except that bamboo was used as the raw material instead of PKS and the hydrothermal carbonization treatment was performed under the conditions shown in Table 3. Tables 3 and 4 show the properties of the obtained solid fuel.

(比較例B1)
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。
(Comparative Example B1)
Tables 3 and 4 show the properties of the solid fuel made of raw bamboo before hydrothermal carbonization.

<例C:EFB>
(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。
<Example C: EFB>
(Examples C1 to C3)
A solid fuel was produced in the same manner as in Example A1 except that EFB was used instead of PKS as a raw material and the hydrothermal carbonization treatment was performed under the conditions shown in Table 3. Tables 3 and 4 show the properties of the obtained solid fuel.

(比較例C1)
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。
(Comparative Example C1)
Tables 3 and 4 show the properties of the raw EFB solid fuel before hydrothermal carbonization in Example C1.

以下の表中、ADは気乾ベース、dryは無水ベース、Dafは無水無灰ベースを示す。 In the table below, AD indicates air-dried base, dry indicates anhydrous base, and Daf indicates anhydrous ashless base.

Figure 0007252388000001
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Figure 0007252388000002
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Figure 0007252388000003
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Figure 0007252388000004
Figure 0007252388000004

上記のとおり、水熱炭化処理後のバイオマス固体燃料は、生の原料に比べて粉砕性が向上する(BMI値が向上する)。このメカニズムを解明すべく、本発明者らは、PKSを水熱炭化処理した固体燃料(実施例A4の固体燃料)と、原料の生のPKS(比較例A1の固体燃料)について比較して、詳細に分析を行った。 As described above, the biomass solid fuel after hydrothermal carbonization has improved pulverizability (improved BMI value) compared to raw raw materials. In order to elucidate this mechanism, the present inventors compared a solid fuel obtained by hydrothermally carbonizing PKS (solid fuel of Example A4) and raw PKS as a raw material (solid fuel of Comparative Example A1). A detailed analysis was carried out.

(破断面の表面状態の観察)
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。
(Observation of surface condition of fracture surface)
In order to observe the surface condition of the fracture surface of PKS before and after hydrothermal carbonization, a jig was attached to the Kiya type hardness tester, and stress (tensile/shear) perpendicular to the fiber direction of PKS was applied (see Fig. 1). , the fracture surface perpendicular to the fiber direction was obtained. The load required for rupture (load speed: 10 mm/min) was 517 N for raw PKS before hydrothermal carbonization (Comparative Example A1), but 54 N for PKS after hydrothermal carbonization (Example A4). , had decreased to about 1/10.

水熱炭化処理する前と後、それぞれのPKSの破断面を電子顕微鏡(SEM)で観察した。破断面のSEM写真を、図2(200倍拡大図)および図3(1000倍拡大図)に示す。図2(a)および図3(a)は、水熱炭化処理前の生のPKS(比較例A1)の写真であり、図2(b)および図3(b)は、水熱炭化処理後のPKS(実施例A4)の写真である。破断面のSEM写真は、生PKS(比較例A1)は凹凸となっているのに対し、水熱炭化処理したPKS(実施例A4)では平滑となっていた(図3)。生PKS(比較例A1)では、繊維が原料中のバインダ成分により緩やかに結合しているため、荷重時に繊維の引き抜きが発生し、応力が分散するため破断面が凹凸になったと考えられる。一方、水熱炭化処理したPKS(実施例A4)では、バインダ成分が可溶化するため繊維が強固に結合し、荷重時に応力が集中するため破断面は直線的になったと考えられる。 Before and after the hydrothermal carbonization treatment, the fracture surface of each PKS was observed with an electron microscope (SEM). SEM photographs of the fracture surface are shown in FIG. 2 (magnified view of 200 times) and FIG. 3 (magnified view of 1000 times). FIGS. 2(a) and 3(a) are photographs of raw PKS (Comparative Example A1) before hydrothermal carbonization, and FIGS. 2(b) and 3(b) are photographs after hydrothermal carbonization. is a photograph of PKS (Example A4). In the SEM photograph of the fracture surface, the raw PKS (Comparative Example A1) was uneven, while the hydrothermally carbonized PKS (Example A4) was smooth (Fig. 3). In the raw PKS (Comparative Example A1), since the fibers are loosely bound by the binder component in the raw material, it is thought that the fibers were pulled out under load and the stress was dispersed, resulting in uneven fracture surfaces. On the other hand, in the hydrothermally carbonized PKS (Example A4), the binder component was solubilized, so that the fibers were strongly bonded, and stress was concentrated during loading, so that the fracture surface became straight.

また、SEM写真の凹凸はその大きさから細胞壁であると考えられる(図2、図3)。一般的に破断しにくいものは破断面が凹凸となり、破断しやすいものは破断面が直線的(平滑)となる傾向がある。すなわち、生PKS(比較例A1)は細胞壁強度が強いために壁を貫通するような破断は生じにくく、破断は細胞壁表面に沿って発生するのに対し、水熱炭化処理したPKS(実施例A4)では細胞壁の強度が低下したために壁を貫通する破断が発生したものと考えられる。他の実施例A1~A3についても同様と推察される。 Moreover, the unevenness in the SEM photograph is considered to be the cell wall because of its size (FIGS. 2 and 3). In general, those that are difficult to break tend to have uneven fracture surfaces, and those that are easy to break tend to have linear (smooth) fracture surfaces. That is, since the raw PKS (Comparative Example A1) has a high cell wall strength, it is difficult for the fracture to penetrate the wall, and the fracture occurs along the cell wall surface, whereas the hydrothermally carbonized PKS (Example A4 ), it is considered that the rupture through the wall occurred due to the decrease in the strength of the cell wall. The same is presumed for the other Examples A1 to A3.

(バイオマス成分組成の分析)
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。
(Analysis of biomass component composition)
Before and after the hydrothermal carbonization treatment, the biomass component composition of each PKS was analyzed by the method shown in Table 5. Results are shown in Table 5 and FIG. In addition, in Table 5, all "%" represent "% by weight".

Figure 0007252388000005
Figure 0007252388000005

上記バイオマス成分組成の分析において、ヘミセルロースは生PKS(比較例A1)で23.4wt%であったものが、水熱炭化処理したPKS(実施例A4)では8.9wt%に低下していた。このとき、固体収率を加味したヘミセルロースの分解率は73wt%であった。ここで、ヘミセルロースの分解率は、下記式:
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。
In the analysis of the biomass component composition, the hemicellulose was 23.4 wt% in the raw PKS (Comparative Example A1), but decreased to 8.9 wt% in the hydrothermally carbonized PKS (Example A4). At this time, the decomposition rate of hemicellulose considering the solid yield was 73 wt%. Here, the decomposition rate of hemicellulose is expressed by the following formula:
Decomposition rate (%) = 100 - [hemicellulose composition of hydrothermally treated PKS (%) x yield (%)] ÷ [(hemicellulose composition of raw PKS (%) x 100 (%)] x 100
Calculated by The decomposition rates of other components were also calculated in the same manner.

上記結果より、実施例A4を含めた水熱炭化処理したPKSの粉砕性は、水熱炭化処理中に細胞壁などのバイオマス骨格の強度を維持する上で重要な役割を果たしているヘミセルロースが分解することにより向上していることが示唆された。 From the above results, the pulverizability of the hydrothermally carbonized PKS including Example A4 is due to the decomposition of hemicellulose, which plays an important role in maintaining the strength of the biomass skeleton such as the cell wall during the hydrothermal carbonization. It was suggested that the

Claims (3)

破砕された竹を原料とし、
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KOの割合が3.00~21.50wt%である、バイオマス固体燃料の製造方法であって、
破砕された竹を、温度190~220℃、圧力0.9~2.4MPa(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。
Made from crushed bamboo,
The air-dried base fuel ratio (fixed carbon/volatile matter) is 0.1 to 0.5,
A method for producing a biomass solid fuel, wherein the proportion of K O in the anhydrous base ash is 3.00-21.50 wt%, comprising :
A method for producing a biomass solid fuel, comprising a step of hydrothermally carbonizing crushed bamboo at a temperature of 190-220° C. and a pressure of 0.9-2.4 MPa (G).
前記バイオマス固体燃料中の塩素の割合が、0.15wt%以下である、請求項1に記載のバイオマス固体燃料の製造方法。 2. The method for producing a biomass solid fuel according to claim 1, wherein the ratio of chlorine in said biomass solid fuel is 0.15 wt % or less. 前記バイオマス固体燃料の無水ベース高位発熱量が5000~6000kcal/kgであり、ボールミル粉砕性指数(BMI20)が30以上である、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。 3. The method for producing a biomass solid fuel according to claim 1 , wherein said biomass solid fuel has a dry base higher calorific value of 5000 to 6000 kcal/kg and a ball mill grindability index (BMI 20 ) of 30 or more.
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