JP7449162B2 - 複合固形燃料の製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、バイオマスを半炭化して、バイオマスの粉砕性を向上させる手法が開発されている。
例えば、特許文献1には、パーム椰子樹木の果房の周囲に生えるパーム枝葉を半炭化処理したバイオマス半炭化物と、褐炭を乾燥粉砕した粉状褐炭とを混合して圧縮成形した圧縮成形体からなることを特徴とするバイオマス改質炭が開示されている。
なお、特許文献1は、バイオマス改質炭(固形燃料)を、パーム椰子農園の近傍に所在する炭鉱から得られた褐炭を用いて製造しているため、バイオマス改質炭を運搬することに着目しておらず、そのため、バイオマス改質炭の機械的強度についての検討も行っていない。
・要件(1):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(2):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(3):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(4):密度が0.7g/cm3以上である。
加熱された前記バイオマスを粉砕してバイオマス粉B1を得る工程と、
前記バイオマス粉B1と、石炭粉とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程と、を有する複合固形燃料の製造方法が提供される。
前記バイオマス粉B2と、石炭粉とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程と、
前記圧縮成型する工程で得られた圧縮成型物を250℃以上500℃以下で加熱する工程と、を有する複合固形燃料の製造方法が提供される。
前記バイオマス粉B2と、石炭粉とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程及び250℃以上500℃以下で加熱する工程を同時に実施する工程と、を有する複合固形燃料の製造方法が提供される。
前記バイオマス粉B3を250℃以上500℃以下で加熱する工程と、
加熱された前記バイオマス粉B3と、石炭粉とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程と、を有する複合固形燃料の製造方法が提供される。
・要件(11):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(12):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(13):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(14):密度が0.7g/cm3以上である。
<複合固形燃料>
本実施形態の複合固形燃料は、石炭粉と、バイオマス粉とを含み、下記要件(1)から(4)を満たす。
・要件(1):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(2):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(3):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(4):密度が0.7g/cm3以上である。
本実施形態の複合固形燃料によれば、粉砕性を向上させつつ、機械的強度を維持できる(以下、「本実施形態の効果」とも称する)。
なお、本実施形態の複合固形燃料は、要件(1)から(4)を満たす限り、特に限定されない。
ここで、半炭化とは、少なくとも一部のバイオマスを炭化した状態をいう。そのため、本明細書における半炭化は、バイオマスの一部を炭化した状態、及びバイオマスの全てを炭化した状態を包含する。半炭化された固形燃料は、固体状のバイオマス(例えば木質バイオマス)を、例えば250℃以上500℃以下で加熱することで得られる。
本実施形態の複合固形燃料は、「半炭化されたバイオマス粉」を含んでいるため、燃料としての発熱量が確保され、粉砕性が向上すると考えられる。その結果、HGIが30以上及び無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上の性状を有すると考えられる(要件(1)及び(3))。
・方法(a):バイオマスを所定の温度で加熱した後、粉砕する。粉砕して得られたバイオマス粉と、石炭粉とを混合して所定の条件で圧縮成型する。
・方法(a’):バイオマスを粉砕する。粉砕したバイオマスを所定の温度で加熱する。加熱して得られたバイオマス粉と、石炭粉とを混合して所定の条件で圧縮成型する。
・方法(b):未加熱のバイオマスを粉砕する。粉砕して得られたバイオマス粉と、石炭粉とを混合して所定の条件で圧縮成型する。圧縮成型して得られた圧縮成型物を所定の温度で加熱する。
・方法(c):未加熱のバイオマスを粉砕する。粉砕して得られたバイオマス粉と、石炭粉とを混合して所定の条件で圧縮成型するのと同時に所定の温度で加熱する。
以下では、方法(a)及び方法(a’)を「バイオマス粉を半炭化してから圧縮成型する方法」と称し、方法(b)を「圧縮成型後にバイオマス粉を半炭化する方法」と称し、方法(c)を「圧縮成型と同時にバイオマス粉を半炭化する方法」と称することがある。
方法(a)、(a’)、(b)及び(c)において、「所定の温度」は、加熱方式等によっても異なるが、例えば、流動層(床)反応方式で加熱する場合は、通常250℃以上500℃以下であり、ロータリーキルン方式で加熱する場合は、通常250℃以上300℃以下である。所定温度の詳細は、後述の「加熱工程ST1」等の項で説明する。「所定の条件」の詳細は、後述の「圧縮成型工程ST4」等の項で説明する。
制御される製造条件としては、例えば、以下の条件(A)~(E)が挙げられる。
・条件(A):圧縮成型時の圧力
・条件(B):圧縮成型時の加圧時間
・条件(C):圧縮成型時に加熱する場合は加熱温度
・条件(D):バイオマス粉及び石炭粉のサイズ
本実施形態の複合固形燃料は、バイオマス粉と石炭粉とを含む混合物を、少なくとも、高い圧力(例えば50MPa以上150MPa以下)で圧縮成型することで製造される(条件(A))。これにより、引張強度及び密度を共に高めることができ、その結果、機械的強度が維持されると考えられる。
製造された複合固形燃料の一例の写真を図1に示す。なお、図1に示す複合固形燃料は、実施例1-1で得られた複合固形燃料に該当する。
・要件(1):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
微粉炭火力発電方式を採用する石炭火力発電においては、ボイラーに導入する前に石炭を細かく粉砕する必要がある。そのため、複合固形燃料のハードグローブ粉砕性指数(HGI)は、石炭により近いことが好ましい。例えば、一般的な微粉炭火力発電所で用いられる石炭の平均的なハードグローブ粉砕性指数(HGI)は、40~60程度である。
本実施形態において、複合固形燃料のハードグローブ粉砕性指数(HGI)は、石炭により近い粉砕性を得る観点から、好ましくは40以上であり、より好ましくは46以上であり、さらに好ましくは50以上である。
ハードグローブ粉砕性指数(HGI)は、JIS M8801(2004)に記載された試験方法で測定できる。
・要件(2):引張強度が0.2MPa以上である。
本明細書では、機械的強度を判定する指標として、引張強度を用いる。引張強度は、複合固形燃料を加圧して破壊させたときの荷重から算出される。装置は、図7に示す圧壊試験機を用いる。引張強度の測定方法及び圧壊試験機の詳細は、実施例の項に記載する。
複合固形燃料は、製造後、各地の発電所、製鉄所、及び工場等の敷地内まで運搬されるため、運搬中に壊れにくいこと、すなわち、機械的強度が求められる。
本実施形態の複合固形燃料は、引張強度が0.2MPa以上であることにより、機械的強度が維持される。これにより、運搬中、微粉の発生を抑制でき、その結果、粉塵の発生を抑制できる。特に、複合固形燃料が、自然発熱し易い褐炭由来の石炭粉を含む場合に、微粉及び粉塵の発生を抑制できることは有効である。その結果、安全性に優れた複合固形燃料が得られる。
また、引張強度が0.2MPa以上である複合固形燃料は、ハンドリング性にも優れる。
本実施形態の複合固形燃料において、引張強度は、好ましくは0.5MPa以上、より好ましくは0.7MPa以上、さらに好ましくは1.0MPa以上である。
・要件(3):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
本実施形態の複合固形燃料は、要件(3)を満たすので、燃料としての発熱量が確保されている。
本実施形態の複合固形燃料において、無水ベースの高位発熱量は、好ましくは3700kcal/kg以上、より好ましくは4000kcal/kg以上、さらに好ましくは4500kcal/kg以上、さらに好ましくは5000kcal/kg以上である。
無水ベースの高位発熱量は、JIS M8814(2003)に記載された試験方法で測定できる。
・要件(4):密度が0.7g/cm3以上である。
本実施形態の複合固形燃料は、要件(4)を満たすので、他のバイオマス固形燃料と比べて、固形燃料としての密度が比較的高い。これにより、複合固形燃料を運搬する際、運搬量を増加できる。その結果、運搬効率を向上できる。
本実施形態の複合固形燃料において、密度は、好ましくは0.8g/cm3以上、より好ましくは1.0g/cm3以上、さらに好ましくは1.2g/cm3以上、さらに好ましくは1.5g/cm3以上である。
運搬効率をより向上させるためには、密度は大きい程好ましい。
なお、密度は、製造された複合固形燃料の寸法及び質量から算出される。
本実施形態の複合固形燃料において、複合固形燃料を窒素雰囲気で110℃まで加熱した後、酸素雰囲気に切り替え、前記酸素雰囲気で、複合固形燃料が110℃から180℃まで昇温するのに要する時間T180が、70分以上であることが好ましい。
本明細書では、自然発熱性を判定する指標として、出光興産株式会社が開発した指標である時間T180(分)を用いる。時間T180(分)は、長い程、自然発熱しにくいことを示す。時間T180(分)の測定は、図9に示す自然発熱性評価装置(島津製作所社製:SIT-2)を用いて行う。時間T180の測定方法及び自然発熱性評価装置の詳細は、実施例の項に記載する。
表1に、本明細書で採用する自然発熱性を判定する指標を示す。なお、本明細書では、表1の指標を採用するが、これに限定されず、自然発熱性を適切に判定できる指標であれば他の指標を採用してもよい。
図2に示すように、110℃まで加熱した中国炭を酸素雰囲気に晒した場合、中国炭の温度はすぐに上昇を始め、時間T180は、55分と短い。
一方、110℃まで加熱したブラックペレットを酸素雰囲気に晒した場合、ブラックペレットの温度はゆっくりと上昇し、時間T180は、300分となる。
本実施形態の複合固形燃料は、「半炭化されたバイオマス粉」を含むことにより、自然発熱し易い石炭(例えば、中国炭及び褐炭)の時間T180よりも時間T180を長くすることができる。これは、バイオマス粉が石炭のマトリックス中に分散されることで、石炭粉の熱伝導性及び蓄熱性を低下させるためと考えられる。
本実施形態の複合固形燃料において、前記時間T180(分)は、自然発熱をより抑制する観点から、より好ましくは75分以上、さらに好ましくは80分以上、さらに好ましくは85分以上である。
本実施形態の複合固形燃料において、前記複合固形燃料を水中に6時間浸漬した後の浸漬水の生物化学的酸素要求量(BOD)は、300mg/L以下であることが好ましい。BODの値が小さい程、複合固形燃料からの有機物の溶出が抑制されていることを示す。BODは、より好ましくは250mg/L以下、さらに好ましくは200mg/L以下、さらに好ましくは150mg/L以下である。
BODは、JIS K0102-21(2016)に記載された試験方法で測定される。
CODは、JIS K0102-17(2016)に記載された試験方法で測定される。
よって、少なくとも、BODが300mg/L以下またはCODが300mg/L以下であると、水質汚染を抑制できるので、屋外でも複合固形燃料を保管できる。
本実施形態の複合固形燃料は、以下の理由により、有機物の溶出が抑制され、少なくとも、BODが300mg/L以下またはCODが300mg/L以下を満たし易いと考えられる。
・複合固形燃料中に含まれる石炭粉自身の溶解性が低い。
・複合固形燃料中に含まれる石炭粉によって、バイオマス紛の表面が覆われる。
・密度が比較的大きいため(0.7g/cm3以上)、複合固形燃料の表面積及び水の侵入経路が減少する。
バイオマス粉の炭化の度合いが進むほど、複合固形燃料からの有機物の溶出が少なくなると考えられるためである。炭化の度合いを調整する方法としては、例えば、バイオマス粉の加熱温度を調整する方法、バイオマス粉の加熱時間を調整する方法、バイオマス粉の粒径を調整する方法、及びバイオマス粉への伝熱効率を調整する方法等が挙げられる。
また、圧縮成型後にバイオマス粉を半炭化する方法(前述の方法(b))及び圧縮成型と同時にバイオマス粉を半炭化する方法(前述の方法(c))によっても、複合固形燃料からの有機物の溶出をより抑制することができる。
これは、圧縮成型時または圧縮成型後の加熱により、有機物の揮発成分が揮発することに加えて、バイオマス粉の構成要素であるリグニン等により、複合固形燃料の表面がコーティングされるためと考えられる。したがって、前述の方法(b)及び(c)を用いて、複合固形燃料を製造することにより、前述の方法(a)及び方法(a’)に比べて、耐溶出性が向上した複合固形燃料が得られ易くなる。
本実施形態の複合固形燃料の形態としては、ブリケットまたはペレットが好ましい。
複合固形燃料の形状及び大きさは特に限定されない。
ブリケットは、例えば、ブリケットマシーンを用いて豆炭状または円筒状に成型することで製造される。
バイオマス粉はバイオマスを粉砕することで得られる。
バイオマスとしては特に限定されないが、例えば、木質バイオマス、草木バイオマス、農作物残渣バイオマス、パーム椰子バイオマス、セルロース製品、及びパルプ製品等が挙げられる。
本明細書において、農作物残渣バイオマスとは、食用部分以外のものを意味する。
本明細書において、パーム椰子バイオマスとは、バイオマス燃料となり得るパーム椰子の農業廃棄物を意味する。パーム椰子バイオマスとしては、具体的には、パーム椰子殻(PKS:Palm Kernel Shell)、及びパーム椰子空果房(EFB:Empty Fruit Bunch)等が挙げられる。
草木バイオマスとしては、例えば、草、自然に生育した植物、及び人工的に植林した植物等が挙げられる。草木バイオマスは、麻、綿、稲わら、籾殻、麦わら、ササ、及びススキ等であってもよい。
以上に記載したバイオマスは、1種単独で用いても2種以上併用してもよい。
例えば、木質バイオマスとして木材を用いる場合、木材で大型のものは数センチ程度のチップに粗粉砕し、その後、粉末に粉砕してもよい。
石炭粉は石炭を粉砕することで得られる。石炭粉は入手したものでもよい。
石炭としては、例えば、瀝青炭、亜瀝青炭、及び褐炭が挙げられる。
瀝青炭、亜瀝青炭、及び褐炭は、下記のように定義される。
・瀝青炭…無水無灰基準において、総発熱量が8,100kcal/kg以上8,400kcal/kg未満の石炭
・亜瀝青炭…無水無灰基準において、総発熱量が7,300kcal/kg以上8,100 kcal/kg未満の石炭
・褐炭…無水無灰基準において、総発熱量が5,800kcal/kg以上7,300
kcal/kg未満の石炭
本実施形態の複合固形燃料は、石炭粉が、燃料及びバインダーの機能を兼ね備える。そのため、本実施形態の複合固形燃料は、バインダーを含まないか、仮にバインダーを含む場合であっても、バインダーの含有量が大幅に低減した燃料とすることができる。これにより、製造コストを削減できる。
石炭粉としては、バインダー機能をより発現する観点から、褐炭に由来するものが好ましい。石炭粉は、石炭を公知の粉砕機を用いて粉砕することで得られる。
本実施形態の複合固形燃料は、本実施形態の効果を損なわない範囲で、その他成分を含んでもよい。その他成分としては、バインダー及び各種添加剤等が挙げられる。
その他成分の含有量は、複合固形燃料の全量に対し、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
本実施形態の複合固形燃料は、石炭粉が燃料及びバインダーの機能を兼ね備えるため、コスト削減の観点から、バインダーを含まないことが好ましい。
本実施形態の複合固形燃料は、発電所、製鉄所、及び工場等で広く用いることができる。例えば、複合固形燃料を火力発電設備で用いる場合、既存の火力発電設備を用いて、例えば、石炭粉砕機により複合固形燃料を粉砕してボイラーに導入してもよい。
また、複合固形燃料を石炭粉砕機とは別の粉砕機で粉砕した後、ボイラーに導入してもよい。複合固形燃料の使用態様は上記に限定されない。
本実施形態の複合固形燃料は、粉砕性が向上した固形燃料であるので、既存の石炭火力発電所への利用が期待される。
<複合固形燃料の製造方法>
図3は、第2実施形態の製造方法を示すフローチャートである。
第2実施形態の製造方法は、バイオマスを250℃以上500℃以下で加熱する工程(以下、「加熱工程ST1」とも称する。)と、加熱された前記バイオマスを粉砕してバイオマス粉B1を得る工程(以下、「バイオマス粉B1を得る工程ST2」とも称する。)と、前記バイオマス粉B1と、石炭粉とを混合する工程(以下、「混合工程ST3」とも称する。)と、前記混合する工程で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程(以下、「圧縮成型工程ST4」とも称する。)と、を有する。
第2実施形態の製造方法によれば、粉砕性を向上させつつ、機械的強度を維持できる複合固形燃料が製造される。
第2実施形態の製造方法は、前述の方法(a)(バイオマス粉を半炭化してから圧縮成型する方法)に相当する。
なお、図3には、石炭を粉砕する工程(以下、「石炭粉砕工程ST0」とも称する。)が示されている。石炭粉砕工程ST0は任意の工程である。石炭粉は入手したものであってよい。
加熱工程ST1は、バイオマスを250℃以上500℃以下で加熱する工程である。
第2実施形態の製造方法で得られる複合固形燃料は、「半炭化されたバイオマス粉」を含む。言い換えれば、加熱工程ST1は、バイオマスを250℃以上500℃以下で加熱することにより、(粉砕前の)バイオマスを「半炭化されたバイオマス」にする工程である。
加熱方法としては、例えば、容器内(好ましくは空気を遮断した容器内)でバイオマスを一定時間加熱(例えば、空気加熱、排ガス加熱、及び直接加熱等)する方法が挙げられる。
加熱方式としては、例えば、ロータリーキルン方式、スクリュー反応方式、多段反応方式、流動層(床)反応方式、マイクロ波反応方式、及び移動層反応方式等が挙げられる。
バイオマスを加熱する温度は、発熱量を確保しつつ粉砕性を向上する観点から、好ましくは250℃以上500℃以下、より好ましくは250℃以上450℃以下である。
バイオマスを加熱する時間は、加熱温度及びバイオマスの大きさに依るが、通常、1分以上240以下、好ましくは1分以上60分以下である。
例えば、ロータリーキルン方式でバイオマスを加熱する場合、バイオマスを加熱する温度は、好ましくは250℃以上350℃以下、より好ましくは250℃以上330℃以下であり、バイオマスを加熱する時間は、好ましくは10分以上240分以下、より好ましくは10分以上60分以下である。
また、ロータリーキルン方式で、例えば木質バイオマスを加熱する場合、加熱する木質バイオマスの大きさは、炭化の度合いを調整し易くする観点から、平均短径が0.1cm以上5cm以下であることが好ましい。
また、流動層(床)反応方式で、例えば木質バイオマスを加熱する場合、加熱する木質バイオマスの大きさは、炭化の度合いを調整し易くする観点から、平均短径が10μm以上5cm以下であることが好ましい。なお、流動層(床)反応方式で木質バイオマスを加熱する場合は、加熱工程ST1の前に、バイオマスを粉砕する工程を実施する、すなわち、後述する第2実施形態Aの製造方法であることが好ましい。
バイオマスを加熱する雰囲気は、空気を遮断した雰囲気であることが好ましい。
バイオマス粉B1を得る工程ST2は、加熱工程ST1で加熱された前記バイオマスを粉砕してバイオマス粉B1を得る工程である。
バイオマスを粉砕する方法としては特に限定されず、公知の粉砕機(例えばボールミル等)を用いることができる。
バイオマス粉B1を得る工程で得られるバイオマス粉B1の平均短径は、圧縮成型のし易さの観点から、好ましくは10μm以上3mm以下、より好ましくは10μm以上1mm以下、さらに好ましくは10μm以上100μm以下である。
バイオマス粉B1の平均短径が10μm以上であると、圧縮成型し易くなる。
バイオマス粉B1の平均短径が3mm以下であると、粉砕エネルギーを抑制し易くなる。
本明細書において、バイオマス粉の短径とは、バイオマス粉の最小径のことであり、具体的には、バイオマス粉の外側輪郭線上の任意の2点を直線で結んだ時の直線の最小長さを意味する。
バイオマス粉の平均短径は、以下の方法で測定することができる。画像解析粒度分布計を用いて、任意に選んだバイオマス粉(100個)の短径を測定し、これらの短径の平均値を「バイオマス粉の平均短径」とする。画像解析粒度分布計としては、例えば、ジャスコインタナショナル社製の「DW-3000」を用いることができる。
バイオマス粉の平均粒径は、篩を用いて調整できる。
また、バイオマス粉の平均粒径は、例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LA-960V2シリーズ)を用いて測定することができる。
混合工程ST3は、バイオマス粉B1を得る工程ST2で得られたバイオマス粉B1と、石炭粉とを混合する工程である。
混合方法としては特に限定されず、公知の混合機(例えばボールミル等)を用いることができる。
混合工程ST3でバイオマス粉B1と混合される石炭粉の平均粒径は、好ましくは10μm以上1mm以下、より好ましくは10μm以上100μm以下である。
石炭粉の平均粒径が10μm以上であると、圧縮成型し易くなる。
石炭粉の平均粒径が1mm以下であると、粉砕エネルギーを抑制し易くなる。
石炭粉の平均粒径は、篩を用いて調整できる。
また、石炭粉の平均粒径は、例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LA-960V2シリーズ)を用いて測定することができる。
バイオマス燃料の使用量増大の要請に応える観点から、バイオマス粉B1及び石炭粉の合計の質量に対するバイオマス粉B1の質量比率は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上である。
機械的強度をより高める観点から、バイオマス粉B1及び石炭粉の合計の質量に対するバイオマス粉B1の質量比率は、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。
圧縮成型工程ST4は、前記混合工程ST3で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程である。
圧縮成型する方法としては特に限定されず、公知の圧縮成型装置を用いて成型することができる。例えば、公知のブリケットマシーンを用いて圧縮成型してもよい。
本実施形態では、図6に示すピストン式圧縮成型装置を用いる。この装置及び圧縮成型する方法の詳細は、実施例の項に記載する。
圧縮成型時の圧力は、機械的強度を高める観点から、より好ましくは70MPa以上130MPa以下、さらに好ましくは80MPa以上120MPa以下である。
-成形条件-
・ロール径 :φ650mm
・回転速度 :3rpm
・ロールギャップ:1.5mm
・成型圧力 :3t/cm
・試料 :1mm以下
・方式 :自然落下方式
なお、圧縮成型工程ST4は、必要に応じて、混合する工程で得られた混合物を加熱した後、実施してもよい。また、第3実施形態と同様に、圧縮成と同時に加熱を行ってもよい。
<複合固形燃料の製造方法>
第2実施形態Aの製造方法について、第2実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項の説明については同一の符号を付す等により、その説明を省略または簡略化する。
図4は、第2実施形態Aの製造方法を示すフローチャートである。
第2実施形態Aの製造方法は、第2実施形態における加熱工程ST1及びバイオマス粉B1を得る工程を入れ替えた以外は第2実施形態の製造方法と同様である。
すなわち、第2実施形態Aの製造方法は、バイオマスを粉砕してバイオマス粉B3を得る工程(以下、「バイオマス粉B3を得る工程ST2」とも称する。)と、バイオマス粉B3を得る工程で粉砕されたバイオマス粉B3を250℃以上500℃以下で加熱する工程(加熱工程ST1)と、加熱された前記バイオマス粉B3と、石炭粉とを混合する工程(混合工程ST3)と、前記混合する工程で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程(圧縮成型工程ST4)と、を有する。
第2実施形態Aの製造方法によれば、粉砕性を向上させつつ、機械的強度を維持できる複合固形燃料が製造される。
第2実施形態Aの製造方法は、前述の方法(a’)(バイオマス粉を半炭化してから圧縮成型する方法)に相当する。
バイオマス粉B3を得る工程で得られるバイオマス粉B3の平均短径は、前記バイオマス粉B1の平均短径と同様の範囲であることが好ましい。
第2実施形態Aの加熱工程ST1における加熱条件(例えば、加熱方法、加熱方式、温度、時間、及び雰囲気等)は、第2実施形態の加熱工程ST1における加熱条件と同様であることが好ましい。
ただし、バイオマスが木質バイオマスである場合、第2実施形態Aの加熱工程ST1で実施する加熱方式は、流動層(床)反応方式であることが好ましい。
混合工程ST3において、バイオマス粉B3と混合される石炭粉の平均粒径は、第2実施形態における石炭粉の平均短径と同様の範囲であることが好ましい。
混合工程ST3において、混合物中におけるバイオマス粉B3と石炭粉との混合比(前記バイオマス粉B3:前記石炭粉)は、第2実施形態におけるバイオマス粉B1と石炭粉との混合比(前記バイオマス粉B1:前記石炭粉)と同様の範囲であることが好ましい。
<複合固形燃料の製造方法>
図5は、第3実施形態に係る複合固形燃料の製造方法(以下、「第3実施形態の製造方法」とも称する。)を示すフローチャートである。
第3実施形態の製造方法は、バイオマスを粉砕してバイオマス粉B2を得る工程(以下、「バイオマス粉B2を得る工程ST11」とも称する。)と、前記バイオマス粉B2と、石炭粉とを混合する工程(以下、「混合工程ST12」とも称する。)と、混合工程ST12で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程(以下、「圧縮成型工程ST13」とも称する。)と、圧縮成型工程ST13で得られた圧縮成型物を250℃以上500℃以下で加熱する工程(以下、「加熱工程ST14」とも称する。)と、を有する。
なお、図5に示す石炭粉砕工程ST0は第2実施形態の石炭粉砕工程ST0と同様であるので記載を省略する。
図5に示す製造方法は、前述の方法(b)(圧縮成型後にバイオマス粉を半炭化する方法)に相当する。
第3実施形態の製造方法によれば、粉砕性を向上させつつ、機械的強度を維持できる複合固形燃料が製造される。
バイオマス粉B2を得る工程ST11は、バイオマスを粉砕してバイオマス粉B2を得る工程である。バイオマスを粉砕する方法としては、第2実施形態で記載した方法と同様の方法が挙げられる。
バイオマス粉B2を得る工程で得られるバイオマス粉B2の平均短径は、圧縮成型のし易さの観点から、好ましくは10μm以上3mm以下、より好ましくは10μm以上1mm以下、さらに好ましくは10μm以上100μm以下である。
混合工程ST12は、前記バイオマス粉B2を得る工程ST11で得られたバイオマス粉B2と、石炭粉とを混合する工程である。混合方法としては、第2実施形態で記載した方法と同様の方法が挙げられる。
混合工程ST12でバイオマス粉B2と混合される石炭粉の平均粒径は、好ましくは10μm以上1mm以下、より好ましくは10μm以上100μm以下である。
石炭粉の平均粒径が10μm以上であると、圧縮成型し易くなる。
石炭粉の平均粒径が1mm以下であると、粉砕エネルギーを抑制し易くなる。
バイオマス燃料の使用量増大の要請に応える観点から、バイオマス粉B2及び石炭粉の合計の質量に対するバイオマス粉B2の質量比率は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは75質量%以上、さらに好ましくは80質量%以上である。
機械的強度をより高める観点から、バイオマス粉B2及び石炭粉の合計の質量に対するバイオマス粉B2の質量比率は、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下である。
圧縮成型工程ST13は、混合工程ST12で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程である。
圧縮成型する方法としては、第2実施形態で記載した方法と同様の方法が挙げられる。
圧縮成型時の圧力は、第2実施形態で記載した圧力と同様の範囲であることが好ましい。圧縮成型時の加圧時間は、第2実施形態で記載した加圧時間と同様の範囲であることが好ましい。
加熱工程ST14は、圧縮成型工程ST13で得られた圧縮成型物を250℃以上500℃以下で加熱する工程である。
加熱工程ST14における加熱条件(例えば、加熱方法、加熱方式、温度、時間、及び雰囲気等)は、第2実施形態の加熱工程ST1における加熱条件と同様であることが好ましい。
加熱工程ST14における加熱時間は、加熱温度に依るが、通常、1分以上240分以下、好ましくは1分以上20分以下である。
<複合固形燃料の製造方法>
図6は、第4実施形態に係る複合固形燃料の製造方法(以下、「第4実施形態の製造方法」とも称する。)を示すフローチャートである。
第4実施形態の製造方法は、第3実施形態の製造方法に対し、圧縮成型工程ST13と加熱工程ST14とを同時に実施する点が相違する。
すなわち、図6に示す第3実施形態の製造方法は、バイオマスを粉砕してバイオマス粉B2を得る工程(バイオマス粉B2を得る工程ST11)と、前記バイオマス粉B2と、石炭粉とを混合する工程(混合工程ST12)と、混合工程ST12で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程及び250℃以上500℃以下で加熱する工程を同時に実施する工程(以下、「圧縮成型かつ加熱工程ST15」とも称する。)と、を有する。
なお、図6に示す石炭粉砕工程ST0は第2実施形態の石炭粉砕工程ST0と同様であるので記載を省略する。
図6に示す製造方法は、前述の方法(c)(圧縮成と同時にバイオマス粉を半炭化する方法)に相当する。
第4実施形態の製造方法によれば、粉砕性を向上させつつ、機械的強度を維持できる複合固形燃料が製造される。
圧縮成型かつ加熱工程ST15は、混合工程ST12で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程及び250℃以上500℃以下で加熱する工程を同時に実施する工程である。
加熱工程が「圧縮成型かつ加熱工程ST15」である場合、製造工程を簡略化することができる。
圧縮成型かつ加熱工程ST15における圧縮成型条件(例えば、成型方法、圧力、及び加圧時間等)は、第2実施形態の圧縮成型工程ST4における圧縮成型条件と同様であることが好ましい。
第2実施形態、第2実施形態A、第3実施形態及び第4実施形態の製造方法は、前記混合工程にて前記バイオマス粉B1、前記バイオマス粉B2又は前記バイオマス粉B3又はと混合される前記石炭粉に対し、水熱処理及び酸処理の少なくとも一方の処理を実施する工程を有することが好ましい。
水熱処理及び酸処理の少なくとも一方の処理を実施する工程を有することにより、石炭粉の表面に付着している金属等が除去され、表面が活性化されると考えられる。その結果、圧縮成型する際に、バイオマス粉との結合が強固になり、機械的強度が向上すると考えられる。
水熱処理に用いる水は特に限定されない。
水熱処理に用いる水は、好適には石炭粉1質量部に対し、水4.5質量部以上8.5質量部以下である。
水熱処理の温度は、好適には200℃以上300℃以下である。
水熱処理の時間は、好適には15分以上60分以下である。
水熱処理の回数は1回でもよいし、複数回でもよい。
処理液の濃度は適宜調整することが好ましい。例えば、処理液が塩酸の場合、濃度は3N程度であることが好ましい。
処理液は、好適には石炭粉1質量部に対し、10質量部以上50質量部以下である。
酸処理の温度は、好適には40℃以上80℃以下である。
酸処理の時間は、好適には6時間以上10時間以下である。
酸処理の回数は1回でもよいし、複数回でもよい。酸処理後は水洗浄を行うことが好ましい。
第2実施形態、第2実施形態A、第3実施形態及び第4実施形態の製造方法において、
製造された複合固形燃料は、以下の要件(11)から(14)を満たすことが好ましい。
・要件(11):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(12):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(13):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(14):密度が0.7g/cm3以上である。
要件(12)は、第1実施形態の複合固形燃料における要件(2)と同義である。
要件(13)は、第1実施形態の複合固形燃料における要件(3)と同義である。
要件(13)は、第1実施形態の複合固形燃料における要件(4)と同義である。
本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変更、改良等は、本発明に含まれる。
図7は、ピストン式圧縮成型装置の断面図である。
ピストン式圧縮成型装置10は、第一加圧板11a及び主軸11bからなるピストン11と、第二加圧板13と、第二加圧板13に設置される円筒部材12とを備える。なお、ピストン式圧縮成型装置10には、油圧によりピストン11を作動させる油圧機構(不図示)が設けられている。
円筒部材12が第二加圧板13に固定されることで、原料16(具体的にはバイオマス粉と石炭粉との混合物)が充填される充填部19(凹部)が形成される。この充填部19の底面には、底板14が配置される。
円筒部材12、底板14及びピストン11の主軸11bにより、製造される圧縮成型物の金型が構成される。また、円筒部材12及び第二加圧板13の間、円筒部材12及び底板14の間、並びに円筒部材12及びピストン11の主軸11bの間には、空気の流路となるわずかな隙間18が設けられている。
円筒部材12の周囲には、ヒータ15及び一対の熱電対17が設けられている。円筒部材12の温度は、一対の熱電対17により制御される。ピストン式圧縮成型装置10は、この円筒部材12の温度を制御することにより、原料16の温度が制御されるようになっている。
原料16は、充填部19に充填される。設定した圧力で、ピストン11を図の矢印の方向に作動させることで、原料は圧縮され、複合固形燃料が製造される。
図8は、圧壊試験機の概略図である。
圧壊試験機20は、第一加圧板21と、第一加圧板21に対向して設けられた第二加圧板22とを備える。第二加圧板22の中央の部位には支持軸25が接続されている。
第一加圧板21には駆動部(不図示)が接続されており、第一加圧板21は駆動部を駆動することによって、図8に示す矢印の方向に移動可能となっている。
駆動部は、シリンダ23と、シリンダ23に対して水平方向に移動可能に設けられたロッド24と、油圧ポンプ等の駆動源(不図示)とを備える。ロッド24の先端部は、第一加圧板21に接続され、先端部とは反対側がシリンダ23に接続されている。駆動源を駆動することによってロッド24は、シリンダ23に対して水平方向に移動し、測定対象物(複合固形燃料100)を加圧し破壊させる。
図9は、自然発熱性評価装置の概略図である。
自然発熱性評価装置50は、恒温槽51と、反応器59とを備えている。恒温槽51の内部には反応器59が設けられ、反応器59の内部には円筒状の試験容器60が設けられている。試験容器60は、内部に試料52を充填できるようになっている。
反応器59は、下部にガス供給管61が設けられ、上部に排気管62が設けられている。反応器59には、ガス供給管61から窒素ガスまたは酸素ガスが導入され、反応器59の上方に連通する排気管62から排出されるようになっている。
反応器59の周囲には、断熱制御用ヒータ55が設けられ、温度調節器66により温度調節されるようになっている。温度調節器66には、試験容器60内及び反応器59内にそれぞれ設けられた熱電対53a、53bからのデータを取得する増幅器65が接続されている。
また、恒温槽51内には、温度センサー54が設けられている。恒温槽51の下部には、ヒータ57及び温度調節器63が設けられ、温度センサー54及び初期温度設定器67により、恒温槽51内の初期温度が設定されるようになっている。また、ヒータ57の下方には、ファン58が設けられている。
自然発熱性の評価試験は、試験容器60内を断熱状態に保持して行われる。
表2及び表3中、ブラックペレットとは、バイオマス原料(ゴムの木)から製作したホワイトペレット(ここではSiam Biomass社製を使用)を、酸素を遮断した状態で加熱処理した半炭化ペレットのことである。
工業分析値は、JIS M8812(2004)に準拠して測定した値である。
元素分析値のうち炭素、水素、窒素及び硫黄は、JIS M8819(1997)に準拠して測定した値であり、酸素はJIS M8813(2004)に準拠して、他の分析値から算出した値である。
高位発熱量は、JIS M8814(2003)に準拠して測定した値である。
燃料比は、「固定炭素/揮発分」である。
灰溶融温度(酸化)及び灰溶融温度(還元)は、JIS M8801(2004)「灰の溶融性試験方法」に準拠して測定した値である。
灰組成は、ASTM D4326-13「Standard Test Method for Major and Minor Elements in Coal and Coke Ash By X-Ray Fluorescence」に従って、蛍光X線(XRF)法によって測定した値である。
「db」及び「GDB」は、無水ベースの高位発熱量を示す。
「ar」及び「GAR」は、到着ベースを示す。
「ad」及び「GAD」は、気乾ベースを示す。
「daf」及び「GDAF」は、無水無灰ベースを示す。
「>1500」は、「1500超え」であることを表す。
<複合固形燃料の製造>
石炭粉として、表2、3中の性状を有する褐炭(インドネシア産褐炭、HGI=59、平均粒径100μm)の粉末を用意した。
バイオマス(Siam Biomass社製、ゴムの木)を電気炉にて270℃で20分加熱した。加熱されたバイオマスを粉砕し、篩を用いて、平均粒径100μmのバイオマス粉を用意した。
バイオマス粉及び石炭粉を、混合比(バイオマス粉:石炭粉)が質量比で25:75になるように、バイオマス粉1.4454gと、石炭粉4.5649gとを混合した。得られた混合物(図7中、原料16に該当)を、図7に示す圧縮成型装置10の充填部19に充填し、混合物が100℃になるまで昇温し100℃の状態で30分間維持した。その後、以下の条件で圧縮成型した。圧縮成型装置10から、圧縮成型物(複合固形燃料)が充填された部材(円筒部材12、底板14及び第二加圧板13)を取り出し冷却した。
以上のようにして、表5に示す寸法を有するディスク状の複合固形燃料を製造した。製造された複合固形燃料を図1に示す。なお、図1中の寸法は、小数点第一位を四捨五入して示した。
-条件-
・成型温度:100℃
・成型圧力:100MPa
・加圧時間:8分間
・圧縮成型装置:図7に示す圧縮成型装置10(AS-ONE社製、熱プレス機AH-10TD)
実施例1-1と同様の方法で、実施例1-2~1-5の複合固形燃料を作製した。
なお、実施例1-1~1-5の複合固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる複合固形燃料である。
実施例1-1に対し、バイオマス粉及び石炭粉の質量、並びに混合比(バイオマス粉:石炭粉)を表5に示す数値に変更したこと以外は、実施例1-1と同様の方法で、実施例2-1~2-5の複合固形燃料を作製した。
なお、実施例2-1~2-5の複合固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる複合固形燃料である。
実施例1-1に対し、バイオマス粉及び石炭粉の質量、並びに混合比(バイオマス粉:石炭粉)を表5に示す数値に変更したこと以外は、実施例1-1と同様の方法で、実施例3-1~3-5の複合固形燃料を作製した。
なお、実施例3-1~3-5の複合固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる複合固形燃料である。
<固形燃料の製造>
石炭粉として、表2、3中の性状を有する褐炭(インドネシア産の褐炭、HGI=59、平均粒径100μm)の粉末を用意した。
石炭粉1gを、図7に示す圧縮成型装置10の充填部19に充填し、石炭粉が100℃になるまで昇温し100℃の状態で30分間維持した。その後、以下の条件で圧縮成型した。圧縮成型装置10から、圧縮成型物(固形燃料)を部材(円筒部材12、底板14及び第二加圧板13)と共に取り出し冷却した。
以上のようにして、直径14mm、高さ6mmの寸法を有するディスク状の固形燃料を製造した。
-条件-
・成型温度:50℃
・成型圧力:127MPa
・加圧時間:8分間
・圧縮成型装置:図7に示す圧縮成型装置10(AS-ONE製、熱プレス機AH-10T)
比較例1-1と同様の方法で、比較例1-2~1-5の固形燃料を作製した。
なお、比較例1-1~1-5の固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる固形燃料である。
比較例1-1に対し、70メッシュ(目開き120μm)の篩を用いて石炭粉を用意したこと以外は、比較例1-1と同様の方法で、比較例2-1~2-5の固形燃料を作製した。
なお、比較例2-1~2-5の固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる固形燃料である。
比較例1-1に対し、成型温度を110℃に変更したこと以外は、比較例1-1と同様の方法で、比較例3-1~3-5の固形燃料を作製した。
なお、比較例3-1~3-5の固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる固形燃料である。
比較例3-1に対し、70メッシュ(目開き120μm)の篩を用いて石炭粉を用意したこと以外は、比較例3-1と同様の方法で、比較例4-1~4-5の固形燃料を作製した。
なお、比較例4-1~4-5の固形燃料は、いずれも同一の条件で作製した同一の材料及び同一の組成からなる固形燃料である。
実施例1-1、2-1及び3-1で得られた複合固形燃料を用いて、高位発熱量、水分、灰分、BOD及びCODを測定した。結果を表4に示す。
(高位発熱量)
無水ベース、気乾ベース及び無水無灰ベースの高位発熱量を、JIS M8814(2003)に準拠する方法でそれぞれ測定した。
測定用の試料として、圧縮成型前の、バイオマス粉と石炭粉との混合物10mgを用いた。試料を用いて、以下の条件でTG分析を行い、試料中に含まれる水分及び灰分を算出した。
-条件-
・装置 :熱重量分析装置(SHIMADZU製、TGA-50)
・加熱温度:室温(25℃)から900℃
・昇温速度:15℃/分
・試料:10mg
複合固形燃料を半分に割り、半欠けした複合固形燃料を準備した。
本測定は、この半欠けした複合固形燃料を測定用の試料としたため、通常の条件よりも過酷な条件で行った加速試験に相当する。
測定は以下の方法で行った。
半欠けした複合固形燃料10gを100mLの水(水温25℃)を入れた容器に6時間浸漬した。浸漬後の溶液を用いてBOD及びCODをそれぞれ測定した。
BODは、JIS K0102-21(2016)に記載された試験方法で測定した。
CODは、JIS K0102-17(2016)に記載された試験方法で測定した。
実施例1-1、2-1及び3-1のBOD及びCODは、加速試験にも関わらず、極めて低い値を示した。
実施例1-1、2-1及び3-1の水分及び灰分は、十分低減されていた。
各実施例及び比較例1-1~1-5で製造した複合固形燃料について、図8に示す圧壊試験機20を用いて、以下の条件で引張強度を測定した。
具体的には、複合固形燃料(図8中、符号100)をディスク状の面が縦方向となるように第一加圧板21及び第二加圧板22の間に設置した。図8に示す矢印の方向から複合固形燃料を加圧して破壊させた。複合固形燃料が破壊したときの荷重を測定し、引張強度(MPa)に換算した。結果を図10に示す。実施例の結果は表5にも示した。
図10は、バイオマスの混合比と引張強度との関係を示すグラフである。なお、図10中のバーは、各混合比で測定した引張強度の最大値と最小値との幅を表す。図10中のプロットは、各混合比で測定した引張強度の平均値を表す。
-条件-
・装置 :図8に示す圧壊試験機20(AS-ONE製、熱プレス機AH-10T)
・圧縮速度:2mm/分
・BP粉は、バイオマス粉を表す。
・固形燃料は、各例で得られた複合固形燃料を表す。
・直径(Ave.)は、複合固形燃料のディスク状の面の円周に沿って45°毎に4方向測定したときの平均値である。
・高さ(Ave.)は、複合固形燃料の外周面に沿って90°毎に4方向測定したときの平均値である。
・密度は、複合固形燃料の直径、高さ及び質量から算出した値である。
以下の方法で時間T180(分)を測定し、自然発熱性を判定した。
試料として、実施例1-1、2-3及び3-3の、圧縮成型する前の混合粉(石炭粉とバイオマス粉との混合物)を用いた。
時間T180(分)とは、試料を窒素雰囲気で110℃まで加熱した後、酸素雰囲気に切り替え、酸素雰囲気で試料が110℃から180℃まで昇温するのに要する時間である。判定に用いた指標は前述の表1の通りである。
測定には、図9に示す自然発熱性評価装置50(島津製作所社製:SIT-2)を用いた。
次に、反応器59内に窒素ガスを導入して反応器59の雰囲気を窒素ガスで置換した。窒素雰囲気下で、試験容器60中の試料を110℃まで加熱した。
次に、反応器59内に酸素ガスを導入して反応器59の雰囲気を酸素ガスで置換し、試料の温度上昇の履歴を記録した。結果を図11に示す。
図11に示すように、バイオマス粉の混合比が質量比で25wt%、50wt%及び75wt%と増えるにつれ、時間T180を延ばすことができ、瀝青炭の時間T180に近づけることができる。
したがって、本実施例で得られる複合固形燃料は、瀝青炭並みの安全性を確保できると考えられる。
実施例1-1、2-3及び3-3について、SEMによる表面観察を行った。
図12~14に、実施例1-1、2-3及び3-3の複合固形燃料のSEM写真をそれぞれ示す。なお、実施例1-1のバイオマス粉の混合比は、質量比で25wt%であり、実施例2-3のバイオマス粉の混合比は、質量比で50wt%であり、実施例3-3のバイオマス粉の混合比は、質量比で75wt%である。
図12~14に示すように、SEM写真では、いずれも石炭とバイオマスとの区別をつけることができないことがわかる。また、実施例1-1、2-3及び3-3の複合固形燃料は、表面性が良好であり、凹凸が減少していることから、粉塵の発生及び降雨による有機物の溶出の抑制が期待される。
なお、EDSマッピングに元素を同定したところ、Ca及びSiが確認された。
各実施例は、いずれもHGIが30以上の性状を有する原料(褐炭及びブラックペレット)を用いて複合固形燃料を作製しているため、得られる複合固形燃料のHGIは30以上である。
Claims (9)
- 複合固形燃料の製造方法であって、
バイオマスを250℃以上500℃以下で加熱する工程と、
加熱された前記バイオマスを粉砕してバイオマス粉B1を得る工程と、
前記バイオマス粉B1と、石炭粉(ただし、乾留した石炭を除く。)とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を、50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程と、をこの順で有し、
前記バイオマス粉B1を得る工程で得られる前記バイオマス粉B1の平均短径は、10μm以上3mm以下であり、
前記混合する工程で前記バイオマス粉B1と混合される前記石炭粉の平均粒径は、10μm以上1mm以下であり、
前記加熱する工程、前記バイオマス粉B1を得る工程、前記混合する工程、及び前記圧縮成型する工程を経て製造された前記複合固形燃料は、以下の要件(11)から(14)を満たす、複合固形燃料の製造方法。
・要件(11):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(12):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(13):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(14):密度が0.7g/cm3以上である。 - 請求項1に記載の複合固形燃料の製造方法において、
前記混合する工程は、前記混合物中における前記バイオマス粉B1と前記石炭粉との混合比(前記バイオマス粉B1:前記石炭粉)が、質量比で10:90~90:10になるように、前記バイオマス粉B1と、前記石炭粉とを混合する工程である、複合固形燃料の製造方法。 - 複合固形燃料の製造方法であって、
バイオマスを粉砕してバイオマス粉B2を得る工程と、
前記バイオマス粉B2と、石炭粉(ただし、乾留した石炭を除く。)とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程と、
前記圧縮成型する工程で得られた圧縮成型物を250℃以上500℃以下で加熱する工程と、をこの順で有し、
前記バイオマス粉B2を得る工程で得られる前記バイオマス粉B2の平均短径は、10μm以上3mm以下であり、
前記混合する工程で前記バイオマス粉B2と混合される前記石炭粉の平均粒径は、10μm以上1mm以下であり、
前記バイオマス粉B2を得る工程、前記混合する工程、前記圧縮成型する工程、及び前記加熱する工程を経て製造された前記複合固形燃料は、以下の要件(11)から(14)を満たす、複合固形燃料の製造方法。
・要件(11):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(12):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(13):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(14):密度が0.7g/cm 3 以上である。 - 複合固形燃料の製造方法であって、
バイオマスを粉砕してバイオマス粉B2を得る工程と、
前記バイオマス粉B2と、石炭粉(ただし、乾留した石炭を除く。)とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程及び250℃以上500℃以下で加熱する工程を同時に実施する工程と、をこの順で有し、
前記バイオマス粉B2を得る工程で得られる前記バイオマス粉B2の平均短径は、10μm以上3mm以下であり、
前記混合する工程で前記バイオマス粉B2と混合される前記石炭粉の平均粒径は、10μm以上1mm以下であり、
前記バイオマス粉B2を得る工程、前記混合する工程、並びに、前記圧縮成型する工程及び前記加熱する工程を同時に実施する工程を経て製造された前記複合固形燃料は、以下の要件(11)から(14)を満たす、複合固形燃料の製造方法。
・要件(11):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(12):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(13):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(14):密度が0.7g/cm 3 以上である。 - 請求項3または請求項4に記載の複合固形燃料の製造方法において、
前記混合する工程は、前記混合物中における前記バイオマス粉B2と前記石炭粉との混合比(前記バイオマス粉B2:前記石炭粉)が、質量比で10:90~90:10になるように、前記バイオマス粉B2と、前記石炭粉とを混合する工程である、複合固形燃料の製造方法。 - 複合固形燃料の製造方法であって、
バイオマスを粉砕してバイオマス粉B3を得る工程と、
前記バイオマス粉B3を250℃以上500℃以下で加熱する工程と、
加熱された前記バイオマス粉B3と、石炭粉(ただし、乾留した石炭を除く。)とを混合する工程と、
前記混合する工程で得られた混合物を50MPa以上150MPa以下で圧縮成型する工程と、をこの順で有し、
前記バイオマス粉B3を得る工程で得られる前記バイオマス粉B3の平均短径は、10μm以上3mm以下であり、
前記混合する工程で前記バイオマス粉B3と混合される前記石炭粉の平均粒径は、10μm以上1mm以下であり、
前記バイオマス粉B3を得る工程、前記加熱する工程、前記混合する工程、及び前記圧縮成型する工程を経て製造された前記複合固形燃料は、以下の要件(11)から(14)を満たす、複合固形燃料の製造方法。
・要件(11):ハードグローブ粉砕性指数(HGI)が30以上である。
・要件(12):引張強度が0.2MPa以上である。
・要件(13):無水ベースの高位発熱量が3500kcal/kg以上である。
・要件(14):密度が0.7g/cm 3 以上である。 - 請求項6に記載の複合固形燃料の製造方法において、
前記混合する工程は、前記混合物中における前記バイオマス粉B3と前記石炭粉との混合比(前記バイオマス粉B3:前記石炭粉)が、質量比で10:90~90:10になるように、前記バイオマス粉B3と、前記石炭粉とを混合する工程である、複合固形燃料の製造方法。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の複合固形燃料の製造方法において、
前記混合する工程にて前記バイオマス粉B1、前記バイオマス粉B2、又は前記バイオマス粉B3と混合される前記石炭粉に対し、水熱処理及び酸処理の少なくとも一方の処理を実施する工程を有する、複合固形燃料の製造方法。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の複合固形燃料の製造方法において、
前記混合する工程にて前記バイオマス粉B1、前記バイオマス粉B2、又は前記バイオマス粉B3と混合される前記石炭粉は、瀝青炭に由来する、複合固形燃料の製造方法。
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