WO2007089046A1

WO2007089046A1 - 石炭・バイオマス複合燃料

Info

Publication number: WO2007089046A1
Application number: PCT/JP2007/052307
Authority: WO
Inventors: Chuichi Mizoguchi
Original assignee: Chuichi Mizoguchi
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2007-08-09
Also published as: JPWO2007089046A1

Abstract

石炭の燃焼時には、ばい煙の発生が多く、またSO2の発生もあって環境汚染を激しいものにしている。特に灰分が多く発熱量が少ない低質炭は、燃焼速度が遅く、ばい煙、未燃量が多く、石炭の利用効率、ボイラー効率を低くしている。石炭の粉末に、籾殻、木くず、玉蜀黍茎、木材などのバイオマス乾留物粉末、またはバイオマス粉末を5%以上混合し、さらに脱硫剤と糖蜜を混合した混合物を約1kg/cm2以上の低い圧力で成形して、空隙率の多いブリケットを作る。このブリケットは、ばい煙、SO2の発生が少なく、低質炭でも未燃量が少なく燃焼特性が改善されて、石炭の利用、ボイラー効率を向上させる。

Description

明細書

石炭 .バイオマス複合燃料技術分野

本発明は、揮発分が 10%以上含み燃焼時に煙が発生する石炭の粉末にパイォマスの乾留粉末あるいは、バイオマス粉末を混合して成形した燃料に関するものである。背景技術

揮発分が重量比 10%以上含む石炭は、燃焼時に約 250°C、乃至 300°Cから分解ガスが蒸発し、その一部が燃焼しない状態でばい煙となって大気中に放出される。特に、灰分が多く、発熱量の少ない石炭は、燃焼速度が遅く、ボイラーで燃焼する場合には、ボイラー効率を低くし、ばい煙の発生も多くなる。 '石炭中に含まれる硫黄も燃焼時に S0₂などの有害ガスとなって、環境を汚染する。

石炭粉末に木粉、トウモロコシ茎粉などのパイォマスを約重量比 20%、さらに脱硫剤を数％混合して lt/cm²以上の高い圧力で成形して、煤塵量、 S02の発生を少なくすることが行われている。

また石炭粉末とバイオマス乾留物を混合しこの混合物に脱硫剤の Ca(OH)₂さらに、粘土と糖蜜を結合材として混合してプリケットに成形し、乾燥している方法がある。石炭は、燃焼時に 250°Cから 300°Cの低温域で分解ガスが発生してくる力粘土が石炭、バイオマス乾留物間に強く固着して存在するので石炭分解ガスがプリケット表面から噴出し、燃焼するのを妨害し、またブリゲット内部に燃焼が伝搬するのを妨げて燃焼速度を遅くし、ブリゲット深部に未燃部分を残すことがある。粘土の混合によってプリケットの単位重量あたりの発熱量も少なくなり、粘土は、燃焼しないでプリケット燃焼後の灰として残り、この処分に大きな費用が必要となる場合がある。発明の開示

発明が解決しょうとする課題

石炭の燃焼時に発生するばい煙、 SO²の発生を少なくし、着火性がよく、燃焼速度が速く、プリケット燃焼後の灰中の未燃が少なくなって燃料の利用効率が上がり、また燃焼後の灰が少ない家庭用、産業用の燃料とこの燃料を安価に作る方法である。課題を解決するための手段

本発明は、石炭粉末に籾殻、玉蜀黍茎、大鋸屑、木屑、あるいは排水有機物汚泥などのバィォマスを揮発分が残る程度に乾留したバイオマス乾留物粉末あるいは、前期の籾殻、玉蜀黍茎、大鋸屑、木屑、あるいは排水有機物汚泥などのバイオマス粉末を混合し、さらに脱硫剤と粘結剤の役目をする消石灰（Ca(OH)₂) を混合したものに水で希釈した糖蜜を添加し、低い圧力で成型したばい煙、 SO² の発生が大幅に少なく燃焼特性の良い石炭 'バイオマス複合燃料とその製造方法を提供するものである。

網目が約 3 mmのふるいを通過する細かい石炭を利用する。塊状の石炭は、粉碎して約 3 mm 以下にする。

バイオマスを乾留する。 300°C〜650°C程度の低温で乾留し、揮発分が 5 %以上残留させた乾留物にするのが好ましい。バイオマスの一部が未乾留のまま残るものでもよい。以下これらをバイオマス乾留物という。このバイオマス乾留物を網目 3 mm のふるいを通過する程度に粉砕する。

石炭粉末にパイォマス乾留物粉末を重量比約 5 %以上混合する。石炭粉末を圧縮成形したプリケットの空隙は一般に重量比 1 0 %程度である。石炭粉末のかさ密度は約 0. 7 g/ccであるが、バイオマス乾留物粉末のかさ密度は約 0.2g/ccであつて石炭粒子のかさ密度に比しバイオマス乾留物のかさ密度は大幅に低い。そのために、石炭粉末にバイオマス乾留物粉末を重量比 5 %以上混合した状態では、石炭粒子間にバイオマス乾留物粉末が多く散在している。

さらに脱硫と結合材の役目をする約 1mm以下の消石灰 (Ca(0H)₂) を石炭粉末とバイォマス乾留物粉末の混合物に約 2 %以上混合し、さらにこの混合物に糖蜜を重量比 3 %以上混合し、 . この混合物を内径 1 O mm以上のシリンダ内に充填して約 1 kg/cm²以上の低い圧力で圧縮し、成形してプリケットを作る。

ブリケットは、成形後、 Ca(OH)₂)と糖蜜成分が反応して固化していくが、さらにプリケット中に水分が残る場合は、乾燥して強いプリケットにする。

バイオマス乾留物は、内部に多くの細孔を有し空気を包合し活性ィヒしているので、着火性が良い。 200°Cから 250°Cの温度で容易に着火する。プリケットの燃焼時に約 250°C、乃至 300°C の低温域で石炭から発生してくる分解ガスは、着火温度の低いバイオマス乾留物の燃焼によつて容易に着火、燃焼する。バイオマス中の揮発分残る乾留物はさらに着火性が良く、燃焼用石炭には揮発分が 1 0 %以上、 4 5 %程度の瀝青炭が使われているが、揮発分の少ない着火性、燃焼速度が劣る瀝青炭を使用する場合でも、着火速度また燃焼速度をあげる。

石炭の分解ガスの一部は、バイオマス乾留物内部の多くの細孔に吸着し、バイオマス乾留物とともに燃焼する。即ち、バイオマス乾留物が石炭粒子間に密着して存在することによって、石炭燃焼によるばい煙の発生を抑制することができる。

バイオマス混合比率を多くすることにより、ばい煙の発生を抑制する効果が大きくなる。灰分が多く発熱量の少ない石炭でも着火性を良くし、燃焼速度を上げ、燃焼特性が改善されてボイラ一効率を上げる。

石炭中には、硫黄が含まれており、燃焼時に硫黄酸化物として大気中に排出される。硫黄含有量の多い石炭を使用する場合は、消石灰（Ca(OH)₂) を混合すると、燃焼中に石炭中の硫黄と反応して硫酸カルシゥムとして灰中に固定して硫黄酸化物の大気中への排出を減少させる。脱硫剤として、炭化カルシウム（CaC03)、酸化マグネシウム（MgO) または水酸化マグネシゥム（Mg(OH)₂) を使用しても同様な効果が得られる。以下にその場合の化学方程式を示す。

脱硫剤として石灰石を使用した場合は、 CaC0₃+S+02— *CaS0₄ +C0₂

脱硫剤として消石灰を使用した場合は、（Ca(OH)₂ ) +S+O2 ~ CaS0₄ +H2O

脱硫剤として酸ィ匕マグネシウムを使用した場合は、 MgO+S+0₂ —► MgS0₄

脱硫剤として水酸化マグネシゥムを使用した場合は、

Mg(OH)₂+S+02 — ^MgS0₄+H₂0

石炭とパイォマス乾留物及び脱硫剤の各粒子が互 V、に均一な混合状態となるように成形され、石炭とパイォマス乾留物の複合燃焼、或いは石炭中の硫黄と脱硫剤との反応が均一かつ効率的に行われるために、石炭粒子及びバイオマス乾留物粒子の大きさは網目約 3 mmのふるいを通過する程度が好ましい。

脱硫剤は、石炭粒子に密着させ、かつ比表面積を大きくするために粒子の大きさを 1mm以下にする。

糖蜜は、砂糖黍から砂糖を精製する際の残渣であるが、一般に水分は重量比 2 0%から 4 0 % 含んだ粘度のある液体である。成型、乾燥後のブリゲットが輸送、貯蔵に耐えうる強さを維持するためには糖蜜を重量比約 3 %以上混合する。

糖蜜の粘度が高いために、石炭粉末とバイオマス乾留物粉末、脱硫剤の混合物に糖蜜を重量比 3 %程度混合する場合、強レ、圧縮力と剪断力をかけても均一に混合することは難しい。

本案では、糖蜜を水で希釈して重量比約 5 0%以下の濃度にして粘度を低くし、石炭粉末、パィォマス乾留物粉末、脱硫剤の混合物に添加し、混合する。その結果、人手による混合方法でも、容易に原料粒子間に均一に糖蜜を分散させることができ、また少ない量の Ca(OH)₂とも混合し、反応効果を高まり、粘結剤としての効果を上げることができる。また他に粘土など混合物を添加することなく、成形後、あるいは乾燥後のプリケットは輸送、貯蔵に耐えうる強度になる。

粘土を添加した場合には、 Ca(OH)2の一部は粘土中に混合されて、石炭粒子あるいは糖蜜との接触が妨げられ、石炭中硫黄の脱硫効果が低下し、また Ca(OH)₂と糖蜜との反応による結合効果が低くなる。

希釈糖蜜を混合後の混合物粒子表面の付着水分は、成型時の原料の可塑性に影響し、成形物の強度に影響する。成形前の混合物の付着水分の調整は重要である。

糖蜜を混合した前記の混合物をシリンダ内に充填し、ピストンで押し出す圧縮成型法によつて成形する場合、直径 30mm程度のシリンダ一で人力でも成形が容易にできる 1 kg/cm²程度から 10kg/cm2程度の低い圧縮力で成形する。

低い圧縮力でプリケット内に多くの空隙を残すことにより、燃焼時にプリケット深部から石炭の分解ガスの放出を容易にし、また深部に空気が流通して燃焼速度を上げ、未燃量を少なくすることができる。

成型直後のプリケットが乾燥工程での輸送に耐えうる強度を有し、かつ乾燥後のプリケット中に空隙が多くのこるような付着水分、糖蜜添加量を調整する。付着水分は重量比 3 %から 1 このプリケットは、石炭粒子間にバイオマス乾留粉が充填された状態で燃焼することから石炭から発生する分解ガスが着火温度の低いバイオマス乾留物の燃焼によって、着火、燃焼し、また分解ガスの一部はバイオマス乾留物に吸着され、バイオマス乾留物の燃焼とともに燃焼し 5て、ばい煙の発生を減少させる。

さらに石炭中の硫黄は、燃焼過程で脱硫剤との反応物を作り、灰中に固定されて排ガス中の SO²の発生を削減する。

水分の多い状態で、低圧縮力で成形するので乾燥後のブリケット内部に空隙が多く残しす。また低圧縮力で成形するので成形時のコストが低下する。

10 灰分が多く発熱量が少ない低質炭は、灰分がプリケット内部への熱伝達を遅くし、また内部の分解ガスの表面への放出を妨げて燃焼速度を遅くするために、ばい煙量の発生が多く、また灰分中の未燃分が多くなるが、本発明によるプリケットの内部には空隙が多く残り、低質炭を使っても、ばい煙、 SO²の発生が少なくなると同時に、燃焼性がよく、またプリケット深部まで燃焼するので未燃分が少なくなり石炭利用率、ボイラー効率が上がる。

15 藁などの柔らかいバイオマスは、約 3 mm 以下に粉碎し、揮発分が 1 0 %以上の石炭粉末に揮発分が一部残る籾殻、木くず、玉蜀黍茎、木材などのバイオマス乾留物粉末を重量比で 5 % 以上混合し、さらに脱硫^として消石灰を約重量比 2から重量比 5 %混合する。さらに糖蜜を重量比 2 %から 8%混合する。糖蜜は、水分 50%以上に稀釈して粘度を低下させて混合すると均一な混合が容易にできる。さらにこの混合物を約 1 kg/cm²以上、好ましくは 2 kg/cm2 から

20 10kg/cm2の低圧で成形してプリケットを作る。成型前の混合物の付着水分は重量比 3%から 1 5 %、好ましくは 10から 12%に調整する。成形後に乾燥したプリケットは輸送、貯蔵に耐える強度を有し、従来の 1 0 0 O kg/ cm²以上の高い圧縮力で成形したプリケットに比較し、ブリケットの内の空隙が多く、燃焼速度が速くなる。

圧縮力が低いことから成形設備、成形コストは安価になる。

25 脱硫剤は、一般には、消石灰 (Ca(OH)₂) を使う。消石灰の混合量は、硫黄が多い石炭では、混合量を多くする。成型前の混合原料の付着水分は、成型時に水が侵出しないで、かつ型から成型物が抜け出し易く、乾燥工程で崩れない程度の量にする。重量比 8 %から重量比 1 0 %程度が望ましい。

乾留しないパイォマス粉末は、乾留物粉末に比較して、添加量は約重量比 5 %以上多くする。

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図面の簡単な説明

本発明における石炭 ·バイオマス複合燃料製造の簡単なフロー図である。

35 実地例 1

揮発分重量比 20%、灰分重量比 2 5 %、発熱量 5,700kcal/kg、硫黄重量比 1.1%の低質炭を粉碎して 3 mm以下にし、籾殻の乾留物を 1 0 %混合する。籾殻乾留物中に約重量比 1 0 % の未乾留物が残っているものである。さらに、消石灰を重量比 3 %混合し、水で重量比 5 0 % に稀釈した糖蜜を重量比 6 %混合する。

この混合物の付着水分を重量比 8 %に調整したものを、直径 30mmのシリンダに充填し、ピストンで約 15kgの圧縮力をかけて高さ約 25mmの成形物に成形し、この成型物を乾燥機で乾燥して硬いプリゲットにする。プリケットの圧壊強度は 80kgで輸送、貯蔵に十分に耐えうる強度になっている。

このプリケットをストーブで薪を着火源にして燃焼する。初めは発煙し、臭気が出たが、約 3 分後には、火炎が立ち上がり、煙は見えなくなり、臭気も出なくなり、燃焼が継続する。灰中の未燃物は重量比 1 1 %である。

石炭のみの燃焼では、発煙、臭気が激しい。灰中の未燃物は重量比 1 9 %である。実地例 2

稲藁を天日乾燥で水分を約重量比 2 0 %にし、粉碎機で 3mm以下に粉碎したものを、揮発分重量比 3 2 %、灰分重量比 3 2 %、発熱量 5200kcal/kg、硫黄重量比 0.6%の石炭粉末に 2 0 % 混合し、さらに消石灰重量比 2 %を混合し、水で重量比 5 0 %に稀釈した糖蜜を重量比 6 %混合する。

この混合物の付着水分を重量比 1 2 %に調整したものを、直径 30mm のシリンダに充填し、ビストンで約 15kgの圧縮力をかけて高さ約 20 mmの成形物に成形し、この成型物を乾燥機で乾燥して硬いプリゲットにする。プリケットの圧壊強度は ·7 0 kgで輸送、貯蔵に十分に耐えうる強度になっている。

このプリケットをストーブで薪を着火源にして燃焼した。初めは発煙し、臭気が出たが、約 5分後には、火炎が立ち上がり、煙は見えなくなり、臭気も出なくなり、燃焼が継続する。灰中の未燃物は重量比 1 5 %である。

石炭のみの燃焼では、発煙、臭気が激しく、灰中の未燃物は重量比 2 4 %である。

Claims

請求の範囲揮発分が重量比 1 o %以上の石炭粉末に籾殻、稲藁、木くず、玉蜀黍茎、木材などのバイォマス乾留粉末を重量比 5 %以上混合する工程と、前記混合物にカルシウム、マグネシゥムなどを含む粉状の脱硫剤を混合する工程と、前記混合物に糖蜜を混合する工程と、前記混合物に水を添加して付着水分重量比 3 %以上に調整する工程と、その後、前記混合物を 1 kg/cm²以上の圧力で成形して乾燥する工程により製造する石炭 ·バイオマス複合燃料とその製造方法。

揮発分が重量比 1 0 %以上の石炭粉末に籾殻、稲藁、木くず、玉蜀黍茎、木材などのパイォマス粉末を重量比 5 %以上混合する工程と、前記混合物にカルシウム、マグネシウムなどを含む粉状の脱硫剤を混合する工程と、前記混合物に糖蜜を混合する工程と、前記混合物に水を添加して付着水分重量比 3 %以上に調整する工程と、その後、前記混合物を 1 kg/cm²以上の圧力で成形して乾燥する工程により製造する石炭 ·バイオマス複合燃料とその製造方法。