WO2019069662A1 - 固体バイオマス燃料とその製造方法 - Google Patents

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WO2019069662A1
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hot water
biomass fuel
chlorine
potassium
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現吉 橋本
洋人 橋本
将太 橋本
潤也 橋本
勝秀 西川
プラマナ ゲントゥル スタパ ジョハネス
ドゥウィディヤ プリジャンバダ イルファン
ウィディアント ドニー
ウトモ ハルゴ
Original Assignee
株式会社ハシモトテクニカルサービス
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L5/00—Solid fuels
    • C10L5/40—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin
    • C10L5/44—Solid fuels essentially based on materials of non-mineral origin on vegetable substances
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a solid biomass fuel produced from plant material and a method for producing the same.
  • Patent Document 1 proposes a removal method (reforming method) of dewatering the plant material after immersing the atomized plant material in water at normal pressure (Patent Document 1 [claim 1]).
  • the water under normal pressure may be hot water (Patent Document 1 [Claim 1]).
  • Plant materials, in the crushed state, are dissolved in the hot water by stirring potassium hydroxide in hot water by stirring in the hot water, and by rinsing further, the hot water eluted potassium and chlorine adheres and remains. prevent.
  • the plant material may be ground to a maximum width of 10 mm or less, preferably 6 mm or less.
  • the ground plant material has an increased specific surface area, and it is easy to elute potassium and chlorine in hot water.
  • the potassium and chlorine in the solid biomass fuel are significantly reduced by removing the water containing potassium and chlorine.
  • the hot water is preferably 80.degree. C. to 100.degree.
  • the means for stirring the hot water may be the circulation of the hot water itself or a mechanical stirring means.
  • the rinsing of the plant material is a mode in which the water or hot water is injected while discharging the hot water in which potassium or chlorine is eluted, or the plant material is removed from the hot water in which potassium or chlorine is eluted. Transfer to water or hot water, or take out plant material from hot water eluted with potassium or chlorine and expose it to flowing water or hot water. If the plant material is put into hot water which is circulated while separating potassium and chlorine, stirring and rinsing in hot water can be carried out continuously and repeatedly.
  • Plant materials are dehydrated when fried in oil with potassium and chlorine dissolved. In the dehydration, water is discharged from the plant material together with the eluted potassium and chlorine, and the oil is allowed to enter the void containing the water.
  • the ground plant material is expanded in specific surface area, heat is easily transmitted from the surface to the entire interior, and dehydrated uniformly for a short time.
  • the solid biomass fuel is further reduced in potassium and chlorine and the calorific value is increased by the absorbed oil.
  • the plant material may be fried in oil in a state of being formed into pellets. Pellets are granules formed by compacting crushed plant material into a certain external shape. For example, when cylindrical pellets are fried in oil, heat is transferred uniformly from the surface to the entire interior, and dewatered in a short time and uniformly.
  • the vegetable raw material becomes a solid biomass fuel containing an oil which does not flow out by solidifying at normal temperature when it is fried in a melted oil of vegetable oil or fat which solidifies at normal temperature.
  • the normal temperature is 20 ° C. ⁇ 15 ° C. (JIS Z 8703).
  • Vegetable fats or animal fats and oils should just solidify in the temperature range of the said normal temperature.
  • the vegetable raw material becomes solid biomass fuel which contains the hydrogenated vegetable oil or fat or animal fat in a solidified state at normal temperature when it is fried in a melted oil of hydrogenated vegetable oil or fat or animal fat or oil.
  • vegetable oils and fats have a low melting point except for palm oil, and therefore, may be hydrogenated to solidify at normal temperature. Palm oil can also be hydrogenated to raise its melting point.
  • potassium and chlorine are easily eluted into the hot water in the removal process, and the pellets are easily molded in the molding process.
  • the removal step potassium or chlorine is eluted from the crushed plant material into hot water, the plant material is rinsed, the hot water from which potassium or chlorine is eluted is washed away, and potassium or chlorine is removed from the plant material.
  • the forming step the crushed plant material is pelletized to reduce the volume and improve the handling.
  • the pellet is hardened by dewatering to discharge water together with the eluted potassium and chlorine, and oil is impregnated into the water-containing void to obtain a solid biomass fuel having an increased calorific value.
  • the pellet that has undergone the shaping step may be fried in oil obtained by melting vegetable fat or animal fat solidified at normal temperature. This reduces the risk of oil flowing out of the solid biomass fuel returned to normal temperature.
  • the pellet that has undergone the shaping step may be fried in hydrogenated vegetable oil or fat or animal oil. This raises the melting point of the vegetable oil or animal oil and eliminates the risk of oil flowing out of the solid biomass fuel.
  • vegetable oils and fats other than palm oil are preferably hydrogenated. Palm oil can also be hydrogenated to raise its melting point.
  • the present invention can further reduce potassium and chlorine in the solid biomass fuel, as compared with the case where potassium and chlorine are removed by simply exposing the plant material to water or hot water. This is in addition to eluting potassium and chlorine by stirring ground plant material in hot water, rinsing the plant material, and the hot water from which potassium and chlorine are eluted adheres to the plant material. It is an effect of preventing remaining. Water or hot water from which the plant material has been rinsed is mixed with hot water in which potassium or chlorine is first eluted and concentrated, and can be used as fertilizer or the like (see Patent Document 1).
  • the plant material is dehydrated when fried in oil in a state where potassium and chlorine are eluted, and water is discharged from the plant material together with the eluted potassium and chlorine, and the oil is allowed to enter the voids containing the water.
  • the solid biomass fuel is further reduced in potassium and chlorine and the calorific value is increased by the absorbed oil.
  • the plant material can be made into a solid biomass fuel whose volume is reduced compared to a crushed state when it is fried in oil in a state of being formed into pellets.
  • the fried pellets have a high shape-retaining property that retains the outer shape even if submerged, for example, enabling outdoor storage exposed to rainfall.
  • the plant material makes it possible to utilize vegetable fats or animal fats and oils that usually melt at normal temperature when fried with hydrogenated vegetable fats and oils or animal fats and oils. Also, hydrogenation increases the melting point of vegetable fat or animal fat that solidifies at normal temperature, and makes it difficult for oil to flow out from the solid biomass fuel that is transported or stored even when the outside temperature exceeds 40 ° C.
  • the method for producing a solid biomass fuel according to the present invention removes potassium and chlorine from plant raw materials, and makes it possible to produce pellets of solid biomass fuel with an increased calorific value. Potassium and chlorine are removed better than before by rinsing and grinding the crushed plant material in hot water, and also in the modification step of oiling the plant material to increase the calorific value. It is removed. And, by the oil being absorbed by the plant raw material in the reforming step, it becomes possible to manufacture a solid biomass fuel that avoids high temperature corrosion of the boiler while increasing the calorific value.
  • the reforming step of frying the pellets with a vegetable oil or fat that solidifies at room temperature or with an oil that has melted animal fats reduces the crushed plant material and allows for the production of a pelletized solid biomass fuel that can be handled as conventionally.
  • the reforming step of frying the pellets with a hydrogenated vegetable oil or fat or an oil obtained by melting animal fat or oil increases the melting point of the vegetable oil or fat or animal fat to increase available vegetable fat or animal fat or vegetable fat or animal It makes it difficult for the oil that has melted oil to flow out of the solid biomass fuel.
  • the available vegetable fats and oils increase, it becomes easy to obtain vegetable fats and oils that can be used in the present invention, and it is possible to switch between and use vegetable fats and oils having different acquisition dates, etc. to enable flexible and stable production of solid biomass fuel.
  • the solid biomass fuel of the present invention is produced, for example, by the production line seen in FIG.
  • the production line of this example produces solid biomass fuel by using oil palm seed shell (PKS), empty fruit bunch (EFB), pulp fiber (PPF) and oil palm old tree (TRUNK) remaining after squeezing out palm oil as plant raw material
  • PPS oil palm seed shell
  • EFB empty fruit bunch
  • PPF pulp fiber
  • TRUNK oil palm old tree
  • Oil palm seed shell, empty fruit bunch, pulp fiber and old oil palm oil may be used alone as a plant material, or some or all of them may be mixed to produce a plant material.
  • oil palm seed shell, empty fruit bunch, pulp fiber and oil palm old tree and other plant materials may be mixed.
  • a crushing apparatus 11 and a crushing apparatus 12 for performing a crushing process a cleaning apparatus 21 for performing a removing process, a dehydrating apparatus 31 for performing a forming process, a drying apparatus 32, a quantitative supply apparatus 33 and a manufacturing process
  • It comprises a grain apparatus 34 and a fryer 41 for performing a reforming process.
  • Each device constituting each step is free as long as it can perform crushing treatment, removal treatment, molding treatment or reforming treatment, and may be configured or a combination other than this example.
  • the pulverizing process may be configured only by the pulverizing apparatus 12, and the forming process may be configured only by the granulating apparatus 34.
  • the crushed plant material 121 is obtained by the crushing device 11 and the crushing device 12.
  • Oil palm seed shell (PKS), empty fruit bunch (EFB), and pulp fiber (PPF) may be directly crushed by the crushing device 12 without passing through the crushing device 11.
  • An old oil palm tree (TRUNK) is crushed by a crushing device 11 and then crushed by a crushing device 12.
  • the crushed plant material is crushed with a maximum width of 50 mm or less as a guide, and is sequentially sent to the crushing apparatus 12 by a conventionally known transfer means (conveyor or air transfer).
  • the ground plant material 121 is ground to a maximum width of 10 mm or less, preferably 6 mm or less, and sequentially sent to the cleaning device 21 by a conventionally known conveyance means (conveyor or air conveyance).
  • the plant raw material 211 from which potassium and chlorine have been removed is obtained by the washing device 21.
  • the washing apparatus 21 elutes potassium and chlorine from the plant raw material 121 into the hot water and removes it by charging the ground plant raw material 121 into a container storing hot water at 80 ° C. to 100 ° C. and stirring. Do.
  • the hot water may be produced by another device outside the washing apparatus 21 and may be transferred to the container at the start of the removal step, or may be created by boiling the water stored in the container at the start of the removal step by the heating means.
  • the heating means also has the function of heating the hot water as needed so that the temperature of the hot water does not decrease while stirring the ground plant material 121 in the hot water.
  • the hot water may be stirred integrally with the crushed plant material 121 in a state where the crushed plant material 121 is introduced.
  • the stirring means is not limited.
  • three stirring rollers are disposed in the longitudinal direction of the container, and the crushed plant material 121 is stirred together with the hot water.
  • the stirring means may be configured to utilize convection generated by boiling hot water, as well as a mechanical stirring roller, or may be configured to intermittently absorb and jet hot water. .
  • the cleaning device 21 drains from the container the hot water in which potassium or chlorine is dissolved, supplies another hot water or water to the container, and removes the plant raw material 211 from which potassium or chlorine has been removed. rinse.
  • the plant material 211 from which potassium and chlorine have been removed may be rinsed with another hot water or water stored in a container, or the other hot water or water may be continuously supplied and drained and rinsed with running water. Good.
  • the plant raw material 211 from which potassium and chlorine have been removed is separated from another hot water or water used for rinsing, and then sent to the dehydrating device 31 by a conventionally known conveying means (conveyor or air conveyance).
  • pellets of plant raw material 341 formed into a predetermined shape are obtained by the granulating apparatus 34.
  • potassium and chlorine are removed by the dewatering device 31 because it is difficult to immediately pelletize plant raw materials such as oil palm seed shell, empty fruit bunch, pulp fiber and oil palm palm trees after the removal step.
  • the fixed amount supply device 33 feeds the plant raw material 211 to the granulating device 34 by a fixed amount.
  • the plant raw material 211 from which potassium and chlorine have been removed may be sent directly to the granulating apparatus 34, omitting the intermediate treatment (dehydration treatment, drying treatment, quantitative supply) depending on the type.
  • the plant raw material 211 from which potassium and chlorine have been removed is sent between the dewatering device 31, the drying device 32, the fixed amount supply device 33, and the granulation device 34 by a conventionally known transfer means (conveyor or air transfer).
  • the granulating device 34 shapes the moisture-adjusted plant raw material 211 into pellets 341 of a plant raw material having a predetermined shape.
  • the granulating apparatus 34 preferably uses a ring die from the viewpoint of forming a large amount of plant raw material 211.
  • the pellet 341 formed by the granulator 34 utilizing a ring die is generally cylindrical.
  • the pellets 341 thus obtained are sequentially sent to the fryer 41 by a conventionally known conveyance means (conveyor or air conveyance).
  • the fryer 41 is fried in oil to obtain a reformed pellet 411.
  • the fryer 41 of this example is stored in an oil tank and heated while moving the pellets 341 on a net conveyor so that the pellets 341 of plant raw materials sequentially sent from the granulating apparatus 34 are fried in oil continuously. It is made to immerse in the oil which has been
  • the fryer 41 in which the plant material pellets 341 are placed on the net conveyor and moved while being stored in the oil tank and immersed in the heated oil, has the advantage of being able to increase or decrease the oiling time by adjusting the moving speed of the net conveyor. There is.
  • the heated oil stored in the oil tank can be used if it can be dewatered by frying the pellet 341 of the plant material.
  • the oil to be used may be, for example, mineral oil, but from the viewpoint of reducing or preventing the outflow from the obtained pellet 411, oil obtained by melting vegetable fat or animal fat solidified at normal temperature is preferable.
  • the oil utilized in this example is palm oil melting at 27 ° C. to 35 ° C., which is used by heating to 190 ° C. to 200 ° C. Palm oil is produced as oil palm seed shells, empty fruit bunches, and pulp fibers that become plant raw materials during the harvesting process, so it can be procured simultaneously with plant raw materials and it is a vegetable oil that solidifies at normal temperature. preferable.
  • the pellet 341 of vegetable raw material When fried in oil, the pellet 341 of vegetable raw material is dewatered to remove water containing potassium and chlorine by dehydration and hardens, and the oil is made to enter the air gap after the water is removed, and less potassium and chlorine. As a result, it becomes pellets 411 of solid biomass fuel with an increased calorific value.
  • Solid biomass fuel pellets 411 are sequentially taken out of the fryer 41, stored indoors or outdoors, and shipped in units of fixed quantities.
  • the pellet 411 of the solid biomass fuel fried with oil obtained by melting vegetable fat or animal fat solidified at normal temperature or oil does not flow out, for example, even during cargo handling during rainfall.
  • the pellet 411 of the said solid biomass fuel does not break the external shape, it can also be stored, for example, outdoors exposed to rain.
  • a solid biomass fuel (Example 1) was produced using an empty fruit bunch (EFB) of oil palm as a plant raw material and using a production line according to the above illustration.
  • An empty fruit bunch of oil palm is a plant material obtained when palm oil is collected.
  • the prepared empty fruit bunch of oil palm is about 2 kg.
  • the empty fruit bunches were crushed so that most of the fiber length was 6 mm or less in the crushing step.
  • the crushed empty fruit bunches are all poured into 40 liters of hot water at about 100 ° C. and stirred for about 20 minutes in the removal step, and then the hot water is drained, and then about 20 minutes in running water at about 15 ° C. Rinse.
  • the empty fruit bunch from which potassium and chlorine were removed was formed into cylindrical pellets having an outer diameter of 6 mm and a length of 20 mm to 25 mm in the forming step.
  • the cylindrical pellet is still moist and slightly soft.
  • the cylindrical pellets were fried and dewatered for about 20 minutes in a state where they were all charged in 40 L of palm oil at about 200 ° C. in the reforming step.
  • the pellet of the obtained solid biomass fuel (Example 1) has little moisture and is hardened.
  • Example 1 the lower calorific value, which is an important index as a solid biomass fuel, was measured.
  • the measurement results are shown in Table 1.
  • the low-order calorific value of Example 1 was 5286 kcal / kg (calculated from the high-order calorific value according to JIS M8814.
  • the high-order calorific value was measured by a pump calorific system according to JIS M8814).
  • the solid biomass fuel of the present invention has a low calorific value, considering that the conventional solid biomass fuel using the empty fruit bunch (EFB) of oil palm as a plant raw material has a low calorific value of at most 4000 kcal / kg in the latter half. It can be said that it is extremely expensive.
  • EFB empty fruit bunch
  • Example 1 potassium remaining in Example 1 is 280 mg / kg (measured by ICP emission spectrometry), and chlorine remaining is less than the measurement limit (100 mg / kg) of the measuring instrument (JIS Z 7302-6.10. 1 and 11.2 combustion ion chromatography Measurement by the graph method).
  • the remaining potassium was 5900 mg / kg and the remaining chlorine was 1400 mg / kg. From this, it is considered that the solid biomass fuel of the present invention has an advantage that the amount of remaining potassium and chlorine is extremely small, and high temperature corrosion is not easily caused during combustion in a boiler.
  • Example 1 the ash content of Example 1 is 1.3% (follows Sewage Test Method Vol. 5 Chapter 1 Section 7 according to the weight method), and the water content of Example 1 is 1.0% (WB) (Sewage Test Method Vol. Chapter 6 (by weight). In the state of crushed empty fruit bunches, the ash content was 9.6% and the water content was 7.7% (W.B.). From this, it can be seen that the solid biomass fuel of the present invention requires less ash remaining after combustion, and there is very little reduction in calorific value due to the influence of moisture.
  • An oil palm old tree (TRUNK) was used as a plant raw material, and a solid biomass fuel was produced using a production line based on the above illustration.
  • An oil palm old tree is a plant material obtained when replanting oil palm.
  • the old palm of prepared oil palm is about 2 kg.
  • the old wood was crushed so that the maximum width would be 50 mm or less in the crushing step, and then crushed so that the maximum width would be 10 mm or less.
  • the crushed old trees are all poured into 40 liters of hot water at about 100 ° C. and stirred for about 20 minutes in the removal step, and then the hot water is drained and then rinsed with running water at about 15 ° C. for about 20 minutes It is.
  • Example 2 the lower calorific value, which is an important index as a solid biomass fuel, was measured. The results are shown in Table 2.
  • the low calorific value of Example 2 was 4880 kcal / kg (calculated from the high calorific value according to JIS M8814.
  • the high calorific value was measured by a pump calorific system according to JIS M 8814).
  • the solid biomass fuel of the present invention has a lower exothermic temperature compared to existing solid biomass fuels. It can be said that the amount is high enough.
  • Example 2 the amount of potassium remaining in Example 2 is 390 mg / kg (measured by ICP emission spectrometry), and the amount of chlorine remaining is less than the measurement limit (100 mg / kg) of the measuring instrument (JIS Z 7302-6.10.1 and 11.2 combustion ion chromatography Measurement by the graph method). Furthermore, the ash content of Example 2 is 2.1% (follows Sewage Test Method V1 Chapter 1 Section 7 according to the weight method), and the water content of Example 2 is 0.5% (WB) (Sewage Test Method V5 Chapter 6 (by weight).
  • Comparative Example 1 without the removal step and the modification step and the pellet of the comparison example 2 without the modification step were manufactured in comparison with Example 2 in order to see the effects of the removal step and the modification step.
  • Comparative Example 1 there is no removing step and reforming step, and only pellets are transferred from the crushing step to the forming step.
  • the production conditions of Comparative Example 2 are the same as those of Example 2 except that there is no reforming step.
  • Comparative Example 1 (pellets having no removal step and modification step with respect to Example 2) has a lower calorific value of 4090 kcal / kg, the remaining potassium 7700 mg / kg, the remaining chlorine 4400 mg / kg, and the ash content 3.0% And the water was 12.1% (WB).
  • the lower calorific value is 4210 kcal / kg, the remaining potassium is 450 mg / kg, the remaining chlorine is less than the measurement limit (100 mg / kg), The ash content was 2.5% and the water content was 10.5% (WB).
  • Example 2 the lower calorific value is higher than any of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and the remaining potassium, remaining chlorine, ash content, and water content are smaller than any of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. From this it is understood that the solid biomass fuel of the present invention is a good quality fuel.
  • Example 2 can produce solid biomass fuel comparable to conventional solid biomass fuel using empty fruit bunch (EFB) as plant raw material, even if lower calorific value does not reach Example 1, from old palm of oil palm. I have proved.
  • EFB empty fruit bunch
  • Crusher 12 Crusher 121 Crushed plant raw material 21 Washer 211 Plant raw material from which potassium and chlorine have been removed 31 Dehydrator 32 Dryer 33 Metering supply device 34 Granulator 341 Pellet of plant raw material 41 Fryer 411 Solid biomass fuel Pellet of

Abstract

アブラヤシ由来の植物原料から固体バイオマス燃料を製造する製造方法であって、該植物原料を粉砕する粉砕工程と、粉砕工程を経た植物原料121を80℃～100℃の熱水中で撹拌した後に濯ぐことによりカリウムや塩素を熱水に溶出させる除去工程と、除去工程を経た植物原料211をペレットにする成形工程と、成形工程を経たペレット341を常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた190℃～200℃の油で揚げる改質工程とからなることを特徴とする固体バイオマス燃料411の製造方法である。

Description

固体バイオマス燃料とその製造方法
　本発明は、植物原料から製造される固体バイオマス燃料とその製造方法とに関する。
　近年、様々な植物原料から製造される固体バイオマス燃料が提案されている。固体バイオマス燃料は、燃焼させて発生する熱を利用する（例えば火力発電所の燃料として利用する）ところ、含有するカリウムや塩素がボイラーの高温腐食を招く問題がある。特許文献１は、微粒化した植物原料を常圧の水に浸した後、前記植物原料を脱水する除去方法（改質方法）を提案する（特許文献１・［請求項１］）。常圧の水は、熱水でもよい（特許文献１・［請求項１］）。これにより、水溶性のカリウムや塩素は、水又は熱水中に溶出し、植物原料から除去されるとする（特許文献１・［0022］［0023］）。
特開2016-125030公報
　特許文献１が開示する植物原料は、カリウムと塩素が溶出した水溶液と共に脱水機へ送り、水分を25％以下に脱水した後、ペレット化する（特許文献１・［0038］［0039］）。このように、特許文献１が開示する植物原料は、ペレット化してもカリウムと塩素が溶出した水分を含んでおり、溶出させたカリウムや塩素を、固体バイオマス燃料として含有することなり、好ましくない。そこで、固体バイオマス燃料のカリウムや塩素を更に低減することを目的として、植物原料からカリウムや塩素を除去する方法を検討した。
　検討の結果開発したものが、アブラヤシ由来の植物原料から製造される固体バイオマス燃料であって、このアブラヤシ由来の植物原料は、粉砕された状態で、80℃～100℃の熱水中で撹拌した後に濯ぐことによりカリウムや塩素を前記熱水に溶出させ、更に前記カリウムや塩素を溶出させてペレット化した状態で、常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた190℃～200℃の油で揚げて、該ペレットの発熱量と保形性とを高めたことを特徴とする固体バイオマス燃料である。アブラヤシ由来の植物原料は、種子又は実を取り出した後に残る被子や、収穫後又は伐採後に利用されない又は廃棄される枝、葉、幹、根である。例えばアブラヤシのように、パーム油を絞り出した後に残るアブラヤシ種子殻（PKS）、空果房（EFB）、果肉繊維（PPF）やアブラヤシの古木（TRUNK）も植物原料に含まれる。
　植物原料は、粉砕された状態で、熱水中で撹拌することによりカリウムや塩素を前記熱水に溶出させ、更に濯ぐことでカリウムや塩素を溶出させた熱水が付着して残ることを防ぐ。植物原料は、最大幅が10mm以下、できれば６mm以下となるように粉砕されるとよい。粉砕された植物原料は、比表面積が拡大し、熱水にカリウムや塩素を溶出させやすい。こうして、植物原料をペレット化する際に、カリウムや塩素を含む水分を除去することで、固体バイオマス燃料のカリウムや塩素を大幅に低減する。
　熱水は、80℃～100℃が好ましい。熱水の撹拌手段は、熱水自体の循環によるものでも、機械的な撹拌手段でもよい。植物原料の濯ぎは、カリウムや塩素を溶出させた熱水を排出しながら別の水又は熱水を注入する態様であったり、カリウムや塩素を溶出させた熱水から植物原料を取り出して別の水又は熱水に移し替えたり、カリウムや塩素を溶出させた熱水から植物原料を取り出して流れる水又は熱水に晒したりする。植物原料は、カリウムや塩素を分離しながら循環させる熱水に投入すれば、熱水中での撹拌と濯ぎとを連続かつ繰り返して実行できる。
　植物原料は、カリウムや塩素を溶出させた状態で、油で揚げると脱水される。脱水は、溶出したカリウムや塩素と共に水分を植物原料から排出し、前記水分を含んでいた空隙に油を浸入させる。粉砕された植物原料は、比表面積が拡大し、表面から内部全体に熱が伝わりやすく、短時間かつ均一に脱水される。こうして、固体バイオマス燃料は、カリウムや塩素が更に低減すると共に、吸収された油により発熱量が高められる。また、植物原料は、ペレットに成形された状態で、油で揚げるとよい。ペレットは、粉砕された植物原料を押し固めて一定の外形状に成形された粒体である。例えば円筒状のペレットは、油で揚げると表面から内部全体へ均等に熱が伝わり、短時間かつ均一に脱水される。
　植物原料は、常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げると、常温で固化することにより流れ出ない油を含有する固体バイオマス燃料となる。常温とは、20℃±15℃（JIS Z 8703）である。植物油脂又は動物油脂は、前記常温の温度範囲で固化するものであればよい。更に、植物原料は、水素添加された植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げると、前記水素添加された植物油脂又は動物油脂を常温で固化させた状態で含有する固体バイオマス燃料となる。特に、植物油脂は、パーム油以外では融点が低いため、水素添加して常温で固化させるとよい。パーム油も、水素添加することで融点を高くできる。
　本発明の固体バイオマス燃料は、植物原料から固体バイオマス燃料を製造する製造方法であって、植物原料を粉砕する粉砕工程と、粉砕工程を経た植物原料を熱水中で撹拌した後に濯ぐことによりカリウムや塩素を熱水に溶出させる除去工程と、除去工程を経た植物原料をペレットにする成形工程と、成形工程を経たペレットを油で揚げる改質工程とからなることを特徴とする固体バイオマス燃料の製造方法により製造される。
　粉砕工程は、除去工程でカリウムや塩素を熱水に溶出しやすくし、成形工程でペレットを成形しやすくする。除去工程は、粉砕された植物原料から熱水にカリウムや塩素を溶出させ、前記植物原料を濯いでカリウムや塩素が溶出した熱水を洗い落として、植物原料からカリウムや塩素を除去する。成形工程は、粉砕された植物原料をペレット化し、減容と取り扱い性の改善を図る。改質工程は、溶出させたカリウムや塩素と共に水分を排出する脱水によりペレットを硬質化し、前記水分を含んでいた空隙に油を染み込ませて発熱量を高めた固体バイオマス燃料を得る。
　改質工程は、成形工程を経たペレットを、常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げるとよい。これにより、常温に戻った固体バイオマス燃料から油が流れ出る恐れを少なくする。更に、改質工程は、成形工程を経たペレットを、水素添加された植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げるとよい。これにより、植物油脂又は動物油脂の融点を高くし、固体バイオマス燃料から油が流れ出る恐れをなくす。特に、パーム油以外の植物油脂は、水素添加されたものが好ましい。パーム油も、水素添加すると融点を高くできる。
　本発明は、単純に水や熱水に植物原料を晒してカリウムや塩素を除去する場合に比べ、固体バイオマス燃料のカリウムや塩素を更に低減することができる。これは、粉砕された植物原料を熱水中で撹拌することによりカリウムや塩素を溶出させることに加え、前記植物原料を濯いで、前記カリウムや塩素が溶出した熱水が植物原料に付着して残ることを防止したことの効果である。植物原料を濯いだ水又は熱水は、最初にカリウムや塩素を溶出させた熱水に混ぜて濃縮し、肥料等として利用できる（特許文献１参照）。
　植物原料は、カリウムや塩素を溶出させた状態で、油で揚げると脱水され、溶出したカリウムや塩素と共に水分を植物原料から排出し、前記水分を含んでいた空隙に油を浸入させる。こうして、固体バイオマス燃料は、カリウムや塩素が更に低減すると共に、吸収された油により発熱量が高められる。また、植物原料は、ペレットに成形された状態で、油で揚げると、粉砕された状態に比べて減容された固体バイオマス燃料にすることができる。油で揚げたペレットは、水没しても外形を保持する高い保形性を有し、例えば降雨に晒される屋外保管を可能にする。
　植物原料は、常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げると、常温で運搬又は保管する固体バイオマス燃料から油が流れ出す恐れを少なくできる。更に、植物原料は、水素添加された植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げると、通常常温で融解する植物油脂又は動物油脂を利用できるようにする。また、水素添加は、常温で固化する植物油脂又は動物油脂の融点を高め、外気温が40℃を超えるような場合でも運搬又は保管する固体バイオマス燃料から油が流れ出にくくする。
　本発明の固体バイオマス燃料の製造方法は、植物原料からカリウムや塩素を除去し、発熱量を高めた固体バイオマス燃料のペレットを製造できるようにする。カリウムや塩素は、粉砕された植物原料を熱水中で撹拌した後濯ぐことにより、従来に比べてよりよく除去され、また発熱量を高めるために植物原料を油で揚げる改質工程でも更に除去される。そして、前記改質工程により植物原料に油が吸収されることにより、発熱量を高めつつ、ボイラーの高温腐食を避ける固体バイオマス燃料の製造が可能になる。
　常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた油でペレットを揚げる改質工程は、粉砕された植物原料を低減し、従来同様に取り扱えるペレット化された固体バイオマス燃料の製造を可能にする。水素添加された植物油脂又は動物油脂を融解させた油でペレットを揚げる改質工程は、植物油脂又は動物油脂の融点を上げることにより、利用できる植物油脂又は動物油脂を増やしたり、植物油脂又は動物油脂が融解した油を固体バイオマス燃料から流れ出にくくしたりする。利用できる植物油脂が増えると、本発明に利用できる植物油脂の入手が容易になるほか、入手時期の異なる植物油脂を切り替えて利用できる等、柔軟かつ安定した固体バイオマス燃料の製造を可能にする。
本発明を適用した固体バイオマス燃料の製造ラインの一例を表すブロック図である。
　以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。本発明の固体バイオマス燃料は、例えば図１に見られる製造ラインにより製造される。本例の製造ラインは、パーム油を絞り出した後に残るアブラヤシ種子殻（PKS）、空果房（EFB）、果肉繊維（PPF）やアブラヤシの古木（TRUNK）を植物原料として固体バイオマス燃料を製造する例である。アブラヤシ種子殻、空果房、果肉繊維やアブラヤシの古木は、それぞれ単独で植物原料としてもよいし、いくつか又は全部を混合させて植物原料としてもよい。また、アブラヤシ種子殻、空果房、果肉繊維やアブラヤシの古木と他の植物原料を混ぜてもよい。
　本例の製造ラインは、粉砕工程を実行する破砕装置11及び粉砕装置12と、除去工程を実行する洗浄装置21と、成形工程を実行する脱水装置31、乾燥装置32、定量供給装置33及び造粒装置34と、改質工程を実行するフライヤー41とから構成される。各工程を構成する各装置は、粉砕処理、除去処理、成形処理又は改質処理ができるものであれば自由であり、本例以外の構成や組み合わせであってもよい。例えば粉砕工程は粉砕装置12だけで構成したり、成形工程は造粒装置34だけで構成したりしてもよい。
　粉砕工程は、破砕装置11及び粉砕装置12により、粉砕された植物原料121を得る。アブラヤシ種子殻（PKS）、空果房（EFB）、果肉繊維（PPF）は、破砕装置11を経ることなく、直接粉砕装置12により粉砕してもよい。アブラヤシの古木（TRUNK）は、破砕装置11により破砕した後、粉砕装置12により粉砕する。破砕された植物原料は、最大幅で50mm以下を目安に破砕し、従来公知の搬送手段（コンベアや空気搬送）で粉砕装置12へ逐次送られる。粉砕された植物原料121は、最大幅で10mm以下、好ましくは６mm以下に粉砕し、従来公知の搬送手段（コンベアや空気搬送）で洗浄装置21へ逐次送られる。
　除去工程は、洗浄装置21により、カリウムや塩素が除去された植物原料211を得る。洗浄装置21は、80℃～100℃の熱水を貯めた容器に粉砕された植物原料121を投入して撹拌することにより、前記植物原料121からカリウムや塩素を熱水中に溶出させ、除去する。熱水は、洗浄装置21外で別の装置により作られ、除去工程の開始に際して容器に移してもよいし、除去工程の開始に際して容器に貯めた水を加熱手段により沸かして作り出してもよい。加熱手段は、粉砕された植物原料121を熱水中で撹拌している間、前記熱水の温度が低下しないように、随時熱水を加熱する働きもある。
　熱水は、粉砕された植物原料121を投入した状態で、前記粉砕された植物原料121と一体に撹拌できればよい。このため、撹拌手段は、限定されない。本例の洗浄装置21は、容器の長手方向に３基の撹拌ローラを配置し、熱水と共に粉砕された植物原料121を一緒に撹拌する。このように、撹拌手段は、機械的な撹拌ローラのほか、熱水を沸騰させて生ずる対流を利用する構成であったり、熱水を断続的に吸水及び噴射させる構成であったりしてもよい。
　洗浄装置21は、所定の処理時間後、カリウムや塩素が溶け込んだ熱水を容器から排水し、別の熱水又は水を前記容器に供給して、カリウムや塩素が除去された植物原料211を濯ぐ。カリウムや塩素が除去された植物原料211は、容器に貯めた別の熱水又は水で濯いでもよいし、前記別の熱水又は水を供給及び排水し続けて、流水中で濯いでもよい。カリウムや塩素が除去された植物原料211は、濯ぎに利用した別の熱水又は水と分離してから、従来公知の搬送手段（コンベアや空気搬送）で脱水装置31へ送られる。
　成形工程は、造粒装置34により、所定形状に成形された植物原料のペレット341を得る。本例の成形工程は、アブラヤシ種子殻、空果房、果肉繊維やアブラヤシの古木である植物原料を、除去工程を終えて直ちにペレット化することが難しいことから、脱水装置31によりカリウムや塩素が除去された植物原料211を脱水し、続いて乾燥装置32により前記植物原料211の水分量を調整した後、定量供給装置33により植物原料211を造粒装置34へ定量ずつ送るようにしている。カリウムや塩素が除去された植物原料211は、種類によって、中間処理（脱水処理、乾燥処理、定量供給）を省略して、直接造粒装置34へ送ってもよい。
　カリウムや塩素が除去された植物原料211は、脱水装置31、乾燥装置32、定量供給装置33及び造粒装置34間を、従来公知の搬送手段（コンベアや空気搬送）で送られる。造粒装置34は、水分調整された植物原料211を、所定形状である植物原料のペレット341に成形する。造粒装置34は、大量の植物原料211を成形する観点から、リングダイを利用するものが好ましい。リングダイを利用する造粒装置34で成形されるペレット341は、通常円筒状である。こうして得られたペレット341は、従来公知の搬送手段（コンベアや空気搬送）でフライヤー41へ逐次送られる。
　改質工程は、フライヤー41により、油で揚げて改質されたペレット411を得る。本例のフライヤー41は、造粒装置34から逐次送られてくる植物原料のペレット341を連続して油で揚げるように、前記ペレット341をネットコンベアに載せて移動させながら、油槽に貯めて加熱された油に潜らせる構成である。植物原料のペレット341をネットコンベアに載せて移動させながら、油槽に貯めて加熱された油に潜らせるフライヤー41は、ネットコンベアの移動速度を加減することにより、油で揚げる時間を増減調整できる利点がある。
　油槽に貯める加熱された油は、植物原料のペレット341を揚げて脱水できるものであれば利用できる。これから、利用される油は、例えば鉱物油でも構わないが、得られたペレット411からの流出を低減又は防止する観点から、常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた油が好ましい。本例が利用する油は、27℃～35℃で融解するパーム油を190℃～200℃に加熱して利用する。パーム油は、採取過程で植物原料となるアブラヤシ種子殻、空果房、果肉繊維が発生するので、植物原料と同時に調達できるほか、常温で固化する植物油脂であることから、本発明の利用が好ましい。
　植物原料のペレット341は、油で揚げると、カリウムや塩素を含む水分が脱水により除去され、硬質化すると共に、前記水分が除去された後の空隙に油を浸入させて、カリウムや塩素が少なく、発熱量の高められた固体バイオマス燃料のペレット411となる。固体バイオマス燃料のペレット411は、フライヤー41から逐次取り出されて屋内又は屋外に保管され、一定量単位で出荷される。常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた油で揚げた固体バイオマス燃料のペレット411は、例えば降雨中の荷役においても油が流れ出さない。また、前記固体バイオマス燃料のペレット411は、外形を崩さないので、例えば降雨に晒される屋外での保管も可能である。
　アブラヤシの空果房（EFB）を植物原料とし、上記例示に準拠した製造ラインを用いて固体バイオマス燃料（実施例１）を製造した。アブラヤシの空果房は、パーム油を採取した際に得られる植物原料である。用意したアブラヤシの空果房は、約２kgである。まず、空果房は、粉砕工程において、ほとんどが繊維長６mm以下となるように粉砕した。粉砕された空果房は、除去工程において、約100℃の熱水40L中に全て投入して約20分間撹拌し、その後前記熱水を排水してから、約15℃の流水で約20分間濯いだ。
　こうしてカリウムや塩素を除去した空果房は、成形工程において、外径６mm、長さ20mm～25mmの円筒状のペレットに成形した。円筒状のペレットは、まだ水分を含み、若干柔らかい。円筒状のペレットは、改質工程において、約200℃のパーム油40L中に全て投入した状態で約20分間かけて揚げ、脱水した。得られた固体バイオマス燃料のペレット（実施例１）は、水分がほとんどなく、硬質化している。
　実施例１について、固体バイオマス燃料として重要な指標である低位発熱量を測定した。測定結果を表１に示す。実施例１の低位発熱量は、5286kcal/kg（JIS M8814により高位発熱量から計算。高位発熱量はJIS M8814によりポンプ式熱量系にて測定）であった。アブラヤシの空果房（EFB）を植物原料とする従来の固体バイオマス燃料は、高くても4000kcal/kg後半の低位発熱量であることを考えれば、本発明の固体バイオマス燃料は、低位発熱量が極めて高いと言える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、実施例１に残存するカリウムは280mg/kg（ICP発光分光分析法による測定）、残存する塩素は測定器の測定限界（100mg/kg）未満（JIS Z7302-6.10.1及び11.2燃焼イオンクロマトグラフ法による測定）であった。粉砕された空果房の状態では、残存するカリウムが5900mg/kg、残存する塩素が1400mg/kgであった。これから、本発明の固体バイオマス燃料は、残存するカリウム及び塩素が共に極めて少なく、ボイラーでの燃焼に際して高温腐食を起こしにくい利点が得られると考えられる。
　更に、実施例１の灰分は1.3％（下水試験方法第５編第１章第７節準拠、重量法による）、実施例１の水分は1.0％（W.B.）（下水試験方法第５編第１章第６節、重量法による）であった。粉砕された空果房の状態では、灰分が9.6％、水分が7.7％（W.B.）であった。これから、本発明の固体バイオマス燃料は、燃焼後に残る灰が少なくて済み、水分の影響による発熱量の減少も極めて少ないことがわかる。
　アブラヤシの古木（TRUNK）を植物原料とし、上記例示に準拠した製造ラインを用いて固体バイオマス燃料を製造した。アブラヤシの古木は、アブラヤシの植え替えに際して得られる植物原料である。用意したアブラヤシの古木は、約２kgである。まず、古木は、粉砕工程において、最大幅が50mm以下となるように破砕してから、最大幅が10mm以下となるように粉砕した。粉砕された古木は、除去工程において、約100℃の熱水40L中に全て投入して約20分間撹拌し、その後前記熱水を排水してから、約15℃の流水で約20分間濯いだ。
　こうしてカリウムや塩素を除去した古木は、成形工程において、外径６mm、長さ20mm～25mmの円筒状のペレットに成形した。円筒状のペレットは、まだ水分を含み、若干柔らかい。円筒状のペレットは、改質工程において、約200℃のパーム油40L中に全て投入した状態で約20分間かけて揚げ、脱水した。得られた固体バイオマス燃料のペレット（実施例２）は、水分がほとんどなく、硬質化している。
　実施例２について、固体バイオマス燃料として重要な指標である低位発熱量を測定した。結果を表２に示す。その結果、実施例２の低位発熱量は、4880kcal/kg（JIS M8814により高位発熱量から計算。高位発熱量はJIS M8814によりポンプ式熱量系にて測定）であった。木材から製造されるペレット状の固体バイオマス燃料の低位発熱量が4000kcal/kg～4200kcal/kgであることを考えれば、本発明の固体バイオマス燃料は、既存の固体バイオマス燃料と比較しても低位発熱量が十分に高いと言える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、実施例２に残存するカリウムは390mg/kg（ICP発光分光分析法による測定）、残存する塩素は測定器の測定限界（100mg/kg）未満（JIS Z7302-6.10.1及び11.2燃焼イオンクロマトグラフ法による測定）であった。更に、実施例２の灰分は2.1％（下水試験方法第５編第１章第７節準拠、重量法による）、実施例２の水分は0.5％（W.B.）（下水試験方法第５編第１章第６節、重量法による）であった。
　実施例２に対して、除去工程及び改質工程の効果を見るべく、除去工程及び改質工程のない比較例１のペレット、改質工程のない比較例２のペレットを製造し、それぞれ低位発熱量、残存するカリウム及び塩素、灰分及び水分を測定した。結果を表２に示す。比較例１は、除去工程及び改質工程がなく、粉砕工程から成形工程に移ってペレットのみを成形したものである。比較例２は、改質工程がないことを除けば、製造条件が実施例２と同じである。
　比較例１（実施例２に対して除去工程及び改質工程のないペレット）は、低位発熱量が4090kcal/kg、残存するカリウムが7700mg/kg、残存する塩素が4400mg/kg、灰分が3.0％、そして水分が12.1％（W.B.）であった。また、比較例２（実施例２に対して改質工程のないペレット）は、低位発熱量が4210kcal/kg、残存するカリウムが450mg/kg、残存する塩素が測定限界（100mg/kg）未満、灰分が2.5％、そして水分が10.5％（W.B.）であった。
　実施例２は、低位発熱量が比較例１及び比較例２のいずれよりも高く、残存するカリウム、残存する塩素、灰分及び水分が比較例１及び比較例２のいずれよりも少ない。これから、本発明の固体バイオマス燃料が良質な燃料であることが理解される。実施例２は、低位発熱量が実施例１に及ばないまでも、空果房（EFB）を植物原料とする従来の固体バイオマス燃料と同等程度の固体バイオマス燃料を、アブラヤシの古木から製造できることを証明している。
　ここで、比較例１及び比較例２を比較すると、除去工程を加えた比較例２が粉砕工程のみの比較例１より低位発熱量が若干向上し、残存するカリウム及び塩素が大幅に低減していることがわかる。このことから、除去工程の有用性が確認される。また、実施例２及び比較例２を比較すると、改質工程を経た実施例２は、水分を大幅に減少させながら、残存するカリウムも若干減少させている。これは、改質工程による脱水が残存するカリウムの減少に寄与していることを推察させる。これから、本発明の固体バイオマス燃料は、除去工程と改質工程とを組み合わせた場合、最良の効果が得られると言える。
　11　破砕装置
　12　粉砕装置
　121　粉砕された植物原料
　21　洗浄装置
　211　カリウムや塩素が除去された植物原料
　31　脱水装置
　32　乾燥装置
　33　定量供給装置
　34　造粒装置
　341　植物原料のペレット
　41　フライヤー
　411　固体バイオマス燃料のペレット

 

Claims (2)

  1. アブラヤシ由来の植物原料から製造される固体バイオマス燃料であって、
    該アブラヤシ由来の植物原料は、粉砕された状態で、80℃～100℃の熱水中で撹拌した後に濯ぐことによりカリウムや塩素を前記熱水に溶出させ、更に前記カリウムや塩素を溶出させてペレット化した状態で、常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた190℃～200℃の油で揚げて、該ペレットの発熱量と保形性とを高めたことを特徴とする固体バイオマス燃料。
  2. アブラヤシ由来の植物原料から固体バイオマス燃料を製造する製造方法であって、
    該植物原料を粉砕する粉砕工程と、
    粉砕工程を経た植物原料を80℃～100℃の熱水中で撹拌した後に濯ぐことによりカリウムや塩素を熱水に溶出させる除去工程と、
    除去工程を経た植物原料をペレットにする成形工程と、
    成形工程を経たペレットを常温で固化する植物油脂又は動物油脂を融解させた190℃～200℃の油で揚げる改質工程とからなることを特徴とする固体バイオマス燃料の製造方法。

     
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