WO2020184699A1 - 固体燃料の製造方法 - Google Patents

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昌史 和才
知章 小柳
孝勇 落合
容輔 田部井
高橋　幹夫
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Jujo Paper Co Ltd
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Nippon Paper Industries Co Ltd
Jujo Paper Co Ltd
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    • 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 OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • 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
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    • 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 method for producing a solid fuel obtained by torrefaction using woody biomass as a raw material.
  • biomass-based fuels In recent years, the use of biomass-based fuels has been studied as a countermeasure against global warming caused by fossil fuel depletion and CO 2 emissions.
  • biomass is an organism that can be used as an energy source or an industrial raw material, and typical ones are wood, construction waste, agricultural waste, and the like.
  • various methods for effectively utilizing biomass have been proposed.
  • as a useful method that can convert biomass into a high value-added substance at low cost there is a method of carbonizing biomass to produce solid fuel. In this method, biomass is put into a carbonization furnace and heated in an oxygen-deficient atmosphere for a predetermined time for carbonization treatment to produce a solid fuel.
  • the solid fuel produced in this way is used as fuel for combustion equipment such as power generation equipment and incineration equipment.
  • the solid fuel may be finely crushed and used as fine powder fuel in order to improve combustion efficiency. is there.
  • Solid fuel is crushed alone or mixed with coal, but since most of the biomass is fibrous, the crushability is poor, the combustion efficiency is reduced, the operability of the crusher is reduced, etc. There was a problem.
  • Patent Document 1 discloses a method of thermally decomposing woody biomass such as waste wood, thinned wood, garden wood, and construction waste at a temperature of 240 ° C. or higher and 300 ° C. or lower for a time of 15 minutes or more and 90 minutes or less, and then crushing the biomass. Has been done. If the heating temperature is lower than 240 ° C, the crushability and crushability do not improve, and if the heating temperature is higher than 300 ° C, the amount of fine powder on the order of submicrons increases during crushing and crushing, and powder troubles are likely to occur. Therefore, it is not preferable.
  • biomass containing grains, fruits and seeds is carbonized by heating at an oxygen concentration of 1 to 5% and a treatment temperature of 350 to 400 ° C. for 30 to 90 minutes to obtain pulverizability equivalent to that of coal.
  • a method for producing a solid fuel having is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a method for producing a solid fuel having a high material yield and pulverizability equivalent to that of coal by roasting woody biomass at an oxygen concentration of 10% or less and a temperature of 170 to 350 ° C. ing.
  • Patent Documents 1 and 2 have low material yields and calorific value yields, and have insufficient pulverizability as compared with coal. Therefore, they are mixed with coal and pulverized to produce fine powder. Difficult to use as fuel for coal boilers. Further, Patent Document 3 discloses a method for producing a solid fuel by roasting woody biomass at an oxygen concentration of 10% or less and 170 to 350 ° C., but the water resistance is not sufficient.
  • the present inventors obtained by roasting a woody biomass pulverized product adjusted to a substance temperature of 60 to 90 ° C. and a water content of 25% or less at a temperature of 250 to 350 ° C. After crushing the roasted material to a size of 10 mm or less, the water resistance of the solid fuel is improved by forming a molded product having a bulk density (measured according to JIS K 2151-6 “Bulk Density Test Method”) of 600 kg / m 3 or more. I found that it could be improved.
  • the present invention includes the following aspects.
  • a crushed woody biomass having a water content of 30 to 60% and a size of 5 mm or more and 50 mm or less is dried at a substance temperature of 45 to 90 ° C. so as to have a water content of 25% or less, and an oxygen concentration of 10% or less.
  • Roasting under the condition of a substance temperature of 250 to 350 ° C., and after crushing the obtained roasted product to a size of 10 mm or less, the bulk density (measured according to JIS K 2151-6 "Bulk density test method") is 500 kg /
  • a method for producing a solid fuel which comprises forming a molded product of m 3 or more.
  • the solid fuel obtained by the production method of the present invention has a high material yield and calorific value yield, has pulverizability equivalent to that of coal, and has a high density. Therefore, it is mixed with coal and pulverized to produce fine powder. It can be used as a fuel for coal boilers by mixing coal at a high ratio. It also has excellent water resistance.
  • a crushed woody biomass having a water content of 30 to 60% and a size of 5 mm or more and 50 mm or less is dried at a temperature of 60 to 90 ° C. to a water content of 25% or less, and has an oxygen concentration of 10% or less.
  • the bulk density is 500 kg / It is a method for producing a solid fuel, which comprises forming a molded product of m 3 or more.
  • the drying time is preferably 30 to 180 minutes.
  • either hardwood or softwood can be used as the raw material wood for the woody biomass of the present invention.
  • eucalyptus paragom tree, beech, cinnamon, white birch, poplar, acacia, oak, itaya maple, sennoki, elm, kiri, hoonoki, willow, sen, ubamegashi, konara, oak, horse chestnut, zelkova, mizume , Mizuki, Aodamo, etc. are exemplified.
  • Conifers include Sugi, Spruce, Karamatsu, Black pine, Todomatsu, Himekomatsu, Ichii, Nezuko, Harimomi, Iramomi, Inumaki, Fir, Sawara, Togasawara, Asunaro, Hiba, Tsuga, Kometsuga, Hinoki, Ichii, Inugaya, Tohi (Beihiba), Lawson Hinoki (Beihi), Douglas fir (Beimatsu), Sitka spruce (Beitohi), Radiata pine, Eastern spruce, Eastern white pine, Western larch, Western fur, Western hemlock, Tamarack and the like are exemplified.
  • the genus Eucalyptus and Hevea brasiliensis are preferable.
  • the genus Eucalyptus is Eucalyptus (hereinafter abbreviated as E.) calophylla, E. citriodora, E. diversicolor, E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. gummifera, E. marginata, E. nesophila, E. Examples include nitens, E. amygdalina, E. camaldulensis, E. delegatensis, E. gigantea, E. muelleriana, E. obliqua, E. regnans, E. sieberiana, E. viminalis, E. marginata, and the like.
  • any of wood chips, bark, sawdust, and sawdust can be used.
  • the size of the woody biomass pulverized product is determined by sieving according to the size of the circular hole of the sieving device.
  • As an apparatus for crushing woody biomass it is preferable to crush it with a knife-cutting type biomass fuel chipper.
  • Roasting (torrefaction) in the present invention is a process of heating in a low oxygen atmosphere at a temperature lower than the so-called carbonization process.
  • the temperature of normal wood carbonization is 400-700 ° C, but roasting is done at a lower temperature. By roasting, a solid fuel having a higher energy density than the starting material is obtained.
  • the roasting treatment conditions in the present invention are an oxygen concentration of 10% or less and a substance temperature of 240 to 350 ° C.
  • the substance temperature is the temperature near the outlet of the roasting treatment device for woody biomass during the roasting treatment.
  • the substance temperature is preferably 240 to 330 ° C, more preferably 250 to 320 ° C.
  • Hemicellulose has a remarkable thermal decomposition at around 270 ° C, whereas cellulose has a remarkable thermal decomposition at around 355 ° C and lignin at around 365 ° C. Therefore, the roasting treatment temperature should be 170 to 350 ° C. Therefore, it is presumed that hemicellulose can be preferentially pyrolyzed to produce a solid fuel that can achieve both material yield and grindability.
  • the apparatus for performing the roasting process is not particularly limited, but a rotary kiln and a vertical furnace are preferable.
  • a rotary kiln and a vertical furnace are preferable.
  • an inert gas such as nitrogen.
  • the treatment time is preferably 15 to 180 minutes.
  • an externally heated rotary kiln may be used as an apparatus for performing the roasting process.
  • the external heat type rotary kiln has a structure in which a part or all of the inner cylinder of the kiln is covered with the outer cylinder of the kiln. Woody biomass is roasted in the inner cylinder and fuel is burned in the outer cylinder. Indirectly heats the woody biomass inside the cylinder.
  • the temperature inside the kiln outer cylinder needs to be 400 to 800 ° C, preferably 450 to 750 ° C.
  • the residence time of the woody biomass in the kiln inner cylinder is preferably 1 to 30 minutes, more preferably 2 to 15 minutes.
  • the solid fuel obtained in the present invention preferably has a substance yield of 60 to 90% and a calorific value yield of 70 to 95% with respect to the raw material.
  • the Hardgrove Grindability Index (HGI) specified in JIS M 8801: 2004, which is an index of grindability, is preferably 30 or more, and more preferably 40 or more. It is shown that the higher the HGI, the easier it is to be crushed. If the HGI is in the range of 30 to 70, it can be mixed with coal and pulverized. Since the HGI of coal is usually 40 to 70, the solid fuel obtained in the present invention has a grindability equivalent to that of coal.
  • lubricant may be added to 100 parts by mass of the roasted product when forming a molded product.
  • the lubricants include hydrocarbon-based lubricants such as liquid paraffin and paraffin wax, fatty acid-based lubricants such as stearic acid and ammonium oleate, higher alcohol-based lubricants such as stearic acid and polyhydric alcohol, stearic acid amide, oleic acid amide, and ethylene.
  • Fatty acid amide lubricants such as bisstearic acid amide, metal soap lubricants such as calcium stearate and zinc stearate, ester lubricants such as stearic acid monoglyceride, butyl stearate, sorbitan ester and glycerin ester, carboxymethyl cellulose and its derivatives, etc. Can be mentioned.
  • stearate salts such as calcium stearate and zinc stearate are preferable, and calcium stearate is particularly preferable.
  • the obtained roasted product is pulverized to a size of 10 mm or less, and then a molded product having a bulk density (measured according to JIS K 2151 6 “Bulk Density Test Method”) of 500 kg / m 3 or more. That is, the starting material (roasted product) in the form of crushed woody biomass is molded into briquettes or pellets.
  • the bulk density of the roasted product before being molded is about 10 kg / m 3 to 30 kg / m 3
  • the bulk density of the solid fuel made into a molded product is 600 kg / m 3 or more.
  • the apparatus for forming the roasted product into a molded product is not particularly limited, but a briquette (Kitakawa Iron Works), a ring die type pelletizer (CPM), a flat die type pelletizer (Dalton) and the like are desirable.
  • the bulk density of the solid fuel after the densification treatment (measured according to JIS K 2151-6 “Bulk density test method”) needs to be 500 kg / m 3 or more, preferably 600 kg / m 3 or more. Is preferable. If the bulk density is less than 500 kg / m 3 , it is impossible to make the mixing ratio with coal too large when burning solid fuel as fuel in a pulverized coal boiler, so that the effect of the present invention can be maximized. I can't.
  • the water content of the roasted product is preferably 8 to 50%, more preferably 10 to 30%. If the water content is less than 8%, blockage will occur inside the briquette or pelletizer, and stable molding cannot be produced. If the water content exceeds 50%, it is difficult to mold and it is discharged in the form of powder or paste.
  • the solid fuel molded product of the present invention preferably has a mechanical durability (based on the wood pellet quality standard 6.5 mechanical durability test method) of 95% or more, and has a mechanical durability within this range. If so, it has sufficient hardness so that it will not be crushed and pulverized during transportation.
  • Mechanical durability indicates the resistance of pellets to break, and is the mass ratio that does not break and does not powder when a certain amount of mechanical impact is applied. In a more preferred embodiment, the mechanical durability of the solid fuel molding of the present invention is 97% or more.
  • 0 to 50 parts by mass of the binder may be added to 100 parts by mass of the roasted product.
  • the binder is not particularly limited, but organic polymers (such as lignin), inorganic polymers (such as acrylic acid amide), agricultural residues (such as bran (residue generated during wheat flour production)) and the like are desirable. From the viewpoint of efficient and effective use of woody biomass, it is desirable that the number of binders added is small, and 0 to 50 parts by mass, more preferably 0 to 20 parts by mass. However, adding 50 parts by mass or more does not mean that high density cannot be achieved.
  • Example 1 The eucalyptus eurograndis skinned chips having a water content of 40% were pulverized with a disc chipper. After pulverization, a material having a size of 5 to 50 mm was dried with a conveyor dryer (manufactured by Alvan Blanch) at a hot air temperature of 70 ° C. for 3 hours to adjust the water content to 21%. Subsequently, a large kiln-type carbonization furnace was used to obtain a roasted product by roasting with an oxygen concentration of 1% or less and a substance temperature of the chip crushed product in the carbonization furnace at 281 ° C. ..
  • the obtained product was cooled and then pulverized with a hammer mill to a size of 5 mm or less. Subsequently, the water content of the crushed product of the roasted product was adjusted to 12%, and a flat die type pelletizer (made by Dalton, disc pelleter F-5 / 11-175 type) with a die hole diameter of 5 mm and a die thickness of 20 mm was used. High density treatment was performed using a die to obtain a solid fuel molded product.
  • Example 2 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 16% by drying the hot air temperature at 80 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 3 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 10% by drying the hot air temperature at 90 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 4 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 5% by drying the hot air temperature at 95 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 5 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 1% by drying the hot air temperature at 100 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 6 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 5% by drying the hot air temperature at 95 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 7 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 5% by drying the hot air temperature at 95 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 8 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 5% by drying the hot air temperature at 95 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 1 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 30% by drying the hot air temperature at 65 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 2 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 35% by drying the hot air temperature at 60 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 3 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 5% by drying the hot air temperature at 95 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • Example 4 The solid fuel was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substance temperature in the large kiln type carbonization furnace was adjusted to 5% by drying the hot air temperature at 95 ° C. for 3 hours with a conveyor dryer. Manufactured a molded product.
  • the solid fuel moldings obtained in Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 4 were evaluated for the following items, and the results are shown in Table 1.
  • the substance yield was calculated from the weight of the sample before and after the roasting treatment.
  • ⁇ Water resistance> The solid fuel molded product was immersed in water for 15 minutes, and then the water content was measured to evaluate the water resistance.
  • the solid fuel moldings of Examples 1 to 8 have a lower water content than the solid fuel moldings of Comparative Examples 1 to 4 after being immersed in water for 15 minutes, and are water resistant. Was improving.

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Abstract

木質系バイオマスを原料として、石炭と同等の粉砕性を有し石炭と混合して粉砕処理して微粉炭ボイラーの燃料として使用可能で、耐水性を改善され固体燃料の製造方法を提供する。　水分３０～６０％であり、サイズが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の木質系バイオマスの粉砕物を物質温度４５～９０℃で水分２５％以下になるように乾燥し、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２５０～３５０℃の条件下で焙焼すること、得られた焙焼物をサイズ１０ｍｍ以下に粉砕した後に、嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）が５００ｋｇ／ｍ３以上の成型物とすること、を含む方法により固体燃料を製造する。

Description

固体燃料の製造方法
　本発明は、木質系バイオマスを原料として焙焼（torrefaction）することによって得られる固体燃料の製造方法に関する。
　近年、化石燃料の枯渇化及びＣＯ２排出による地球温暖化への対策として、バイオマスを原料とする燃料の利用が検討されている。一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体で、代表的なものは木材、建築廃材、農産廃棄物等である。従来より、バイオマスを有効利用する方法が各種提案されている。その中でも、バイオマスを低コストで以って高付加価値物に転換できる有用な方法として、バイオマスを炭化して固体燃料を製造する方法がある。これは、バイオマスを炭化炉に投入して酸素欠乏雰囲気下で所定時間加熱して炭化処理し、固体燃料を製造するものである。
　このようにして製造された固体燃料は、発電設備や焼却設備等の燃焼設備の燃料に用いられるが、この場合、燃焼効率を向上させるために固体燃料を細かく粉砕して微粉燃料として用いることがある。固体燃料は単独であるいは石炭と混合して粉砕されるが、バイオマスのうち木質系バイオマスは大部分が繊維質であるため、粉砕性が悪く、燃焼効率の低下、粉砕機の運転性低下等の問題があった。
　特許文献１には、材廃材、間伐材、庭木、建築廃材等の木質系バイオマスを240℃以上300℃以下の温度で、15分以上90分以下の時間で熱分解した後に粉砕する方法が開示されている。加熱温度が240℃より低い温度であると破砕性、粉砕性が向上せず、300℃よりも高い温度であると破砕、粉砕時にサブミクロンオーダーの微粉量が増大して粉体トラブルを生じ易くなるため好ましくないとしている。
　また、特許文献２には穀類、実、種子を含むバイオマスを酸素濃度1～5％、処理温度350～400℃で30～90分加熱して炭化処理することで、石炭と同等の粉砕性を有する固体燃料を製造する方法が開示されている。
　特許文献３には木質系バイオマスを酸素濃度10％以下、温度170～350℃で焙焼処理することで、物質収率が高く石炭と同等の粉砕性を有する固体燃料を製造する方法が開示されている。
特開2006－26474号公報 特開2009－191085号公報 特開2013－209602号公報
　しかしながら、特許文献１、２に記載の方法で製造された炭化物は、物質収率及び熱量収率が低く、石炭に比較すると粉砕性が不十分であり、石炭と混合して粉砕処理して微粉炭ボイラーの燃料として使用することが困難である。また、特許文献３には、木質バイオマスを酸素濃度10％以下、170～350℃で焙焼することにより固体燃料を製造する方法が開示されているが、耐水性が十分ではなかった。
　本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、物質温度６０～９０℃で水分２５％以下に調整した木質系バイオマス粉砕物を温度２５０～３５０℃で焙焼処理を行い、得られた焙焼物をサイズ１０ｍｍ以下に粉砕した後に、嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）が６００ｋｇ／ｍ３以上の成型物とすることにより、固体燃料の耐水性を改善できることを見出した。
　本発明は、以下の態様を包含する。
（１）　水分３０～６０％であり、サイズが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の木質系バイオマスの粉砕物を物質温度４５～９０℃で水分２５％以下になるように乾燥し、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２５０～３５０℃の条件下で焙焼すること、得られた焙焼物をサイズ１０ｍｍ以下に粉砕した後に、嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）が５００ｋｇ／ｍ３以上の成型物とすることを含む、固体燃料の製造方法。
（２）　前記木質系バイオマスがユーカリ属である（１）に記載の固体燃料の製造方法。
（３）　前記木質系バイオマスがパラゴムノキ（Hevea brasiliensis）である（１）に記載の固体燃料の製造方法。
（４）　前記固体燃料が石炭と混合して粉砕処理して石炭と混焼する（１）～（３）のいずれかに記載の固体燃料の製造方法。
　本発明の製造方法にて得られる固体燃料は、物質収率、熱量収率が高く、さらに石炭と同等の粉砕性を有し、高密度であるため、石炭と混合して粉砕処理して微粉炭ボイラーの燃料として高い比率で混炭して使用することできる。また、耐水性にも優れる。
　本発明は、水分３０～６０％であり、サイズが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の木質系バイオマスの粉砕物を温度６０～９０℃で水分２５％以下になるように乾燥し、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２５０～３５０℃の条件下で焙焼すること、得られた焙焼物をサイズ１０ｍｍ以下に粉砕した後に、嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）が５００ｋｇ／ｍ３以上の成型物とすることを含む、固体燃料の製造方法である。
　木質系バイオマスの粉砕物を物質温度６０～９０℃で比較的温和な条件で、水分２５％以下になるように乾燥することにより、木質系バイオマスの水分ムラを低下させ、結果的に耐水性に優れる固体燃料となる。乾燥時間は、３０～１８０分が好ましい。
　本発明の木質系バイオマスの原料の木材としては、広葉樹、針葉樹、のいずれもが使用できる。具体的には、広葉樹としては、ユーカリ、パラゴムノキ、ブナ、シナ、シラカバ、ポプラ、アカシア、ナラ、イタヤカエデ、センノキ、ニレ、キリ、ホオノキ、ヤナギ、セン、ウバメガシ、コナラ、クヌギ、トチノキ、ケヤキ、ミズメ、ミズキ、アオダモ等が例示される。針葉樹としては、スギ、エゾマツ、カラマツ、クロマツ、トドマツ、ヒメコマツ、イチイ、ネズコ、ハリモミ、イラモミ、イヌマキ、モミ、サワラ、トガサワラ、アスナロ、ヒバ、ツガ、コメツガ、ヒノキ、イチイ、イヌガヤ、トウヒ、イエローシーダー（ベイヒバ）、ロウソンヒノキ（ベイヒ）、ダグラスファー（ベイマツ）、シトカスプルース（ベイトウヒ）、ラジアータマツ、イースタンスプルース、イースタンホワイトパイン、ウェスタンラーチ、ウェスタンファー、ウェスタンヘムロック、タマラック等が例示される。
　これらの中では、ユーカリ属、パラゴムノキ（Hevea brasiliensis）が好ましい。ユーカリ属としては、Eucalyptus（以下、Ｅ．と略す） calophylla、E. citriodora、E. diversicolor、E. globulus、E. grandis、E. urograndis、E. gummifera、E. marginata、E. nesophila、E. nitens、E. amygdalina、E. camaldulensis、E. delegatensis、E. gigantea、E. muelleriana、E. obliqua、E. regnans、E. sieberiana、E. viminalis、E. marginata、等が挙げられる。なお、形態としては、木材チップ、樹皮（バーク）、おが屑、鋸屑のいずれもが利用できる。
　本発明において、木質系バイオマスは５ｍｍ以上５０ｍｍ以下以下のサイズに粉砕された粉砕物を使用することが必要である。なお、本発明において、木質系バイオマス粉砕物のサイズとは、篩い分け器の円形の穴の大きさによって篩い分けされたものである。木質系バイオマスを粉砕するための装置としては、ナイフ切削型バイオマス燃料用チッパーで粉砕処理することが好ましい。
　本発明における焙焼（torrefaction）とは、低酸素雰囲気下で、所謂炭化処理よりも低い温度で加熱する処理のことである。通常の木材の炭化処理の温度は４００～７００℃であるが、焙焼はより低い温度で行われる。焙焼することによって、その出発原料よりも高いエネルギー密度を有する固体燃料が得られる。
　本発明における焙焼の処理条件は、酸素濃度１０％以下で、物質温度２４０～３５０℃である。ここで、物質温度とは焙焼処理中の木質系バイオマスの焙焼処理装置の出口付近の温度である。酸素濃度が１０％を超えると物質収率、熱量収率が低下する。また、物質温度が２４０℃未満では後述する粉砕性が不十分であり、３５０℃を超えると物質収率、熱量収率が低下する。物質温度は２４０～３３０℃が好ましく、さらに２５０～３２０℃がさらに好ましい。ヘミセルロースは２７０℃付近で熱分解が顕著になるのに対して、セルロースは３５５℃付近、リグニンは３６５℃付近で熱分解が顕著になるので、焙焼の処理温度を１７０～３５０℃とすることで、ヘミセルロースを優先的に熱分解して、物質収率と粉砕性を両立できる固体燃料を製造することが可能になると推察される。
　本発明において、焙焼処理を行うための装置は特に限定されないが、ロータリーキルン、竪型炉が好ましい。なお、酸素濃度を１０％以下に調整するため装置内を窒素等の不活性ガスで置換することが好ましい。処理時間は１５～１８０分が好ましい。
　本発明において、焙焼処理を行うための装置として、外熱式ロータリーキルンを使用してもよい。外熱式ロータリーキルンとは、キルン内筒の一部または全部をキルン外筒で覆う構造を有するもので、内筒内で木質系バイオマスの焙焼を行い、外筒内で燃料を燃焼させて内筒内部の木質系バイオマスを間接的に加熱する。キルン外筒内の温度は、４００～８００℃とすることが必要であり、４５０～７５０℃とすることが好ましい。キルン外筒内の温度が４００℃未満であるとキルン内筒内の木質系バイオマスの熱分解が不十分となり、得られる固体燃料の粉砕性が低下する。一方、８００℃を超えるとキルン内筒内の木質系バイオマスの温度が過度に上昇し、得られる固体燃料の物質収率、熱量収率が低下する。木質系バイオマスのキルン内筒内における滞留時間は１～３０分が好ましく、２～１５分がさらに好ましい。
　本発明で得られる固体燃料は原料に対して物質収率で６０～９０％、熱量収率で７０～９５％であることが好ましい。また、粉砕性の指標であるＪＩＳ　Ｍ　８８０１：２００４に規定のハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）は３０以上が好ましく、４０以上がさらに好ましい。ＨＧＩが高くなるほど、粉砕され易いことを示している。ＨＧＩが３０～７０の範囲であれば、石炭と混合して粉砕処理することが可能となる。石炭のＨＧＩは通常４０～７０であるので、本発明で得られた固体燃料は石炭と同等の粉砕性を有している。
　本発明において、成型物とする際に焙焼物１００質量部に対して滑剤を０．５～１０質量部を添加してもよい。この範囲で滑剤を添加することにより、後述する成型物とする際の消費電力使用量を低減できる。滑剤としては、流動パラフィン、パラフィンワックス等の炭化水素系滑剤、ステアリン酸、オレイン酸アンモニウム等の脂肪酸系滑剤、ステアリルアルコール、多価アルコール等の高級アルコール系滑剤、ステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド等の脂肪酸アマイド系滑剤、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等の金属石鹸系滑剤、ステアリン酸モノグリセリド、ステアリン酸ブチル、ソルビタンエステル、グリセリンエステル等のエステル系滑剤、カルボキシメチルセルロース及びその誘導体、等を挙げる事ができる。これらの中では、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等のステアリン酸塩が好ましく、ステアリン酸カルシウムが特に好ましい。
　本発明において、得られた焙焼物をサイズ１０ｍｍ以下に粉砕した後に、嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）が５００ｋｇ／ｍ３以上の成型物とする。すなわち、木質系バイオマスの粉砕物状の出発原料（焙焼物）をブリケットやペレット状に成型処理する。成型物とする前の焙焼物の嵩密度は１０ｋｇ／ｍ３～３０ｋｇ／ｍ３程度であり、成型物とした固体燃料の嵩密度は６００ｋｇ／ｍ３以上である。成型物とすることにより、固体燃料として微粉炭ボイラーで燃焼させる際、石炭との混合比率を上昇させることができ、また、燃料の輸送コストを削減することができる。
　本発明において、焙焼物を成型物とするための装置は特に限定されていないが、ブリケッター（北川鉄工所）、リングダイ式ペレタイザー（ＣＰＭ）、フラットダイ式ペレタイザー（ダルトン）等が望ましい。
　高密度化処理後の固体燃料の嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）は、５００ｋｇ／ｍ３以上とすることが必要で、好ましくは６００ｋｇ／ｍ３以上にすることが好ましい。嵩密度が５００ｋｇ／ｍ３未満であると固体燃料を燃料として微粉炭ボイラーで燃焼させる際、石炭との混合比率をあまり大きくすることが不可能なため、本発明の効果を最大限に得ることができない。
　本発明において、固体燃料を成型物とする際には、焙焼物の水分率を８～５０％とすることが好ましく、さらに１０～３０％とすることが好ましい。水分が８％より少ないとブリケッターやペレタイザーの内部で閉塞が発生し、安定した成型物の製造ができない。水分率が５０％を超えると成型することが困難で、粉体状またはペースト状で排出される。
　本発明の固体燃料の成型物は、機械的耐久性（木質ペレット品質規格　６．５機械的耐久性の試験方法に準拠）が９５％以上であることが好ましく、この範囲の機械的耐久性であれば、輸送時に粉砕されて粉化しない十分な硬さを有している。機械的耐久性とはペレットの壊れにくさを示すもので、一定量の機械的衝撃を与えた際に壊れずに粉化しなかった質量割合である。より好ましい態様において本発明の固体燃料の成型物の機械的耐久性は９７％以上である。
　本発明において、焙焼物１００質量部に対してバインダーを０～５０質量部添加してもよい。バインダーは特に限定されていないが、有機高分子（リグニンなど）、無機高分子（アクリル酸アミドなど）、農業残渣（ふすま（小麦粉製造時に発生する残渣）など）等が望ましい。木質系バイオマスを効率よく有効利用することを目的としている観点から、バインダー添加部数は少ない方が望ましく、０～５０質量部、より好ましくは０～２０質量部が望ましい。ただし、５０質量部以上添加しても高密度化が不可能であるというわけではない。
　以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。なお、実施例、比較例中の％は特に断らない限り質量％を示す。
［実施例１］
　水分４０％であるユーカリ・ユーログランディスの皮付きチップをディスクチッパーにて粉砕処理した。粉砕後、５～５０ｍｍのサイズのものを原料として、コンベアドライヤー（Alvan Blanch製）で熱風温度７０℃、３時間乾燥処理を行い、水分を２１％に調製した。続いて大型キルン型炭化炉を用い、酸素濃度１％以下、炭化炉内のチップ粉砕物の物質温度が２８１℃となるようにして、滞留時間１２分で焙焼を行って焙焼物を得た。得られた生成物を冷却後、ハンマーミルでサイズ５ｍｍ以下に粉砕した。続いて焙焼物の粉砕物の水分を１２％に調整し、フラットダイ式ペレタイザー（ダルトン社製、ディスクペレッターＦ－５／１１－１７５型）にてダイ穴直径５ｍｍ、ダイ厚さ２０ｍｍのフラットダイを用いて高密度化処理を行い、固体燃料の成型物を得た。
［実施例２］
　コンベアドライヤーで熱風温度８０℃、３時間乾燥処理を行い、水分を１６％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２８２℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［実施例３］
　コンベアドライヤーで熱風温度９０℃、３時間乾燥処理を行い、水分を１０％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［実施例４］
　コンベアドライヤーで熱風温度９５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２７９℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［実施例５］
　コンベアドライヤーで熱風温度１００℃、３時間乾燥処理を行い、水分を１％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［実施例６］
　コンベアドライヤーで熱風温度９５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２５０℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［実施例７］
　コンベアドライヤーで熱風温度９５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を３００℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［実施例８］
　コンベアドライヤーで熱風温度９５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を３３０℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［比較例１］
　コンベアドライヤーで熱風温度６５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を３０％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２８０℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［比較例２］
　コンベアドライヤーで熱風温度６０℃、３時間乾燥処理を行い、水分を３５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２７９℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［比較例３］
　コンベアドライヤーで熱風温度９５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２３５℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
［比較例４］
　コンベアドライヤーで熱風温度９５℃、３時間乾燥処理を行い、水分を５％に調製した、大型キルン型炭化炉内の物質温度を２２５℃とした以外は、実施例１と同様にして固体燃料の成型物を製造した。
　実施例１～８、比較例１～４で得られた固体燃料の成型物について下記の項目について評価し、結果を表１に示した。なお、物質収率は焙焼処理前後の試料の重量から計算した。
＜耐水性＞
　固体燃料の成型物を１５分間、水に浸漬後に水分を測定し、耐水性を評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示されるように、実施例１～８の固体燃料の成型物は、１５分間、水に浸漬後に水分は、比較例１～４の固体燃料の成型物に比較して低く、耐水性が向上していた。

Claims (4)

  1. 　水分３０～６０％であり、サイズが５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の木質系バイオマスの粉砕物を物質温度４５～９０℃で水分２５％以下になるように乾燥し、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２５０～３５０℃の条件下で焙焼すること、得られた焙焼物をサイズ１０ｍｍ以下に粉砕した後に、嵩密度（ＪＩＳ　Ｋ　２１５１の６「かさ密度試験方法」に従って測定）が５００ｋｇ／ｍ３以上の成型物とすることを含む、固体燃料の製造方法。
  2. 　前記木質系バイオマスがユーカリ属である、請求項１記載の方法。
  3. 　前記木質系バイオマスがパラゴムノキ（Hevea brasiliensis）である、請求項１記載の方法。
  4. 　前記固体燃料が石炭と混合して粉砕処理して石炭と混焼する、請求項１～３のいずれかに記載の方法。
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