WO2022102296A1 - バイオマス固体燃料製造装置 - Google Patents

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WO2022102296A1
WO2022102296A1 PCT/JP2021/037171 JP2021037171W WO2022102296A1 WO 2022102296 A1 WO2022102296 A1 WO 2022102296A1 JP 2021037171 W JP2021037171 W JP 2021037171W WO 2022102296 A1 WO2022102296 A1 WO 2022102296A1
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biomass
inert gas
kiln
solid fuel
nozzle
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PCT/JP2021/037171
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English (en)
French (fr)
Inventor
茂也 林
友祐 平岩
信之 大井
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宇部興産株式会社
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Publication date
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Priority to JP2022561330A priority patent/JPWO2022102296A1/ja
Priority to US18/251,478 priority patent/US20240002730A1/en
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B47/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials with indirect heating, e.g. by external combustion
    • C10B47/28—Other processes
    • C10B47/30—Other processes in rotary ovens or retorts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/08—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form in the form of briquettes, lumps and the like
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/08—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined externally heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B7/00—Rotary-drum furnaces, i.e. horizontal or slightly inclined
    • F27B7/20—Details, accessories, or equipment peculiar to rotary-drum furnaces
    • F27B7/36—Arrangements of air or gas supply devices
    • 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
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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

  • This disclosure relates to biomass solid fuel production equipment.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which an inert gas is introduced into a dust feeder for supplying waste to a rotary kiln furnace in a waste pyrolysis gasifier to perform purging. ..
  • the biomass molding When a biomass molded body is heated using the apparatus described in Patent Document 1 to produce a biomass solid fuel, the biomass molding may be disrupted by steam generated from the biomass and adhere to the inside of the furnace.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to provide a biomass solid fuel production apparatus capable of suppressing the collapse of a biomass molded product during production.
  • the biomass solid fuel production apparatus is a biomass solid fuel production apparatus including a rotary kiln that carbonizes a biomass molded body obtained by molding raw material biomass, and the rotary kiln is a kiln main body.
  • a raw material supply unit that supplies the biomass molded product to the upstream end of the kiln body, and an inert gas supply unit that supplies an inert gas to the upstream end inside the kiln body.
  • the inert gas is supplied to the upstream end inside the kiln body into which the biomass molded body in a state where the water content is high before heating is charged. Therefore, it is possible to prevent the biomass molded body from collapsing due to the condensation of water vapor generated from the biomass molded body in the vicinity of the upstream end portion.
  • the inert gas supply unit may be configured to discharge the inert gas in the radial direction inside the kiln body.
  • water vapor can be supplied to the corners of the upstream end inside the kiln body where water vapor generated from the biomass molded body tends to stay. Therefore, it is possible to further suppress the collapse of the biomass molded product due to the condensation of water vapor.
  • the rotary kiln may be of an external heating type, and the upstream end portion of the kiln body may be a non-heating zone in which a heating portion is not provided on the outer periphery.
  • the inert gas supply unit may also have a mode in which the inert gas is discharged into the raw material supply unit.
  • a biomass solid fuel production apparatus capable of suppressing the collapse of a biomass molded body during production is provided.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating an outline of a method for producing a biomass solid fuel according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a biomass solid fuel production apparatus according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a part of the upstream side of the rotary kiln.
  • FIG. 4 is a schematic view of the upstream side of the rotary kiln as viewed from the axial direction.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the tip of the first nozzle.
  • 6 (a) and 6 (b) are views showing a modification of the first nozzle.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating an outline of a method for producing a biomass solid fuel according to one embodiment of the present disclosure.
  • the biomass used as a raw material for the biomass solid fuel becomes a biomass molded product (White Pellet: hereinafter referred to as “WP”) in the form of pellets through a crushing step (S01) and a molding step (S02).
  • WP White Pellet
  • This WP is carbonized by being heated in the heating step (S03) to become a biomass solid fuel (Pelletizing Before Torrefaction: hereinafter referred to as "PBT").
  • PBT Processing Before Torrefaction
  • This PBT becomes a product through a classification / cooling step (S04), if necessary.
  • the crushing step (S01) is a step of crushing and then crushing the biomass (raw material biomass) as a raw material.
  • the type of biomass used as a raw material is not particularly limited and can be selected from wood-based and vegetative-based.
  • the tree species and parts of the biomass as a raw material are not particularly limited, but for example, one embodiment is selected from the group consisting of a rubber tree, acacia, a tree species of the family Futabagaki, radiata pine, and a mixture of larch, spruce, and birch. It can be a raw material containing at least one of these. Larch, spruce, and birch may be used alone as raw material biomass, but two or more of them, preferably a mixture of three, can be used. Further, it can be used as a raw material containing at least one kind (may be a mixture of two or three kinds) selected from the group consisting of a mixture of spruce, pine and fir.
  • tree species other than the above may be further contained as a raw material.
  • the content is preferably 50% by weight or more, more preferably 80% by weight or more, and may be 100% by weight.
  • rice pine rice hemlock, cedar, cypress, European red pine, old almond tree, almond shell, walnut shell, sago palm, EFB (empty fruit bunch of palm oil processing residue), meranti, acacia wood, acacia bark, eucalyptus , Teak, spruce + birch, rubber and the like may be used.
  • the particle size of the pulverized biomass is not particularly limited, but can be about 100 ⁇ m to 3000 ⁇ m on average, preferably 400 ⁇ m to 1000 ⁇ m on average.
  • a method for measuring the particle size of the biomass powder a known measuring method may be used.
  • the molding step (S02) is a step of molding the crushed biomass into a lump using a known molding technique.
  • the biomass molded body (WP) which is a mass of biomass after molding, can be pellets or briquettes. The size of the WP can be changed as appropriate.
  • a binder such as a binder is not added, and the crushed biomass is compressed and pressurized for molding.
  • the biomass molded body (WP) is heated at 150 ° C. to 400 ° C. (low temperature carbonization) to maintain the shape of the molded body, while having strength and water resistance (PBT). ).
  • the heating step is performed using the biomass solid fuel production apparatus 100 described later.
  • the heating temperature (heating temperature of PBT in the kiln body 20: also referred to as carbonization temperature) is appropriately determined depending on the shape and size of the raw material biomass and lumps, but is less than 300 ° C. More preferably, it is 200 ° C. or higher and lower than 300 ° C. More preferably, it is 230 ° C. or higher and lower than 300 ° C. Further, it is preferably 230 ° C to 280 ° C.
  • the heating time in the heating step is not particularly limited, but can be 0.2 hours to 3 hours.
  • the classification / cooling step (S04) is a step of classifying and cooling in order to commercialize the PBT obtained by the heating step. Classification and cooling may be omitted, or only one of the steps may be carried out. Classified and cooled PBT as needed is a solid fuel product.
  • the biomass solid fuel obtained after the heating step (S03) preferably has a COD (chemical oxygen demand) of 3000 ppm or less when immersed in water.
  • COD chemical oxygen demand
  • the COD (chemical oxygen demand) (simply referred to as "COD") of the immersion water when the biomass solid fuel is immersed in water is the environment in which the immersion water sample for COD measurement is prepared in 1973.
  • Agency Notification No. 13 (a) Refers to the COD value analyzed by JIS K0102 (2016) -17 according to the verification method for metals contained in industrial waste.
  • the biomass solid fuel obtained after the heating step preferably has a grindability index (HGI) of 15 or more and 60 or less based on JIS M 8801, and more preferably 20 or more and 60 or less.
  • HGI grindability index
  • the BET specific surface area of the biomass solid fuel is preferably 0.15 m 2 / g to 0.8 m 2 / g, and more preferably 0.15 m 2 / g to 0.7 m 2 / g.
  • the biomass solid fuel preferably has an equilibrium water content of 15 wt% to 65 wt% after being immersed in water, and more preferably 15 wt% to 60 wt%.
  • the biomass solid fuel obtained after the heating step has a fuel ratio (fixed carbon / volatile content) of 0.2 to 0.8, an anhydrous base high calorific value of 4800 kcal / kg to 7000 kcal / kg, oxygen O and carbon C.
  • the molar ratio O / C of is 0.1 to 0.7
  • the molar ratio H / C of hydrogen H and carbon C is 0.8 to 1.3.
  • the physical characteristic value of the biomass solid fuel can be set in the above range by adjusting, for example, the tree species of biomass used as a raw material, the site thereof, the heating temperature in the heating step, and the like.
  • the industrial analysis value, elemental analysis value, and high calorific value in this specification are based on JIS M 8812, 8813, 8814.
  • the maximum temperature reached in the self-heating test of the biomass solid fuel obtained after the heating step is less than 200 ° C.
  • the self-heating test is a test specified in "United Nations: Recommendations for Transporting Dangerous Goods: Manual of Test Methods and Criteria: 5th Edition: Self-heating Test".
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a biomass solid fuel production apparatus used in the heating step.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the upstream side of the rotary kiln
  • FIG. 4 is a view of the kiln main body and the raw material supply section as viewed from the upstream side.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the shape of the tip of the first nozzle attached to the kiln body.
  • the biomass solid fuel production apparatus 100 has a hopper 1 and a rotary kiln 2 (heating furnace).
  • the control related to the hopper 1 and the rotary kiln 2 is controlled by a control unit (not shown).
  • the hopper 1 has a function of storing a biomass molded body (WP).
  • WP biomass molded body
  • the WP stored in the hopper 1 is sequentially supplied to the rotary kiln 2 and heated in the rotary kiln 2.
  • PBT biomass solid fuel
  • the PBT produced by the rotary kiln 2 is conveyed by the conveyor 3.
  • the rotary kiln 2 is a so-called external heat type.
  • the rotary kiln 2 heats the kiln main body 20 that introduces the WP to be heated into the inside and heats (low temperature carbonization), the raw material supply unit 30 connected to the upstream end of the kiln main body 20, and the kiln main body 20. It has a heating unit 40 for heating and an inert gas supply unit 50 for supplying the inert gas inside the kiln main body 20.
  • the kiln body 20 has a substantially cylindrical shape, and a biomass molded body (WP) to be heated is introduced into the inside from one end, and the heated (low temperature carbonized) biomass solid fuel (PBT) is on the other side. It is discharged from the end of.
  • the kiln body 20 has a cylindrical cylinder 21 and a sealing plate 22 provided at an upstream end of the cylinder 21.
  • the tubular body 21 is a cylindrical member extending from the upstream side (hopper 1 side) to the downstream side (conveyor 3 side).
  • the tubular body 21 is rotatably supported by a roller 25 on the upstream side and a roller 26 on the downstream side with the central axis X (see FIGS. 3 and 4) of the tubular body 21 extending in the moving direction of the WP as the central axis. There is.
  • the central axis X of the cylinder 21 is the rotation axis of the kiln body 20.
  • the seal plate 22 is a disk-shaped plate material connected to the upstream end of the tubular body 21.
  • the seal plate 22 is provided with a circular opening 22a in the center.
  • the raw material supply unit 30 is connected to the upstream side of the opening 22a.
  • the seal plate 22 is provided with an opening 22b for a nozzle included in the inert gas supply unit 50 at a position different from the opening 22a.
  • the raw material supply unit 30 has a function of supplying the heated object (WP) stored in the hopper 1 to the kiln main body 20.
  • the raw material supply unit 30 has a tubular supply pipe 31. Inside the supply pipe 31, for example, a screw feeder (not shown) for moving the object to be heated (WP) toward the kiln main body 20 may be provided.
  • the heating unit 40 has a heat gas path 41 on the outer periphery of the cylinder 21 of the kiln body 20, and a gas inlet 42 and a gas outlet 43 provided in the heat gas path 41.
  • the heat gas path 41 is formed along the outer peripheral surface of the tubular body 21.
  • the gas inlet 42 is provided, for example, on the downstream side along the kiln main body 20 with respect to the heat gas path 41.
  • the gas outlet 43 is provided, for example, on the upstream side along the kiln main body 20 with respect to the heat gas path 41.
  • the heating unit 40 supplies heat gas from the external heat source 4 from the gas inlet 42, passes through the heat gas path 41, and discharges the heat gas from the gas outlet 43.
  • the heat gas path 41 is provided around the kiln main body 20, the inside of the kiln main body 20 is indirectly heated.
  • the temperature of the kiln body 20 of the rotary kiln 2 can be controlled by controlling the external heat source 4 by a control unit (not shown) and appropriately changing the temperature at the gas inlet 42 of the heat gas path 41.
  • the rotary kiln 2 shown in FIGS. 2 and 3 is a countercurrent type in which the moving direction of the biomass molded body (WP) (the direction from the hopper 1 side to the conveyor 3 side) and the moving direction of the heat gas face each other. , It may be a parallel flow type.
  • the oxygen concentration in the rotary kiln 2 is set to be, for example, 10% or less.
  • the heat gas path 41 arranged on the outer periphery of the cylinder 21 of the kiln main body 20 is provided at a position that does not overlap with the rollers 25 and 26, that is, between the rollers 25 and 26. Therefore, the upstream side of the hot gas path 41 (the region that interferes with the roller 25) and the downstream side of the hot gas path 41 (the region that interferes with the roller 26) are regions where heating by the hot gas is difficult. These areas are so-called non-heated zones. As described above, in the kiln main body 20, the region covered from the heat gas path 41 is a heated zone, and the other region is a non-heated zone.
  • the kiln body 20 is installed in an inclined state so that the upstream side (hopper 1 side) is on the upper side and the downstream side (conveyor 3 side) is on the lower side.
  • the installation angle of the kiln main body 20 can be appropriately changed according to the size of the kiln main body 20, the moving speed of the WP in the kiln main body 20, and the like.
  • the inert gas supply unit 50 introduces the inert gas into the kiln main body 20 and the raw material supply unit 30.
  • the inert gas include N 2 , CO 2 , and the like.
  • air or the like having an oxygen concentration of 10% or less may be used.
  • the inert gas supply unit 50 includes a first nozzle 51 that introduces gas into the kiln main body 20, a gas supply source 52 that supplies the inert gas to the first nozzle 51, a first nozzle 51, and a gas supply. It includes a pipe 53 connecting between the source 52, a second nozzle 54, and a gas supply source and a pipe (not shown) for supplying an inert gas to the second nozzle 54.
  • the second nozzle 54 may be supplied with the inert gas from the same gas supply source 52 as the first nozzle 51, or the inert gas may be supplied from a gas supply source different from the gas supply source 52. Further, the piping to the first nozzle 51 and the second nozzle 54 may be partially shared.
  • the first nozzle 51 may be cylindrical, for example, and may be attached so as to penetrate the seal plate 22 below the supply pipe 31 of the raw material supply unit 30. Further, as shown in FIG. 5, on the side surface near the tip of the first nozzle 51 (the end on the side opposite to the inert gas supply portion 50 side and arranged inside the kiln main body 20). The opening 51a may be provided. Further, the end surface 51b at the tip of the first nozzle 51 may have a closed shape. Further, as shown in FIG. 4, the first nozzle 51 is fixed to the seal plate 22 so that the opening 51a inserted in the kiln main body 20 faces upward.
  • the second nozzle 54 may be, for example, cylindrical and may be inserted into the supply pipe 31 from above the supply pipe 31.
  • the second nozzle 54 can be arranged at a location far from the downstream end portion 31a (connection portion with the seal plate 22) of the supply pipe 31, for example, to the extent that backflow of gas does not occur.
  • the second nozzle 54 may have a shape in which the tip (the end on the side arranged in the supply pipe 31) is open.
  • the inert gas moves in the direction (diametrical direction) intersecting the central axis X. Specifically, since the opening 51a of the first nozzle 51 faces upward, the inert gas is discharged from the first nozzle 51 toward the upper side inside the kiln main body 20. The inert gas discharged from the first nozzle 51 is supplied to the vicinity of the upstream end of the inside of the kiln main body 20 (near the region A shown in FIG. 3), and promotes the movement of the gas staying in the vicinity of this region A.
  • the inert gas moves in the direction (diametrical direction) intersecting the central axis of the supply pipe 31. Specifically, the inert gas is discharged from the second nozzle 54 toward the lower side of the supply pipe 31.
  • the inert gas may be introduced from the first nozzle 51 and the second nozzle 54 of the inert gas supply unit 50 at all times while the rotary kiln 2 is operating, or the inert gas may be introduced at a predetermined interval.
  • the structure may be such that the inert gas is repeatedly introduced.
  • the timing of supplying the inert gas from the first nozzle 51 and the second nozzle 54 may be the same, or there may be a timing in which only one of them is supplied. In this way, the supply timing of the inert gas can be changed as appropriate.
  • the amount of gas supplied from each of the first nozzle 51 and the second nozzle 54 can be changed as appropriate.
  • the supply of the inert gas from the first nozzle 51 and the second nozzle 54 can adjust the gas supply amount to such an extent that the internal biomass molded body (WP) is prevented from scattering.
  • a parallel gas flow is formed inside the kiln main body 20 in the same direction as the movement direction of the biomass molded body (WP), that is, from the upstream side to the downstream side.
  • This gas flow is formed by providing a discharge port (not shown) for discharging gas moving inside the kiln main body 20 on the downstream side of discharging the PBT produced by the rotary kiln 2 to the conveyor 3. Therefore, the inert gas supplied from the first nozzle 51 and the second nozzle 54 of the inert gas supply unit 50 moves to the downstream side in the same manner as the internal gas flow, and is discharged from the discharge port.
  • the kiln main body 20 is charged with the biomass molded body in a state where the water content is high before heating by the inert gas supply unit 50.
  • the inert gas is supplied to the upstream end of the interior, specifically near the region A. Therefore, it is possible to prevent the biomass molded body from collapsing due to the condensation of water vapor generated from the biomass molded body in the vicinity of the upstream end portion.
  • a biomass molded body is heated (low temperature carbonized) in a rotary kiln 2 to produce a biomass solid fuel.
  • the temperature on the upstream side tends to be lower than that on the downstream side. If the unheated biomass molded body is introduced into the kiln body 20 in such a state, the water vapor generated from the biomass molded body tends to condense at the upstream end portion, and the water vapor may cause the biomass molded body to collapse. ..
  • the biomass molded product has low water resistance and may collapse or powder.
  • the recovery rate of the biomass solid fuel having a predetermined shape may decrease.
  • the collapsed / powdered biomass molded body may adhere to the inner peripheral surface in the kiln main body 20, the blade, or the like, the function as the rotary kiln 2 may be deteriorated.
  • the inert gas supply unit 50 may be configured to discharge the inert gas in the radial direction inside the kiln main body 20.
  • the first nozzle 51 may be included as a configuration for discharging the inert gas in the radial direction.
  • the first nozzle 51 discharges the inert gas upward as described in the above embodiment, the movement (purge) of water vapor from the corner portion can be effectively performed.
  • the first nozzle 51 is arranged so as to discharge the inert gas at least in the radial direction, it is inert in the direction of interfering with the gas flow inside the kiln main body 20 from the upstream side to the downstream side. The gas is discharged and the movement of the gas containing water vapor in the radial direction is promoted.
  • the configuration to discharge the inert gas at least in the radial direction, the movement of the water vapor staying in the upper corner is promoted, and the collapse of the biomass molded body due to the condensation of the water vapor can be further suppressed. .. Even if the configuration is such that the inert gas is discharged into the kiln main body 20 in the X direction of the central axis, at least the change in the gas flow inside the kiln main body 20 can be caused, so that the movement of water vapor can be promoted.
  • the rotary kiln 2 when the rotary kiln 2 is an external heat type and the upstream end portion of the kiln body 20 is a non-heated zone, water vapor in this portion is more likely to condense.
  • a roller 25 may be provided in the vicinity of the inlet as a mechanism for rotating the kiln. In this case, it is difficult to arrange the heating portion on the outer peripheral portion around the roller 25, and this region is inevitably a non-heating zone, so that there is a problem that water vapor tends to stay.
  • the inert gas as described above, the movement of water vapor can be promoted in the non-heated zone.
  • the inert gas supply unit 50 may also supply the inert gas into the raw material supply unit 30 by using the second nozzle 54 or the like.
  • the inert gas When the inert gas is supplied to the upstream end of the kiln main body 20, some water vapor may move from the kiln main body 20 into the raw material supply unit 30 upstream.
  • the inert gas by supplying the inert gas to the raw material supply unit 30 as described above, the collapse of the biomass molded body inside the raw material supply unit 30 can be suppressed.
  • the rotary kiln 2 can have a carbonization temperature of less than 300 ° C. in a heating zone provided with a heating unit 40 on the outer periphery of the kiln body 20.
  • a carbonization temperature in the heated zone of the kiln main body 20 of the rotary kiln 2 is less than 300 ° C.
  • the temperature rise in the non-heated zone adjacent to the heated zone is suppressed. Therefore, condensation of water vapor generated when the biomass molded body is heated is relatively likely to occur.
  • heating is performed at a carbonization temperature of 500 ° C.
  • the carbonization temperature is less than 300 ° C. as in the biomass solid fuel production apparatus 100 of the present embodiment, the temperature rise in the non-heated zone in the vicinity of the heated zone is small (for example, about less than 100 ° C.). Therefore, the condensation of water vapor is likely to occur, and as a result, the disintegration and pulverization of the biomass molded product is likely to be promoted.
  • the configuration described in the above embodiment can be applied. Further, even when the carbonization temperature in the kiln main body 20 is 300 ° C. or higher, by applying the configuration described in the above embodiment, there is an effect that it becomes possible to produce a biomass solid fuel in which disintegration during production is suppressed. can get.
  • each part of the biomass solid fuel production apparatus 100 including the rotary kiln 2 can be appropriately changed.
  • the shape and arrangement of the input port of the biomass molded body, the discharge port of the biomass solid fuel, and the like can be appropriately changed.
  • the arrangement, shape, number, etc. of the first nozzle 51 and the second nozzle 54 can be changed as appropriate.
  • the shape of the first nozzle 51 capable of discharging the inert gas in the radial direction intersecting the central axis X can be appropriately changed.
  • the nozzle itself may be bent and the end portion 51c may be open.
  • a plurality of openings 51a may be provided on the side surface.
  • the shape of the first nozzle can be appropriately changed according to the ejection direction.
  • the mounting position of the first nozzle 51 with respect to the seal plate 22 can be changed, and for example, an opening 22b for mounting the first nozzle 51 may be provided above the raw material supply unit 30. Further, a plurality of the first nozzle 51 and the second nozzle 54 may be arranged.

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Abstract

原料バイオマスを成型したバイオマス成型体を炭化するロータリーキルン（２）を含むバイオマス固体燃料製造装置（１００）であって、ロータリーキルン（２）は、キルン本体（２０）と、キルン本体（２０）の上流側端部へバイオマス成型体を供給する原料供給部（３０）と、キルン本体（２０）の内部の上流側端部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部（５０）と、を備える。

Description

バイオマス固体燃料製造装置
　本開示は、バイオマス固体燃料製造装置に関する。
　特許文献１では、廃棄物熱分解ガス化装置において、ロータリー型のキルン炉へ廃棄物を供給するための給じん機の内部へ不活性ガスを導入することによってパージを行う構成が開示されている。
特開２０１２－０９８０１５号公報
　特許文献１に記載の装置を用いてバイオマスの成型体を加熱してバイオマス固体燃料を製造する場合、バイオマスから生じる水蒸気等によってバイオマスの成型が崩れ、炉内に付着する可能性がある。
　本開示は上記を鑑みてなされたものであり、製造時のバイオマス成型体の崩壊を抑制可能なバイオマス固体燃料製造装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示の一形態に係るバイオマス固体燃料製造装置は、原料バイオマスを成型したバイオマス成型体を炭化するロータリーキルンを含むバイオマス固体燃料製造装置であって、前記ロータリーキルンは、キルン本体と、前記キルン本体の上流側端部へ前記バイオマス成型体を供給する原料供給部と、前記キルン本体の内部の上流側端部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、を備える。
　上記のバイオマス固体燃料製造装置によれば、加熱前であって水分の割合が高い状態のバイオマス成型体が投入されるキルン本体の内部の上流側端部に不活性ガスが供給される。このため、上流側端部付近において、バイオマス成型体から発生する水蒸気が凝縮することによってバイオマス成型体が崩壊することが抑制される。
　前記不活性ガス供給部は、前記キルン本体の内部において径方向へ前記不活性ガスを吐出する態様としてもよい。
　上記の構成とすることで、バイオマス成型体から発生する水蒸気が滞留しやすいキルン本体の内部における上流側端部の角部へも水蒸気を供給し得る。したがって、水蒸気の凝縮によるバイオマス成型体の崩壊をさらに抑制することができる。
　前記ロータリーキルンは外熱式であって、前記キルン本体の前記上流側端部は、外周に加熱部が設けられていない非加熱帯である態様としてもよい。
　上記のように、上流側端部が非加熱帯である場合、この部分での水蒸気がより凝縮しやすい。これに対して、上流側端部に不活性ガスを供給することで、水蒸気の滞留による凝縮を適切に抑制できる。
　前記不活性ガス供給部は、前記原料供給部内にも前記不活性ガスを吐出する態様としてもよい。
　上記の構成とすることで、ロータリーキルンに接続される原料供給部に入り込む水蒸気の凝縮も防がれるため、供給部内部でのバイオマス成型体の崩壊も抑制される。
　本開示によれば、製造時のバイオマス成型体の崩壊を抑制可能なバイオマス固体燃料製造装置が提供される。
図１は、本開示の一形態に係るバイオマス固体燃料の製造方法の概要を説明するフロー図である。 図２は、本開示の一形態に係るバイオマス固体燃料製造装置の概要構成図である。 図３は、ロータリーキルンの上流側の一部の拡大図である。 図４は、ロータリーキルンの上流側を軸線方向から見た模式図である。 図５は、第１ノズルの先端の拡大図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）は、第１ノズルの変形例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本開示の一形態に係るバイオマス固体燃料の製造方法の概要を説明するフロー図である。図１に示すように、バイオマス固体燃料の原料となるバイオマスは、粉砕工程（Ｓ０１）および成型工程（Ｓ０２）を経てペレット状にバイオマス成型体（White　Pellet：以下、「ＷＰ」という）となる。このＷＰは、加熱工程（Ｓ０３）において加熱されることで炭化され、バイオマス固体燃料（Pelletizing　Before　Torrefaction：以下、「ＰＢＴ」という）となる。このＰＢＴは、必要に応じて、分級・冷却工程（Ｓ０４）を経て製品となる。
　粉砕工程（Ｓ０１）は、原料となるバイオマス（原料バイオマス）を破砕後粉砕する工程である。原料となるバイオマスの種類は特に限定されず、木質系および草木系から選択することができる。原料となるバイオマスの樹種および部位等は特に限定されないが、例えば、一態様として、ゴムの木、アカシア、フタバガキ科の樹種、ラジアータパイン、ならびに、カラマツ、スプルース、およびカバノキの混合物からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む原料とすることができる。カラマツ、スプルース、およびカバノキはそれぞれ単独で原料のバイオマスとして用いてもよいが、これらのうちの２種以上、好ましくは３種の混合物として用いることができる。また、スプルース，マツ，モミの混合物からなる群から選ばれる少なくとも１種（２種または３種の混合物でもよい）を含む原料とすることができる。
　また、原料として、上記以外のその他の樹種をさらに含んでもよい。本発明の一態様においては、原料のバイオマスの総重量に対する、ゴムの木、アカシア、フタバガキ科の樹種、ラジアータパイン、ならびに、カラマツ、スプルース、およびカバノキの混合物からなる群から選ばれる１種以上の含有量が、５０重量％以上であることが好ましく、８０重量％以上であることがより好ましく、１００重量％であってもよい。
　なお、原料として、米松、米栂、杉、桧、欧州アカマツ、アーモンド古木、アーモンド殻、胡桃殻、サゴヤシ、ＥＦＢ（パーム油加工残渣の空果房）、メランティ、アカシア木部、アカシアバーク、ユーカリ、チーク、スプルース＋白樺、ゴム等を用いてもよい。
　粉砕後のバイオマスの粒径は、特に限定されないが、平均で約１００μｍ～３０００μｍ、好ましくは平均で４００μｍ～１０００μｍとすることができる。なお、バイオマス粉の粒径の測定方法は公知の測定方法を用いてよい。
　成型工程（Ｓ０２）は、公知の成型技術を用いて、粉砕されたバイオマスを塊状に成型する工程である。成型後のバイオマスの塊状物であるバイオマス成型体（ＷＰ）は、ペレットまたはブリケットとすることができる。ＷＰの大きさは適宜変更することができる。なお、成型工程では、バインダ等の結合剤は添加されず、粉砕されたバイオマスを圧縮・加圧することで成型される。
　加熱工程（Ｓ０３）は、バイオマス成型体（ＷＰ）を１５０℃～４００℃で加熱（低温炭化）することで、成型体としての形状を保持しつつ、強度および耐水性を有するバイオマス固体燃料（ＰＢＴ）とする工程である。加熱工程は、後述のバイオマス固体燃料製造装置１００を用いて行われる。
　なお、加熱温度（キルン本体２０内におけるＰＢＴの加熱温度：炭化温度ともいう）は、原料となるバイオマスおよび塊状物の形状、大きさによって適宜決定されるが、３００℃未満とされる。２００℃以上３００℃未満がより好ましい。より好ましくは２３０℃以上３００℃未満である。さらに、２３０℃～２８０℃であれば好ましい。また、加熱工程における加熱時間は、特に限定されないが、０．２時間～３時間とすることができる。
　分級・冷却工程（Ｓ０４）は、加熱工程により得られたＰＢＴを製品化するため、分級および冷却を行う工程である。分級および冷却は省略してもよいし、いずれかの工程のみを実施してもよい。必要に応じて分級・冷却されたＰＢＴが固体燃料製品となる。
　加熱工程（Ｓ０３）の後に得られたバイオマス固体燃料は、水中に浸漬した際の浸漬水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）が、３０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。ここで、バイオマス固体燃料を水中に浸漬した際の浸漬水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）（単に、「ＣＯＤ」とも記載する）とは、ＣＯＤ測定用浸漬水試料の調製を昭和４８年環境庁告示第１３号（イ）産業廃棄物に含まれる金属等の検定方法にしたがって行い、ＪＩＳ　Ｋ０１０２（２０１６）－１７によって分析したＣＯＤ値のことをいう。
　また、加熱工程後に得られたバイオマス固体燃料は、ＪＩＳ　Ｍ　８８０１に基づく粉砕性指数（ＨＧＩ）が、１５以上６０以下であることが好ましく、より好ましくは２０以上６０以下である。また、バイオマス固体燃料は、ＢＥＴ比表面積が０．１５ｍ２／ｇ～０．８ｍ２／ｇであることが好ましく、０．１５ｍ２／ｇ～０．７ｍ２／ｇであることがより好ましい。また、バイオマス固体燃料は、水中浸漬後の平衡水分が１５ｗｔ％～６５ｗｔ％であることが好ましく、１５ｗｔ％～６０ｗｔ％であることがより好ましい。
　また、加熱工程後に得られたバイオマス固体燃料は、燃料比（固定炭素／揮発分）が０．２～０．８、無水ベース高位発熱量が４８００ｋｃａｌ／ｋｇ～７０００ｋｃａｌ／ｋｇ、酸素Ｏと炭素Ｃのモル比Ｏ／Ｃが０．１～０．７、水素Ｈと炭素Ｃのモル比Ｈ／Ｃが０．８～１．３となる。加熱工程後のバイオマス固体燃料の物性値が該範囲内にあることにより、貯蔵時の排水中のＣＯＤを低減しつつ粉化を低減し、貯蔵時のハンドリング性を向上させることができる。なお、バイオマス固体燃料の物性値は、例えば、原料として用いるバイオマスの樹種、その部位、加熱工程における加熱温度等を調整することにより、上記の範囲とすることができる。なお本明細書における工業分析値、元素分析値、高位発熱量はＪＩＳ　Ｍ　８８１２、８８１３、８８１４に基づく。
　また、加熱工程後に得られたバイオマス固体燃料は、自己発熱性試験の最高到達温度が２００℃未満となる。なお、自己発熱性試験は、「国際連合：危険物輸送に関する勧告：試験方法および判定基準のマニュアル：第５版：自己発熱性試験」に規定されている試験である。
　ここで、加熱工程（Ｓ０３）で使用するバイオマス固体燃料製造装置１００について図２～図５を参照しながら説明する。図２は、加熱工程で使用されるバイオマス固体燃料製造装置を説明する概略構成図である。また、図３は、ロータリーキルンの上流側の拡大図であり、図４は、キルン本体及び原料供給部を上流側から見た図である。さらに、図５は、キルン本体に取り付けられる第１ノズルの先端形状を説明する図である。
　図２に示すように、バイオマス固体燃料製造装置１００は、ホッパ１およびロータリーキルン２（加熱炉）を有する。ホッパ１およびロータリーキルン２に係る制御は、制御部（図示せず）により制御される。
　ホッパ１は、バイオマス成型体（ＷＰ）を貯蔵する機能を有する。ホッパ１に貯蔵されたＷＰは、ロータリーキルン２に順次供給され、ロータリーキルン２において加熱される。ＷＰを加熱することにより、バイオマス固体燃料（ＰＢＴ）が製造される。ロータリーキルン２により製造されたＰＢＴは、コンベア３により搬送される。
　ロータリーキルン２は、所謂外熱式である。ロータリーキルン２は、被加熱物であるＷＰを内部に導入して加熱（低温炭化）させるキルン本体２０と、キルン本体２０の上流側端部に接続された原料供給部３０と、キルン本体２０を加熱する加熱部４０と、キルン本体２０の内部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部５０と、を有する。
　キルン本体２０は略円筒形状であり、一方側の端部から内部に被加熱物であるバイオマス成型体（ＷＰ）が導入されて、加熱（低温炭化）後のバイオマス固体燃料（ＰＢＴ）が他方側の端部から排出される。キルン本体２０は、円筒状の筒体２１と、筒体２１の上流側の端部に設けられるシール板２２とを有する。筒体２１は、上流側（ホッパ１側）から下流側（コンベア３側）に延びる円筒状の部材である。筒体２１は、上流側のローラ２５および下流側のローラ２６により、ＷＰの移動方向に延びる筒体２１の中心軸Ｘ（図３及び図４参照）を中心軸として回動可能に支持されている。筒体２１の中心軸Ｘがキルン本体２０の回動軸となる。
　シール板２２は、筒体２１の上流側端部に対して接続される円板状の板材である。シール板２２には、中央に円形の開口２２ａが設けられている。開口２２ａの上流側には原料供給部３０が接続される。また、シール板２２は、開口２２ａとは異なる位置に不活性ガス供給部５０に含まれるノズル用の開口２２ｂが設けられる。
　原料供給部３０は、ホッパ１に貯蔵された被加熱物（ＷＰ）をキルン本体２０に対して供給する機能を有する。原料供給部３０は、筒状の供給管３１を有している。供給管３１の内部には、例えば、被加熱物（ＷＰ）をキルン本体２０へ向けて移動させるためのスクリューフィーダー（図示せず）が設けられてもよい。
　加熱部４０は、キルン本体２０の筒体２１の外周の熱ガス経路４１と、熱ガス経路４１に設けられたガス入口４２及びガス出口４３と、を有する。熱ガス経路４１は、筒体２１の外周面に沿って形成される。また、ガス入口４２は、例えば、熱ガス経路４１に対してキルン本体２０に沿った下流側に設けられる。また、ガス出口４３は、例えば、熱ガス経路４１に対してキルン本体２０に沿った上流側に設けられる。加熱部４０は、外部熱源４からの熱ガスをガス入口４２から供給し、熱ガス経路４１を経て、ガス出口４３から排出する。本実施形態に示すロータリーキルン２では、キルン本体２０の周囲に熱ガス経路４１が設けられているため、キルン本体２０の内部は、間接的に加熱される。
　制御部（図示せず）により外部熱源４を制御し、熱ガス経路４１のガス入口４２における温度を適宜変更することによって、ロータリーキルン２のキルン本体２０の温度が制御され得る。なお、図２及び図３に示すロータリーキルン２はバイオマス成型体（ＷＰ）の移動方向（ホッパ１側からコンベア３側へ向かう方向）と、熱ガスの移動方向とが対向する向流式であるが、並流式であってもよい。なお、ロータリーキルン２内の酸素濃度は例えば１０％以下となるよう設定される。
　キルン本体２０の筒体２１の外周に配置される熱ガス経路４１は、ローラ２５，２６とは重ならない位置、すなわち、ローラ２５，２６間に設けられる。そのため、熱ガス経路４１よりも上流側（ローラ２５と干渉する領域）および熱ガス経路４１よりも下流側（ローラ２６と干渉する領域）は、熱ガスによる加熱が困難な領域となる。これらの領域は、所謂非加熱帯となる。このように、キルン本体２０では、熱ガス経路４１より周囲が覆われている領域が加熱帯となり、それ以外の領域が非加熱帯となる。
　キルン本体２０は、上流側（ホッパ１側）が上方となり、下流側（コンベア３側）が下方となるように傾斜した状態で設置される。キルン本体２０の設置角度は、キルン本体２０の大きさ、キルン本体２０内でのＷＰの移動速度等に応じて適宜変更することができる。
　不活性ガス供給部５０は、キルン本体２０及び原料供給部３０の内部に不活性ガスを導入する。不活性ガスとしては、例えば、Ｎ２，ＣＯ２等が挙げられる。あるいは酸素濃度１０％以下の空気等であってもよい。
　不活性ガス供給部５０は、キルン本体２０の内部にガスを導入する第１ノズル５１と、第１ノズル５１に対して不活性ガスを供給するガス供給源５２と、第１ノズル５１とガス供給源５２との間を接続する配管５３と、第２ノズル５４と、第２ノズル５４に対して不活性ガスを供給するガス供給源及び配管（図示省略）を含む。第２ノズル５４へは第１ノズル５１と同じガス供給源５２から不活性ガスを供給してもよいし、ガス供給源５２とは異なるガス供給源から不活性ガスを供給してもよい。また、第１ノズル５１及び第２ノズル５４への配管は一部が共有されていてもよい。
　第１ノズル５１は、例えば、円筒状であって、原料供給部３０の供給管３１の下方においてシール板２２を貫通するように取り付けられてもよい。また、図５に示すように、第１ノズル５１の先端（不活性ガス供給部５０側とは逆側であって、キルン本体２０内部に配置される側の端部）の近傍の側面には開口５１ａが設けられていてもよい。さらに、第１ノズル５１の先端の端面５１ｂは閉じた形状とされていてもよい。また、図４に示すように、第１ノズル５１は、キルン本体２０内に挿入された開口５１ａが上方を向くように、シール板２２に対して固定される。
　第２ノズル５４は、例えば、円筒状であって、供給管３１の上方から供給管３１内に挿入されていてもよい。第２ノズル５４は、供給管３１の下流側端部３１ａ（シール板２２との接続部）から、例えば、ガスの逆流が発生しない程度離れた場所に配置することができる。また、第２ノズル５４は先端（供給管３１内に配置される側の端部）が開口した形状とされていてもよい。
　上記の第１ノズル５１から不活性ガスを導入すると、不活性ガスは中心軸Ｘに対して交差する方向（径方向）に移動する。具体的には、第１ノズル５１の開口５１ａが上方を向いているので、不活性ガスはキルン本体２０内部の上方に向かって第１ノズル５１から吐出される。第１ノズル５１から吐出された不活性ガスは、キルン本体２０内部のうち上流側端部付近（図３で示す領域Ａ付近）に供給され、この領域Ａ付近に滞留する気体の移動を促す。
　また、第２ノズル５４から不活性ガスを導入すると、不活性ガスは供給管３１の中心軸に対して交差する方向（径方向）に移動する。具体的には、不活性ガスは供給管３１の下方へ向けて第２ノズル５４から吐出される。
　不活性ガス供給部５０の第１ノズル５１及び第２ノズル５４からは、ロータリーキルン２が動作している間不活性ガスの導入が常時行われる構成であってもよいし、所定の間隔を空けて不活性ガスが繰り返し導入される構成であってもよい。また、第１ノズル５１及び第２ノズル５４からの不活性ガスの供給のタイミングは同時であってもよいし、いずれか一方のみ供給されるタイミングがあってもよい。このように、不活性ガスの供給タイミングは適宜変更することができる。また、第１ノズル５１及び第２ノズル５４のそれぞれからのガスの供給量も適宜変更され得る。例えば、第１ノズル５１及び第２ノズル５４からの不活性ガスの供給によって、内部のバイオマス成型体（ＷＰ）が飛散することが防がれる程度にガスの供給量を調整することができる。
　上記のバイオマス固体燃料製造装置１００では、キルン本体２０内部では、バイオマス成型体（ＷＰ）の移動方向と同方向に、すなわち上流側から下流側へ向かう並流のガス流が形成される。このガス流は、ロータリーキルン２により製造されたＰＢＴをコンベア３に対して排出する下流側に、キルン本体２０内部を移動するガスを排出する排出口（図示せず）を設けることによって形成される。したがって、不活性ガス供給部５０の第１ノズル５１及び第２ノズル５４から供給される不活性ガスは、内部のガス流同様に下流側へ移動し、排出口から排出される。
　このように、本実施形態に係るバイオマス固体燃料製造装置１００によれば、不活性ガス供給部５０によって、加熱前であって水分の割合が高い状態のバイオマス成型体が投入されるキルン本体２０の内部の上流側端部、具体的には領域Ａ付近に不活性ガスが供給される。このため、上流側端部付近において、バイオマス成型体から発生する水蒸気が凝縮することによってバイオマス成型体が崩壊することが抑制される。
　従来から、バイオマス成型体をロータリーキルン２において加熱（低温炭化）させてバイオマス固体燃料を製造することは知られている。ロータリーキルン２では、下流側よりも上流側の温度が低くなる傾向がある。このような状態で加熱前のバイオマス成型体をキルン本体２０に導入すると、上流側端部ではバイオマス成型体から発生する水蒸気が凝縮しやすくなり、水蒸気がバイオマス成型体の崩壊を引き起こす可能性がある。
　特に、炭化前のバイオマス成型体に水蒸気（水分）が付着すると、バイオマス成型体は耐水性が低いため崩壊・粉化する可能性がある。この場合、炭化後のバイオマス固体燃料についても形状が崩壊しているため、所定の形状を有するバイオマス固体燃料の回収率が低下する可能性がある。また、崩壊・粉化したバイオマス成型体はキルン本体２０内の内周面やブレード等に付着する可能性があるため、ロータリーキルン２としての機能が低下する可能性がある。
　これに対して、上記のように、不活性ガス供給部５０によって上流側端部に不活性ガスを供給することで、水蒸気を上流側端部から移動させる（パージする）ことができる。したがって、上流側端部付近での水分の凝縮によるバイオマス成型体の崩壊を抑制できる。
　ここで、不活性ガス供給部５０は、キルン本体２０の内部において径方向へ不活性ガスを吐出する構成であってもよい。また、径方向へ不活性ガスを吐出する構成として、第１ノズル５１を含んでいてもよい。このような構成とすることで、キルン本体２０の内部において、中心軸Ｘに沿った方向に不活性ガスを供給する場合と比べて、バイオマス成型体から発生する水蒸気が滞留・凝縮しやすいキルン本体２０の内部における上流側端部の角部へも水蒸気を供給し得る。したがって、バイオマス成型体の崩壊を更に効果的に抑制できる。また、第１ノズル５１を用いて径方向へ不活性ガスを吐出する構成とすることで、吐出方向の細かい制御を行うことが可能となる。
　なお、キルン本体２０内では、水蒸気は上流側端部のうち、特に上方の角部において、滞留・凝縮しやすい。そのため、上記実施形態で説明したように第１ノズル５１が上方に不活性ガスを排出するような構造とすることで、角部からの水蒸気の移動（パージ）を効果的に行うことができる。ただし、第１ノズル５１が少なくとも径方向に不活性ガスを吐出するように配置されている場合、上述の上流側から下流側へ向かうキルン本体２０内部のガス流に対して干渉する方向へ不活性ガスが吐出され、径方向での水蒸気を含むガスの移動が促進される。したがって、少なくとも径方向へ不活性ガスを吐出する構成とすることで、上方の角部に滞留している水蒸気の移動が促進され、水蒸気の凝縮によるバイオマス成型体の崩壊をさらに抑制することができる。なお、中心軸Ｘ方向にキルン本体２０内へ不活性ガスを吐出する構成としたとしても、少なくともキルン本体２０内部のガス流の変化を引き起こすことができるため、水蒸気の移動を促すことができる。
　また、上記のようにロータリーキルン２は外熱式であって、キルン本体２０の上流側端部が非加熱帯である場合、この部分での水蒸気がより凝縮しやすい。これに対して、上流側端部に不活性ガスを供給することで、水蒸気の滞留による凝縮を適切に抑制できる。外熱式のロータリーキルン２は、構造的な特徴として入口付近にはキルンを回転させる機構としてローラ２５が設けられ得る。この場合、ローラ２５の周辺では外周部に加熱部を配置することが難しく、この領域は必然的に非加熱帯となるため、水蒸気が滞留しやすいと問題がある。これに対して、上記のとおり不活性ガスを供給することで、非加熱帯において水蒸気の移動を促進することができる。
　また、不活性ガス供給部５０は、第２ノズル５４等を用いて原料供給部３０内にも不活性ガスを供給してもよい。キルン本体２０の上流側端部に不活性ガスを供給した場合、一部の水蒸気がキルン本体２０から上流の原料供給部３０内にも移動する可能性がある。これに対して、上記のように原料供給部３０内にも不活性ガスを供給することで、原料供給部３０の内部でのバイオマス成型体の崩壊も抑制できる。
　なお、ロータリーキルン２は、キルン本体２０の外周に加熱部４０が設けられた加熱帯における炭化温度が３００℃未満とすることができる。このように、ロータリーキルン２のキルン本体２０のうち加熱帯における炭化温度が３００℃未満である場合、加熱帯に隣接する非加熱帯での温度上昇が抑制される。そのため、バイオマス成型体の加熱時に発生する水蒸気の凝縮が比較的起こりやすい。一般的なバイオマス固体燃料の製造工程では、５００℃以上の炭化温度で加熱を行うため、加熱帯の周囲の非加熱帯も比較的高温になり、水蒸気の凝縮が起こりにくい環境であった。一方、本実施形態のバイオマス固体燃料製造装置１００のように、炭化温度が３００℃未満である場合、加熱帯の近隣の非加熱帯での温度上昇が少なくなる（例えば、１００℃未満程度）。そのため、水蒸気の凝縮が起こりやすくなり、その結果、バイオマス成型体の崩壊・粉化が促進されやすい状況である。
　これに対して、上記のように、不活性ガス供給部５０によって上流側端部に不活性ガスを供給することで、従来のロータリーキルンと比較して、バイオマス成型体の崩壊・粉化を抑制する効果が顕著となり、より効果的に、製造時の崩壊が抑制されたバイオマス固体燃料を製造可能となる。
　ただし、キルン本体２０での炭化温度が３００℃以上であっても、上記実施形態で説明した構成を適用することができる。また、キルン本体２０での炭化温度が３００℃以上である場合も、上記実施形態で説明した構成を適用することで、製造時の崩壊が抑制されたバイオマス固体燃料を製造可能となるという効果が得られる。
　以上、本開示の実施形態について説明してきたが、本開示は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。
　例えば、ロータリーキルン２を含むバイオマス固体燃料製造装置１００の各部の構成および配置等は適宜変更することができる。例えば、バイオマス成型体の投入口、バイオマス固体燃料の排出口等の形状や配置についても適宜変更することができる。
　第１ノズル５１及び第２ノズル５４の配置・形状・数等は適宜変更することができる。例えば、中心軸Ｘに対して交差する径方向へ不活性ガスを吐出することが可能な第１ノズル５１の形状は適宜変更し得る。例えば、図６（ａ）に示す第１ノズル５１Ａのように、ノズル自体が曲げられていて、端部５１ｃが開口している形状であってもよい。また、例えば、図６（ｂ）に示す第１ノズル５１Ｂのように、複数の開口５１ａが側面に設けられている形状であってもよい。また、不活性ガスの吐出方向は径方向に限定されないため、吐出方向に応じて、第１ノズルの形状も適宜変更し得る。さらに、シール板２２に対する第１ノズル５１の取り付け位置も変更することができ、例えば、原料供給部３０よりも上方に第１ノズル５１を取り付けるための開口２２ｂを設ける構成としてもよい。また、第１ノズル５１及び第２ノズル５４のいずれについても、複数配置する構成としてもよい。
　１…ホッパ、２…ロータリーキルン、３…コンベア、４…外部熱源、２０…キルン本体、２１…筒体、２２…シール板、２５，２６…ローラ、３０…原料供給部、３１…供給管、４０…加熱部、４１…熱ガス経路、５０…不活性ガス供給部、５１，５１Ａ，５１Ｂ…第１ノズル、５２…ガス供給源、５３…配管、５４…第２ノズル、１００…バイオマス固体燃料製造装置。

Claims (4)

  1. 　原料バイオマスを成型したバイオマス成型体を炭化するロータリーキルンを含むバイオマス固体燃料製造装置であって、
    　前記ロータリーキルンは、
    　キルン本体と、
    　前記キルン本体の上流側端部へ前記バイオマス成型体を供給する原料供給部と、
    　前記キルン本体の内部の上流側端部に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、
    を備える、バイオマス固体燃料製造装置。
  2. 　前記不活性ガス供給部は、前記キルン本体の内部において径方向へ前記不活性ガスを吐出する、請求項１に記載のバイオマス固体燃料製造装置。
  3. 　前記ロータリーキルンは外熱式であって、
    　前記キルン本体の前記上流側端部は、外周に加熱部が設けられていない非加熱帯である、請求項１または２に記載のバイオマス固体燃料製造装置。
  4. 　前記不活性ガス供給部は、前記原料供給部内にも前記不活性ガスを供給する、請求項１～３のいずれか一項に記載のバイオマス固体燃料製造装置。
PCT/JP2021/037171 2020-11-10 2021-10-07 バイオマス固体燃料製造装置 WO2022102296A1 (ja)

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