(57)【要約】【課題】竪型炉を用いてバイオマスを炭化してバイオマス炭を製造する際に、バイオマス炭の収率を向上可能であって、しかもバイオマス炭の品質の低下の少ない、バイオマス炭の製造方法およびこれに用いるバイオマス炭の製造装置を提供すること。【解決手段】バイオマス炭の製造方法は、バイオマス１を炭化し、バイオマス炭と、タールを含有する排出ガス３とを生成し、排出されたガス３中のタールの少なくとも一部をバイオマス１及び／又はバイオマス炭に接触させ、タール４が付着して炭化物として析出したバイオマス炭２を製造することからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを炭化させてバイオマス炭とし、
前記炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを排出し、
前記排出ガス中の前記タールの少なくとも一部を前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触させ、
前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触した前記タールの少なくとも一部を炭化物に転化させることからなる、
バイオマス炭の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のバイオマス炭の製造方法において、
竪型炉の頂部または側方上部からバイオマスを投入し、
前記竪型炉の底部または前記排出ガスの排出位置より下方である側方下部から熱風を吹き込み、
前記竪型炉内で前記バイオマスを炭化させてバイオマス炭とし、
前記炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを前記竪型炉の頂部または側方上部から排出し、
前記排出ガス中の前記タールの少なくとも一部を前記竪型炉に吹き込んで前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触させ、
前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触した前記タールの少なくとも一部を炭化物に転化させることからなる、
バイオマス炭の製造方法。
【請求項３】
前記排出ガス中の前記タールの少なくとも一部を前記熱風とともに前記竪型炉に吹き込むことからなる、
請求項２に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項４】
前記竪型炉の底部または側方下部から冷却用ガスを供給することからなる、
請求項２または請求項３に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項５】
前記冷却用ガスは前記排出ガスを循環して使用するものである、
請求項４に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項６】
前記タールの一部を前記冷却用ガスとともに炉内に供給することからなる、
請求項４または請求項５に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項７】
前記排出ガスから前記タールを分離し、分離された前記タールを竪型炉に吹き込むことからなる、
請求項２ないし請求項６のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項８】
前記排出ガスを空気比１未満で燃焼させて、熱風として竪型炉に吹き込むことからなる、
請求項２ないし請求項７のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項９】
前記バイオマス炭の炭化温度は３００〜７００℃である、
請求項２ないし請求項８のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１０】
前記排出ガスの温度は５０〜３００℃である、
請求項２ないし請求項９のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１１】
前記熱風は、無酸素または低酸素であって温度が４００〜１２００℃である、
請求項２ないし請求項１０のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１２】
前記バイオマスの炭化が、竪型炉の頂部または側方上部からバイオマスを前記竪型炉に投入し、竪型炉の底部または側方下部から熱風を吹き込むことにより行われ、
前記排出ガスの排出が、竪型炉の頂部または側方上部から前記炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを排出することにより行なわれ、
前記タールの少なくとも一部の接触が、前記炭化の際に発生する排出ガス中のタールの少なくとも一部を前記竪型炉に吹き込むことにより行なわれる、
請求項１に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１３】
請求項１に記載のバイオマス炭の製造方法において、
バイオマスを乾留して乾留バイオマスとし、
前記乾留バイオマスに、前記バイオマスの乾留により発生したガスとタールとを接触させて、前記ガスおよび前記タール中の炭素分を前記乾留バイオマスに付着析出させる、
バイオマス炭の製造方法。
【請求項１４】
前記乾留バイオマスの比表面積が１０ｍ2／ｇ以上である請求項１３に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１５】
バイオマスの乾留温度が４５０℃〜７００℃であり、ガスとタール中の炭素分を乾留バイオマスに付着析出させる際の温度が４５０〜７００℃である請求項１３に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１６】
前記乾留が、ロータリーキルン式乾留炉で行われる、請求項１３に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１７】
前記タール中の炭素分の乾留バイオマスへの付着析出が、充填層あるいは移動層方式コーキング炉で行われる、請求項１３に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１８】
前記バイオマスの炭化が、バイオマスを乾留し、乾留バイオマスとタールを含有する排出ガスを生成し、前記乾留バイオマスをコーキングすることからなり、
前記タールの少なくとも一部の接触が、前記乾留バイオマスに前記タールを含有する排出ガスを接触させて、前記ガスおよび前記タール中の炭素分を前記乾留バイオマスに付着析出させることからなる、
請求項１に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項１９】
互いに接続された２基の乾留炉を有する２塔式の充填移動層方式の炉を用いてバイオマスを乾留してバイオマス炭を製造する方法であって、
一方の乾留炉でのバイオマスの乾留により発生したガスとタールとを他方の乾留炉内のバイオマスに接触させ、
前記他方の乾留炉内のバイオマスの乾留の際に前記ガスおよび前記タール中の炭素分を前記他方の乾留炉内のバイオマスに付着析出させる、
請求項１に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項２０】
乾留炉内でのバイオマスの乾留温度を４００℃〜８００℃とする請求項１９に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項２１】
乾留炉内でのバイオマスの滞留時間を３０分以上とする請求項１９に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項２２】
前記バイオマスの炭化が、第１の乾留炉でバイオマスを乾留し、ガスとタールを発生させことからなり、
前記タールの少なくとも一部の接触が、第１の乾留炉で発生したガスとタールを第２の乾留炉内のバイオマスに接触させて、第２の乾留炉内のバイオマスの乾留の際に前記ガスおよび前記タールを第２の乾留炉内のバイオマスに付着析出させることからなる、
請求項１に記載のバイオマス炭の製造方法。
【請求項２３】
バイオマスを炭化してバイオマス炭を製造する竪型炉と、
前記竪型炉の頂部または側方上部に設けられたバイオマスの投入口と、
前記竪型炉の頂部または側方上部に設けられた排出ガスの排出口と、
前記竪型炉の底部、または前記排出口より下方である側方下部に設けられた熱風の吹き込み口と、
前記排出ガスの少なくとも一部を空気比１未満で燃焼させる部分燃焼機と、
を有するバイオマス炭の製造装置。
【請求項２４】
さらに、排出ガスから少なくともガス成分とタールとを分離する分離機を有する、請求項２３に記載のバイオマス炭の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを炭化してバイオマス炭を製造する方法およびこれに用いるバイオマス炭の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化防止の観点から二酸化炭素の排出量削減が緊急の課題である。二酸化炭素排出量削減の方法として、以下の技術開発が行われている。
・インプットの炭素量を削減する。
・アウトプットの二酸化炭素を回収する。
・従来の石炭・石油等をカーボンフリーの炭素源に代替する。
【０００３】
カーボンフリーの炭素源としてはバイオマスが知られている。バイオマスとしては、建築家屋の解体で発生する木材廃棄物、製材所発生の木質系廃棄物、森林等での剪定廃棄物、農業系廃棄物などがある。その処理利用方法としては、埋立て、放置、焼却、燃料等が主なものである。また、燃料利用を目的としたバイオ燃料作物も知られている。
【０００４】
一方、鉄鋼業において、特に製銑工程は石炭を還元材として鉄鉱石を還元するプロセスである。また、製鋼工程では精練に必要な熱を石炭等で供給している。従って、鉄鋼業では炭素源の使用が必須である。一方、バイオマスは炭素、酸素、水素から構成されているが、バイオマス自体は高含水率、低廃熱量（例えば、水分１５ｍａｓｓ％、発熱量１６．２ＭＪ／ｋｇ−乾燥基準）であり、直接鉄鋼プロセスで使用することは効率面で有利ではない。そのため、バイオマスを乾留し、脱水、脱炭酸等の処理を施し、水分を除去、発熱量を高めて鉄鋼プロセスで使用する方法がある。乾留により脱水、脱ガス（脱炭酸、脱メタン、タール発生等）が起き、バイオマス中の炭素分が、ガスおよびタール分として発生するため、固体として残留する炭素分（バイオマス炭）は少ない。鉄鋼プロセスで石炭代替として、このような乾留後に固体として残留する炭素分をバイオマス炭として効率よく利用するためには、高収率でバイオマス炭を製造する必要がある。
【０００５】
このようなバイオマスを熱分解して可燃性ガスや炭化物（バイオマス炭）を製造して再利用する技術も知られている。
【０００６】
特許文献１は、バイオマスを加熱乾留することにより得られる炭化物に対し、加熱時に発生する揮発分を循環吸収させて高発熱量炭化物を製造する方法を開示している。
【０００７】
特許文献２は、有機物を燃焼用空気の非供給下で熱分解して無定形炭素を生成し、熱分解途上の有機物から発生する可燃性ガスと気体状のタールとを含む未処理ガスを、大気圧下で８００〜１０００℃の温度で無定形炭素に流通させて、タールをほぼ完全に熱分解してタールが除去された処理ガスを得る有機物の処理方法を開示している。
【０００８】
特許文献３は、竪型炉に投入された廃棄物をガス吹き込みノズルより吹き込まれた加熱ガスの接触で熱分解させ、炉内で炭化物と熱分解ガスに分離させるようにした廃棄物の熱分解処理装置を開示している。
【０００９】
特許文献４は、箱状炉の炉体の中に木炭の原料を充填して、加熱し乾燥、乾留、炭化し、木炭を製造する木炭製造装置を開示している。
【００１０】
特許文献５は、原料の装入口と炭の排出口とを有する箱型の炉本体と、該本体内に設けられた横断面が四角形の炭化室と、該炭化室内の木質材が加熱されて発生する可燃ガスをその上部空間で燃焼させる燃焼室と、該燃焼室内に空気を吹き込む羽口と、該羽口からの空気吹込み量を調節する手段と、前記炭化室の側面又は底面とに設けられた伝熱壁とを有する炭化炉を開示している。
【００１１】
特許文献６は、ロータリーキルンまたはロータリードライヤーで木材を３００〜１０００℃、酸素濃度１０％以下で加熱し、加熱で発生するガスを前記ロータリーキルンまたは前記ロータリードライヤーと連結した燃焼炉で燃焼させる木材の炭化方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２１３２７３号公報
【特許文献２】特許第３７８１３７９号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１５５７号公報
【特許文献４】特開平０３−１２２１９１号公報
【特許文献５】特開２００７−１４６０１６号公報
【特許文献６】特開２００２−２４１７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載の方法でバイオマス炭を製造すると、バイオマス炭の収率は付着したタール等の分だけ向上する。しかし、液状揮発分を吸収させる方法で得られる炭化物の表面は粘着性で、取り扱いが困難なものであると考えられる。一般的に、バイオマスを熱分解して得られるタールは、熱分解して得られる液体であるが、バイオマスの炭化物の発熱量が約３０ＭＪ／ｋｇであるのに対し、タールは最大約１０ＭＪ／ｋｇであり重油の半分以下である。また、バイオマスを熱分解して炭化物が得られる際に、バイオマス中の酸素分の多くはタール分や揮発分としてバイオマスから脱離するために、炭化物中の酸素含有率は１０ｍａｓｓ％未満であるのに対し、タール中の酸素含有率は２０ｍａｓｓ％を超え、４０ｍａｓｓ％近くなる場合もある。酸素分の高い、反応性の高いタールは発火性も高く、安全上の問題もある。
【００１４】
以上のように、タール分は炭化物と比較すると、酸素含有率が高く、発熱量が低く、高粘性で、反応性が高く安定性が低いため、バイオマス炭に付着させることはバイオマス炭の品質を低下させることになる。
【００１５】
特許文献２は、無定形炭素と可燃性ガスとを生成するにあたり、タールを水蒸気改質によらずに分解することで、可燃性ガスの収量を増大することを目的としている。炭化物の製造という観点では、原料中の炭素分がガスやタール化することで、炭化物の収率が低下することになる。特許文献２に記載のように１０００℃近い温度でタールを熱分解すると、ほとんどがガスに転化し、タールから得られる炭化物の収率はせいぜい数ｍａｓｓ％である。
【００１６】
特許文献３は、竪型炉でバイオマス等を炭化して炭化物を製造している。通常、炉下部から無酸素の高温ガスを送風して内容物を加熱することで行なうが、この乾留による熱分解により、炭化物の生成と同時にガス、タール等も発生する。これらのガスやタールも有効利用することは可能であるので、炭化物の製造という観点では、原料中の炭素分がガスやタール化することで、炭化物の収率が低下することになる。
【００１７】
特許文献４〜６に記載の従来技術においては、以下の（ａ）〜（ｄ）の課題がある。
【００１８】
（ａ）バッチ方式およびロータリーキルン方式とも加熱温度、雰囲気条件等を制御することでのみバイオマスを炭化する方法である。炭化されたバイオマス（バイオマス炭）の収率は、バッチ方式で約２５ｍａｓｓ%、ロータリーキルン方式で約２０ｍａｓｓ%であり、それ以上にバイオマス炭の収率を向上させることは難しい。
【００１９】
（ｂ）発生するガスおよびタールを燃焼させ、バイオマスの乾留の熱源とすると、ガスやタール分はバイオマス炭として回収できない。発生するタールは積極的にバイオマス炭に変換することが望ましい。
【００２０】
（ｃ）特許文献４、５のバッチ方式においては、連続プロセスでないため、炭化に５時間以上を要し、経済的でない。
【００２１】
（ｄ）バイオマス乾留生成物中には、軽質ガス以外に木酢および重質炭化水素（タール）成分も発生し、タール成分を完全燃焼するためには空気比、温度等の管理が必要となる。また、燃焼処理を行わず、乾留生成物を別途利用するためにはタール除去等の排ガス処理が必要となる。
【００２２】
本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、竪型炉を用いてバイオマスを炭化してバイオマス炭を製造する際に、バイオマス炭の収率を向上可能であって、しかもバイオマス炭の品質の低下の少ない、バイオマス炭の製造方法およびこれに用いるバイオマス炭の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）バイオマスを炭化させてバイオマス炭とし、
前記炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを排出し、
前記排出ガス中の前記タールの少なくとも一部を前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触させ、
前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触した前記タールの少なくとも一部を炭化物に転化させることからなる、
バイオマス炭の製造方法。
（２）（１）に記載のバイオマス炭の製造方法において、
竪型炉の頂部または側方上部からバイオマスを投入し、
前記竪型炉の底部または前記排出ガスの排出位置より下方である側方下部から熱風を吹き込み、
前記竪型炉内で前記バイオマスを炭化させてバイオマス炭とし、
前記炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを前記竪型炉の頂部または側方上部から排出し、
前記排出ガス中の前記タールの少なくとも一部を前記竪型炉に吹き込んで前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触させ、
前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触した前記タールの少なくとも一部を炭化物に転化させることからなる、
バイオマス炭の製造方法。
（３）前記排出ガス中の前記タールの少なくとも一部を前記熱風とともに前記竪型炉に吹き込むことからなる、（２）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（４）前記竪型炉の底部または側方下部から冷却用ガスを供給することからなる、（２）または（３）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（５）前記冷却用ガスは前記排出ガスを循環して使用するものである、（４）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（６）前記タールの一部を前記冷却用ガスとともに炉内に供給することからなる、（４）または（５）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（７）前記排出ガスから前記タールを分離し、分離された前記タールを竪型炉に吹き込むことからなる、（２）ないし（６）のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
（８）前記排出ガスを空気比１未満で燃焼させて、熱風として竪型炉に吹き込むことからなる、（２）ないし（７）のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
（９）前記バイオマス炭の炭化温度は３００〜７００℃である、（２）ないし（８）のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
（１０）前記排出ガスの温度は５０〜３００℃である、（２）ないし（９）のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
（１１）前記熱風は、無酸素または低酸素であって温度が４００〜１２００℃である、（２）ないし（１０）のいずれかに記載のバイオマス炭の製造方法。
（１２）前記バイオマスの炭化が、竪型炉の頂部または側方上部からバイオマスを前記竪型炉に投入し、竪型炉の底部または側方下部から熱風を吹き込むことにより行われ、
前記排出ガスの排出が、竪型炉の頂部または側方上部から前記炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを排出することにより行なわれ、
前記タールの少なくとも一部の接触が、前記炭化の際に発生する排出ガス中のタールの少なくとも一部を前記竪型炉に吹き込むことにより行なわれる、
（１）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１３）（１）に記載のバイオマス炭の製造方法において、
バイオマスを乾留して乾留バイオマスとし、
前記乾留バイオマスに、前記バイオマスの乾留により発生したガスとタールとを接触させて、前記ガスおよび前記タール中の炭素分を前記乾留バイオマスに付着析出させる、
バイオマス炭の製造方法。
（１４）前記乾留バイオマスの比表面積が１０ｍ2／ｇ以上である（１３）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１５）バイオマスの乾留温度が４５０℃〜７００℃であり、ガスとタール中の炭素分を乾留バイオマスに付着析出させる際の温度が４５０〜７００℃である（１３）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１６）前記乾留が、ロータリーキルン式乾留炉で行われる、（１３）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１７）前記タール中の炭素分の乾留バイオマスへの付着析出が、充填層あるいは移動層方式コーキング炉で行われる、（１３）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１８）前記バイオマスの炭化が、バイオマスを乾留し、乾留バイオマスとタールを含有する排出ガスを生成し、前記乾留バイオマスをコーキングすることからなり、
前記タールの少なくとも一部の接触が、前記乾留バイオマスに前記タールを含有する排出ガスを接触させて、前記ガスおよび前記タール中の炭素分を前記乾留バイオマスに付着析出させることからなる、
（１）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（１９）互いに接続された２基の乾留炉を有する２塔式の充填移動層方式の炉を用いてバイオマスを乾留してバイオマス炭を製造する方法であって、
一方の乾留炉でのバイオマスの乾留により発生したガスとタールとを他方の乾留炉内のバイオマスに接触させ、
前記他方の乾留炉内のバイオマスの乾留の際に前記ガスおよび前記タール中の炭素分を前記他方の乾留炉内のバイオマスに付着析出させる、
（１）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（２０）乾留炉内でのバイオマスの乾留温度を４００℃〜８００℃とする（１９）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（２１）乾留炉内でのバイオマスの滞留時間を３０分以上とする（１９）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（２２）前記バイオマスの炭化が、第１の乾留炉でバイオマスを乾留し、ガスとタールを発生させことからなり、
前記タールの少なくとも一部の接触が、第１の乾留炉で発生したガスとタールを第２の乾留炉内のバイオマスに接触させて、第２の乾留炉内のバイオマスの乾留の際に前記ガスおよび前記タールを第２の乾留炉内のバイオマスに付着析出させることからなる、
（１）に記載のバイオマス炭の製造方法。
（２３）バイオマスを炭化してバイオマス炭を製造する竪型炉と、
前記竪型炉の頂部または側方上部に設けられたバイオマスの投入口と、
前記竪型炉の頂部または側方上部に設けられた排出ガスの排出口と、
前記竪型炉の底部、または前記排出口より下方である側方下部に設けられた熱風の吹き込み口と、
前記排出ガスの少なくとも一部を空気比１未満で燃焼させる部分燃焼機と、
を有するバイオマス炭の製造装置。
（２４）さらに、排出ガスから少なくともガス成分とタールとを分離する分離機を有する、（２３）に記載のバイオマス炭の製造装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、竪型炉を用いて、バイオマスを炭化してバイオマス炭を効率的に製造することができ、バイオマス炭の収率を向上させることが可能となる。製造されるバイオマス炭の品質も、タールが単に付着したバイオマス炭に比べて向上する。
【００２５】
また、タールが有効利用され、タール処理の負担も軽減する。乾留生成物を軽質化でき、排ガス処理工程も軽減可能となる。これにより、バイオマスの再利用が促進されて、ＣＯ2排出量削減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１のバイオマス炭の製造装置の一実施形態を示す図。
【図２】実施の形態１のバイオマス炭の製造装置の他の一実施形態を示す図。
【図３】実施の形態１のバイオマス炭の製造装置の他の一実施形態を示す図。
【図４】実施の形態１のバイオマス炭の製造装置の他の一実施形態を示す図。
【図５】実施の形態１のバイオマス炭の製造装置の他の一実施形態を示す図。
【図６】実施の形態１のバイオマス炭の製造装置の他の一実施形態を示す図。
【図７】実施の形態２の一実施形態の説明図。
【図８】実施の形態２の他の一実施形態の説明図。
【図９】実施の形態３に係わる２塔式の充填移動層方式の炉を用いたバイオマス炭製造装置の概略図。
【図１０】図９の乾留炉の断面図。
【図１１】図９の装置を用いた本発明の一実施形態の説明図。
【図１２】実施の形態３の実施例で用いた２塔式の充填移動層方式の炉の概略図。
【図１３】実施の形態３の他の一実施形態の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
［実施の形態１］
バイオマスとは、ある一定量集積した動植物資源とこれを起源とする廃棄物の総称である。ただし、化石資源はバイオマスから除かれる。実施の形態１で用いるバイオマスには、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等の、熱分解して炭化物を生成するあらゆるバイオマスを用いることができる。有効発熱量の高いバイオマスを用いることが好ましく、木質系バイオマスを用いることが好ましい。
木質系バイオマスとして、以下のものが挙げられる。
・パルプ黒液、チップダスト等の製紙副産物、樹皮、のこ屑等の製材副産物、
・枝、葉、梢、端尺材等の林地残材、
・スギ、ヒノキ、マツ類等の除間伐材、
・食用菌類の廃ホダ木等の特用林産からのもの、
・シイ、コナラ、マツ等の薪炭林、ヤナギ、ポプラ、ユーカリ、マツ等の短伐期林業等の林業系バイオマスや、
・市町村の街路樹、個人宅の庭木等の剪定枝条等の一般廃棄物や、
・国や県の街路樹、企業の庭木等の剪定枝条、
・建設・建築廃材等の産業廃棄物。
【００２８】
農業系バイオマスに分類される、廃棄物・副産物を発生源とする籾殻、麦わら、稲わら、サトウキビカス、パームヤシ等や、エネルギー作物を発生源とする米糠、菜種、大豆等の農業系バイオマスの一部も木質系バイオマスとして好適に用いることができる。
【００２９】
実施の形態１では、炭化炉として竪型炉を用いてバイオマスを炭化して、炭化物であるバイオマス炭を製造する。竪型炉としては、シャフト炉を用いることが好適である。
【００３０】
バイオマスを炭化する際の炭化とは、空気（酸素）の供給を遮断または制限して加熱し、気体（木ガスとも呼ばれる）、液体（タール）、固体（炭）の生成物を得ることを言う。加熱温度、加熱時間を変化させることで、得られる気体、液体、固体の成分や割合が変化する。
【００３１】
実施の形態１では炭化の際に発生する排出ガス中のタールを気体とともに回収し、そのタールの少なくとも一部を熱風とともに、バイオマスの炭化を行なう竪型炉に吹き込むことで、タールをバイオマス炭に付着させ、さらにタールの炭化物をバイオマス炭上に析出させて、バイオマス炭の収率を向上させる。バイオマスの炭化で生成したタールが再度竪型炉内で炭化されてバイオマス炭上に析出することで、バイオマス炭はタールが付着しただけの状態に比べて、より酸素含有率が低く、発熱量が高くなり、反応性が低く発火性も低下して安全性が高まり、品質が向上する。
【００３２】
ここで言う「タールの炭化物がバイオマス炭上に析出する」とは、「バイオマス炭上でタールの熱分解反応あるいは重合反応が進むことで、バイオマス炭上でタールが炭化物に転化する」ことである。このような熱分解反応あるいは重合反応が起きるには、バイオマス炭の上にタールがまず付着して、そのタールが付着したバイオマス炭が加熱されより高温になることが必要である。実施の形態１の竪型炉内では、タールは炉上部の低温部でバイオマス炭に付着し、そのタールが付着したバイオマス炭が炉下部に降りてきて加熱されてより高温となるので、タールの炭化物がバイオマス炭上に析出することが起きる。
【００３３】
バイオマスの炭化で生成したタールが再度竪型炉内で炭化されてバイオマス炭上に析出することで、バイオマス炭はタールが付着しただけの状態に比べて、より酸素含有率が低く、発熱量が高くなり、反応性が低く発火性も低下して安全性が高まり、品質が向上する。実施の形態１のバイオマス炭は従来のタールを付着させないバイオマス炭と同様の３０ＭＪ／ｋｇ程度の発熱量が得られる。
【００３４】
例えば、特許文献１に示すような方法でタールを付着させると、タールの発熱量が１０ＭＪ／ｋｇ程度であることから、特許文献１における実施例のエネルギー収率向上の割合からタールの付着量を想定して計算すると、１４〜２０ＭＪ／ｋｇ程度の発熱量しか得られないことになる。仮に、特許文献１において、付着したタールがバイオマスを熱分解して得られる液体を静置あるいは蒸留によって褐色透明な液（酢液）を分離して除いた黒褐色の高粘性の液状物であったとしても、酢液が除去されたタールの発熱量は最大約２０ＭＪ／ｋｇとなり、結果としてバイオマス炭の発熱量は２３〜２７ＭＪ／ｋｇにとどまる。
【００３５】
上記のようにバイオマスを炭化してバイオマス炭を製造するために、実施の形態１では竪型炉の頂部または側方上部からバイオマスを投入して炉内に充填層を形成し、竪型炉の底部または側方下部から熱風を吹き込むことによりバイオマスを炭化し、竪型炉の上部から炭化の際に発生するタールを含有する排出ガスを排出し、このタールの少なくとも一部を熱風とともに竪型炉に吹き込みながらバイオマスの炭化を行なう。以下、頂部または側方上部を総称して「上部」と記す。以下、底部または側方下部を総称して「下部」と記す。タールが付着して炭化物として析出したバイオマス炭を竪型炉の下部から排出する。尚、熱風を吹き込む位置は、排出ガスの排出位置より下方とする。バイオマスは熱風の顕熱によって炭化される。なお、ここで側方上部とは竪型炉の高さ方向で上半分の側部を指すが、上方１／４以上であると更に良い。同様に、側方下部とは竪型炉の高さ方向で下半分の側部を指すが、下方１／４以下であると更に良い。
【００３６】
タールは排出ガスから分離して、少なくともその一部を竪型炉に吹き込む。排出ガスから分離されたタールの１０〜１００％を竪型炉に吹き込み、前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触させるのが好ましい。１０％以上にすると、炭化収率向上の効果が大きい。排出ガスから分離されたタールの５０〜１００％を竪型炉に吹き込むのがより好ましい。吹き込む方法は任意であるが、バイオマス充填層（熱風吹き込み位置から充填層表面まで）の下半分の位置に吹き込むことが好ましい。タールを熱風に混合することで熱風とともに吹き込むようにすると、タールが炭化物に転化する効率が高くなり、また設備的にも簡便で好ましい。前記バイオマス及び／又は前記バイオマス炭に接触した前記タールの１０〜１００％を炭化物に転化させるのが好ましい。１０％以上が炭化収率向上の上から望ましい。２０〜１００％がより望ましい。または、タールを含有する排出ガスのまま部分燃焼させて、少なくともその一部を熱風として用いることで、熱風とともに吹き込むことができる。
【００３７】
尚、熱風は任意の発生源のものを用いることが可能であり、熱風炉等で発生させた熱風を用いることも、排出ガスからタールや水を分離したものを部分燃焼させたものを循環して用いることも、排出ガスをそのまま部分燃焼させたものを循環して用いることもできる。
【００３８】
竪型炉中のバイオマス炭は高温であるため、切り出して排出したバイオマス炭は冷却することが好ましい。この冷却を容易にするために、竪型炉の下部から炉内に冷却用ガスを供給することが好ましい。冷却用ガスとしては、排出ガスを循環して使用することが好ましく、排出ガスからタールや水を分離した残部のガスを部分燃焼させたものの一部を冷却して用いることもできる。冷却用ガスも、空気（酸素）の供給を遮断または制限したものである必要がある。
【００３９】
上記の冷却用ガスには、バイオマスの炭化の際に発生したタールの一部を混合し、竪型炉内に冷却用ガスとともにタールを供給することが好ましい。冷却されるバイオマス炭にタールが付着し、バイオマス炭の収率が向上する。熱風とともに吹き込まれるタールに比較するとその割合は少ないが、冷却用ガスとともに供給されたタールの一部も、炉内で炭化されてバイオマス炭上に析出する。排出ガスを循環して冷却用ガスに使用する場合には、タールは予め冷却用ガスに混合されている状態で吹込まれることになる。
【００４０】
熱風や冷却用ガスとともに吹込まれるタールには、外部発生のタールを追加することも可能である。外部発生のタールとしては、炭化する余地のある、バイオマス由来のタールを用いることが好ましく、バイオマスを７００℃以下で熱分解して発生するタールを用いることが特に好ましい。
【００４１】
排出ガスの残部は、燃料として用いることや、別途燃焼機等で燃焼させて、高温の廃ガスとして、熱回収やバイオマスの乾燥用などに利用することができる。
【００４２】
竪型炉中のバイオマスの充填層の高さは、熱風吹き込み位置から充填層表面までの高さである。この充填層の高さは、２ｍ以上、１５ｍ未満とすることが好ましい。バイオマスが加熱される部分の高さが低すぎると、熱交換が非効率で、タールによる収率向上の効果も少ない。一方で、バイオマスが加熱される部分の高さが高すぎると、圧力損失が大きくなりすぎ、設備コストが増大する。
【００４３】
実施の形態１の一実施形態を図１を用いて説明する。
【００４４】
竪型炉である炭化炉１０には、木質系バイオマス等の原料１が上部の投入口から供給される。また、熱風５が熱風の吹き込み口である熱風入口１１から供給される。熱風５は、炉内充填物の燃焼を招かず、炭化させるために無酸素或いは低酸素である。低酸素とは、例えば、１ｖｏｌ％未満の酸素含有量である。熱風５には、タール４を混合することが出来る。
【００４５】
原料１は、炭化炉１０内で充填層１２を形成し、熱風５により加熱されることで炭化され、下部の切り出し装置１３から炭化物２となって排出される。熱風入口１１に回転機構等を設置することで、炭化物の切り出しを促すことが出来る。一方、充填層１２から発生した排出ガス３は、炉上部の排出口より排出される。発生ガスは、ほぼ無酸素状態であり、タールが混入している。
【００４６】
原料１の形態としては、充填層のガス流通に支障が生じないような形態、すなわち５ｍｍ〜２００ｍｍ程度が主体（９０ｍａｓｓ％以上）の大きさの塊状物とすることが好ましい。なお、ここでの粒径は、２００ｍｍ以下とは目開きが２００ｍｍの篩を通過する篩下であり、５ｍｍ以上とは５ｍｍの篩の篩上の状態を言う。
【００４７】
原料１が炭化炉１０に供給される際に、充填層１２の上面はある程度ならされた平坦化状態とすることが好ましい。これは、ガスの偏流を防ぎ効率的な炭化を実現するためである。
【００４８】
熱風５の温度は４００〜１２００℃であるのが望ましい。吹き込み温度が低すぎると原料の炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下する上に、設備がコスト高になるためである。好ましくは６００〜１２００℃であり、更に好ましくは６００〜１０００℃である。
【００４９】
炭化により生成する炭化物温度は３００〜７００℃程度が望ましい。温度が低すぎると炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下する上に、設備がコスト高になるためである。好ましくは４００〜７００℃であり、更に好ましくは４００〜６００℃である。切り出し装置１３で切り出される際に、水冷ジャケットなどの間接冷却或いは水噴霧による直接冷却により安全な温度で炭化物２を切り出すことが出来る。
【００５０】
充填層１２上部の排出口から排出される排出ガスの温度は、５０〜３００℃程度が望ましい。温度が低すぎると、水分が充填層から十分に排出されなくなるためであり、温度が高すぎるとタール分の充填層からの排出が過大になり炭化物の収率が低下し、下流でタールトラブルが起きやすくなるためである。好ましくは７０〜２００℃程度である。
【００５１】
熱風５には、タール４を混合する。タール４には排出ガス３から分離したものを使用することが好ましい。熱風５にタール４を混合することにより、タール４の一部が炭化物２に付着して、炭化物として回収されるようになるため、炭化物２の収率が向上できる。熱風５として排出ガス３の一部をそのまま用いることで、タールが混合された状態の熱風を吹き込むこともできる。
【００５２】
タール４は、熱風５と混合され炉内充填層１２に供給され、充填層内の炭化物に吸着することで炭化物２の収率向上に寄与する。タール４の大部分は、充填層１２内で熱分解してチャー分が生成し、即ち炭化物となる。
【００５３】
熱風５は、図示したように炉下部から熱風入口を通して供給されるが、炉の横からノズルを使って供給されるようにしても良い。
【００５４】
本発明の他の一実施形態を図２を用いて説明する。
【００５５】
炭化炉１０には、原料１が上部から供給される。また、熱風２１が炉内中段部に供給される。熱風２１には、タール２２を混合する。また、冷風２３が冷風入口２５から炉内に供給される。冷風２３には、タール２４を混合することが出来る。熱風２１および冷風２３は、炉内充填物の燃焼を招かず、炭化させるために無酸素或いは低酸素である。
【００５６】
原料１は、炉内で充填層１２を形成し、熱風２１により加熱されることで炭化され、炭化後に冷風２３により冷却され、下部の切り出し装置１３から炭化物２となって排出される。冷風入口２５は回転機構等を設置することで、炭化物の切り出しを促すことが出来る。 一方、充填層１２から発生した排出ガス３は、炉上部より排出される。
【００５７】
原料１の形態としては、充填層のガス流通に支障が生じないような形態、すなわち５ｍｍ〜２００ｍｍ程度が主体（９０ｍａｓｓ％以上）の大きさの塊状物とすることが好ましい。なお、ここでの粒径は、２００ｍｍ以下とは目開きが２００ｍｍの篩を通過する篩下であり、５ｍｍ以上とは５ｍｍの篩の篩上の状態を言う。
【００５８】
原料１が炭化炉１０に供給される際に、充填層１２の上面はある程度ならされた平坦化状態とすることが好ましい。これは、ガスの偏流を防ぎ効率的な炭化を実現するためである。
【００５９】
熱風２１の温度は４００〜１２００℃として送風するものとする。送風温度が低すぎると原料の炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下する上に、設備がコスト高になるためである。好ましくは６００〜１０００℃である。
【００６０】
充填層中段の熱風２１入口付近の炭化物温度は３００〜７００℃程度が望ましい。温度が低すぎると炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下する上に、設備がコスト高になるためである。好ましくは４００〜７００℃であり、更に好ましくは４００〜６００℃である。
【００６１】
冷風２３の温度は２００℃以下であるのが望ましい。好ましくは１００℃以下である。温度が高すぎると冷却が効率的でないためである。
【００６２】
切り出し装置１３で切り出される際に、水冷ジャケットなどの間接冷却或いは水噴霧による直接冷却により安全な温度で炭化物２を切り出すことが出来る。
【００６３】
充填層１２上部から排出される排出ガスの温度は、５０〜３００℃程度が好ましい。温度が低すぎると、水分が充填層から十分に排出されなくなるためであり、温度が高すぎるとタール分の充填層からの排出が過大になり炭化物の収率が低下し、下流でタールトラブルが起きやすくなるためである。より好ましくは７０〜２００℃程度である。
【００６４】
熱風２１に、タール２２を混合する際には、タール２２には排出ガス３から分離したものを使用する。熱風２１にタール２２を混合することにより、タール２２の一部が炭化物２に含まれるようになるため、炭化物２の収率を向上させることができる。熱風２１として排出ガス３の一部をそのまま用いることでも、タールが混合された状態の熱風を吹き込むことができる。
【００６５】
冷風２３にも、タール２４を混合することができ、タール２４には排出ガス３から分離したものを使用することが好ましい。冷風２３にタール２４を混合することにより、タール２４の一部が生成炭化物２に含まれるようになるため、炭化物２の収率を向上させることができる。
【００６６】
タール２２あるいはタール２４は、熱風２１あるいは冷風２３と混合され炉内充填層１２に供給され、充填層内の炭化物に吸着することで炭化物２の収率向上に寄与する。タール２２あるいは２４は、さらに、充填層１２内で熱分解してチャー分が生成し、即ち炭化物となり炭化物２の収率向上に寄与する。タール２４には、炉内で熱分解してチャー分を生成するもの以外に、炭化物に付着したまま炉外に排出されるものもある。
【００６７】
タール２２あるいはタール２４は、図示したように熱風２１や冷風２３と混合され炉内に供給されるが、熱風や冷風と混合させずに炉内充填層１２に直接供給しても良い。
【００６８】
冷風２３は、図示したように炉下部から熱風入口を通して供給されるが、炉の横からノズルを使って供給しても良い。
【００６９】
本発明の他の一実施形態を図３を用いて説明する。
【００７０】
炭化炉１０には、原料１が上部から供給され、炉内で充填層１２を形成し、熱風５により加熱されることで炭化され、炭化物２となって排出される。
【００７１】
充填層１２で発生した排出ガス３は、分離機３１１にてガス３２、酢液３３、タール３４に分離される。ここで得られるタールは、バイオマスを熱分解して得られる液体を静置あるいは蒸留によって褐色透明な液（酢液）を分離して除いた黒褐色の高粘性の液状物を言う。この場合のタールの発熱量は、酢液を除去することにより、最大約２０ＭＪ／ｋｇとなる。分離機３１１の形態としては、酢液の凝縮温度以下の温度で、酢液およびタールを液相に、ガスを気相に分離させることができ、液相を水相（酢液相）と油相（タール相）に分離させることが出来る構造であれば、特に限定しない。水相には水溶性の有機物も含まれる。分離機３１１では、必要に応じて冷却することで、分離効率を高めることが出来る。
【００７２】
分離機３１１で分離されたガス３２と、分離されたタール３４の一部は、部分燃焼機３１２にて、空気３５によりいわゆる不完全燃焼させる。ここで、空気３５の量は空気比１未満で、無酸素或いは極めて低酸素の熱風３６を発生させる。熱風を所定の温度まで昇温させるのにあたって、通常のバイオマス原料を使用すれば空気比１未満で可能であるが、０．５以上であることが好ましい。また、熱風中にタールを残すためには、空気比０．８以下であることが好ましい。
【００７３】
分離機３１１で分離された酢液は、廃棄するか、溶け込んでいる水溶性有機物等の有効利用を図る。場合によっては、燃焼機３１３にて燃焼処理され廃ガス３８として放出される。
【００７４】
部分燃焼機３１２で発生した熱風３６の一部は、炭化炉１０に熱風５として送られ、炭化の為の熱源とする。
【００７５】
分離機３１１で分離されたタール３４の一部は、タール４として熱風５と共に炭化炉１０に送られる。
【００７６】
部分燃焼機３１２で発生した熱風の一部は、燃焼機３１３にて、空気３７と混合して残留する可燃ガス成分を燃焼させ、廃ガス３８を排出する。
【００７７】
原料１の形態等は、図１、２を用いた実施形態にて説明したものと同様である。
【００７８】
熱風５の温度は４００〜１２００℃が好ましい。温度が低すぎると原料の炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下する上に、設備がコスト高になるためである。より好ましくは６００〜１０００℃とする。
【００７９】
生成する炭化物温度は３００〜７００℃程度が望ましい。温度が低すぎると炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下する上に、設備がコスト高になるためである。好ましくは４００〜７００℃であり、更に好ましくは４００〜６００℃である。
【００８０】
充填層１２上部から排出される排出ガス３の温度は、５０〜３００℃程度が望ましい。温度が低すぎると、水分が充填層から十分に排出されなくなるためであり、温度が高すぎるとタール分の充填層からの排出が過大になり炭化物の収率が低下し、下流でタールトラブルが起きやすくなるためである。好ましくは７０〜２００℃程度である。
【００８１】
熱風５には、分離機３１１で分離されたタール３４の一部のタール４を混合する。熱風５にタール４を混合することにより、タール４の一部が炭化物２に含まれるようになるため、炭化物２の収率が向上できる。
【００８２】
タール４は、熱風５と混合され炉内充填層１２に供給され、充填層内の炭化物に吸着することで炭化物２の収率向上に寄与する。タール４は、さらに、充填層１２内で熱分解してチャー分が生成し、即ち炭化物となり炭化物２の収率向上に寄与する。
【００８３】
タール４は、図示したように熱風５と混合され炉内に供給されるが、熱風５と混合させずに炉内充填層１２に直接供給しても良い。
【００８４】
分離機３１１で、タール３４を分離することにより、タールを有効利用して炭化物２の収率を向上させることができる。
【００８５】
分離機３１１で酢液３３を分離することにより、酢液を分離しない場合に比べ、部分燃焼機３１２に供給される酢液分を減少させることが出来るので、以下の効用がある。
第一に、同じ空気比における部分燃焼機３１２の温度を上昇させることができ、炭化炉１０に必要な熱を供給し易くなる。
第二に、熱風５に含まれる水蒸気を減少させることが出来るため、炭化炉内での水蒸気による炭素消費反応を抑制する効果があり、炭化物収率の向上につながる。
【００８６】
廃ガス３８の熱は、原料１の乾燥等に利用することが出来る。
【００８７】
本発明の他の一実施形態を図４を用いて説明する。
【００８８】
炭化炉１０には、原料１が上部から供給される。また、熱風２１が炉内中段部に供給され、熱風２１には、タール２２を混合することが出来る。また、冷風２３が炉内に供給され、冷風２３には、タール２４を混合することが出来る。熱風２１および冷風２３は、炉内充填物の燃焼を招かず、乾留させるために無酸素或いは低酸素である。
【００８９】
原料１は、炉内で充填層１２を形成し、熱風２１により加熱されることで炭化され、炭化後に冷風２３により冷却され、炭化物２となって排出される。
【００９０】
充填層から発生した排出ガス３は、炉上部より排出され、分離機３１１にてガス３２、酢液３３、タール３４に分離される。分離機３１１の形態としては、酢液の凝縮温度以下の温度で、酢液およびタールを液相に、ガスを気相に分離させることができ、液相を水相と油相（タール相）に分離させることが出来る構造であれば、特に限定しない。分離機３１１では、必要に応じて冷却することで、分離効率を高めることが出来る。
【００９１】
分離機３１１で分離されたガス３２と、分離されたタール３４の一部は、部分燃焼機３１２にて、空気３５によりいわゆる不完全燃焼させる。ここで、空気３５の量は空気比１未満で、無酸素或いは極めて低酸素の熱風３６を発生させる。熱風を所定の温度まで昇温させるのにあたって、通常のバイオマス原料を使用すれば空気比１未満で可能であるが、０．５以上であることが好ましい。また、熱風中にタールを残すためには、空気比０．８以下であることが好ましい。
【００９２】
分離機３１１で分離された酢液は、廃棄するか、溶け込んでいる水溶性有機物等の有効利用を図る。場合によっては、燃焼機３１３にて燃焼処理され廃ガス３８として放出される。
【００９３】
部分燃焼機３１２で発生した熱風３６の一部は、炭化炉１０に熱風２１として送られ、炭化の為の熱源とする。
【００９４】
部分燃焼機３１２で発生した熱風３６の一部は、冷却機４１１にて冷却され、炭化炉１０に冷風２３として送られ、炭化物の冷却に利用される。
【００９５】
部分燃焼機３１２で発生した熱風の一部は、燃焼機３１３にて、空気３７と混合して残留する可燃ガス成分を燃焼させ、廃ガス３８を排出する。
【００９６】
原料１の形態等は、図１、２を用いた実施形態にて説明したものと同様である。
【００９７】
熱風２１の温度は４００〜１２００℃が好ましい。温度が低すぎると原料の炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下した上に、設備がコスト高になるためである。より好ましくは６００〜１０００℃である。
【００９８】
充填層中段の熱風２１入口付近の炭化物温度は３００〜７００℃程度が好ましい。温度が低すぎると炭化が十分に進まず、高すぎると炭化物の収率が低下した上に、設備がコスト高になるためである。より好ましくは４００〜７００℃であり、最も好ましくは４００〜６００℃である。
【００９９】
冷風２３の温度は２００℃以下が好ましい。より好ましくは１００℃以下である。温度が高すぎると冷却が効率的でないためである。
【０１００】
充填層１２上部から排出される排出ガスの温度は、５０〜３００℃程度が好ましい。温度が低すぎると、水分が充填層から十分に排出されなくなるためであり、温度が高すぎるとタール分の充填層からの排出が過大になり炭化物の収率が低下し、下流でタールトラブルが起きやすくなるためである。より好ましくは７０〜２００℃程度である。
【０１０１】
熱風２１には、タール２２を混合する。タール２２には分離機３１１で分離されたタール３４を使用する。熱風２１にタール２２を混合することにより、タール２２の一部が炭化物２に含まれるようになるため、炭化物２の収率が向上できる。
【０１０２】
冷風２３には、タール２４を混合することができ、タール２４に分離機３１１で分離されたタール３４を使用することが好ましい。冷風２３にタール２４を混合することにより、タール２４の一部が生成炭化物２に含まれるようになるため、炭化物２の収率が向上できる。
【０１０３】
タール２２あるいはタール２４は、熱風２１あるいは冷風２３と混合され炉内充填層１２に供給され、充填層内の炭化物に吸着することで炭化物２の収率向上に寄与する。タール２２または２４は、さらに、充填層１２内で熱分解してチャー分が生成し、即ち炭化物となり炭化物２の収率向上に寄与する。タール２４には、炉内で熱分解してチャー分を生成するもの以外に、炭化物に付着したまま炉外に排出されるものもある。
【０１０４】
タール２２あるいはタール２４は、図示したように熱風２１や冷風２３と混合され炉内に供給されるが、熱風５と混合させずに炉内充填層１２に直接供給しても良い。
【０１０５】
冷風２３は、図示したように炉下部から熱風入口を通して供給されるが、炉の横からノズルを使って供給しても良い。
【０１０６】
分離機３１１で、タール３４を分離することにより、タールを有効利用して炭化物２の収率を向上させることができる。
【０１０７】
分離機３１１で酢液３３を分離することにより、酢液を分離しない場合に比べ、部分燃焼機３１２に供給される酢液分を減少させることが出来るので、次の効用がある。第一に、同じ空気比における部分燃焼機３１２の温度を上昇させることができ、炭化炉１０に必要な熱を供給し易くなる。第二に、熱風５に含まれる水蒸気を減少させることが出来るため、炭化炉内での水蒸気による炭素消費反応を抑制する効果があり、炭化物収率の向上につながる。
【０１０８】
廃ガス３８の熱は、原料１の乾燥等に利用することが出来る。
【０１０９】
本発明の他の一実施形態を図５を用いて説明する。
【０１１０】
図５は、図４において、冷風２３およびタール２４の代わりに、排出ガス３の一部を冷風５２３として用いるようにしたものである。
【０１１１】
排出ガス３には、発生タールが含まれ、なおかつ低温であるため、炭化炉１０にて炭化物の冷却と炭化物２の収率向上に寄与できる。
【０１１２】
図４の場合に比べ、図５の方が、より設備を簡略化することができ、低コストである。
【０１１３】
本発明の他の一実施形態を図６を用いて説明する。
【０１１４】
図６は、図５において、分離機３１１を省略したものである。
【０１１５】
排出ガス３には、発生タールが含まれ、なおかつ低温であるため、炭化炉１０にて炭化物の冷却と炭化物２の収率向上に寄与できる。
【０１１６】
図５の場合に比べ、図６の方が、より設備を簡略化でき、低コストである。
【０１１７】
[実施の形態２]
実施の形態２では、バイオマス乾留時に発生する乾留生成物（ガス、タール）をバイオマス乾留により得られた乾留バイオマスに高温で接触させることにより、乾留生成物中の炭素を乾留バイオマス上に析出させたバイオマス炭を得ることができる。これにより、バイオマス乾留時の発生タールおよびガス量を最小とし、バイオマス炭の収率を向上させることができる。実施の形態２で得られたバイオマス炭はタール等がそのまま付着しているのとは異なりコーキング化して炭素の状態として付着しているため、酸素含有率が低く、発熱量が高くなり、揮発分が少なく、反応性が低く発火性も低下して安全性が高まり、高品質であり、鉄鋼プロセス、特に製銑、製鋼工程、焼結炉における炭材として好適に利用することができる。
【０１１８】
バイオマスとは、ある一定量集積した動植物資源とこれを起源とする廃棄物の総称である。ただし、化石資源はバイオマスから除かれる。実施の形態２で用いるバイオマスには、農業系、林業系、畜産系、水産系、廃棄物系等の、熱分解して炭化物を生成するあらゆるバイオマスを用いることができる。有効発熱量の高いバイオマスを用いることが好ましく、木質系バイオマスを用いることが好ましい。木質系バイオマスとしては、パルプ黒液、チップダスト等の製紙副産物、樹皮、のこ屑等の製材副産物、枝、葉、梢、端尺材等の林地残材、スギ、ヒノキ、マツ類等の除間伐材、食用菌類の廃ホダ木等の特用林産からのもの、シイ、コナラ、マツ等の薪炭林、ヤナギ、ポプラ、ユーカリ、マツ等の短伐期林業等の林業系バイオマスや、市町村の街路樹、個人宅の庭木等の剪定枝条等の一般廃棄物や、国や県の街路樹、企業の庭木等の剪定枝条、建設・建築廃材等の産業廃棄物等が挙げられる。農業系バイオマスに分類される、廃棄物・副産物を発生源とする籾殻、麦わら、稲わら、サトウキビカス、パームヤシ等や、エネルギー作物を発生源とする米糠、菜種、大豆等の農業系バイオマスの一部も木質系バイオマスとして好適に用いることができる。
【０１１９】
また、バイオマスの乾留とは、バイオマスの熱分解であり、空気（酸素）の供給を遮断または制限して加熱し、気体（木ガスとも呼ばれる）、液体（タール）、固体（炭）の生成物を得る技術である。バイオマスを熱分解して得られる液体を静置あるいは蒸留によって褐色透明な液（酢液）を分離して除いた黒褐色の高粘性の液状物をタールと呼ぶ場合もあるが、実施の形態２ではタールと酢酸とが混合された状態の液体をタールと呼ぶ。
【０１２０】
実施の形態２の一実施形態を図７を用いて説明する。１１０は乾留炉、１２０はコーキング炉、１３０はコーキング炉より発生する発生ガスの燃焼炉を示す。バイオマス１０１は図示しない供給装置により乾留炉１１０に供給され、乾留バイオマス（炭）１０２と乾留生成物（ガス、タール）１０３を生成する。乾留バイオマス１０２は図示していない供給装置によりコーキング炉１２０に供給され、同時に乾留生成物１０３もコーキング炉１２０に供給される。コーキング炉１２０内では乾留バイオマス１０２に乾留生成物１０３が接触し、乾留バイオマス１０２上に乾留生成物１０３中の炭素が析出する。炭素が析出したバイオマス炭１０５はコーキング炉１２０より排出され、鉄鋼プロセス等に利用される。一方、乾留生成物１０３はコーキング炉１２０内での炭素の析出により軽質化され、コーキング炉１２０より軽質ガス１０６として排出される。軽質ガス１０６は低級炭化水素および水素が主体であることから、燃焼装置１３０にて燃焼し、乾留炉１１０およびコーキング炉１２０の熱源として利用される。１０８は軽質ガス以外の外部から供給される燃料ガス、１０９は燃焼用空気を示す。
【０１２１】
バイオマスは加熱により熱分解され、バイオマス中の水分は蒸発し、炭素、水素と酸素は揮発分として放出される。水分の蒸発及び／又は揮発分の揮発により、バイオマス中に細孔が発現する。発生した細孔内表面には炭化水素等のタールを物理的・化学的に吸着可能なサイトが生成される。タールはこの細孔に侵入し、バイオマスに物理的・化学的に吸着される。このタールが吸着したバイオマスを、さらに加熱した場合、タールは脱水素反応を起こし、重質化し、最終的には炭化物となる。また、加熱によりバイオマス表面にもタールを吸着可能なサイトが生成し、バイオマス表面においても同様の現象がおこる。
【０１２２】
上記で記載されているように、乾留バイオマスへの炭素析出は、まずタールが乾留バイオマスに吸着し、続いて吸着したタールが脱水素し、炭素析出する。そのため、乾留バイオマスの比表面積、細孔容積、平均細孔径が重要となる。比表面積および細孔容積が充分に大きくても、平均細孔径が小さい場合にはタールは細孔内に侵入せず、吸着量が少ない。そのため、平均細孔径は１ナノメートル以上とすることが好ましく、このためには、乾留バイオマスの比表面積は１０ｍ2／ｇ以上であることが好ましい。乾留バイオマスの比表面積が大きいほど、細孔容積が増加し、かつ平均細孔径が大きくなり、バイオマスの乾留により発生したガスとタールとの接触面積が大きくなり、効率的に多量の炭素分を乾留バイオマスに付着析出させることが可能となる。比表面積が１０ｍ2／ｇ未満であると、細孔容積が少なく、かつ細孔径が１ナノメートル未満となり、タールの吸着量が少なく、炭素析出が少なくなる。
【０１２３】
バイオマスの乾留温度はバイオマスの脱水および乾留生成物が生成する温度範囲であればよく、乾留バイオマス１０２の比表面積１０ｍ2／ｇ以上となる４５０〜８００℃の範囲であればよい。バイオマス炭１０５の収率を考慮すると、４５０〜７００℃で乾留することが、より好ましい。
【０１２４】
コーキング炉１２０の温度はコーキング炉１２０でバイオマス１０１が乾留しない条件であり、乾留炉１１０と同等の温度範囲が好ましい。また、コーキング炉１２０内での乾留バイオマス１０２の滞留時間は、析出炭素により乾留バイオマス１０２の細孔が閉塞するまでの時間とすることが好ましい。細孔が完全に閉塞した後に、さらに炭素を析出させると、乾留生成物１０３中の炭素は乾留バイオマス１０２の表面に析出し、乾留バイオマス１０２同士の由着、塊状化が発生するので、コーキング炉１２０内で荷下がり不良をきたす場合がある。滞留時間は乾留バイオマスの比表面積により、適宜決定される。
【０１２５】
乾留炉１１０はバイオマス１０１を乾留できるものであればよく、通常のバッチ式、ロータリーキルン式、竪型炉等を用いることができる。連続プロセスとして採用可能なロータリーキルン式を用いることが好ましい。
【０１２６】
コーキング炉１２０は乾留バイオマス１０２が乾留生成物１０３と均一に接触し、乾留生成物１０３を分解し、乾留バイオマス１０２上に炭素を析出させる必要があることから充填層あるいは移動層方式であることが好ましい。
【０１２７】
乾留炉１１０ならびにコーキング炉１２０の加熱方法はコーキング炉１２０より発生する軽質ガス１０６を燃焼し、加熱して行なってもよく、別途重油、プロパン等の燃料ガス８を燃焼させ加熱ガスとして用いてもよい。また、燃料ガスを燃焼させる方法以外に、電気加熱により加熱してもよい。電気加熱の場合であれば乾留炉１１０およびコーキング炉１２０をそれぞれ分割して温度制御することが可能である。
【０１２８】
乾留炉１１０内でバイオマス１０１を乾留した際に乾留バイオマス１０２が粉化することが考えられる。このような場合には、コーキング炉１２０内の圧力損失を軽減するために、得られた乾留バイオマス１０２中の粉を除去し、コーキング炉１２０に供給することもできる。粉の除去方法は従来知られている篩あるいは風力分級等の方法を用いればよい。篩粒度はコーキング炉１２０の操作条件により、決定される。
【０１２９】
コーキング炉１２０に供給される材料はバイオマスを乾留した乾留バイオマス１０２であるが、乾留バイオマスと同様の比表面積を有するものも、乾留バイオマス１０２に追加して使用することができる。例えば、別途乾留処理されたバイオマス炭、活性炭など鉄鋼プロセスで石炭代替となるものである。
【０１３０】
図８を用いて、実施の形態２の他の一実施態様を説明する。図７における乾留炉１１０がロータリーキルン１５０、コーキング炉１２０が竪型炉１６０の場合の発明例である。１４０はバイオマス定量供給装置であるスクリューフィーダー、１５０は間接加熱方式ロータリーキルン、１６０は竪型炉、１１１はコーキング部、１１２はバイオマス炭の冷却部である。ロータリーキルン１５０で乾留された乾留バイオマス１０２は竪型炉１６０に上部から供給され、乾留生成物１０３の炭素分が析出したバイオマス炭１０５は冷却部１１２で窒素１１３により冷却された後、下部から排出される。
【０１３１】
冷却ガス１１３は不活性ガスであればよい。また、冷却部１１２から排出されるバイオマス炭１０５は発火しない温度範囲であればよく、２００℃以下であればよい。より好ましくは１００℃以下とする。
【０１３２】
[実施の形態３]
実施の形態３では、バイオマスを乾留してバイオマス炭を製造する際に、２塔式の充填移動層方式の炉を用いる。２塔式の充填移動層方式の炉は、シャフト炉の一種であり、メルツ炉とも呼ばれる。メルツ炉は、互いに接続された２本の竪型シャフトで交互に燃焼と蓄熱を繰り返すことで、熱原単位を削減するとともに、安定して高品位な製品を生産することでき、ロータリーキルン等に比べて熱効率が良いことが知られている。従来、メルツ炉は石灰焼成炉等として用いられてきたものであり、各竪型シャフト内で上方から供給される空気により充填層内に挿入されたバーナランスから吹き込まれる燃料ガスが燃焼し、その燃焼熱により石灰石（ＣａＣＯ3）等が焼成される。石灰石の場合は焼成されて、生石灰（ＣａＯ）となる。燃焼ガスは竪型炉の下方に移動し、他方の竪型炉内の石灰石等を予熱する。一方の竪型炉が焼成用、他方が予熱用となる。燃料の供給は、周期的にバーナランスを介して竪型シャフトの１つへ交互に行われる。
【０１３３】
このような互いに接続された２基の乾留炉を有する２塔式の充填移動層方式の炉を用いてバイオマスを乾留することで、一方の乾留炉でのバイオマスの乾留により発生したガスとタールとを他方の乾留炉内のバイオマスに接触させて、他方の乾留炉内のバイオマスの乾留の際にガスおよびタール中の炭素分を他方の乾留炉内のバイオマスに付着析出させることができる。すなわち、バイオマス乾留時に発生する乾留生成物（ガス、タール）を他方の乾留炉内のバイオマスやバイオマス乾留により得られた乾留バイオマスに高温で接触させることができ、乾留生成物中の炭素を析出させたバイオマス炭を効率的に得ることができる。これにより、バイオマス乾留時の発生タールおよびガス量を最小とし、バイオマス炭の収率を向上させることができる。乾留生成物の炭化を促進するために、乾留炉の下部のみを別途加熱することも好ましい。実施の形態３で得られたバイオマス炭はタール等がそのまま付着しているのとは異なりコーキング化した炭素の状態として付着しているため、揮発分が少なく、高品質であり、製鉄プロセス、特に製銑、製鋼工程、焼結炉における炭材として好適に利用することができるものである。
【０１３４】
また、バイオマスの乾留とは、バイオマスの熱分解であり、空気（酸素）の供給を遮断または制限して加熱し、気体（木ガスとも呼ばれる）、液体（タール）、固体（炭）の生成物を得る技術である。バイオマスを熱分解して得られる液体を静置あるいは蒸留によって褐色透明な液（酢液）を分離して除いた黒褐色の高粘性の液状物をタールと呼ぶ場合もあるが、実施の形態３ではタールと酢酸とが混合された状態の液体をタールと呼ぶ。
【０１３５】
実施の形態３の一実施形態を図９を用いて説明する。
【０１３６】
図９は２塔式の充填移動層方式の炉を用いたバイオマス炭製造装置である。図示しない破砕装置にて、乾留炉本体２０１に装入可能なサイズに破砕されたバイオマス２０２は、図示しない供給装置により、乾留炉本体２０１に供給される。乾留炉本体２０１は乾留炉Ａ（図９の左側）２０３と乾留炉Ｂ（図９の右側）２０４が下部で接続された構造であり、乾留炉本体２０１に装入されたバイオマス２０２は、まず原料切替弁２０５により乾留炉Ｂ２０４に充填される。乾留炉Ｂ２０４に充填されたバイオマスのレベルが所定値となった時点で、原料切替弁２０５が乾留炉Ａ２０３に切り替わり、乾留炉Ａ２０３にバイオマス２０２が供給される。乾留炉Ａ２０３に充填されたバイオマスのレベルが所定量になった時点で、一旦バイオマス２０２の装入を停止し、乾留を開始する。
【０１３７】
まず、乾留炉Ａ２０３において乾留に必要な熱を供給するために、配置されたランスＡ２０６に燃料２０８を供給するとともに乾留炉Ａ２０３の上部から空気２０９を送風し、ランスＡ２０６から排出する燃料２０８を燃焼させる。ランスＡ２０６は図１０に示す乾留炉Ａ２０３のＸ−Ｘ’断面（図９）のように配置されている。なお、後述するランスＢ２０７も同様に配置されている。燃焼ガスと乾留ガス・タール２２１はバイオマスに熱を供給しながら充填層２１０内を下方に移動し、乾留炉Ｂ２０４内に入り、乾留炉Ｂ２０４内のバイオマスを予熱しながら上方に向かってバイオマス充填層２１１を移動する。その際、乾留により発生した乾留ガス・タールの一部は乾留炉Ａ２０３および乾留炉Ｂ２０４内のバイオマス炭あるいはバイオマスに接触し、吸着及び／又は吸収されて炭素分が付着析出する。バイオマスに熱を供給した燃焼ガスおよびタールが除去された乾留ガス２１２が乾留炉Ｂ２０４より排出され、１次集塵機２１３にて、ガス中のダスト分が除去される。１次集塵機２１３より排出された乾留ガス２１４はＣＯおよびメタン等の軽質炭化水素であり、乾留に必要な熱源として乾留炉Ａ２０３に供給される。この際、初めに使用されていた燃料２０８は供給された乾留ガス２１４の熱量分だけ削減される。乾留炉Ａ２０３および乾留炉Ｂ２０４の間に設置されている温度計の温度が所定温度となった時点で、充填層２１０内のバイオマス炭２２３は排出弁Ａ２１５により排出され、排出弁２１６により系外に排出される。ここで、一旦、乾留炉Ａ２０３への燃料供給、乾留ガスの供給は停止される。原料切替弁２０５が乾留炉Ａ２０３側に切り替わり、乾留炉Ａ２０３内にバイオマス２０２が装入される。次に、乾留炉Ｂ２０４内に配置されたランスＢ２０７に燃料２０８を供給するとともに空気２０９を送風し、ランスＢ２０７から排出する燃料２０８を燃焼させる。燃焼ガスは前述したように乾留炉Ｂ２０４内の予熱されたバイオマスを乾留し、バイオマス炭と乾留ガス・タールを発生させる。燃焼ガスと乾留ガス・タールはバイオマスに熱を供給しながらバイオマス充填層２１１内を下方に移動し、乾留炉Ａ２０３内に入り、乾留炉Ａ２０３内のバイオマスを予熱しながら上方に向かってバイオマス充填層２１０を移動する。その際、乾留により発生したタールは乾留炉Ｂ２０４および乾留炉Ａ２０１内のバイオマス炭あるいはバイオマスに吸着及び／又は吸収される。バイオマスに熱を供給した燃焼ガスおよびタールが除去された乾留ガス２１２が乾留炉Ａ２０３より排出され、１次集塵機２１３にて、ガス中のダスト分が除去される。１次集塵機２１３より排出された乾留ガス２１４はＣＯおよびメタン等の軽質炭化水素であり、乾留に必要な熱源として乾留炉Ｂ２０４に供給される。この際、初めに使用されていた燃料２０８は供給された乾留ガス２１４の熱量分だけ削減される。乾留炉Ｂ２０４および乾留炉Ａ２０３の間に設置されている温度計の温度が所定温度となった時点で、乾留炉Ｂ２０４内のバイオマス炭は排出弁Ｂ２１７により排出され、排出弁２１６により系外に排出される。
【０１３８】
以上の操作を繰り返すことにより、バイオマスを乾留するとともに、乾留されたバイオマスにバイオマス乾留時に発生する乾留生成物中の炭素を析出させたバイオマス炭を製造する。
【０１３９】
乾留炉内でのバイオマスの乾留温度の下限は、バイオマスから乾留ガス・タールが発生する温度以上とすることが好ましい。一般的なバイオマスでは４００℃以上とするのが好ましい。一方で、バイオマスの乾留ガス・タール中にはバイオマス付着水分に加えて、分解により発生する水分が含まれる。実施の形態３ではバイオマス中炭素の回収率を向上させることを目的としており、加熱・乾留温度の上限は水分発生の反応が顕著に起こらない温度以下とすることが好ましい。一般的なバイオマスでは８００℃以下が好ましい。より好ましくは、４５０〜７５０℃である。
【０１４０】
バイオマスからバイオマス炭を高収率で製造するためには、前述の温度条件で行うことが好ましいが、特に低温で低昇温速度で実施するとともに、乾留炉内での滞留時間を長めに実施することが好ましい。滞留時間を長くすることにより、発生したタール成分等が乾留炉下部のバイオマス炭により付着しやすくなるからである。具体的には、図１１に示すように乾留炉で１回の処理で製造したバイオマス炭を全量排出するのではなく、乾留炉内のバイオマスの５０体積％を排出し、残留した５０体積％のバイオマス炭の上部に新規のバイオマスを充填することによりバイオマス炭の収率を向上させることができる。図１１の（ａ）〜（ｆ）に示すようにバイオマス炭が製造される。
（ａ）：乾留炉Ａ２０３のバイオマスを乾留する。
（ｂ）：乾留炉Ａ２０３で製造されたバイオマス炭の一部を排出する。
（ｃ）：乾留炉Ａ２０３に新たにバイオマス２０２ａを装入する。
（ｄ）：乾留炉Ｂ２０４のバイオマスを乾留する。
（ｅ）：乾留炉Ｂ２０４で製造されたバイオマス炭の一部を排出する。
（ｆ）：乾留炉Ｂ２０４にバイオマス２０２ｂを新たに装入する。
【０１４１】
バイオマス装入から排出までの乾留炉内での滞留時間は３０分以上とすることが好ましい。３０分未満の場合は炭化が不十分となり、バイオマス炭の低位発熱量が低くなる恐れがある場合がある。また、６０分を超える滞留時間ではバイオマス炭の収率が低くなるとともに、乾留炉の容積を大きくする必要があるので、経済的でない。例えば上記の５０体積％ずつ排出するケースで乾留炉内での滞留時間を３０分とする場合は１回の乾留時間は７．５分となり、乾留７．５分→炭素分の付着析出（置き時間）７．５分→乾留７．５分→炭素分の付着析出（置き時間）７．５分となる。滞留時間を３０分で一定として、１／３（３３体積％）ずつ排出すると、乾留５分→置き時間５分→乾留５分→置き時間５分→乾留５分→置き時間５分となり、１／４（２５体積％）ずつ排出すると、乾留３．７５分→置き時間３．７５分→乾留３．７５分→置き時間３．７５分→乾留３．７５分→置き時間３．７５分→乾留３．７５分→置き時間３．７５分となる。収率向上の点では、設備的に可能な範囲で、１回の乾留時間が短いことが好ましい。
【０１４２】
乾留炉内に設置しているランスは１本とすることも可能であるが、充填層内への熱供給を考慮した場合複数本配置することが好ましい。
【０１４３】
得られたバイオマス炭はそのままでも製鉄プロセスで使用可能であるが、必要に応じて成型あるいは微粉化して使用することが好ましい。成型は、傾斜した回転皿を用いて行う転動造粒、円筒状のダイスから押し出す押し出し成型、回転ロール表面のモールドに粉体を供給するブリケッティングロールの圧縮成型機等、通常使用されている成型機を用いて行なえば良い。微粉化は通常使用されているローラーミル、ロッドミル等を用いて行なえば良い。
【０１４４】
バイオマスの乾留の熱源に用いる、乾留炉においてランスから供給される燃料は、重油、天然ガス、液化石油ガス等を用いればよく、ランスから供給可能なものであればよい。
【０１４５】
乾留炉から回収されるバイオマス炭は、高温で処理された後に排出されることから、発火等の安全性を考慮して、不活性ガス等で冷却することが好ましい。冷却温度は２００℃程度であればよく、より好ましくは１００℃以下とする。
【０１４６】
図１２に、本発明の他の一実施形態を示す。乾留ガス２１４を別途燃焼炉２１８で燃焼させ、乾留炉２０３、２０４に供給する場合である。
【実施例１】
【０１４７】
実施例１〜４は、実施の形態１についての実施例である。
【０１４８】
図３に示すものと同様の設備を用いて、バイオマスを乾留して、バイオマス炭を製造する試験を行った。
【０１４９】
熱風５に、タール４を混合する場合としない場合について、炭化物２の収率の比較を行なった。原料１として、パーム油を生成する過程で発生するアブラヤシの空果房（empty fruit bunch：ＥＦＢ）からなるバイオマス系の残渣を用いた。ＥＦＢの含水率は３０ｍａｓｓ％であった。
【０１５０】
熱風５にタール４を混合させる場合（本発明例）は、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、熱風５に混合させたタール４の質量流量を０．１とした。熱風５の吹込み温度は９３０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１５１】
熱風５にタール４を混合させない場合（比較例）は、熱風５の吹込み温度は９１０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１５２】
熱風５に、タール４を混合しない比較例の場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量は、０．２５であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２５％であった。一方、タール４を混合した本発明例の場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量０．２８であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２８％であった。本発明方法を用いることで、炭化物収率が１割以上向上した。
【実施例２】
【０１５３】
図４に示すものと同様の設備を用いて、実施例１と同様のバイオマスを乾留して、バイオマス炭を製造する試験を行った。
【０１５４】
熱風２１および冷風２３に、タールを混合する場合としない場合について、炭化物２の収率の比較を行なった。
【０１５５】
熱風２１および冷風２３にタール２２、２４を混合させる場合（本発明例）は、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、熱風２１に混合させたタール２２の質量流量を０．１とし、冷風２３に混合させたタール２４の質量流量を０．０３とした。熱風２１の吹込み温度は９９０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。冷風２３の温度は８０℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１５６】
熱風２１および冷風２３にタール２２、２４を混合させない場合（比較例）は、熱風２１の吹込み温度は９１０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。冷風２３の温度は８０℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１５７】
熱風２１および冷風２３に、タール２２、２４を混合しない比較例の場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量は、０．２５であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２５％であった。一方、タール２２、２４を混合した本発明例の場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量０．２９であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２９％であった。本発明方法を用いることで、炭化物収率が１．５割以上向上した。
【実施例３】
【０１５８】
図５に示すものと同様の設備を用いて、実施例１と同様のバイオマスを乾留して、バイオマス炭を製造する試験を行った。
【０１５９】
熱風２１および冷風５２３に、タールを混合する場合としない場合について、炭化物２の収率の比較を行なった。
【０１６０】
熱風２１にタール２２を混合させる場合（本発明例）は、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、熱風２１に混合させたタール２２の質量流量を０．１とした。熱風２１の吹込み温度は９９０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。冷風５２３に混合していたタールの質量流量は０．０６であり、その温度は８０℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１６１】
熱風２１にタール２２を混合させない場合は、熱風２１の吹込み温度は９１０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。冷風５２３に混合していたタールの質量流量は０．０６であり、その温度は８０℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１６２】
熱風２１および冷風５２３にタールを混合させない場合を比較例とすると、上記の実施例２の比較例の場合がこれに相当する。この場合、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量は、０．２５であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２５％であった。
【０１６３】
タール２２を混合した本発明例の場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量０．２９であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２９％であった。本発明方法を用いることで、炭化物収率が１割以上向上した。また、熱風２１に、タール２２を混合しない場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量は、０．２６であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２６％であった。これにより、炭化物収率が約０．４割向上した。
【実施例４】
【０１６４】
図６に示すものと同様の設備を用いて、実施例１と同様のバイオマスを乾留して、バイオマス炭を製造する試験を行った。
【０１６５】
排出ガス３を部分燃焼機で不完全燃焼させた熱風２１にはタールが混合しており、その質量流量は０．０４であった。また冷風５２３も排出ガスの一部を用いているので、タールが混合しており、その質量流量は０．０６であった。
【０１６６】
排出ガスからタールを分離しないで熱風２１および冷風５２３として用いる場合（本発明例）は、熱風２１の吹込み温度は９９０℃であり、炭化温度、すなわち切り出される直前の炭化物温度は５００℃であった。冷風５２３の温度は８０℃であった。充填層上部から排出される排出ガス３の温度は１００℃であった。
【０１６７】
熱風２１および冷風５２３にタールを混合させない場合を比較例とすると、上記の実施例２の比較例の場合がこれに相当する。
【０１６８】
この場合、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量は、０．２５であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２５％であった。一方、本発明例の場合では、乾燥ベースの原料１の質量流量を１としたとき、製造される炭化物２の質量流量０．２７であった。すなわち、乾燥ベースでの炭化物の収率は２７％であった。本発明方法を用いることで、炭化物収率が０．８割向上した。
【実施例５】
【０１６９】
実施例５は、実施の形態２についての実施例である。
【０１７０】
図８に示すものと同様の設備を用いて、バイオマスの乾留ならびに発生ガスのコーキング試験を行った。但し、ロータリーキルン１５０および竪型炉（コーキング炉）１６０の加熱方法は３分割の電気加熱とし、竪型炉１６０から発生する軽質ガスは系外に排出した。ロータリーキルン１５０は内径１５ｃｍ、長さ１．０ｍ、傾斜角１度であり、乾留時間はロータリーキルン回転数を１．５ｒｐｍとし、約５０分とした。竪型炉１６０は内径６．６ｃｍ、長さ４０．０ｃｍとし、炉上部に設置したロータリーバルブにより、乾留バイオマス１０２を供給し、下部に設置のロータリーバルブよりバイオマス炭１０５を排出した。竪型炉１６０の炉内充填物の滞留時間の調整は、初期充填量を調整することにより行った。バイオマスとしては３ｍｍ〜１０ｍｍに粉砕分級した杉を用いた。使用したバイオマスの組成を表１に示す。
【０１７１】
【表１】
2010248061.tif 000003
【０１７２】
ロータリーキルンへのバイオマス供給速度は１．０ｋｇ／ｈとし、乾留バイオマスをロータリーキルン１５０より回収し、竪型炉１６０に充填した。試験条件を表２に示すように変化させて、本発明例１〜８の試験を行い、製造されたバイオマス炭、ガス、タール、水分の収率、乾留バイオマスの比表面積、製造されたガス組成を測定した。結果を表２に併せて示す。
【０１７３】
【表２】
2010248061.tif 000004
【０１７４】
次に上記に従い、竪型炉１６０を用いない以外は上記と同様に試験を行い、比較例１〜６とした。乾留バイオマスの比表面積に加えて、細孔容積、平均細孔径も測定した。試験条件および結果を表２に併せて示す。
【０１７５】
表２によれば、竪型炉１６０を用いてロータリーキルンで発生したタールやガスを乾留バイオマスに付着させ、加熱して炭化させることで、バイオマス炭の収率が向上することが分かる。また、タール分はＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフを直結した質量分析計）を用いた分析の結果、軽質化していることがわかった。ロータリーキルン乾留温度と竪型炉コーキング温度が４００〜７００℃の本発明例１〜５、７、８では２３ｍａｓｓ％以上の高い収率が得られたが、ロータリーキルン乾留温度と竪型炉コーキング温度が８００℃の本発明例６では収率がやや低かった。
【０１７６】
また、ロータリーキルン乾留温度が４００℃の比較例６では、乾留バイオマスの比表面積が１０ｍ2／ｇ未満で平均細孔径は１ナノメートル未満であり、ロータリーキルン乾留温度と竪型炉コーキング温度が４００℃の本発明例８では比較例６に比較してバイオマス炭の収率があまり増加しなかった。
【実施例６】
【０１７７】
実施例６は、実施の形態３についての実施例である。
【０１７８】
図１３に示す設備を用いて、バイオマスの乾留試験を行った。乾留炉Ａ２０３、乾留炉Ｂ２０４は内径１００ｍｍ、長さ４００ｍｍであり、熱風発送装置２２５で窒素２２６を所定温度に加熱し、供給することで加熱した。
【０１７９】
使用したバイオマスの組成を表３に示す。
【０１８０】
【表３】
2010248061.tif 000005
【０１８１】
表３に示すバイオマスを事前に粉砕し、乾留炉Ａ２０３および乾留炉Ｂ２０４に充填した。所定温度に加熱した窒素２２６を乾留炉Ａ２０３に送風し、７．５分間の乾留を実施し、加熱窒素の供給を停止し、乾留炉Ａ２０３下部より、乾留炉Ａ２０３の内容物の上面のレベルを測定しながら、１／２体積量を排出し、乾留炉Ａ２０３に新規にバイオマス２０２を供給した。次に加熱窒素を乾留炉Ｂ２０４に供給し、同様に７．５分間の乾留を行い、乾留炉Ｂ２０４より１／２体積量を排出した。この操作を繰り返し行なった。バイオマスの乾留は２回に分けて行なうことになり、バイオマス装入から排出までの乾留炉内での滞留時間は３０分である。バイオマスの供給速度は２．０ｋｇ／ｈとした。窒素２２６の加熱温度（熱風温度）を表４に示すように変化させて、本発明例１１〜１６の試験を行った。
【０１８２】
【表４】
2010248061.tif 000006
【０１８３】
各試験において乾留炉Ａ２０３、Ｂ２０４から排出された窒素＋乾留ガスの温度を乾留ガス出口温度として表４に併せて示す。本操作を6時間行い、排出されたバイオマス炭２２３の性状（組成）を測定し、含有される灰分濃度よりバイオマス炭収率を算出した。また、回収されたガス、タール、水分の収率を測定した。結果を表４に併せて示す。
【０１８４】
次に、乾留炉より１／３体積量ずつ排出して、バイオマスの乾留炉内での１回の乾留時間を５分とした以外は上記の本発明例１５と同様の条件で、本発明例１７の試験を行った。バイオマスの乾留は３回に分けて行なうことになり、バイオマス装入から排出までの乾留炉内での滞留時間は３０分である。結果を表４に併せて示す。
【０１８５】
さらに、乾留炉Ａ２０３のみを用いてバイオマスの乾留を行なった場合の結果を、表４に比較例１１として、併せて示す。
【０１８６】
表４によれば、乾留炉を２基接続した装置を用いた本発明方法によりバイオマス炭を製造することで、発生したタールやガスを乾留バイオマスに付着させ、加熱して炭化させることができ、乾留温度が低い方が、バイオマス炭の収率が向上することが分かる。また、バイオマス装入から排出までの乾留炉内での滞留時間が同じ場合、１回の乾留時間が短い方が収率が向上する。さらに、タール分はＧＣ−ＭＳ（ガスクロマトグラフを直結した質量分析計）を用いた分析の結果、軽質化していることがわかった。
【符号の説明】
【０１８７】
１    原料
２    炭化物
３    排出ガス
４    タール
５    熱風
１０    炭化炉
１１    熱風入口
１２    充填層
１３    切り出し装置
２１    熱風
２２    タール
２３    冷風
２４    タール
２５    冷風入口
３２    ガス
３３    酢液
３４    タール
３５    空気
３６    熱風
３７    空気
３８    廃ガス
１０１    バイオマス
１０２    乾留バイオマス
１０３    乾留生成物（ガス、タール）
１０４    燃焼排ガス
１０５    バイオマス炭
１０６    軽質ガス
１０７    燃焼排ガス
１０８    軽質ガス以外の外部から供給される燃料ガス
１０９    燃焼用空気
１１０    乾留炉
１１１    コーキング部
１１２    冷却部
１１３    冷却ガス
１２０    コーキング炉
１３０    燃焼炉
１４０    バイオマス定量供給装置
１５０    間接加熱ロータリーキルン
１６０    竪型炉
２０１    乾留炉本体
２０２（２０２ａ、２０２ｂ）    バイオマス
２０３    乾留炉Ａ
２０４    乾留炉Ｂ
２０５    原料切替弁
２０６    ランスＡ
２０７    ランスＢ
２０８    燃料
２０９    空気
２１０    バイオマス充填層
２１１    バイオマス充填層
２１２    乾留ガス
２１３    １次集塵機
２１４    乾留ガス
２１５    排出弁Ａ
２１６    排出弁
２１７    排出弁Ｂ
２１８    燃焼炉
２２１    乾留ガス・タール
２２２    供給弁
２２３    バイオマス炭
２２５    熱風発生装置
２２６    窒素
３１１    分離機
３１２    部分燃焼機
３１３    燃焼機
４１１    冷却機
５２３    冷風
【図１】
2010248061.tif 000007
【図２】
2010248061.tif 000008
【図３】
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【図４】
2010248061.tif 000010
【図５】
2010248061.tif 000011
【図６】
2010248061.tif 000012
【図７】
2010248061.tif 000013
【図８】
2010248061.tif 000014
【図９】
2010248061.tif 000015
【図１０】
2010248061.tif 000016
【図１２】
2010248061.tif 000017
【図１３】
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【図１１】
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