(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低水分率バイオマスを炭化炉内で熱分解させて低水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る第１工程と、
第１工程で得た乾留ガスの二次燃焼により得た高温ガスを利用して乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る第２工程と、
第２工程で得た乾燥バイオマスを保管しておく第３工程とからなる３つの工程を一定期間連続して行い、
その後、保管しておいた乾燥バイオマスを前記第１工程で使用した炭化炉と同一の炭化炉内で熱分解させて高水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る第４工程と、
第４工程で得た乾留ガスの二次燃焼により得た高温ガスを利用して乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る第５工程と、
第５工程で得た乾燥バイオマスを保管しておく第６工程とからなる３つの工程を一定期間連続して行うことを特徴とする炭化方法。
【請求項２】
高水分率バイオマスが下水汚泥、家畜糞尿及び食品残渣のうち少なくとも一つを含む有機性廃棄物であることを特徴とする請求項１に記載の炭化方法。
【請求項３】
低水分率バイオマスが籾殻、ヤシガラ及び木材のうち少なくとも一つを含む有機性廃棄物であることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水分を多く含むバイオマスを乾留して炭化する炭化方法に関し、特に既存の炭化装置に大幅な改良を加えることなく炭化処理を効率的に行うことができる炭化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりにより、従来であれば焼却や埋め立て処理していた下水汚泥、家畜糞尿、食品残渣等のバイオマスを乾留によりほぼ無酸素状況下で熱分解し、一酸化炭素、水素、メタン等の燃焼ガスを発生させると共に固形燃料としての炭を得る技術の開発が進められている。
しかし、バイオマスのうち例えば下水汚泥のような水分含有率が高いものは乾留の前処理として加熱乾燥により水分量を低下させておく必要があるが、灯油等の化石燃料の燃焼熱を用いる場合には燃料代が嵩み、太陽光・風力等の自然エネルギーや発酵熱を用いる場合には時間がかかるという問題がある。
【０００３】
例えば特許文献１には、低水分率バイオマスを乾留して第１工程炭化燃料と乾留ガスを得る第1炭化工程と、第１炭化工程で得た乾留ガスを燃焼させて生じる高温の燃焼排気ガスで高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る乾燥工程と、乾燥工程で得た乾燥バイオマスを乾留して第２工程炭化燃料を得る第２炭化工程とからなる炭化燃料の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０―２４１９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上記特許文献１に開示された技術では以下のような問題がある。
すなわち、第１炭化行程と第２炭化行程のそれぞれで異なる炭化炉（乾留炉）を使用するため計２つの炭化炉が必要になり、炭化炉を１つしか備えない既存の炭化装置を転用できないという問題や装置が大型化するという問題がある。
また、上記特許文献１には低水分率バイオマスが入っている炭化炉まで乾燥バイオマスを搬送し、当該炭化炉内で低水分率バイオマスと乾燥バイオマスを混ぜた上で乾留する技術も開示されているが、この場合にも搬送路やミキサーが別途必要になり、既存の炭化装置を転用できないという問題や装置の大型化という問題を解消できない。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑み、高水分率バイオマスの乾留による炭化処理を既存の炭化装置に大幅な改良を加えることなく効率的に行うことができる炭化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の炭化方法は、低水分率バイオマスを炭化炉内で熱分解させて低水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る第１工程と、第１工程で得た乾留ガスの二次燃焼により得た高温ガスを利用して乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る第２工程と、第２工程で得た乾燥バイオマスを保管しておく第３工程とからなる３つの工程を一定期間連続して行い、その後、保管しておいた乾燥バイオマスを前記第１工程で使用した炭化炉と同一の炭化炉内で熱分解させて高水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る第４工程と、第４工程で得た乾留ガスの二次燃焼により得た高温ガスを利用して乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る第５工程と、第５工程で得た乾燥バイオマスを保管しておく第６工程とからなる３つの工程を一定期間連続して行うことを特徴とする。
また、高水分率バイオマスが下水汚泥、家畜糞尿及び食品残渣のうち少なくとも一つを含む有機性廃棄物であることを特徴とする。
また、低水分率バイオマスが籾殻、ヤシガラ及び木材のうち少なくとも一つを含む有機性廃棄物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の炭化方法は上記第１〜第３工程を一定期間連続して行う点が特徴のひとつである。乾燥させる必要がない低水分率バイオマスのみを用いて第１〜第３工程を一定期間連続して行うことで、低水分率バイオマスしか含まれていない純粋な炭化燃料を得られるという利点がある。また、高水分率バイオマスを乾燥させる手段として、第１工程で得た乾留ガスを二次燃焼させて発生させた高温ガスを利用できるという利点がある。これは、高水分率バイオマスに対して低水分率バイオマスを混合して含水率を低下させる手間が不要になるという利点にも繋がる。低水分率バイオマスしか含まれていない純粋な炭化燃料として例えば籾殻からなる燻炭が挙げられる。
【０００９】
第１〜第３工程を一定期間連続して行う場合の「一定期間」とは、低水分率バイオマス及び高水分率バイオマスの実際の水分率、材質、炭化炉及び乾燥機の処理能力等によって変動するが、例えば炭化処理を１週間のスパンとした場合には、最初の２日間が当該「一定期間」に当たる。この２日間だけ連続して第１〜第３工程を繰り返し行うことで残りの５日間で使用（消費）する量の乾燥バイオマス（高水分率バイオマスを乾燥させたもの）を製造し、ストックとして保管しておくことになる。なお、当然のことながら「一定期間」は最初の２日間に限定されるものではなく、例えば最初の３０時間にしてもよく、あるいは炭化処理を３日間のスパンとした場合の初日にしてもよい。更には１日のうち朝を当該「一定期間」としてもよい。この場合、朝のうちに第１〜第３工程を行って低水分率バイオマス由来の炭化燃料の製造と乾燥バイオマスのストックを行っておき、その後、次に述べる第４〜第６工程を行って高水分率バイオマス由来の炭化燃料の製造と乾燥バイオマスのストックの補充を行うことになる。
【００１０】
また、本発明はこれら第４〜第６工程を一定期間連続して行う点もひとつの特徴である。高水分率バイオマス由来の乾燥バイオマスのみを用いて第４〜第６工程を一定期間連続して行うことで、高水分率バイオマスしか含まれていない純粋な炭化燃料を得られるという利点がある。また、水分率が十分低くなった乾燥バイオガスを熱分解させて得られる乾留ガスは高い熱量を有するため、乾燥機内の高水分率バイオマスを短時間で乾燥させることができるという利点がある。
【００１１】
第４〜第６工程を一定期間連続して行う場合の「一定期間」とは、高水分率バイオマス及び乾燥バイオマスの実際の水分量、材質、炭化炉及び乾燥機の処理能力等によって変動するが、例えば炭化処理を１週間のスパンとした場合であって、最初の２日間に第１〜第３工程を連続して繰り返し行う場合には、残りの５日間が当該「一定期間」に該当する。なお、当然のことながら「一定期間」は残りの５日間に限定されるものではなく、例えば最初の３０時間で第１〜第３工程を連続して行った後の残りの時間にしてもよく、あるいは炭化処理を３日間のスパンでみる場合の初日終了後の残りの２日間にしてもよい。更には上述の通り、１日のうち朝に第１〜第３工程を行って、残りの時間に第４〜第６工程を行うことにしてもよい。
【００１２】
以上のように、本発明の炭化方法は、低水分率バイオマスと高水分率バイオマス（乾燥バイオマス）の熱分解を同一の炭化炉で行うなど、高水分率バイオマスの乾留による炭化処理を既存の炭化装置に大幅な改良を加えることなく実施できる。また、高水分率バイオマスを乾燥させる際に灯油等の化石燃料、太陽光・風力等の自然エネルギー、発酵熱等を利用せず、低水分率バイオマスを熱分解させる際に生じる乾留ガスを利用するので、炭化処理を効率的に実施できる。
【００１３】
本発明における「低水分率バイオマス」は含水率50％以下、好ましくは15％以下のバイオマスを指す。含水率が15％以下であれば低水分率バイオマスを熱分解させた際に発生する乾留ガスの燃焼熱量が大きくなり、高水分率バイオマスを含水率15％程度まで乾燥させるのに十分な熱量を得られる。
「低水分率バイオマス」の材質としては例えば森林伐採木材、間伐材、街路樹・公園樹木の剪定廃材、建築廃木材などのチップ又はペレット、鋸屑、とうもろこし・サトウキビ・トマトの茎等の食品残渣、籾殻、ヤシガラ(PKS:Palm Kernel Shell)、麦藁、稲藁などの農業廃材、繊維素を含む産業廃材等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
本発明における「高水分率バイオマス」は含水率50％以上、好ましくは70％以上のバイオマスを指す。当然高水分率バイオマスの含水率が低いほど乾燥バイオマスを製造し易くなるが、含水率が50％〜70％程度と比較的低い場合には本発明の炭化方法ではなく従来手法を用いてもある程度効率的な炭化処理を行える場合がある。したがって、本発明は含水率が70％以上の高水分率のバイオマスに適用するのが好ましい。
「高水分率バイオマス」の材質としては例えば下水汚泥、メタン発酵後の消化汚泥、家畜糞尿、食品残渣等の有機性廃棄物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の炭化方法を説明するためのブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の炭化方法の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の炭化方法は第１〜第６工程を少なくとも含んでおり、乾燥機と炭化炉（乾留炉）を備える既存の炭化装置に対して改良や装置の追加等をほとんど行うことなくそのまま実施できる。なお、図１において低水分率バイオマスが炭化燃料になるまでの経路にＬ１及びＬ２を付し、高水分率バイオマスが炭化燃料になるまでの経路にＨ１〜Ｈ４を付している。
【００１７】
第１工程では低水分率バイオマスを炭化炉内で熱分解させて低水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る。
具体的には、既存の炭化装置の炭化炉内に水分率が低い低水分率バイオマスを一種類又は複数種類投入しておき、これを熱分解させることで低水分率バイオマス由来の炭化燃料を得ると共に、CO、H2、CH4等を含む乾留ガスを発生させる。得られた炭化燃料は第１〜第３工程の適当なタイミングで炭化炉から取り出しておく。
【００１８】
第２工程では、第１工程で得た乾留ガスを二次燃焼させることで発生させた高温ガスを利用して乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る。
具体的には、第１工程で得た乾留ガスに酸素（空気）を供給して燃焼させることで高温ガスを発生させる。そして、この高温ガスを炭化炉から乾燥機にまで至る流路内で必要に応じて空気と混合することで適温に調節した上で乾燥機内に導入する。乾燥機内には予め高水分率バイオマスを一種類又は複数種類投入しておき、上記高温ガスに晒して乾燥させることで水分を蒸発させ、乾燥バイオマスを得る。
【００１９】
第３工程では、第２工程で得た乾燥バイオマスをストックとして一時的に保管しておく。既存の炭化装置に適当な保管場所があればその場所を使用すればよく、適当な保管場所がない場合には別途用意する必要がある。保管場所は乾燥状態を維持するために雨露に晒されにくい屋根付きにするのが好ましい。
第１〜第３工程を一定期間連続して行った後、第４〜第６工程を行う。つまり、本発明では第１〜第３工程と、第４〜第６工程を一つの炭化装置内で同時進行で行うことがない。なお、当然のことながら第１〜第３の各工程は炭化装置内で同時進行で行われる。
【００２０】
第４工程では、ストックとして保管しておいた乾燥バイオマス（及び後述する第６工程でストックとして保管しておいた乾燥バイオマス）を第１工程で使用した炭化炉と同一の炭化炉内で熱分解させて高水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る。
具体的には、保管しておいた乾燥バイオマスを第１工程で使用した既存の炭化炉内に投入する。上述の通り、第１〜第３工程の適当なタイミングで低水分率バイオマス由来の炭化燃料を当該炭化炉から取り出しておくので、第４工程の開始時点では当該炭化炉内に低水分率バイオマス由来の炭化燃料は残存していない。すなわち、本発明では炭化炉内で低水分率バイオマスと高水分率バイオマス（乾燥バイオマス）とが混在することがない。
そして、炭化炉内の乾燥バイオマスを熱分解させることで高水分率バイオマス由来の炭化燃料を得ると共に乾留ガスを発生させる。得られた炭化燃料は第４〜第６工程の適当なタイミングで炭化炉から取り出しておく。
【００２１】
第５工程では、第４工程で得た乾留ガスを二次燃焼させることで発生させた高温ガスを利用して乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る。
具体的には上記第２工程と同様に、第４工程で得た乾留ガスに酸素（空気）を供給して燃焼させることで高温ガスを発生させる。そして、この高温ガスを炭化炉から乾燥機にまで至る流路内で必要に応じて空気と混合することで適温に調節した上で乾燥機内に導入する。乾燥機内には予め高水分率バイオマスを一種類又は複数種類投入しておき、上記高温ガスに晒して乾燥させることで水分を蒸発させ、乾燥バイオマスを得る。
【００２２】
第６工程では、第５工程で得た乾燥バイオマスを、第２工程で得た乾燥バイオマスと共にストックとして一時的に保管しておく。
第６工程終了後は再び第４工程から繰り返し、保管した乾燥バイオマスを炭化炉内で熱分解させる。なお、当然のことながら第４〜第６の各工程は炭化装置内で同時進行で行われる。
【００２３】
第４工程で一次燃料の用に供される乾燥バイオマスの量と第５工程で新たに得られる乾燥バイオマスの量とを比較すると前者の方が多くなるので、第４〜第６工程からなる３つの工程を一定期間連続して行っていくと、ストックとして保管していた乾燥バイオマスが次第に不足してくる。したがって、作業者は不足してきたタイミングを見計らって第４〜第６工程からなる３つの工程を一旦終了させ、再び第１〜第３工程からなる３つの工程を再開させることでストックとしての乾燥バイオマスが補充されることになる。この作業を含む本発明に係る一連の作業は必ずしも作業者の判断に基づいて行う必要はなく、コンピュータ制御により全自動で行うことにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、高水分率バイオマスの乾留による炭化処理を既存の炭化装置に大幅な改良を加えることなく効率的に行うことができる炭化方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【要約】
【課題】高水分率バイオマスの乾留による炭化処理を既存の炭化装置に大幅な改良を加えることなく効率的に行うことができる炭化方法を提供する。
【解決手段】本発明の炭化方法は、低水分率バイオマスを炭化炉内で熱分解させて低水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る第１工程、得た乾留ガスの二次燃焼により得た高温ガスで乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る第２工程、第２工程で得た乾燥バイオマスを保管する第３工程とからなる３工程を一定期間連続して行い、その後、保管した乾燥バイオマスを熱分解させて高水分率バイオマス由来の炭化燃料と乾留ガスを得る第４工程、得た乾留ガスの二次燃焼により得た高温ガスで乾燥機内の高水分率バイオマスを乾燥させて乾燥バイオマスを得る第５工程、第５工程で得た乾燥バイオマスを保管する第６工程とからなる３工程を一定期間連続して行う。
【選択図】図１【図１】
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