(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスおよび廃棄物のいずれか一方または両方を加熱して分解させ、熱分解油を生成する熱分解炉と、
固形炭化物に前記熱分解油を含浸する含浸部と、
を備え、
前記含浸部は、
前記固形炭化物を水平方向に搬送するとともに、それぞれが鉛直方向に位置を異にして配された複数の搬送部と、
前記搬送部によって搬送中の固形炭化物に向けて前記熱分解油を散布する散布部と、
１の前記搬送部によって搬送された前記固形炭化物を、当該１の搬送部の鉛直下方に位置する次段の搬送部に送出する、もしくは、外部へ送出する搬送路切替部と、
を含んで構成されることを特徴とする燃料製造装置。
【請求項２】
バイオマスを炭化してバイオマスの固形炭化物を生成する炭化炉と、
前記含浸部によって前記熱分解油が含浸された固形炭化物を粉砕する粉砕部と、
をさらに備え、
前記含浸部は、前記炭化炉によって生成された前記バイオマスの固形炭化物に前記熱分解油を含浸することを特徴とする請求項１に記載の燃料製造装置。
【請求項３】
前記熱分解炉で生成された熱分解油を、第１の熱分解油と、当該第１の熱分解油よりも沸点が低い第２の熱分解油とに分留する分留部をさらに備え、
前記含浸部は、前記固形炭化物に、前記熱分解油として前記第１の熱分解油を含浸することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料製造装置。
【請求項４】
バイオマスおよび廃棄物のいずれか一方または両方を加熱して分解させ、熱分解油を生成する熱分解炉と、
前記熱分解炉で生成された熱分解油を、第１の熱分解油と、当該第１の熱分解油よりも沸点が低い第２の熱分解油とに分留する分留部と、
バイオマスを炭化してバイオマスの固形炭化物を生成する炭化炉と、
前記バイオマスの固形炭化物に前記第１の熱分解油を含浸する含浸部と、
前記含浸部によって前記第１の熱分解油が含浸されたバイオマスの固形炭化物を粉砕する粉砕部と、
前記第２の熱分解油および前記炭化炉で生成された炭化炉ガスのいずれか一方または両方を燃焼させる燃焼炉と、
を備え、
前記含浸部は、
前記バイオマスの固形炭化物を水平方向に搬送するとともに、それぞれが鉛直方向に位置を異にして配された複数の搬送部と、
前記搬送部によって搬送中のバイオマスの固形炭化物に向けて前記第１の熱分解油を散布する散布部と、
１の前記搬送部によって搬送された前記バイオマスの固形炭化物を、当該１の搬送部の鉛直下方に位置する次段の搬送部に送出する、もしくは、外部へ送出する搬送路切替部と、
を含んで構成され、
前記熱分解炉および前記炭化炉のいずれか一方または両方は、前記燃焼炉で生成される排気ガスを熱源として利用することを特徴とする燃料製造装置。
【請求項５】
バイオマスを加熱して分解させ、熱分解油を生成する工程と、
前記熱分解油を生成する工程で分解されるバイオマスよりも、炭化後の炭化物の収率が高いバイオマスを炭化してバイオマスの固形炭化物を生成する工程と、
前記バイオマスの固形炭化物に前記熱分解油を含浸する工程と、
を含むことを特徴とする燃料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微粉炭燃焼炉等に利用可能な燃料を製造する燃料製造装置および燃料製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油や石炭といった化石燃料に代えて、木材、紙、藁、海草、生ゴミ等の生物由来の有機性資源であるバイオマスや、タイヤチップ等のプラスチックを含む廃棄物といった固体物質を燃料として用いた燃焼炉が開発されている。かかる燃焼炉は、ボイラ等で利用される。
【０００３】
しかし、バイオマスや廃棄物（以下、単にバイオマス類と称する）は水の含有量が大きく、じん性が高いため、粉砕が困難であり、何らの処理をせずバイオマス類をそのまま、燃焼炉に導入するのは困難であった。そこで、バイオマス類を炭化させることで、じん性を低下させ、粉砕を容易にする技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９１０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術を利用してバイオマス類の炭化を行うと、粉砕（微粉砕）は容易になるものの、炭化に伴って、バイオマス類中の揮発性物質が放出され、炭化後のバイオマス類（炭化物）の着火性や燃焼性が低下してしまう。
【０００６】
また、木材等の一部のバイオマスを除き、他のバイオマス類は、炭化工程において、大部分が揮発性物質となり、炭化物の収率が１０ｗｔ％未満と低くなってしまい、燃料として利用可能な固形分の回収効率が低かった。
【０００７】
そこで本発明は、このような課題に鑑み、炭化物に新たな処理を施すことで、着火性や燃焼性を向上させた燃料を製造することが可能な燃料製造装置および燃料製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の燃料製造装置は、バイオマスおよび廃棄物のいずれか一方または両方を加熱して分解させ、熱分解油を生成する熱分解炉と、固形炭化物に熱分解油を含浸する含浸部と、を備え、含浸部は、固形炭化物を水平方向に搬送するとともに、それぞれが鉛直方向に位置を異にして配された複数の搬送部と、搬送部によって搬送中の固形炭化物に向けて熱分解油を散布する散布部と、１の搬送部によって搬送された固形炭化物を、当該１の搬送部の鉛直下方に位置する次段の搬送部に送出する、もしくは、外部へ送出する搬送路切替部と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
また、バイオマスを炭化してバイオマスの固形炭化物を生成する炭化炉と、前記含浸部によって前記熱分解油が含浸された固形炭化物を粉砕する粉砕部と、をさらに備え、前記含浸部は、前記炭化炉によって生成された前記バイオマスの固形炭化物に前記熱分解油を含浸するとしてもよい。
【００１０】
前記熱分解炉で生成された熱分解油を、第１の熱分解油と、当該第１の熱分解油よりも沸点が低い第２の熱分解油とに分留する分留部をさらに備え、前記含浸部は、前記固形炭化物に、前記熱分解油として前記第１の熱分解油を含浸するとしてもよい。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の他の燃料製造装置は、バイオマスおよび廃棄物のいずれか一方または両方を加熱して分解させ、熱分解油を生成する熱分解炉と、熱分解炉で生成された熱分解油を、第１の熱分解油と、当該第１の熱分解油よりも沸点が低い第２の熱分解油とに分留する分留部と、バイオマスを炭化してバイオマスの固形炭化物を生成する炭化炉と、バイオマスの固形炭化物に第１の熱分解油を含浸する含浸部と、含浸部によって第１の熱分解油が含浸されたバイオマスの固形炭化物を粉砕する粉砕部と、第２の熱分解油および炭化炉で生成された炭化炉ガスのいずれか一方または両方を燃焼させる燃焼炉と、を備え、含浸部は、バイオマスの固形炭化物を水平方向に搬送するとともに、それぞれが鉛直方向に位置を異にして配された複数の搬送部と、搬送部によって搬送中のバイオマスの固形炭化物に向けて第１の熱分解油を散布する散布部と、１の搬送部によって搬送されたバイオマスの固形炭化物を、当該１の搬送部の鉛直下方に位置する次段の搬送部に送出する、もしくは、外部へ送出する搬送路切替部と、を含んで構成され、熱分解炉および炭化炉のいずれか一方または両方は、燃焼炉で生成される排気ガスを熱源として利用することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の燃料製造方法は、バイオマスを加熱して分解させ、熱分解油を生成する工程と、熱分解油を生成する工程で分解されるバイオマスよりも、炭化後の炭化物の収率が高いバイオマスを炭化してバイオマスの固形炭化物を生成する工程と、バイオマスの固形炭化物に熱分解油を含浸する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、炭化物に新たな処理を施すことで、着火性や燃焼性を向上させた燃料を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】燃料製造装置の構成を説明するための図である。
【図２】含浸部の構成例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１９】
（燃料製造装置１００）
図１は、本実施形態にかかる燃料製造装置１００の構成を説明するための図である。図１に示すように、燃料製造装置１００は、炭化炉１１０と、第１の粉砕部１２０と、熱分解炉１３０と、分留部１４０と、含浸部１５０と、第２の粉砕部１６０と、燃焼炉１７０とを含んで構成される。
【００２０】
炭化炉１１０は、バイオマスＢ１を炭化してバイオマスの固形炭化物Ｃ１を生成する。ここでは、炭化炉１１０に、バイオマスＢ１とともに、バイオマスＢ１を炭化するための空気Ａ１が導入される。本実施形態において、炭化炉１１０に導入されるバイオマスＢ１は、木材（例えば、林地残材）等の炭化後の炭化物の収率が比較的高い（例えば１０ｗｔ％以上）バイオマスであるとよい。なお、バイオマスＢ１は、炭化炉１１０に導入される前に、乾燥されているとよい。
【００２１】
炭化炉１１０がバイオマスＢ１を炭化することにより、バイオマスＢ１のじん性を低下することができ、後述する第１の粉砕部１２０、第２の粉砕部１６０において、バイオマスＢ１（固形炭化物Ｃ１）の粉砕を容易に行うことが可能となる。
【００２２】
第１の粉砕部１２０は、炭化炉１１０によって生成された固形炭化物Ｃ１を、例えば、１ｃｍ以下に粗粉砕する（粗粉砕後の固形炭化物Ｃ１を固形炭化物Ｃ２とする）。第１の粉砕部１２０が固形炭化物Ｃ１を粗粉砕することにより、固形炭化物Ｃ２の比表面積を大きくすることができ、後述する含浸部１５０において、第１の熱分解油ＯＨの含浸効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
熱分解炉１３０は、例えば、迅速熱分解炉であり、バイオマスおよび廃棄物のいずれか一方または両方を加熱して分解させ、熱分解油ＯＲを生成する。ここでは、熱分解炉１３０に、バイオマスおよび廃棄物のいずれか一方または両方（以下、単に廃棄物類Ｗ１と称する）を導入するとともに、廃棄物類Ｗ１を熱分解するための空気Ａ２が導入される。本実施形態において、熱分解炉１３０に導入されるバイオマスは、木材等の一部のバイオマスを除く、炭化後の炭化物の収率が比較的低い（例えば１０ｗｔ％未満）バイオマスであるとよい。また、熱分解炉１３０に導入される廃棄物は、プラスチック等である。
【００２４】
なお、廃棄物類Ｗ１は、熱分解炉１３０に導入される前に、乾燥されているとよく、乾燥後にさらに粗粉砕（例えば、１ｃｍ以下）されているとよい。廃棄物類Ｗ１を粗粉砕することにより、熱分解炉１３０における昇温速度を早くすることができ、その結果、熱分解油ＯＲの回収率を向上させることが可能となる。
【００２５】
分留部１４０は、熱分解炉１３０で生成された熱分解油ＯＲを、第１の熱分解油ＯＨと、当該第１の熱分解油ＯＨよりも沸点が低い第２の熱分解油ＯＬとに分留する。ここで、第１の熱分解油ＯＨの沸点は、例えば、４００℃〜５００℃である。
【００２６】
熱分解炉１３０において廃棄物類Ｗ１を熱分解して得られた熱分解油ＯＲには、ハロゲン化物の環境汚染物質が含まれるおそれがある。ハロゲン化物は沸点が低いため、分留部１４０が熱分解油ＯＲの分留を行って、第１の熱分解油ＯＨと第２の熱分解油ＯＬとに分けることにより、後述する含浸部１５０で利用する第１の熱分解油ＯＨから環境汚染物質を除去することが可能となる。
【００２７】
含浸部１５０は、固形炭化物Ｃ２に第１の熱分解油ＯＨを含浸して、固形燃料Ｃ３を生成する。含浸部１５０を備えることにより、粉砕は容易であるが、着火性や燃焼性に乏しい固形炭化物Ｃ２に、高い着火性や燃焼性を有する第１の熱分解油ＯＨ（揮発性物質）を含浸することができ、着火性や燃焼性を向上させた固形燃料Ｃ３を製造することが可能となる。
【００２８】
また、含浸部１５０が分留部１４０によって分留された、予め定められた温度範囲の沸点を有する第１の熱分解油ＯＨを固形炭化物Ｃ２に含浸させることにより、固形燃料Ｃ３中の揮発性物質の沸点を実質的に均一にすることができ、固形燃料Ｃ３の燃焼に関する性質を均一にすることができる。
【００２９】
第２の粉砕部１６０は、含浸部１５０によって生成された固形燃料Ｃ３を、例えば、１００μｍ以下に微粉砕する（微粉砕後の固形燃料Ｃ３を固形燃料Ｃ４とする）。これにより、例えば、製造された固形燃料Ｃ４を微粉炭燃焼炉で燃焼させる場合、燃焼効率を向上させることが可能となる。
【００３０】
燃焼炉１７０は、第２の熱分解油ＯＬ、炭化炉１１０で生成された炭化炉ガスＣＧ、および含浸部１５０において残存した第１の熱分解油ＯＨを燃焼させて、燃焼排ガスＥＧを生成する。そして燃焼炉１７０が生成した燃焼排ガスＥＧは、炭化炉１１０および熱分解炉１３０の熱源として利用される。なお、第２の熱分解油ＯＬ、炭化炉ガスＣＧ、および、含浸部１５０において残存した第１の熱分解油ＯＨのみでは、燃焼炉１７０において、炭化炉１１０および熱分解炉１３０で必要な熱量を有する燃焼排ガスＥＧを得ることができない場合、ＬＰＧ等の助燃料を燃焼させてもよい。
【００３１】
（燃料製造方法）
続いて、燃料製造装置１００を用いた燃料製造方法について説明する。まず、炭化炉１１０は、バイオマスＢ１を炭化してバイオマスの固形炭化物Ｃ１を生成する。続いて、第１の粉砕部１２０は、炭化炉１１０によって生成された固形炭化物Ｃ１を粗粉砕して固形炭化物Ｃ２を生成する。
【００３２】
一方、熱分解炉１３０は、廃棄物類Ｗ１を加熱して分解させ、熱分解油ＯＲを生成する。続いて、分留部１４０は、熱分解炉１３０で生成された熱分解油ＯＲを、第１の熱分解油ＯＨと、当該第１の熱分解油ＯＨよりも沸点が低い第２の熱分解油ＯＬとに分留する。
【００３３】
そして、含浸部１５０は、固形炭化物Ｃ２に第１の熱分解油ＯＨを含浸して、固形燃料Ｃ３を生成し、第２の粉砕部１６０は、含浸部１５０によって生成された固形燃料Ｃ３を微粉砕し、固形燃料Ｃ４を製造する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態にかかる燃料製造装置１００およびこれを用いた燃料製造方法によれば、炭化に適したバイオマス（炭化物の収率が１０ｗｔ％以上の木材等のバイオマス）と、炭化に適さないバイオマスや廃棄物（炭化物の収率が１０ｗｔ％未満のプラスチック等の廃棄物）とを別々に処理することにより、バイオマスや廃棄物を効率よく燃料（固形燃料Ｃ３）に変換することができる。すなわち、炭化に適したバイオマスＢ１は、炭化炉１１０によって固形炭化物にされ、炭化に適さないバイオマスや廃棄物（廃棄物類Ｗ１）は、熱分解炉１３０によって熱分解油ＯＲにされ、含浸部１５０において固形炭化物Ｃ２に第１の熱分解油ＯＨを含浸することにより、固形燃料Ｃ３の粉砕が容易になるとともに、着火性や燃焼性を向上させた燃料（固形燃料Ｃ３）を製造することが可能となる。
【００３５】
（含浸部１５０）
続いて、含浸部１５０の具体的な構成について説明する。図２は、含浸部１５０の構成例を説明するための図である。図２に示すように、含浸部１５０は、複数の搬送部１５２（ここでは、６つの搬送部１５２ａ〜１５２ｆ）と、散布部１５４と、搬送路切替部１５６（ここでは、５つの搬送路切替部１５６ａ〜１５６ｅ）と、搬出部１５８とを含んで構成される。
【００３６】
搬送部１５２は、固形炭化物Ｃ２（図２中、黒く塗りつぶした楕円で示す）および固形燃料Ｃ３（図２中、灰色で塗りつぶした楕円で示す）を水平方向（図２中、Ｘ軸方向）に搬送する。以下、固形炭化物Ｃ２および固形燃料Ｃ３のいずれか一方または両方を単に固形物と称する。
【００３７】
本実施形態において、搬送部１５２は６つあり、それぞれの搬送部１５２が鉛直方向（図２中、Ｙ軸方向）に位置を異にして配されている。具体的に説明すると、鉛直上方から順に搬送部１５２ａ、搬送部１５２ｂ、搬送部１５２ｃ、搬送部１５２ｄ、搬送部１５２ｅ、搬送部１５２ｆが配される。搬送部１５２ａ、搬送部１５２ｃ、搬送部１５２ｅの搬送方向は図２中右方向であり、搬送部１５２ｂ、搬送部１５２ｄ、搬送部１５２ｆの搬送方向は図２中左方向である。本実施形態において、第１の粉砕部１２０によって粗粉砕された固形炭化物Ｃ２は、もっとも鉛直上方に位置する搬送部１５２ａに落下搬送される。
【００３８】
散布部１５４は、分留部１４０に接続されるとともに、搬送部１５２それぞれの鉛直上方に設けられ、搬送部１５２によって搬送中の固形物に第１の熱分解油ＯＨを散布する。
【００３９】
搬送路切替部１５６は、２つの搬送部１５２間に設けられ、１の搬送部１５２によって搬送された固形物を、１の搬送部１５２の鉛直下方に位置する次段の搬送部１５２に送出する、もしくは、外部に送出する。
【００４０】
搬送路切替部１５６ａおよび搬送路切替部１５６ｅを例に挙げて、具体的に説明すると、搬送部１５２ａによって搬送された固形物を搬送部１５２ｂに送出する場合、搬送路切替部１５６ａは待機状態となっており、搬送路切替部１５６ａには、搬送部１５２ａによって搬送される固形物が着地することがない。このため、搬送部１５２ａによって搬送された固形物は、搬送部１５２ａよりも鉛直下方に位置する搬送部１５２ｂに落下、送出されることとなる。
【００４１】
一方、搬送部１５２ｅによって搬送された固形物を外部に送出する場合、搬送路切替部１５６ｅは、不図示の駆動源によって、図２中破線で示す待機状態から回動して、駆動状態となる。そうすると、搬送部１５２ｅによって搬送され、落下した固形物は、搬送部１５２ｆに送出される前に、搬送路切替部１５６ｅに着地する。このため、搬送部１５２ｅによって搬送された固形物は、搬送路切替部１５６ｅによって搬送され落下して、搬出部１５８に送出されることとなる。
【００４２】
搬出部１５８は、搬送部１５２、または、搬送部１５２および搬送路切替部１５６によって搬送され、落下した固形燃料Ｃ３を外部（第２の粉砕部１６０）に搬送する。
【００４３】
以上説明したように、含浸部１５０が搬送路切替部１５６を備える構成により、搬送部１５２の搬送速度および散布部１５４の散布量を固定値にして、固形炭化物Ｃ２に含浸させる第１の熱分解油ＯＨの量を調整することができる。したがって、固形燃料Ｃ３における燃料比（第１の熱分解油ＯＨ／固形炭化物Ｃ２）を調整することができる。つまり、燃料を用いる炉等の設備それぞれに適した燃料比の固形燃料Ｃ３を製造することができる。
【００４４】
例えば、微粉炭燃焼炉（微粉炭ボイラ）では、燃料比が１．６〜２．０の石炭を燃焼させるのが好ましいとされている。したがって含浸部１５０において、第１の熱分解油ＯＨ／固形炭化物Ｃ２を１．６〜２．０にした固形燃料Ｃ３を製造することで、微粉炭燃焼炉における燃焼に適した固形燃料Ｃ４を製造することができる。
【００４５】
また、含浸部１５０において、搬送路切替部１５６を設けず、散布部１５４の散布量を固定値として、搬送部１５２の搬送速度を制御して、固形炭化物Ｃ２に含浸させる第１の熱分解油ＯＨの量を調整するとしてもよい。
【００４６】
なお、含浸部１５０において、搬送路切替部１５６を設けず、搬送部１５２の搬送速度を固定値として、散布部１５４の散布量を制御することで、固形炭化物Ｃ２に含浸させる第１の熱分解油ＯＨの量を調整することも考えられる。しかし、散布部１５４が散布する第１の熱分解油ＯＨは、粘性が大きいため、散布量を制御するのは困難である。したがって、制御対象を搬送路切替部１５６または搬送部１５２とすることが好ましい。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態にかかる燃料製造装置１００によれば、炭化物に新たな処理を施すことで、着火性や燃焼性を向上させた燃料を製造することが可能となる。
【００４８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４９】
例えば、上述した実施形態において、含浸部１５０は、炭化炉１１０が炭化し、第１の粉砕部１２０が粉砕した固形炭化物Ｃ２に第１の熱分解油ＯＨを含浸させる場合を例に挙げて説明したが、炭化炉１１０および第１の粉砕部１２０は必ずしも必要な構成ではない。例えば、無煙炭や半無煙炭といった揮発性物質が極めて少ない、すなわち燃料比が極めて大きい固形炭化物をそのまま含浸部１５０に導入してもよいし、褐炭等の低品位の石炭を乾燥させた後に含浸部１５０に導入してもよい。これにより、無煙炭や半無煙炭、褐炭等、微粉炭燃焼炉で効率よく燃焼させることができなかった固形炭化物を、着火性や燃焼性を向上させた燃料に改質することが可能となる。
【００５０】
また、上述した実施形態において、分留部１４０を備えた構成について説明したが、分留部１４０は必ずしも必要ではない。例えば、ハロゲン化物が含まれていない廃棄物類Ｗ１を熱分解炉１３０に導入する場合、分留部１４０を備えなくてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態において散布部１５４は、鉛直上方から第１の熱分解油ＯＨを散布しているが、固形炭化物Ｃ２に第１の熱分解油ＯＨを散布できればよく、散布方向に限定はない。例えば、水平方向から散布してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、微粉炭燃焼炉等に利用可能な燃料を製造する燃料製造装置および燃料製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１００  …燃料製造装置
１１０  …炭化炉
１２０  …第１の粉砕部
１３０  …熱分解炉
１４０  …分留部
１５０  …含浸部
１５２  …搬送部
１５４  …散布部
１５６  …搬送路切替部
１５８  …搬出部
１６０  …第２の粉砕部（粉砕部）
１７０  …燃焼炉
【図１】
0005958021.tif 000002
【図２】
0005958021.tif 000003