(57)【要約】【課題】木質バイオマスから炭化物を製造する過程で発生する副生成物である熱分解ガスから、より簡素な構造を用いてジテルペン及びステロイドを回収する。【解決手段】木質バイオマスを３００℃〜４５０℃の範囲の温度で熱分解する熱分解工程Ｓ１と、熱分解工程により発生した熱分解ガスを第一の温度域で予備冷却する第一の冷却工程Ｓ２と、第一の冷却工程を経た熱分解ガスを第一の温度域よりも低温の第二の温度域で冷却してステロイドを回収する第二の冷却工程Ｓ３と、第二の冷却工程を経た熱分解ガスを第二の温度域よりも低温の第三の温度域で冷却してジテルペンを回収する第三の冷却工程Ｓ４と、熱分解ガスを熱分解工程から直接排出するバイパス工程と、熱分解ガスを冷却工程またはバイパス工程へ流すための流路切り替え工程と、を有するジテルペン及びステロイドの回収方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質バイオマスを３００℃〜４５０℃の範囲の温度で熱分解する熱分解工程と、
前記熱分解工程により発生した熱分解ガスを第一の温度域で予備冷却する第一の冷却工程と、
前記第一の冷却工程を経た前記熱分解ガスを前記第一の温度域よりも低温の第二の温度域で冷却してステロイドを回収する第二の冷却工程と、
前記第二の冷却工程を経た前記熱分解ガスを前記第二の温度域よりも低温の第三の温度域で冷却してジテルペンを回収する第三の冷却工程と、
前記熱分解ガスを直接排出するバイパス工程と、
前記熱分解ガスの流路切り替え工程と、を有するジテルペン及びステロイドの回収方法。
【請求項２】
前記第一の温度域は、２２０℃〜２４０℃の範囲の温度であり、
前記第二の温度域は、１８０℃〜２００℃の範囲の温度であり、
前記第三の温度域は、１２０℃〜１６０℃の範囲の温度である請求項１に記載のジテルペン及びステロイドの回収方法。
【請求項３】
木質バイオマスを３００℃〜４５０℃の範囲の温度で熱分解する熱分解ガス化炉と、
前記熱分解ガス化炉で発生した熱分解ガスを流通させる流路と、
前記流路中の前記熱分解ガスを第一の温度域で予備冷却する第一の冷却装置と、
前記第一の冷却装置から排出された前記熱分解ガスをステロイド回収のために第二の温度域で冷却する第二の冷却装置と、
前記第二の冷却装置から排出された前記熱分解ガスをジテルペン回収のために第三の温度域で冷却する第三の冷却装置と、
前記熱分解ガスを直接排出するバイパス流路と、
前記熱分解ガスの流路切り替え用バルブと、を備えるジテルペン及びステロイドの回収システム。
【請求項４】
前記第一の温度域は、２２０℃〜２４０℃の範囲の温度であり、
前記第二の温度域は、１８０℃〜２００℃の範囲の温度であり、
前記第三の温度域は、１２０℃〜１６０℃の範囲の温度である請求項３に記載のジテルペン及びステロイドの回収システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジテルペン及びステロイドの回収方法、ジテルペン及びステロイドの回収システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
木質バイオマスのエネルギーをより効率的に利用することを目的として、木質バイオマスの炭化処理を行うことによって発熱量の向上を図る試みがなされている。木質バイオマスの炭化処理としては、例えば、外熱式熱分解ガス化炉等の熱分解炉を用いて、木質バイオマスを低酸素雰囲気下で３００℃から７００℃の高温で間接加熱することで、発熱量を向上させた炭化物を製造する方法が知られている。
【０００３】
炭化物の製造方法としては、木質バイオマスを５００℃から７００℃の高温で間接加熱する高温炭化と、木質バイオマスを３００℃から４５０℃で間接加熱する半炭化（トレファクション）とが知られている。高温炭化では所定温度で十分な処理時間を確保することで高いガス化率と自己発熱性を抑制した炭化物の製造が可能となる。半炭化では、非常に幅の狭い温度域に制御することで、粉砕性と熱量残留率を両立した炭化物の製造が可能となる。
【０００４】
一方、木質バイオマスには、セルロース、ヘミセルロース、及びリグニンの主要成分の他に、テルペン、ステロイド等の生理活性物質が含まれており、これを回収する研究もなされている。
発明者らは、炭化物の製造の過程で発生する熱分解ガスに含まれるタール成分に、ジテルペンやステロイドなどの有価物が高濃度で含まれることを見出した。
【０００５】
関連する技術として、特許文献１には、木質バイオマスを１７０℃程度で乾燥することによって排出される蒸気を冷却することによってジテルペンを含むタールを得る方法が記載されている。特許文献１に記載の方法では、タールに水と高沸点溶媒との混合溶液を加えて蒸留することによってジテルペンを回収している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−７１７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の回収方法は、得られたタールから選択的にジテルペンを分離する方法であり、方法が複雑になり、生産量が少量であるという課題がある。
【０００８】
本発明は、木質バイオマスから炭化物を製造する過程で発生する副生成物である熱分解ガスから、より簡易な方法を用いてジテルペン及びステロイドを回収することができるジテルペン及びステロイドの回収方法、ジテルペン及びステロイドの回収システム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】
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、ジテルペン及びステロイドの回収方法は、木質バイオマスを３００℃〜４５０℃の範囲の温度で熱分解する熱分解工程と、前記熱分解工程により発生した熱分解ガスを第一の温度域で予備冷却する第一の冷却工程と、前記第一の冷却工程を経た前記熱分解ガスを前記第一の温度域よりも低温の第二の温度域で冷却してステロイドを回収する第二の冷却工程と、前記第二の冷却工程を経た前記熱分解ガスを前記第二の温度域よりも低温の第三の温度域で冷却してジテルペンを回収する第三の冷却工程と、熱分解ガスを熱分解工程から直接排出するバイパス工程と、熱分解ガスを冷却工程またはバイパス工程へ流すことを制御するための流路切り替え工程と、を有する。
【００１０】
このような方法によれば、木質バイオマスから炭化物を製造する過程で発生する副生成物である熱分解ガスから、有価物であるジテルペン及びステロイドを回収することができる。
また、熱分解ガスを冷却することによって、ジテルペン及びステロイドを含むタールをより簡易な方法で回収を行うことができる。
【００１１】
上記ジテルペン及びステロイドの回収方法において、前記第一の温度域は、２２０℃〜２４０℃の範囲の温度であり、前記第二の温度域は、１８０℃〜２００℃の範囲の温度であり、前記第三の温度域は、１２０℃〜１６０℃の範囲の温度であってよい。
【００１２】
このような方法によれば、木質バイオマスに含有されるジテルペン及びステロイドを高濃度かつ高純度で回収することができる。
【００１３】
本発明の第二の態様によれば、ジテルペン及びステロイドの回収システムは、木質バイオマスを３００℃〜４５０℃の範囲の温度で熱分解する熱分解ガス化炉と、前記熱分解ガス化炉で発生した熱分解ガスを流通させる流路と、前記流路中の前記熱分解ガスを第一の温度域で予備冷却する第一の冷却装置と、前記第一の冷却装置から排出された前記熱分解ガスをステロイド回収のために第二の温度域で冷却する第二の冷却装置と、前記第二の冷却装置から排出された前記熱分解ガスをジテルペン回収のために第三の温度域で冷却する第三の冷却装置と、熱分解ガスを直接排出するためのバイパス流路と、バイパス流路を流れる熱分解ガスの流量を制御するための第一のバルブと、第一の冷却装置から第二の冷却装置へ流れる熱分解ガスの流量を制御するための第二のバルブと、第三の冷却装置から排出される熱分解ガスの流量を制御するための第三のバルブと、を備える。
【００１４】
上記ジテルペン及びステロイドの回収システムにおいて、前記第一の温度域は、２２０℃〜２４０℃の範囲の温度であり、前記第二の温度域は、１８０℃〜２００℃の範囲の温度であり、前記第三の温度域は、１２０℃〜１６０℃の範囲の温度であってよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、木質バイオマスから炭化物を製造する過程で発生する副生成物である熱分解ガスから、有価物であるジテルペン及びステロイドを高濃度で回収することができる。
また、熱分解ガスを冷却することによって、ジテルペン及びステロイドを含むタールを回収する方法であるため、より簡易な方法で回収を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態のジテルペン及びステロイドの回収システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態の炭化物製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第一実施形態の第一の冷却装置の概略構成図である。
【図４】本発明の第一実施形態の別の第一の冷却装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第一実施形態の第二の冷却装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第一実施形態のジテルペン及びステロイドの回収方法を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の第二実施形態の第二の冷却装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態のジテルペン及びステロイドの回収方法、ジテルペン及びステロイドの回収システムについて図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態のジテルペン及びステロイドの回収システム１（以下、回収システム１と呼ぶ）を示す概略構成図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態の回収システム１は、木質バイオマス３を熱分解する熱分解ガス化炉２と、熱分解ガス化炉２で発生した熱分解ガス４が流通する流路５と、流路５上に設けられた第一の冷却装置７、第二の冷却装置８、及び第三の冷却装置９と、熱分解ガス４を直接排出するためのバイパス流路３５と、バイパス流路３５上に設けられた第一のバルブ３６と、第一の冷却装置７と第二の冷却装置８の間で流路５上に設けられた第二のバルブ３７と、第三の冷却装置９の後段で流路５上に設けられた第三のバルブ３８と、を備えている。
【００１９】
第一のバルブ３６、第二のバルブ３７、及び第三のバルブ３８は、熱分解ガス４の流路を切り替える、流路切り替え用バルブとして機能する。
バイパス流路３５は、熱分解ガス化炉２と第一の冷却装置７との間で流路５から分岐し、第三の冷却装置９の下流側で流路５に合流している。第三のバルブ３８は、バイパス流路３５と流路５との合流点より上流側に設けられている。
【００２０】
木質バイオマス３は、木材からなるバイオマス（生物資源）であり、樹木の伐採や造材のときに発生した枝、葉などの林地残材、製材工場などから発生する樹皮や鋸屑等から生成される木質ペレット、木質チップである。
木質バイオマス３の細胞内含有成分は、テルペン（ジテルペン、モノテルペン、セスキテルペン等）、ステロイド、アルカロイド、フラボン類、炭化水素、脂肪酸、キノン類、エステル類、タンパク質、デンプン、ペクチン、無機質、糖類、アミノ酸等である。
ジテルペン及びステロイドは、木質バイオマス３の細胞内含有成分である生理活性物質である。
【００２１】
本実施形態の回収システム１は、木質バイオマス３を３００℃から４５０℃で熱分解する際に発生する熱分解ガス４を冷却することによって、熱分解ガス４からタールを介して有価物であるジテルペン（Diterpene、一例としてＣ２０Ｈ３２、フェルギノール）及びステロイド（Steroid）を回収するシステムである。
【００２２】
図２に示すように、熱分解ガス化炉２は、原料である木質バイオマス３を搬送するスクリューコンベア４２と、スクリューコンベア４２から投入される木質バイオマス３を熱分解することにより炭化する熱分解ガス化炉本体４３と、熱分解ガス化炉本体４３から排出される炭化物６を排出するシュート４４と、を有している。
【００２３】
熱分解ガス化炉２は、木質バイオマス３を間接的に加熱させて熱分解やガス化反応を起こす間接加熱式の熱分解炉である。熱分解の進行により、木質バイオマス３は熱分解ガス４を発生しながら炭化される。
熱分解ガス化炉２は、円筒形状の外筒４８（マッフル）と、外筒４８に対して相対回転するとともに木質バイオマス３が投入される円筒形状の内筒４９（キルンシェル）と、を有している外熱式ロータリーキルン型である。外筒４８と内筒４９とは、同軸状に配置されている。外筒４８及び内筒４９の軸線は水平方向に延びている。
本実施形態の熱分解ガス化炉２は、外熱式ロータリーキルン型であるが、木質バイオマス３を間接的に加熱する形式のものであればこれに限ることはない。例えば、熱分解ガス化炉２として、外熱式スクリューコンベアなどを用いてもよい。
【００２４】
内筒４９の上流側は、軸方向に移動可能な可動側支持部５０によって軸線回りに回転可能に支持されている。内筒４９の下流側は、固定側支持部５３によって軸線回りに回転可能に支持されている。
スクリューコンベア４２は、内筒４９の入口部を構成する可動側支持部５０に設けられている。シュート４４は、内筒４９の出口部を構成する固定側支持部５３に設けられている。
可動側支持部５０は、内筒４９を回転可能に支持する環状フレーム５１を有している。環状フレーム５１の両側部は、設置面５８から揺動自在に立ち上げられた支持部材５２の上端部に回転可能に支持されている。
【００２５】
内筒４９の内壁部には、周方向に対して傾斜して配列された複数のフィン（又はスパイラル、図示せず）が設けられ、内筒４９が駆動装置５４により所定の回転速度（例えば１〜５ｒｐｍ）で駆動回転されることにより、入口側（上流側）から投入された木質バイオマス３を加熱しながら出口側（下流側）に移送可能である。なお、フィンを設ける代わりに、内筒４９が水平に対して僅かに傾斜した軸線回りに回転可能に支持され、その傾斜と内筒４９の回転によって木質バイオマス３が出口側に移送される場合もある。
【００２６】
駆動装置５４は、内筒４９に設けられた歯車５５と、駆動モータ５６と、駆動モータ５６の回転軸に取り付けられ、歯車５５に嵌合したピニオン歯車５７と、を有している。駆動装置５４は、駆動モータ５６の駆動を歯車５５に伝達させて歯車５５を回転させることにより、内筒４９を軸線回りに回転させる。
【００２７】
外筒４８は、内筒４９の回転および軸線方向の移動を許容し、かつ、内筒４９との間でシールを確保した状態で、支持部材５２を介して設置部位に固定されている。
内筒４９の可動側支持部５０および固定側支持部５３は、それぞれの回転部分と非回転部分との間にエアシールを形成している。可動側支持部５０とスクリューコンベア４２との接続部分には、可動側支持部５０の軸方向の変位を吸収するエキスパンション６７が設けられている。
【００２８】
外筒４８の一端には、加熱ガス供給管６０が接続されている。外筒４８には、加熱ガス供給管６０を介して加熱ガスが供給される。
外筒４８の他端には、加熱ガス送出管６１が接続されている。加熱ガス送出管６１には、加熱ガス量調節装置４７として機能する加熱ガス量調節ダンパ６２および誘引ファン６３が設けられている。
【００２９】
外筒４８の上部には、軸線方向に離間して複数の点検窓６４が設けられている。それぞれの点検窓６４には、軸線回りに回転する内筒４９の外周面に対向してキルンシェル温度（内筒４９の鉄皮温度）を計測する非接触式温度計６５が設けられている。非接触式温度計６５としては放射温度計を用いることができる。非接触式温度計６５によって測定されたキルンシェル温度は、図示しない制御装置に入力される。
【００３０】
キルンシェル温度は、内筒４９内の木質バイオマス３に直接的に接する部分の温度であるため、木質バイオマス３の熱分解温度との相関が高く、加熱状況を良好に反映している。このため、キルンシェル温度に基づいて温度制御を行うことによって、加熱温度の安定的な制御が可能となる。
【００３１】
制御装置は、キルンシェル温度が所定の温度域に維持されるように、加熱ガス量を制御する。加熱ガス量は、加熱ガス量調節ダンパ６２の開度及び誘引ファン６３の回転数によって調整される。
加熱ガス量の調節を行っても、所定の温度域に維持できない場合は、内筒４９の回転数を上げる（回転速度を上昇させる）ことによって、水分の蒸発を促進させる。キルンシェル温度は、水分の蒸発が増えることによって低下する。
【００３２】
次に、第一のバルブ３６と第二のバルブ３７と第三のバルブ３８の操作と目的について説明する。
第一のバルブ３６を閉め、第二のバルブ３７を開け、第三のバルブ３８を開けると、熱分解ガス４は流路５を流れる。冷却装置８、９から、ジテルペンやステロイドを高濃度で含むタールＴ２、Ｔ３を回収できる。
第一のバルブ３６を開け、第二のバルブ３７を閉め、第三のバルブ３８を閉めると、熱分解ガス４はバイパス流路３５を流れる。冷却装置８と冷却装置９は他から切り離されるので、ジテルペンやステロイドを高濃度で含むタールＴ２、Ｔ３に影響を与えず、冷却装置７に凝縮付着して固化するタールＴ１を除去できる。
【００３３】
熱分解ガス流路の屈曲部、熱分解ガス流速が遅くなる部分、流れを妨げる部分等に、タールが凝縮付着しやすいことが知られている。
【００３４】
流路５を流れる熱分解ガス４を冷却する第一の冷却装置７について説明する。
【００３５】
図３に示すように、第一の冷却装置７は、導入配管６９と、冷却配管７０と、排出配管７１と、冷却配管７０を冷却する冷却装置本体７２と、冷却配管７０中の熱分解ガス４の温度を測定する温度センサ７３と、制御部７４と、を有している。
【００３６】
導入配管６９は、冷却配管７０に熱分解ガス４を導入する配管である。排出配管７１は、冷却配管７０から熱分解ガス４を排出する配管である。
冷却配管７０は、導入配管６９の下流側に接続されている配管である。冷却配管７０は、第一鉛直部７５と、第一鉛直部７５の下流側に接続されている底部７６と、底部７６の下流側に接続されている第二鉛直部７７と、を有している。
【００３７】
冷却装置本体７２は、冷却配管７０を覆う冷却ジャケット７８と、冷却ジャケット７８に冷却水Ｗを供給する冷却水供給部８０と、冷却水供給部８０と冷却ジャケット７８とを接続する冷却配管８２と、冷却配管８２に設けられている流量調整バルブ８１と、を有している。
冷却ジャケット７８は、冷却ジャケット７８内に供給された冷却水Ｗで冷却配管７０を冷却する。
流量調整バルブ８１の開度は、制御部７４によって制御される。
【００３８】
制御部７４と温度センサ７３とは、電気的に接続されている。温度センサ７３によって測定された冷却配管７０を流れる熱分解ガス４の温度は、制御部７４に入力される。
制御部７４は、冷却配管７０を流れる熱分解ガス４の温度が２２０℃から２４０℃の範囲の温度（第一の温度域）となるように、冷却装置本体７２の流量調整バルブ８１を制御する。
【００３９】
熱分解ガス流路の屈曲部に、タールが凝縮付着しやすいことから、主に、導入配管６９と直角に接合された第一鉛直部７５と、第一鉛直部７５と直角に接合された底部７６と、底部７６と直角に接合された第二鉛直部７７と、にタールＴ１が凝縮付着する。
図４に示すように、第一の冷却装置７において第一鉛直部７５と第二鉛直部７７の側壁から底部７６方向に延在する邪魔板８４を設けてもよい。邪魔板８４を設けることによって冷却装置７の体積を増やし、またガス流速を遅くしてタールＴ１の付着を促進することができる。
【００４０】
次に、流路５を流れる熱分解ガス４を冷却する第二の冷却装置８、及び第三の冷却装置９について説明する。冷却装置８，９の構造は制御部１９を除いて同じである。以下、第二の冷却装置８について説明する。
【００４１】
図５に示すように、第二の冷却装置８は、導入配管１０と、冷却配管１１と、排出配管１２と、冷却配管１１を冷却する冷却装置本体１３と、冷却配管１１から分岐する回収配管１４と、回収配管１４に設けられている二重バルブ１５と、冷却配管１１中の熱分解ガス４の温度を測定する温度センサ１８と、制御部１９と、を有している。
【００４２】
導入配管１０は、冷却配管１１に熱分解ガス４を導入する配管である。排出配管１２は、冷却配管１１から熱分解ガス４を排出する配管である。
冷却配管１１は、導入配管１０の下流側に接続されている配管である。冷却配管１１は、第一傾斜部２０と、第一傾斜部２０の下流側に接続されている第一鉛直部２１と、第一鉛直部２１の下流側に接続されている回収部２２と、回収部２２の下流側に接続されている第二鉛直部２３と、第二鉛直部２３の下流側に接続されている第二傾斜部２４と、を有している。
【００４３】
第一傾斜部２０は、導入配管１０の下流側に接続されており、下流側に向かって低くなるように傾斜する部位である。第一傾斜部２０の傾斜角度は、水平面に対して４０°から５０°である。
第一鉛直部２１及び第二鉛直部２３は、鉛直方向に延在する部位である。
【００４４】
回収部２２は、第一鉛直部２１と第二鉛直部２３とを接続する部位であり、熱分解ガス４からタールを回収する部位である。回収部２２は、水平方向に延在する配管である。
回収配管１４は、回収部２２の中央から下方に延在する配管である。タールは回収配管１４を介して回収される。
【００４５】
回収部２２の底面は、回収配管１４に向かって低くなるように傾斜している。即ち回収部２２は、入口側から回収配管１４に向かって漸次低くなるように傾斜して形成された第一斜面３０と、回収配管１４から出口側に向かって漸次高くなるように傾斜して形成された第二斜面３１と、を有している。
回収部２２の上面は、水平方向に沿うように形成されている。
二重バルブ１５は、上バルブ１６と、上バルブ１６の下方に設けられている下バルブ１７と、を有している。上バルブ１６は、回収配管１４に流入したタールを堰き止める。
【００４６】
第二傾斜部２４は、下流側に向かって高くなるように傾斜している。第二傾斜部２４の下流側は、排出配管１２に接続されている。第二傾斜部２４の傾斜角度は、水平面に対して４０°から５０°である。
【００４７】
冷却装置本体１３は、冷却配管１１を覆う冷却ジャケット２５と、冷却ジャケット２５に冷却水Ｗを供給する冷却水供給部２６と、冷却水供給部２６と冷却ジャケット２５とを接続する冷却配管１１と、冷却配管１１に設けられている流量調整バルブ２７と、を有している。
冷却ジャケット２５は、冷却ジャケット２５内に供給された冷却水Ｗで冷却配管１１を冷却する。
流量調整バルブ２７の開度は、制御部１９によって制御される。
【００４８】
制御部１９と温度センサ１８とは、電気的に接続されている。温度センサ１８によって測定された冷却配管１１を流れる熱分解ガス４の温度は、制御部１９に入力される。
制御部１９は、冷却配管１１を流れる熱分解ガス４の温度が１８０℃から２００℃の範囲の温度（第二の温度域）となるように、冷却装置本体１３の流量調整バルブ２７を制御する。
【００４９】
第三の冷却装置９の制御部１９は、冷却配管１１を流れる熱分解ガス４の温度が１２０℃から１６０℃の範囲の温度（第三の温度域）となるように、冷却装置本体１３の流量調整バルブ２７を制御する。
【００５０】
発明者らは、木質バイオマス３（原料は主に杉）を３００℃から４５０℃の範囲の温度で熱分解することで発生する熱分解ガス４を冷却し、これによって得られるタールを分析した。分析の結果、タールに高濃度でジテルペン及びステロイドが含まれることを見出した。
【００５１】
まず、木質バイオマス３を熱分解する際の温度について説明する。本実施形態の回収方法では、木質バイオマス３を３００℃から４５０℃で熱分解する。この温度で熱分解をする（半炭化する）ことによって、粉砕性と熱量残留率を両立した炭化物６の製造が可能となる。
木質バイオマス３が４５０℃以下の範囲の温度で熱分解されることで、木質バイオマス３に含まれる有価物であるジテルペン及びステロイドが分解されることはない。
また、木質バイオマス３は、３００℃以下の範囲の温度では炭化されないため、熱分解の際の温度の下限は３００℃である。
【００５２】
そして、熱分解ガス４の冷却温度を１２０℃から２２０℃まで変化させて試験を行った。この試験により、熱分解ガス４を１２０℃から１６０℃に冷却することで、熱分解ガス４からジテルペンを高濃度で含むタールを回収できることを見出した。
【００５３】
表１に、特許文献１に記載のジテルペンの回収方法（以下、特許文献１回収方法）と、本実施形態のジテルペンの回収方法（以下、本実施形態回収方法）との比較を示す。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
表１に記載されているように、本実施形態回収方法は、特許文献１回収方法と比較してタールに含まれるジテルペンの濃度、及び濃縮後のジテルペンの濃度が高い。
また、ステロイドについても、熱分解ガス４を１８０℃から２００℃に冷却することで、熱分解ガス４からステロイドを高濃度で含むタールを回収できることを見出した。
【００５６】
発明者らは、２２０℃以上で凝縮付着するタールは、縮重合して固化することを見出した。
２００℃以下で凝縮付着するタールは、流動性を有する。
【００５７】
熱分解ガスを２２０℃から２４０℃に予備冷却すると、タールＴ１は第一の冷却装置７内部に凝縮付着して、固化する。
第一の冷却装置７内部で固化するタールＴ１は、熱分解ガスの流れを妨げる、流路を閉塞する等の原因となる。
【００５８】
第一のバルブ３６を開け、第二のバルブ３７を閉じ、第三のバルブ３８を閉じると、熱分解ガス４は、バイパス流路３５を流れる。第二の冷却装置８と第三の冷却装置９は、他から切り離される。
第一の冷却装置７に凝縮付着して固化するタールＴ１は、通常の付着物除去に用いられるデコーキング方法等により除去できる。
【００５９】
第一の冷却装置７に凝縮付着して固化するタールＴ１の除去は、タールＴ１により第一の冷却装置７が閉塞した場合に行っても良い。また、第一の冷却装置７閉塞前に、定期的に行っても良い。
【００６０】
次に、本実施形態の回収システム１の制御方法、即ちジテルペン及びステロイドの回収方法について説明する。
図６に示すように、回収システム１の制御方法は、木質バイオマス３を３００℃から４５０℃の範囲の温度で熱分解する熱分解工程Ｓ１と、熱分解工程Ｓ１により発生した熱分解ガス４を予備冷却する第一の冷却工程Ｓ２と、第一の冷却工程Ｓ２を経た熱分解ガス４をステロイド回収のために冷却する第二の冷却工程Ｓ３と、第二の冷却工程Ｓ３を経た熱分解ガス４をジテルペン回収のために冷却する第三の冷却工程Ｓ４と、を有している。
【００６１】
熱分解工程Ｓ１では、熱分解ガス化炉２の内筒４９の内部に導入された木質バイオマス３は、酸素を遮断した状況下で３００℃から４５０℃で間接加熱されて炭化される。
具体的には、木質バイオマス３は、内筒４９の回転に伴い出口側に向けて移送されながら加熱される。これにより、まず、木質バイオマス３に残留する水分が蒸発する。水分蒸発の完了に伴い有機成分の熱分解が進行する。熱分解の進行により、木質バイオマス３は熱分解ガス４を発生しながら炭化される。生成された所定の炭化度の炭化物６としてシュート４４から排出される。
熱分解工程Ｓ１を経た炭化物６の温度は、約３００℃である。
【００６２】
熱分解によって発生した熱分解ガス４は、第一の冷却装置７に導入されて、２２０℃から２４０℃の温度の範囲で予備冷却される。
【００６３】
また、回収システム１の制御方法は、第一の冷却工程Ｓ２で発生したタールが固化した場合に、熱分解ガス４を冷却することなく直接排出するバイパス工程と、熱分解ガス４の流路を切り替える流路切り替え工程と、を有している。
流路切り替え工程は、第一のバルブ３６を開け、第二のバルブ３７を閉じ、第三のバルブ３８を閉じて、熱分解ガス４をバイパス流路３５に流す工程である。バイパス工程及び流路切り替え工程を実施することによって固化したタールＴ１を除去することができる。
【００６４】
ここで、第一の冷却装置７の作用について説明する。
２２０℃から２４０℃で凝縮付着するタールＴ１は、ジテルペンやステロイドを含まない。
第一の冷却装置７による予備冷却を行わず、熱分解ガス４を第二の冷却装置８へ直接流すと、ジテルペンやステロイドを含まないタールも、第二の冷却装置８で凝縮するので、第二の冷却装置８により回収するタールＴ２のステロイド濃度が低下する。
第一の冷却装置７による予備冷却を行うと、後段の第二の冷却装置８により回収するタールＴ２のステロイド濃度が高くなる。
【００６５】
次いで、熱分解ガス４は、第二の冷却装置８に導入される。
熱分解ガス４は、冷却されながら導入配管１０を介して第一傾斜部２０に流入する。第一傾斜部２０が下流側に向かうに従って下方に傾斜していることによって、熱分解ガス４に含まれるタールは第一傾斜部２０にほとんど付着することなく、第一鉛直部２１を介して回収部２２に流入する。この間、熱分解ガス４は、冷却ジャケット２５に流入する冷却水Ｗによって冷却される。熱分解ガス４の温度は、制御部１９によって１８０℃から２００℃の範囲の温度に調整される。
回収部２２に流入した熱分解ガス４が回収部２２の底部に突き当たるとともに冷却されることによって、熱分解ガス４に含まれるタールＴ２が分離して回収部２２の底部に付着する。
タールＴ２は、流動性を有する。これにより、熱分解ガス４からステロイドを多く含有するタールＴ２が分離される。
【００６６】
次いで、熱分解ガス４は、第三の冷却装置９に導入される。熱分解ガス４は、第三の冷却装置９によって１２０℃から１６０℃の範囲の温度に冷却される。第二の冷却装置８と同様に熱分解ガス４からタールＴ３が分離されて回収部２２に溜まる。これにより、熱分解ガス４からジテルペンを多く含有するタールＴ３が分離される。
タールＴ３は、流動性を有する。
【００６７】
操作者は、二重バルブ１５を操作して、タールＴ２，Ｔ３を回収することができる。具体的には、上バルブ１６を開けてタールＴ２，Ｔ３を上バルブ１６と下バルブ１７との間の空間に移動させた後、上バルブ１６を閉じる。次いで、下バルブ１７を開けることによりタールＴ２，Ｔ３を回収することができる。
【００６８】
上記実施形態によれば、木質バイオマス３から炭化物６を製造する過程で発生する副生成物である熱分解ガス４から、有価物であるジテルペン及びステロイドを回収することができる。
また、熱分解ガス４を冷却することによって、ジテルペン及びステロイドを含むタールＴ２，Ｔ３を、より簡易な方法で回収することができる。
また、熱分解ガス４を三段階で冷却することによって、木質バイオマス３に含有されるジテルペン及びステロイドを高濃度かつ高純度で回収することができる。
【００６９】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態のジテルペン及びステロイドの回収システムについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の回収システムの第二の冷却装置８Ｂは、回収部２２Ｂの体積が第一実施形態の回収部２２の体積よりも大きい。また、本実施形態の回収部２２Ｂの上面は、中央部より上流側に向かって低くなるように形成された第三斜面３２と、中央部より下流側に向かって低くなるように形成された第四斜面３３と、を有している。
即ち、本実施形態の回収部２２Ｂの上面は、水平方向に沿った形状ではなく、熱分解ガス４の流れ方向の中央が最も高くなるように傾斜している。
【００７０】
上記実施形態によれば、回収部２２Ｂの流路断面積が増えることによって熱分解ガス４の流速を遅くして、タールの付着を促進させることができる。
また、回収部２２Ｂの上面に斜面を形成したことによって、回収部２２Ｂの上面に付着するタールを流れ易くすることができる。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１  回収システム
２  熱分解ガス化炉
３  木質バイオマス
４  熱分解ガス
５  流路
６  炭化物
７，７Ｂ  第一の冷却装置
８  第二の冷却装置
９  第三の冷却装置
１０  導入配管
１１  冷却配管
１２  排出配管
１３  冷却装置本体
１４  回収配管
１５  二重バルブ
１６  上バルブ
１７  下バルブ
１８  温度センサ
１９  制御部
２０  第一傾斜部
２１  第一鉛直部
２２，２２Ｂ  回収部
２３  第二鉛直部
２４  第二傾斜部
２５  冷却ジャケット
２６  冷却水供給部
２７  流量調整バルブ
３０  第一斜面
３１  第二斜面
３２  第三斜面
３３  第四斜面
３５  バイパス流路
３６  第一のバルブ
３７  第二のバルブ
３８  第三のバルブ
４３  熱分解ガス化炉本体
４４  シュート
４７  加熱ガス量調節装置
４８  外筒
４９  内筒
６０  加熱ガス供給管
６１  加熱ガス送出管
６２  加熱ガス量調節ダンパ
６３  誘引ファン
６５  非接触式温度計
６９  導入配管
７０  冷却配管
７１  排出配管
７２  冷却装置本体
７３  温度センサ
７４  制御部
７５  第一鉛直部
７６  底部
７７  第二鉛直部
７８  冷却ジャケット
８０  冷却水供給部
８１  流量調整バルブ
８２  冷却配管
８４  邪魔板
Ｓ１  熱分解工程
Ｓ２  第一の冷却工程
Ｓ３  第二の冷却工程
Ｓ４  第三の冷却工程
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３  タール
Ｗ  冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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