(57)【要約】【課題】山林に悪影響を及ぼす程繁茂しているが有効利用が遅れている竹を、操業上の問題を解決することによってエネルギー資源として有効利用を可能にして、資源、エネルギーの問題の解決に結び付けるための方法に関する。【課題を解決するための手段】竹資源を一旦、７００℃以下で部分酸化してガス化し、脈石分を分離した後、完全燃焼してエネルギー化する。その場合、ガス化炉に供給される竹チップは、全バイオマスチップの４０％を超えないようにする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
竹資源を一旦、９５０℃以下で部分酸化してガス化し、脈石分を分離した後、完全燃焼してエネルギー化することを特徴とする竹資源を安定してエネルギー化する方法。
【請求項２】
請求項１において、ガス化炉に供給される竹チップは、全バイオマスチップの４０％を超えないようにすることを特徴とする竹資源を安定してエネルギー化する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、含まれている成分などにより安定操業という点から、ガス化・発電法では有効利用されていなかった竹資源の問題点を解決して、バイオマス資源として安定かつ効率的にエネルギー化するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日の人類にとって重要な課題の１つは、埋蔵量が限られている化石燃料の使用を節減すること、およびエネルギー化に伴う二酸化炭酸ガスの排出量を減らして地球温暖化および気候変動を抑制することである。その問題の解決につながるものの１つが木質バイオマスのエネルギー源としての有効利用である。木質バイオマスは、樹木などの成長の時点で空気中の二酸化炭酸ガスを吸収して成長したものであるから、それを燃焼させてエネルギー化した時の二酸化炭酸の発生はカウントされないという特徴がある。その木質バイオマスの１つである竹は、とくに成長が早く、炭酸ガスの吸収力が大きいという特色があるが、他の木質バイオマスに比べてエネルギー源として有効利用が進んでいないのが現状である。
【０００３】
竹には、モウソウチク、マダケ、ハチクなどがあるが、とくにモウソウチクは200〜300年前に中国から渡ってきたもので、日本においては渡来してまだ期間が短いので病気などの外敵が存在せず爆発的に繁殖し、放置された竹林は約9億m2（竹林には1m2当たり10本程度の竹が生えている）と言われている。山林の保全のためにも、適切な伐採、利用（とくに量的にエネルギー源などとしての利用）が求められている。しかし、エネルギー源として
燃焼炉で利用した場合に、他の木質バイオマスに比べて、灰が熔融・固化して強固な塊状物（クリンカ）を生成しやすいという問題がある。クリンカは燃焼装置の内壁などに付着したり、燃焼の立ち消え等の支障をもたらし、安定した連続運転を阻害する。その対応策として文献情報１に、クリンカ生成防止剤として選定した酸化マグネシウム（MgO）粉末を配合する方法が示されている。その場合、MgOの配合率は、灰分量に対して25wt%に相当し、これによって燃焼灰の融点が無添加の場合より約100℃上昇するといわれているが、この効果を実際のボイラーで発揮するには粒子径が揃っていない場合の精度についても検討が必要とされている。このように、竹を他の木質バイオマス資源と同様に実用工程で安定してエネルギー源として使用するためにはまだ多くに課題が残されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】麻生裕之：www.adm.fukuoka-u.ac.jp/fu853/home1/../closeup013.html .
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、山林に悪影響を及ぼす程繁茂しているが有効利用が遅れている竹を、操業上の問題を解決することによってエネルギー資源としての有効利用を可能にするための方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題を解決するための具体的手段の第１は、竹資源を一旦、９５０℃以下で部分酸化してガス化し、脈石分を分離した後、完全燃焼してエネルギー化することである。
【０００７】
具体的手段の第２は、０００６において、ガス化炉に供給される竹チップは、全バイオマスチップの４０％を超えないようにすることである。
【発明の効果】
【０００８】
０００６の方法によって、ガス化法という、燃焼に比べて低い温度で脈石分を分離することで灰の溶融、固化などの現象を防止することができる。また、０００７の方法によって、ガス化工程などの操業を安定して行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
バイオマスなどの有機物をエネルギーに変換する場合、炭素分、水素分などを完全燃焼し、その発生熱を直接的あるいは間接的に利用し、残りのエネルギーは排ガスに残る。この過程で、熱効率は、（１−（排ガス温度）／（燃焼温度））に比例する。排ガス温度を下げるにしても下限があるので、熱効率を上げるためには、燃焼温度を上げることが望まれる。その場合に、灰を形成する成分によっては灰の軟化、溶融などの現象が起こり、安定操業を阻害することがある。竹は普通の木質に比べて、生成する灰成分の中に融点を低下させるものが含まれているので灰のトラブルが生じやすくなる。それを抑制するための方法の１つが０００３に示したＭｇＯを含んだものを加えて灰の融点を上げることであるが、安定操業のためにはＭｇＯ分の添加量が増えるおそれがある。それに対して本発明では、竹を含むバイオマス資源を、一旦、完全燃焼の場合よりも低い温度でガス化して灰分の大半を分離する方法を採用する。ガス化は、６５０〜９００℃の温度で木質バイオマス原料に含まれている有機物を部分酸化するもので、ＣｎＨｍのｎを３以下に低減し、かつ脈石分を分離する。これによって、完全燃焼する場合に比べて低い温度で竹に含まれる脈石分を溶融させることなく、灰として分離することができる。
【００１０】
ガス化処理を安定して行うためには、ガス化炉に固体バイオマス原料を安定して供給し、かつガス化時の炉内での原料の動きを安定化させる必要がある。竹を原料としてガス化炉に供給する場合、通常のバイオマス原料の前処理で用いられるチッパーによって破砕したものを用いた場合、竹の場合には通常の木質に比べて、繊維質の切れが悪く、ガス化炉への供給およびガス化炉内での安定した動きが阻害される傾向がある。そこで、通常の木質バイオマスのチップに、竹チップの配合率を変えて、安定した操業が確保される限界を調べたところ、竹チップは供給チップの４０ｗｔ％を超えないことが必要であることがわかった。
【００１１】
ガス化炉で得られたガスは炉外で除塵されて、ついでガスとして完全燃焼されて発電などに用いられる。その際、ガスの中にダストが１部残っていると、長時間の操業を考えると、この完全燃焼時に壁などに付着してクリンカを生成するおそれもある。しかし、本発明の場合、竹チップの配合率が供給チップの４０ｗｔ％を超えなければクリンカの付着のおそれがないことが確認された。
【００１２】
また、竹チップの場合には木質チップに比べて、微量成分である塩素の含有率が高い。ガス中の塩素分の含有率が高いと配管などの腐食促進などの悪影響が懸念されたが、竹チップは供給チップの４０ｗｔ％を超えなければそのおそれがないことも確認された。
【実施例１】
【００１３】
使用した設備は、木質バイオマスのチップを原料として、ガス化、生成ガスの除塵など処理、生成ガスを完全燃焼してガスタービンを廻して発電を行なうものである。
原料として通常の木質バイオマスを用いた場合の操業条件Ａは以下の通りである。
・原料前処理工程；原料はチップ化し、生成ガスのエネルギー化工程の排ガスと接触させて乾燥、予熱する。
・ガス化工程；ガス化装置は１ＭＷ規模の固定床型である。ガス化の温度は７００〜９００℃で、得られるガスは、ＣＯ：２２±３％、Ｈ２：２０±３％、ＣＨ４：１〜３％、ＣＯ２：８〜１０％、Ｎ２：４６±２％、タール：１０ｍｇ／Ｎｍ３以下、発熱量：約１３００ｋｃａｌ／Ｎｍ３である。
・生成ガスの処理工程；このガスを一旦、冷却してダストなどの固体分、タールなどの液体分を除く。
・生成ガスのエネルギー化工程；このガスに空気を供給して完全燃焼してガスタービンを廻して発電を行なう。
これに対して、原料として、通常の木質バイオマスを６０ｗｔ％、竹をチップ化ものを４０ｗｔ％を混合して用いた場合（操業条件Ｂ）は、操業条件Ａと異なるのは、以下の点だけである。
・原料前処理工程；２種の原料はチップ化し、混合して、生成ガスのエネルギー化工程の排ガスと接触させて乾燥、予熱する。
操業の状況は、上記の操業条件Ａの場合とほぼ同じで、安定操業を行うことができた。
【００１４】
操業条件Ｃでは、原料として通常の木質バイオマスを３０ｗｔ％、竹をチップ化ものを７０％としたこと以外は、操業条件Ｂとほぼ同じ条件で操業を行った。
・ガス化工程；００１３に示したものに比べて、生成ガスの成分の変動がやや大きくなる現象が見られた。
・生成ガスの処理工程；タールが１０ｍｇ／Ｎｍ３以下を超えることが認められた。
・生成ガスのエネルギー化工程；このガスに空気を供給して完全燃焼してガスタービンを廻して発電を行なった場合に装置の壁にクリンカ状の付着物が認められた。
このように、操業条件Ｃでは、安定操業に問題があることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明の方法によって、山林の竹を含むバイオマスをエネルギー源として安定して利用でき、発電における化石燃料の使用の削減と山林の整備の進行によって、地球温暖化抑制、地域振興に貢献できる。