(57)【要約】【解決手段】バイオマスを炭あるいは炭化炭へと熱分解変換する低エネルギ入力処理が提供されている。バイオマスはコンテナ（１４）に閉じ込められ、空気（１）で加圧され、発火させるためにロッドヒータ（１６）によって加熱される。空気の入力とガスの放出により、連続して低圧に維持するため圧力を制御することにより、変換する標準時間は３０分未満となる。【選択図】図１
2004534888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス物質を炭あるいは炭化炭に変換する処理方法であって、
（ａ）前記物質を密封コンテナに密閉し、それによって前記コンテナの非不活性成分は前記物質および空気から構成される工程と、
（ｂ）前記コンテナを空気で加圧する工程と、
（ｃ）前記物質を発火および燃焼させるために加熱する工程と、
（ｄ）圧力が限界圧力Ｐlimitを超過しないように、前記コンテナからガスを放出することにより前記コンテナ内の圧力をＰ1に制御する工程と、
（ｅ）前記圧力をＰ1に制御している間、前記物質全体にわたり、およそ４００度を超える温度を達成するため、状況に応じて追加の空気を前記コンテナ内に供給する工程と、
（ｆ）前記圧力を圧力Ｐ2に減圧するため、前記コンテナからガスを放出する工程と
を備える処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の処理方法であって、前記工程（ｂ）および（ｃ）は、逆の順序にて実行される処理方法。
【請求項３】
請求項１に記載の処理方法であって、工程（ｅ）において、前記空気は前記コンテナの上部に供給され、前記圧力は前記コンテナの底部から前記ガスを放出することにより、Ｐlimitよりも低い圧力Ｐ1に制御される処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の処理方法であって、工程（ｆ）に続き、しばらくの間燃焼を維持するために、前記圧力Ｐ2にて前記コンテナの上部に追加の空気が継続して供給される処理方法。
【請求項５】
請求項４に記載の処理方法であって、工程（ｆ）において、前記ガスを制御して放出することにより圧力を低圧基準まで減圧する工程は、連続して圧力を下げ、前記バイオマス物質を完全に炭化するために２回以上繰り返される処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載の処理方法であって、前記ガスは前記コンテナの底部から放出される処理方法。
【請求項７】
請求項１に記載の処理方法において、前記バイオマス物質の発火を促進するため、着火材が前記コンテナ内に密閉されている処理方法。
【請求項８】
請求項１に記載の処理方法であって、前記工程（ｃ）において、前記バイオマス物質の発火後に加熱は中止される処理方法。
【請求項９】
請求項１に記載の処理方法において、前記コンテナから放出される前記ガスは、外部にて回収されるとともに、外部燃焼器内にて燃焼される処理方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の処理方法において、前記コンテナから放出される前記ガスは、高温高圧にて触媒式燃焼装置に供給される処理方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の処理方法において、前記放出されたガスは、電力を生成するために、高温高圧にてスチームまたはガスタービン、あるいはガスエンジンに供給される処理方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の処理方法はさらに、
（ｇ）前記コンテナからのガスの放出により、前記圧力を大気圧まで減圧する工程と、
（ｈ）高温の炭あるいは炭化炭を、燃焼に十分な空気あるいは酸素に露出させることなく取り除く工程とを備える処理方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の処理方法において、前記バイオマス物質は湿っている処理方法。
【請求項１４】
請求項１に記載の処理方法において、前記バイオマス物質は乾燥している処理方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の処理方法において、Ｐlimitは４００ｐｓｉｇ（２７５８０００Ｐａ）である処理方法。
【請求項１６】
請求項１に記載の処理方法において、前記コンテナ内に供給される追加空気量は、取り込まれた乾燥バイオマス供給１ｋｇにつきおよそ２ｋｇ未満である処理方法。
【請求項１７】
請求項１に記載の処理方法において、前記圧力は、前記コンテナの上部からガスを連続して放出し、次に前記コンテナの底部からガスを放出することにより、Ｐlimitより低く制御されている処理方法。
【請求項１８】
バイオマス物質を炭とガスとに熱分解変換する反応装置であって、
前記物質を含む取り外し可能な容器を収容するための密閉可能な開口部を有する筐体と、
加熱器と、
前記筐体の上部における第１のバルブ付きガス排出口および前記筐体の底部における第２のバルブ付きガス排出口と、
前記容器の上部に空気を導入するためのバルブ付き空気導入口と、
少なくとも前記容器の一部の側面を覆う断熱材と
を備え、前記密閉可能な開口部の開口時には、前記筐体を用いて密閉状態を形成して前記容器の中身の大気に対する露出を最小にするために、前記容器は前記筐体内に収容可能である反応装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の反応装置において、前記加熱器は、前記容器の底部におけるバイオマス物質を加熱するために配置されている抵抗加熱器を備える反応装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の反応装置はさらに、前記第２のバルブ付きガス排出口につながる外部バーナを備える反応装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の反応装置において、前記バルブ付き導入口は、前記筐体の底部を貫通するとともに前記容器の上部に開口端を有するチューブを備える反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスから炭を製造する技術に関する。
【発明の背景】
【０００２】
「バイオマス」という用語は、木質の丸太、厚板、切り屑および樹皮等のあらゆる種類の木質系および草本系の植物性物質と、トウモロコシの穂軸、トウモロコシわら、麦藁、ナッツシェルおよびサトウキビのバガスのような農業残渣とを含む。バイオマスはまた、都市廃棄物、下水汚泥、堆肥、あるいはその他の糞尿の有機成分、および骨や死骸のような畜産残渣を含む。本発明の明細書中における「不活性」という用語は、かかる合成物、組織、あるいは物質が、本発明の実施に際して、反応コンテナ内において実現される温度および圧力にて、バイオマス、あるいはその熱分解の副産物と反応しないことを意味する。
【０００３】
炭は、固定炭素成分を７０ｗｔ％以上含む炭素質の固体である。通常、炭は、およそ５００度より低い温度で、熱分解により大型のキルン、あるいはレトルト内において、広葉樹材から製造される。炭が不活性環境において、一般的に８００度を超える温度まで加熱（炭化）された場合には、含有する揮発性物質のほとんどを失い、固定炭素成分が９０ｗｔ％以上のほぼ純粋な炭素になる（テーブル１参照）。本明細書中で使用されるように、「バイオカーボン」という用語は、炭および炭化炭の両方を表す。バイオカーボンは、多くのユニークな特性を有している。炭および炭化炭は、どちらもイオウ（テーブル１参照）、あるいは水銀を実質的には含まない。化石燃料類に対して、これらのバイオカーボンは、ニトロゲンや灰分が極めて低い。したがって、多くの炭化炭は、ほとんどの黒鉛よりも純度の高い炭素形である。コークス用炭、ピッチ、天然の残留油、およびその他石炭の原料と異なり、バイオカーボンは、低加熱速度における熱分解の間、液相を透過しない（参照文献１および２）。よって、バイオカーボンは、本質的には多孔質である。バイオカーボンはまた、そのＸ線回折スペクトルにおける乱層構造が極めて稀なことからも明らかなように無定形である。それにもかかわらず、炭化炭の充てん層は、黒鉛粒子の充てん層と同様に、ほとんど導電する。
【０００４】
【表１】
2004534888.tif 000003
【０００５】
７〜１２日サイクルにて運転されるミズーリ・キルン内において、広葉樹材から製造される炭の一般的な収率は、およそ２８ｗｔ％（乾重）である。この炭は、固定炭素成分がおよそ７０ｗｔ％である。したがってこの製法により、収率およそ２０ｗｔ％（≒０．２８＊０．７）の固定炭素が提供される。それよりも効率の悪い製法は、発展途上の国々において広く用いられている（参照文献３）。かかる製法は、多くの熱帯諸国における森林破壊の主要な原因の一つである。熱化学の平衡演算によると、４００度で稼動する熱分解反応装置内において平衡状態に至った場合には、固定炭素の収率はおよそ３０ｗｔ％に達することが示されている。
【０００６】
先の、同一出願人による特許では、密閉された反応器内において、高圧にて熱分解が行われ、熱蒸気は閉じ込められたまま維持されるとともに熱分解の熱固形成分と接触する場合には、高い収率が得られると開示されている（米国特許５，４３５，９８３および５，５５１，９５８参照）。固定炭素成分が７０ｗｔ％以上の炭を１時間運転周期にて用いると、収炭率は４２から６２ｗｔ％となった（参照文献４および５）。同様に、様々な農業廃棄物（例えば、ククイナッツ（ｋｕｋｕｉ  ｎｕｔ）シェル、マカダミアナッツシェル、およびペカンシェルなど）、および熱帯種（例えば、ユーカリ、ギンネム（ｌｅｕｃａｅｎａ）および竹など）は、アメリカ合衆国やヨーロッパの産業界において以前から用いられている広葉樹材よりも高い炭素収率を提供した。さらに、オート麦やもみ殻、およびひまわりの殻からの炭素収率は、広葉樹材からの炭素収率とほぼ同じくらい高率であった。テーブル２は、米国特許５，４３５，９８３に従ったバイオマス処理に基づくアメリカ合衆国における農業残渣のバイオカーボンの生産見込みの見積もりを示す。毎年、２億トンを超える固定炭素が、農業残渣資源から産出され得る。林工業によってもたらされる木質系残渣は、一年あたりおよそ２億５千トンの固定炭素を産出するために用いられ得ると見積もられている。ちなみに、およそ９億９千トンの石炭が、１９９９年アメリカ合衆国において生産された。
【０００７】
【表２】
2004534888.tif 000004
【０００８】
したがって、本発明は、バイオマスを炭および電力に変換するための、迅速、効率的かつ経済的な処理を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明はさらに、バイオマスを炭に変換するために必要とされる外部熱入力を低減することを目的とする。
【００１０】
本発明はさらに、反応装置の加圧高温ガス排出を用いて、蒸気またはガスタービン、あるいはガスエンジンを介して電力を生成することを目的とする。
【００１１】
本発明の上記および他の目的および利点は、図面の参照および以下に図面とともに示す説明からより明らかになるであろう。
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、バイオマスを炭あるいは炭化炭（併せてバイオカーボンとする）および電力へと熱変換する低エネルギ入力処理を提供し、（≡）バイオマスをコンテナに密閉する工程と、（ｉｉ）コンテナを空気で加圧する工程と、（ｉｉｉ）バイオマスを発火および燃焼させるために加熱する工程と、（ｉｖ）反応装置内の圧力を所定値よりも低く維持するため、燃焼および熱分解の間、ガスをコンテナから放出する工程と、（ｖ）バイオマス物質層全体にわたり、コンテナからガスを放出することにより所望の所定基準にて圧力を制御する間、およそ４００度の温度に達するため、必要であれば、追加の空気をコンテナ内に搬送する工程と、（ｖｉ）コンテナの圧力をより低い所定値へと減圧するために、コンテナから一部のガスをさらに放出する工程とを備えている。バイオマスからバイオカーボンへと変換するために必要とされる際には、必要に応じて、工程（ｖ）〜（ｖｉ）のサイクルを連続的に低圧にて一回以上繰り返してよい。変換完了後、残留ガスは容器から放出される。
【好ましい実施形態の詳細な説明】
【００１３】
バイオマス物質は、木材を処理し易い大きさや形状に切断する以外の前処理をすることなく使用され得る。したがって、物質の含水率は、高い、または低い、のいずれかとなり得る。原料の乾燥に、特別なオーブンは必要ではない。湿ったバイオマスを取り込む前に、着火材として役立ち得る少量の乾燥バイオマスは、加熱器付近の反応装置の底に取り入れられ得る。この着火材により、バイオマスを燃やすために必要とされる時間短縮および外部エネルギ入力の削減が可能となる。
【００１４】
空気は好適なガス酸化剤であるが、空気と酸素の混合物、あるいは純粋な酸素が発火を加速する、あるいはピーク圧力を低減するために用いられ得る。また、工程（ｉｉ）および（ｉｉｉ）は、順序を入れ替えても良い。バイオマスの発火を加速するために加熱器の電源を入れた後、反応装置に空気を追加してもよい。
【００１５】
本発明の処理を行う好適な装置は、反応装置として機能する垂直円筒形の圧力容器と、その上部に位置する密閉可能なドアと、バイオマスを発火させるための反応装置内における加熱要素と、反応装置内にて圧力を調整する圧力調整装置と、高圧空気源とを備える。反応装置を使用するために、加熱要素を収容するための空洞を有する容器はバイオマスで満たされ、反応装置内に設置される。加圧、発火、必要に応じて追加の空気を導入する不足空気燃焼、熱分解、および、圧力放出の後、高温のバイオカーボンの容器は反応装置の外へ持ち出され、別のバイオマスの容器が反応装置内へと挿入される。
【００１６】
一般的な転換時間は３０分より短く、収炭率は、固定炭素成分によって、３０ｗｔ％から６０ｗｔ％の範囲内で決まる。本発明に従って生成されるバイオカーボンは、通常、揮発性物質成分は３０ｗｔ％より低く、熱量はおよそ１３，０００ＢＴＵ／ｌｂである。
【００１７】
反応装置を高圧高温に保つ高温の排出ガスは、電力を生成するため、蒸気タービンかガスタービン、あるいはガスエンジンに供給され得る。反応装置は周期的モードにて稼動するため、ガスの産出量は一定しない。したがって、ガスを貯蔵するとともに、タービン、あるいはガスエンジンに一定の温度および圧力にてガスを供給し得る断熱性高圧維持タンクへとガスを供給することが好ましい。別の態様では、複合ガス出力が一定であり、タービンあるいはガスエンジンへの供給に適する方法において、２つ以上の反応装置が順次運転され得る。高温加圧ガスが可燃性である場合には、高温加圧ガスの単なる拡充により得られる電力を超える付加的な電力を生成するために、ガスタービン、あるいはガスエンジン内において高温加圧ガスは燃焼され得る。別の態様では、コンバスタかフレア、あるいは触媒式再燃焼装置内において、ガスは燃焼され得る。
【００１８】
本発明の処理は、添付の図面に示す装置と関連して以下に説明される。なお、処理パラメータが維持され、処理された炭の移動が空気、あるいは酸素に露出されることなく実現され得るその他の装置が利用可能であることは理解されるであろう。
【００１９】
木質の丸太か木くず、あるいはもみ殻かとうもろこしの穂軸のような、任意の便利な形態における湿った、あるいは乾燥したバイオマスは、開口蓋１５を通って容器１４内に入れられる。容器内にあるキャビティ１４Ａは、バイオマスあるいは着火材の直接加熱を許容し、それによってその発火を促進するような、メタル・スクリーン製、あるいはパンチ・メタル製であるのが好ましい。バイオマス１３を詰められた後、容器１４はヒンジド・クロージャ１２を用いて反応装置１０に装着されるとともに密閉される。圧力容器の内壁を覆う断熱材１１は、燃焼および熱分解の間、容器１４からの熱の喪失を低減する。
【００２０】
一般的に、反応装置１０は、まず加圧される。反応装置の内圧を所望の基準まで上昇させるため、エア・コンプレッサ（図示せず）は、バルブ１８を通りライン１を介して、空気を反応装置に供給する。空気、あるいは酸素富化空気が用いられ得る。次に、密封されたバイオマス物質の充てん層を加熱するとともに加圧空気環境において発火および燃焼させるために、電気出力がワイヤ１６Ａを介してロッド・ヒータ１６に供給される。着火材は、発火を促進するために、加熱器付近の容器１４の底部にて用いられ得る。発火を加速するために、加熱中、空気を反応装置１０に供給してよい。
【００２１】
別の態様において、バイオマスは、最初に十分な発火温度まで加熱され、その後、所望の内圧を達成するために空気が加えられ得る。圧力調整装置１７は、反応装置１０の底部からガスを放出し、それによって反応装置１０内における圧力を制御するために利用される。反応装置内の温度は、熱電対１９により監視され得る。同様に、反応装置内の圧力は、圧力ゲージ２０により監視され得る。発火前の加熱期間中、バイオマスに反応した水分が蒸発するため、圧力は上昇する。バイオマスの発火が起きると、反応装置内における圧力および温度は、さらに急激に上昇する。このとき、すなわち、通常は加熱器の電源が入ってからほんの２〜４分で、外部エネルギの反応装置への入力を最小限にするため、加熱器は電源オフにされる。
【００２２】
圧力調整装置１７は、圧力が通常４００ｐｓｉｇ（２７５８０００Ｐａ）以上に指定された限界値に達した場合に反応装置からガスを放出するよう設定される。最適圧力は原料によって異なるが、多くの場合は１００〜２００ｐｓｉｇ（６８９５００Ｐａ〜１３７９０００Ｐａ）の範囲内にある。必要に応じて、エアコンプレッサにより追加の空気がバルブ１８およびスタンドパイプ２９を介して容器の上部に送られ、物質層全体にわたって４００度以上の温度を実現するために、反応装置の底部からバルブ１７を介してガスが排出され得る。このような反応装置の上から下へのガスの流れにより、反応装置は下降気流モード、すなわち、空気が層全体に流れるとフレーム・フロントは上方に移動する状態で運転される。最上層の温度が所望の基準、すなわちバイオマス原料により決まるが一般的には４００度を越える基準に達すると、反応装置への空気の供給は、通常、バルブ１８を閉じることにより停止される。しかしながら、数種類のバイオマスの場合、燃焼を持続するために、低圧にて空気を加え続ける必要があり得る。
【００２３】
ほとんどの場合において、コンテナに供給される空気の総量は、乾燥バイオマス１ｋｇあたり、２ｋｇに満たない。空気の供給に必要とされる時間は、空気流の速度と原料とによって決まるが、通常は１０〜３０分の範囲内にある。反応装置内の圧力を低減するために、反応装置内のガスは、調整装置１７およびライン２１を介して放出される。圧力は、０ｐｓｉｇ（０Ｐａ）、あるいは中間所定基準まで減圧され得る。かかるガスが可燃性ガスの場合には、熱を生成するために、図示のとおりフレア内にて燃焼、あるいは外部コンバスタ（図示せず）か触媒式再燃焼装置（図示せず）において燃焼してよい。
【００２４】
別の実施形態において、調整装置１７を介して反応装置から放出される高温加圧ガスは、標準の蒸気タービン（図示せず）、あるいはガスエンジン（図示せず）へと高圧にて供給され、大気圧までガスを拡充することにより、電力を生成し得る。高温ガスが可燃性ガスの場合には、付加的電力を生成するために、ガスタービン（図示せず）、あるいはガスエンジン（図示せず）において、ガスを燃焼してもよい。
【００２５】
反応装置内における物質の正確な滞留時間は、用いられる物質固有のタイプおよび含水量よって異なるが、一般的に、滞留時間は３０分より短い。個々のバイオマス原料の最適状態は、個々のバイオマス物質のサンプルを検査することにより、当業者は容易に判断可能である。
【００２６】
最大限に効率化するため、取り込みの合間に反応装置は冷却される必要がないということは本発明の特徴である。反応装置内の圧力を大気圧まで減圧するため、ヒンジ式クロージャ１２を開く前に、ガスはバルブ１７を通って排出される。容器１４は密閉性がある。よって、容器１４内への空気の流入を最小限にするため、コンテナ内の高温バイオカーボンは、容器が反応装置から取り除かれる際に燃焼しない。少量の空気がキャビティ１４Ａを介して容器内に入ってくるが、容器が水平面、あるいは水溜りの上に配置される場合には、容器の底部の外側端部は、封止部として効果的に機能し得る。冷却後、バイオカーボンは容器１４から取り外される。容器を反応装置１０から取り除いた直後に、別のバイオマス物質の容器が反応装置内へと降ろされ得る。その後反応容器は、反応装置１０のいかなる十分な冷却を許容することなく密閉、加圧および再加熱され得るため、全体の処理がより効率的になる。
【００２７】
図面を参照すると、反応装置１０のその他の特徴として、上部シーリングガスケット２２、下部シーリングガスケット２３、内側シーリングガスケット２４、および底部ブラインドフランジ２５が含まれている。ヒンジ式クロージャ１２は、従来のロック機構２６を介して固定されている。容器１４は、反応装置１０内へと上下する目的のため、鎖ハンドル２８を収容している。安全バルブ３０は、圧力超過の場合にガスを放出するために、バースト・ダイヤフラムを用いる。
【００２８】
以下の例は、説明を目的として提示されており、いかなる方法においても本発明を限定するものではない。
【００２９】
実験例１
剥皮ギンネム材は、図に示すように（１．４３７ｋｇの空気乾燥した木質（乾重で１４．３ｗｔ％））、反応装置内に取り込まれ、空気で４００ｐｓｉｇ（２７５８０００Ｐａ）まで加圧された。内部加熱器の電源が入れられた。発火前に、圧力を４００ｐｓｉｇ（２７５８０００Ｐａ）に制御するために、いくらかのガスが反応装置の底部から排出された。発火した木質を４分間加熱したあと、加熱器の電源が切られ、反応装置内のガスの圧力を１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）までゆっくりと減圧するために、反応装置の底部からガスが排出された。次に、安定した空気の流れが反応装置の上部に送られ、反応装置の圧力をおよそ１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）に保つため、反応装置の底部からガスが排出された。発火から３４分後、木質の充てん層の上部の温度は６００度に達し、気流が止められた。反応装置の圧力を０ｐｓｉｇ（０Ｐａ）まで減圧するために、反応装置の底部からガスが排出された。およそ０．２ｋＷ／ｈの電力が木質を発火させるために必要とされ、合計０．９４ｋｇの空気が最初の加圧後、反応装置へと供給された。続いて、反応装置の中味が取り出されて検査された。ギンネムは全て、２．７から２７．８ｗｔ％の揮発性物質と２．９から４．１ｗｔ％の灰分とを含有する高品質の炭に変換された。炭の収率は３６．８ｗｔ％（乾重）で、固定炭素の収率は２９．７ｗｔ％であった。ギンネム木質原料のＣ、Ｈ、Ｏ成分に基づくと、理論上の固定炭素の収率は３４．４ｗｔ％である。したがって、このような条件により、理論限界効率の８６％の効率で、ギンネム木質を炭素に変換することが可能となった。
【００３０】
実験例２
本例は、低圧で発火が起こる点以外は例１と同様である。反応装置には、１．３９３ｋｇの空気乾燥した剥皮ギンネム材（乾重で１３．１ｗｔ％）が取り込まれ、空気で１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）まで加圧された。内部加熱器の電源が入れられた。発火より前に、圧力を１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）に制御するために、いくらかのガスが反応装置の底部から排出された。加熱から６分後、木質は発火し、加熱器の電源が切られた。次に、安定した空気の流れが反応装置の上部に供給され、反応装置の圧力をおよそ１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）に保つため、反応装置の底部からガスが排出された。発火から２８分後、木質の充てん層の上部の温度は５６０度に達し、気流が停止された。反応装置の圧力を０ｐｓｉｇ（０Ｐａ）まで低減させるために、反応装置の底部からガスが排出された。およそ０．２ｋＷ／ｈの電力が木質を発火させるために必要とされ、合計０．９３ｋｇの空気が最初の加圧後に反応装置へと供給された。続いて、反応装置の中味が取り出されて検査された。ギンネムの全てが、９．６から３６．７ｗｔ％の揮発性物質と２．３から３．７ｗｔ％の灰分とを含有する高品質の炭に変換された。炭の収率は４０．０ｗｔ％（乾重）で、固定炭素の収率は２９．７ｗｔ％であった。例１と同様に、かかる条件により、理論限界の８６％の効率でギンネム木質を炭素に変換することができた。これらの結果により、処理の再現性が実証され、発火圧力が高いほど、処理能力への影響がより小さいことがわかる。
【００３１】
実験例３
床板の製造廃棄物であるオーク・ウッドは、炭の製造メーカから得られた。反応装置には、１．２８５ｋｇの空気乾燥のオーク・ウッド（乾重で８．６ｗｔ％）が取り込まれ、空気で２００ｐｓｉｇ（１３７９０００Ｐａ）まで加圧された。内部加熱器の電源が入れられた。発火前に、圧力を２００ｐｓｉｇ（１３７９０００Ｐａ）に制御するために、いくらかのガスが反応装置の底部から排気された。発火した木質を５分間加熱したあと、加熱器の電源は切られ、反応装置内の気圧を１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）までゆっくりと減圧するため、反応装置の底部からガスが排出された。次に、安定した空気の流れが反応装置の上部に搬送され、反応装置の圧力をおよそ１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）に維持するため、反応装置の底部からガスが排出された。発火から２５分後、充てん層の上部の温度は４６０度に達し、気流が停止された。反応装置の圧力を０ｐｓｉｇ（０Ｐａ）まで低減するために、反応装置の底部からガスが排出された。およそ０．２ｋＷ／ｈの電力が木質を発火するために必要とされ、合計０．６９ｋｇの空気が最初の加圧後、反応装置へと供給された。続いて反応装置の中味が取り出され、検査された。全てのオーク・ウッドが、１５．３から２４．６ｗｔ％の揮発性物質と０．４から０．８ｗｔ％の灰分とを含有する高品質の炭に変換された。炭の収率は３５．１ｗｔ％（乾重）で、固定炭素の収率は２８．０ｗｔ％であった。オーク・ウッド原料のＣ、Ｈ、Ｏ成分に基づくと、理論上の固定炭素の収率は２９．６ｗｔ％となる。4したがって、これらの条件により、理論限界の９５％の効率で、オーク・ウッドを炭素に変換することが可能となった。
【００３２】
実験例４
反応装置は、０．４９６ｋｇの空気乾燥したとうもろこしの穂軸（乾重で１１．９ｗｔ％）を取り込まれ、空気で１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）まで加圧された。内部加熱器の電源が入れられた。加熱期間中、圧力を１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）に制御するために、いくらかのガスが反応装置の底部から排出された。２分加熱した後、穂軸燃料は発火した。その直後に、安定した空気の流れが１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）にて反応装置の上部に供給され、反応装置の圧力をおよそ１５０ｐｓｉｇ（１０３４２５０Ｐａ）に維持するため、反応装置の底部からガスが排出された。発火から１８分後に、空気の流れが止められ、反応装置の圧力を０ｐｓｉｇ（０Ｐａ）まで減圧するために、反応装置の底部からガスが排出された。合計０．５１ｋｇの空気が、最初の加圧後、反応装置へと供給された。続いて、反応装置の中味が取り出され、検査された。すべての穂軸が、１１．０から１７．５ｗｔ％の揮発性物質および２．４から３．０ｗｔ％の灰分を含有する高品質の炭へと変換された。炭の収率は３３．１ｗｔ％（乾重）で、固定炭素の収率は２８．０ｗｔ％である。とうもろこし穂軸原料のＣ、Ｈ、Ｏ成分に基づくと、理論上の固定炭素の収率は２８ｗｔ％となる。参照４したがって、このような条件により、穂軸を理論限界の１００％の効率を有する炭素に変換することができる。
【００３３】
比較例５
例２において、木質を発火させるために０．２ｋＷ／ｈｒの電力を入力し、１．２３１ｋｇ（乾重）のギンネム木材から０．４９２ｋｇの炭（乾重）が製造された。本例において、電力消費は、生成された炭１ｋｇあたりおよそ０．４ｋＷ／ｈｒであった。米国特許５，４３５，９８３のテーブル３では、消費された電力は、空気乾燥のギンナム木質から生成された炭１ｋｇあたり３．５〜３．７ｋＷ／ｈであった。このような比較により、本発明は、電力消費を約１０分の１だけ削減することがわかる。大型の反応装置が用いられた場合には、本発明により、さらに大幅な電力消費の削減が実現され得る。というのも、０．２ｋＷ／ｈの電力は、さらに大型の反応装置においてより大量のバイオマスを発火させるのに十分であり、その結果、さらに大量の炭が生成される。加熱時間の比較によれば、およそ１１０分（米国特許５，４３５，９８３のテーブル３）から本例２の３４分に削減されることがわかる。なお、テーブル３の運転ＡおよびＢにおける炭の収率は、ほぼ例２において実現された収率に等しい。
【００３４】
比較例６
例４において、とうもろこしの穂軸からの炭および固定炭素の収率は、（それぞれ）３３．１ｗｔ％および２８．０ｗｔ％であった。米国特許５，４３５，９８３の処理が、例２にて用いられたのと同じ実験室の反応装置内において湿ったとうもろこしの穂軸を使って用いられた場合には、炭および固定炭素の収率は、（それぞれ）３１．２ｗｔ％および２１．６ｗｔ％であった（参照４）。したがって、本発明は、とうもろこしの穂軸からの固定炭素の収率を、３０％分増加させる。
【００３５】
これらの比較例によると、本発明は、固定炭素の収率をさらに増加させるという利点を有しながら、従来研究と比べてバイオマスを炭化するのに必要とされる電力消費および時間を動的に削減することができる。
【００３６】
本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態を採り得る。したがって本実施形態は、例示を目的としたものであって、本発明の趣旨になんら限定されるものではない。本発明は、添付した請求項により示され、その意味と範囲および等価物の範囲内において行われるあらゆる変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の処理の実施に好適な装置の断面立面図である。
【図１】
2004534888.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004534888.tif 000006
2004534888.tif 000007
2004534888.tif 000008
2004534888.tif 000009
2004534888.tif 000010
2004534888.tif 000011
2004534888.tif 000012
2004534888.tif 000013
2004534888.tif 000014
2004534888.tif 000015
2004534888.tif 000016
2004534888.tif 000017
2004534888.tif 000018
2004534888.tif 000019
2004534888.tif 000020
2004534888.tif 000021
2004534888.tif 000022
2004534888.tif 000023
2004534888.tif 000024
2004534888.tif 000025
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004534888.tif 000026
2004534888.tif 000027
【国際調査報告】
2004534888.tif 000028
2004534888.tif 000029