(57)【要約】【課題】輸送コストを低減することにより木質バイオマスの利用拡大を図るための木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液およびその利用方法を提供する。【解決手段】液体成分である燃料油に対して粉砕して微粉化した木質バイオマスを３０重量％〜５０重量％混合して木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を調製する。この調製は木質バイオマスの発生場所の近くで行われ、木質バイオマスは液体として火力発電所などに輸送される。使用時には、混合燃料原液は燃料油によって希釈されて用いられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体成分である燃料油に対して粉砕して微粉化した木質バイオマスを３０重量％〜５０重量％混合することで調製され、熱エネルギを発生させるための内燃機関の燃料としての使用時には前記燃料油によって希釈されて用いられる、ことを特徴とする木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液。
【請求項２】
微粉化した前記木質バイオマスの粒径は、５０〜１０００μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液。
【請求項３】
木質バイオマスを微粉化する前に、木質バイオマスを炭化処理した、ことを特徴とする請求項１に記載の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液。
【請求項４】
前記内燃機関はボイラ（１１）であって、前記燃料油には重油、軽油又は原油が用いられる、ことを特徴とする請求項１に記載の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液。
【請求項５】
木質バイオマスを粉砕して微粉化し、微粉化した木質バイオマスを高濃度で燃料油と混合して木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を木質バイオマスの発生場所の近くで調製する混合燃料原液調製工程（Ｓ１０１）と、
該混合燃料原液調製工程で得られた混合燃料原液を内燃機関設置施設まで輸送する輸送工程（Ｓ１０２）と、
内燃機関設置施設において前記混合燃料原液を前記燃料油により希釈し、燃料油に対しする木質バイオマスの濃度を１重量％〜１０重量％に希釈する希釈工程（Ｓ１０３）と、
得られた希釈木質バイオマス含有燃料を内燃機関で燃焼させる燃焼工程（Ｓ１０４）と、を備えた、ことを特徴とする木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の利用方法。
【請求項６】
前記混合燃料原液調製工程（Ｓ１０１）に、木質バイオマスを微粉化する前に、木質バイオマスを炭化処理する工程を含む、ことを特徴とする請求項５に記載の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の利用方法。
【請求項７】
前記内燃機関はボイラ（１１）であり、
前記希釈工程（Ｓ１０４）において、希釈タンク（３１）内で前記木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を燃料油により２〜３倍程度に希釈することで流動性を高め、得られた希釈木質バイオマス含有燃料を、燃料油貯蔵タンク（３２）から送られてきた燃料油により、混合用補助タンク（３３）内でさらに混合して希釈木質バイオマス含有燃料の２倍〜１０倍程度に希釈した後に、これを内燃機関で燃焼させる、ことを特徴とする請求項５に記載の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の利用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は木材の伐採などで生じる木質バイオマスを有効に利用するとともに、その輸送コストを抑えるための木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液およびその利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオマスは、動植物由来の再生可能な有機質資源であって、代表的なものに家畜排泄物、食品廃棄物、廃棄紙、林地残材、下水汚泥などがある。現在、地球温暖化の防止、循環型社会の形成、農山漁村の活性化などを目的として、このようなバイオマスを積極的に活用しようとする試みがあるが、日本におけるバイオマスの利用率は諸外国に比べ格段に低い値となっている。
【０００３】
一方、平成１５年４月１日からＲＰＳ（Renewable Portfolio Standard)法が施行されている。ＲＰＳ法は、国が電力会社（電気事業者）に太陽光発電や風力などの新エネルギーから得られる電気を一定量以上利用することを義務づける、新エネルギーの普及促進を目的とした法律である。そこで電力会社はＲＰＳ法の基準を満たすために石炭・木質バイオマスの混焼を検討している。
例えば、下記の特許文献１には、石炭と木質バイオマスを効率的に燃焼させる技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−２９１５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように石炭火力発電所で木質バイオマスを使用する技術については幾つかの提案が見られるものの、その輸送コストが木質バイオマスの利用拡大の最大のネックとなっていた。すなわち木質バイオマスの発生場所とそれを燃焼させて利用するための施設が離れていることが多く、輸送コストを勘案すると木質バイオマスの使用が採算ベースに乗らず、その利用が躊躇される一因となっていた。また重原油を主燃料とする石油火力発電所においても、当業界でのバイオマスの利用範囲拡大が求められているにも拘わらず、これまで木質バイオマスを積極的に利用しようとする動きがないのが実情であった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、その輸送コストを低減することにより木質バイオマスの利用拡大を図るための木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液およびその利用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明は、液体成分である燃料油に対して粉砕して微粉化した木質バイオマスを３０重量％〜５０重量％混合することで調整され、熱エネルギを発生させるための内燃機関の燃料としての使用時には前記燃料油によって希釈されて用いられる、ことを特徴とする木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を提供する。
【０００７】
ここで、微粉化した前記木質バイオマスの粒径は、５０〜１０００μｍである、ことが好ましい。
【０００８】
さらに、木質バイオマスを微粉化する前に、木質バイオマスを炭化処理する、こともできる。
【０００９】
また、前記内燃機関はボイラ（１１）であって、前記燃料油には重油、軽油又は原油が用いられる、ものとする。
【００１０】
また本発明は、木質バイオマスを粉砕して微粉化し、微粉化した木質バイオマスを高濃度で燃料油と混合して木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を木質バイオマスの発生場所の近くで調製する混合燃料原液調製工程（Ｓ１０１）と、該混合燃料原液調製工程で得られた混合燃料原液を内燃機関設置施設まで輸送する輸送工程（Ｓ１０２）と、内燃機関設置施設において前記混合燃料原液を前記燃料油により希釈し、燃料油に対しする木質バイオマスの濃度を１重量％〜１０重量％に希釈する希釈工程（Ｓ１０３）と、得られた希釈木質バイオマス含有燃料を内燃機関で燃焼させる燃焼工程（Ｓ１０４）と、を備えた、ことを特徴とする木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の利用方法を提供する。
【００１１】
ここで、前記混合燃料原液調製工程（Ｓ１０１）に、木質バイオマスを微粉化する前に、木質バイオマスを炭化処理する工程を含む、ことも好ましい。
【００１２】
特に、前記内燃機関はボイラ（１１）であり、前記希釈工程（Ｓ１０４）において、希釈タンク（３１）内で前記木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を燃料油により２〜３倍程度に希釈することで流動性を高め、得られた希釈木質バイオマス含有燃料を、燃料油貯蔵タンク（３２）から送られてきた燃料油により、混合用補助タンク（３３）内でさらに混合して希釈木質バイオマス含有燃料の２倍〜１０倍程度に希釈した後に、これを内燃機関で燃焼させる、ものとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、バイオマスの発生場所の近くで、粉砕して微粉化した木質バイオマスを液体成分である燃料油に高濃度で混合して混合燃料原液を調製し、燃料油を木質バイオマスに含侵させることで、一定の流動性も確保してその燃料としての取扱性を向上させるとともに、単位発熱量当たりの体積を減少させることで、木質バイオマスの発生個所から遠方にある内燃機関設置施設までの輸送コストを低減させることができる。すなわち木質バイオマスを流動体とすることで、ポンプ等をもちいた圧送が可能となり、タンクローリー車などへの積み込みが容易となり、また、体積を減少させることでタンクローリー車などへの積込量も増加することができる。これにより、例えば火力発電所における発電用燃料としての木質バイオマスの積極的利用を促進することが可能となる。
【００１４】
また木質バイオマスを微粉化する前にこれを炭化しておくことで、木質バイオマス中の燃焼に不要な成分をある程度除去できるとともに、その乾燥を行うことができ、さらに、木質バイオマスの繊維組織を破壊してその微粉化を容易化することができる。
【００１５】
なお木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を内燃機関で燃焼させる際には、内燃機関設置施設において、混合燃料原液を燃料油により希釈して用いることで、適切な濃度の燃料としてこれを利用することができる。また燃料油が含侵したバイオマスの微粒子は、自身が燃焼するとともに燃料油燃焼促進のための心材となるため、燃料の燃焼効率も向上すると考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
発明は木質バイオマスの利用拡大の最大のネックとなっていた輸送コストを低減することで、これまで産業廃棄物として廃棄処理されることが多かった木質バイオマスの燃料としての利用促進を目的としたものである。
以下木質バイオマスを、混合燃料原液として調製する手順をまず説明し、続いてこの混合燃料原液を、熱エネルギを発生させるための内燃機関の一例としての火力発電所のボイラ燃焼用の燃料として利用する場合について具体的に説明する。
【００１７】
木質バイオマスは、木材、間伐材、伐採木、剪定枝、おがくず、樹皮、チップ、端材、流木、草、竹、笹、木質建築廃材、古紙など、これまであまり有効に利用されていなかった木質材の全てを含む概念である。
【００１８】
本実施例で使用される木質バイオマスは、山間部で発生した間伐材や剪定枝を想定している。図１に本実施例の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の調製手順のフロー図を示した。
【００１９】
間伐材等の木質バイオマスはまず発生場所の近くの麓などの集積場所に集積され、その場所で径が１ｃｍ程度のチップに粉砕される。粉砕されたチップは含有する水分がある程度（例えば半分程度）蒸発するまで、集積場所で放置・乾燥される。
なお木質バイオマスをチップに粉砕するチップ化装置は、粉砕前の間伐材等の運搬距離を短縮してその輸送の手間を低減するために、木質バイオマスの発生場所のできるだけ近くに設置することが望まれる。そのためチップ化装置は、車載可能な可動式の装置を使用することが好ましい。
【００２０】
乾燥したチップは、トラックなどの輸送車両に積載され、最も近くの粉砕施設まで運搬される。粉砕施設では公知の粉砕機を用いてチップを５０〜１０００μｍの粒径に粉砕・微粉化する。この粒径は木質バイオマスを後述する燃料油と混合して燃焼させる場合に、燃焼効率を良好とすることができる好適な大きさである。
微粉化された木質バイオマスは、含有する水分がさらに半分程度となるまで放置・乾燥される。なおチップや木質バイオマス微粉の乾燥を、乾燥機を使って強制的に行うことも勿論可能である。
【００２１】
乾燥された木質バイオマス微粉は、粉砕施設においてそこに設置された混合用タンクに投入され、燃料油である重油、軽油又は原油と混合・調製されて混合燃料原液となる。この混合燃料原液はある程度の流動性を有するタール状の液体であり、ポンプ等を用いてその圧送をすることができるため、その取扱性が向上する。なお木質バイオマス微粉は、液体成分である燃料油に対して３０重量％〜５０重量％だけ混合される。
【００２２】
調製された木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液は、ポンプによって混合用タンクから伸びる配管を通じてタンクローリー車やタンクを搭載した貨物列車に移し替えられて、内燃機関設置施設まで輸送される。
【００２３】
図２に本実施例の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の他の調製手順のフロー図を示した。図に示したようにこの調製手順では、チップに粉砕した木質バイオマスをその微粉化の前に炭化する工程を含んでいる。
【００２４】
チップの炭化処理は、一般に市販されている公知の炭化装置を用いて行われる。炭化装置の燃料には、灯油などの液体燃料の他、乾燥させたチップや炭化したチップを用いることもできる。チップの炭化はチップの輸送の手間をなくすために木質バイオマスの発生場所の近くの集積場所で行うことが好ましく、そのため可動式の装置を用いることが好ましい。なお炭化処理を粉砕施設などの他の場所で行うことも勿論可能である。
このように微粉化する前にチップを炭化することにより、含有水分や燃焼に不要な成分をある程度除去することができ、さらに、木質バイオマスの繊維組織を破壊してその微粉化を容易化することができる。
【００２５】
炭化したチップは上記と同様に最も近くの粉砕施設まで運搬され、そこで５０〜１０００μｍの粒径に粉砕機により微粉化される。微粉化された木質バイオマスは、液体成分である燃料油に対して３０重量％〜５０重量％だけ混合され、木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液として調製される。
なお輸送コスト低減のために、木質バイオマスのチップへの粉砕、粉砕機によるチップの微粉化、微粉化した木質バイオマスと燃料油との混合なども、可能であれば木質バイオマスの発生場所の近くの集積場所など一箇所で行うことがもっとも好ましい。
【００２６】
調製された木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液は、上記と同様にポンプによって混合用タンクから伸びる配管を通じてタンクローリー車やタンクを搭載した貨物列車に移し替えられて、内燃機関の設置施設まで輸送される。
【００２７】
このようにバイオマスの発生場所の近くで、粉砕して微粉化した木質バイオマスを液体成分である燃料油に高濃度で混合して混合燃料原液を調製し、燃料油を木質バイオマスに含侵させることで、（１）非常に嵩だかな木質バイオマスの単位発熱量当たりの体積が減少する、（２）一定の流動性を確保することで液体燃料として扱うことができ取扱性が向上する、（３）微粉化した木質バイオマスへの湿気などの影響を回避することができる、などの効果が発揮される。これによりその輸送コストの低減が図られ、木質バイオマスの燃料としての使用が促進される。
【００２８】
図３に調製した木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を、ボイラ燃焼用燃料として利用する火力発電所の発電プラントの概略構成図を示した。
【００２９】
この発電プラント１では、熱エネルギを発生させるための内燃機関であるボイラ１１内での燃料の燃焼によって過熱器１２の水を加熱して蒸気を発生させ、発生した蒸気をタービン関係配管１３を介してタービンケーシング内に送ることでタービン１４を軸廻りに高速回転させ、この回転を発電機１５に動力として伝達することで発電がなされている。
この発電プラント１は、ボイラ１１に燃料を供給する燃料系統と、ボイラで燃料を燃焼させるための燃焼系統と、水から蒸気を発生させてタービン１４を回転させるための復水・蒸気系統と、これら系統の設備に冷却水を供給する冷却系統との４系統に大別される。
【００３０】
燃焼系統のボイラ１１に燃料を供給するための燃料系統は、重油、軽油又は原油である燃料油を貯蔵する燃料油貯蔵タンク３２と、タンクローリー等から木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を受け入れるとともに燃料油貯蔵タンク３２と配管接続された希釈タンク３１と、燃料油貯蔵タンク３２及び希釈タンク３１に配管接続された混合用補助タンク３３を備えている。
【００３１】
燃焼系統のボイラ１１は、燃料を燃焼するための火炉１１ａを本体とする。この火炉１１ａ内には燃焼バーナ１１ｂが設けられている。燃焼バーナ１１ｂには、混合用補助タンク３３から燃料が供給され、図示しないバーナ用ノズルから燃料が火炉内に噴霧されるとともに、押込通風機から燃焼空気が供給され、火炉内での燃料の燃焼が行われる。火炉１１ａの下流側には、前記燃焼によって発生した排ガスを処理するための排ガス処理設備１８が設けられている。なおこの燃焼系統は一般に稼動しているこれまでの火力発電所の設備と特に変わるところはない。
【００３２】
また、復水・蒸気系統は、タービン１４からの排出蒸気を凝縮して水にする復水器１９を備え、復水器は配管２０によって過熱器１２と接続している。これによって当該復水・蒸気系統は循環系となっている。
図示しない冷却系統は、タービン１４の軸受け潤滑油の冷却や、タービン１４から復水器１９へと排出される排出蒸気の冷却を主に行っている。
この復水・蒸気系統や冷却系統も一般に稼動しているこれまでの火力発電所の設備と特に変わるところはない。
【００３３】
以上に説明した火力発電所の燃料系統では、本発明の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液は次のように希釈処理されてからボイラ用の燃料としての利用に供される。
タンクローリー等から希釈タンク３１に受け入れられた木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液は、燃料油貯蔵タンク３２から導入された燃料油と希釈タンク内で混合され、２〜３倍程度に希釈されその流動性が向上させられる。その後、配管を通じて混合用補助タンク３３に送られ、燃料油貯蔵タンク３２から導入された燃料油と混合用補助タンク３３内で混合されてさらに２倍〜１０倍程度に希釈される。調製された希釈木質バイオマス含有燃料中の木質バイオマスの濃度は、ボイラでの燃焼に最適な１重量％〜１０重量％程度となる。
なお、希釈タンク３１が大型タンクであり、希釈タンク内で混合燃料原液を１重量％〜１０重量％程度にまで希釈することが可能である場合には、混合用補助タンク３３を不要とすることができる。
【００３４】
図４のフロー図に本発明の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の火力発電所における利用方法についてまとめた。
この利用方法は、混合燃料原液調製工程（Ｓ１０１）、輸送工程（Ｓ１０２）、希釈工程（Ｓ１０３）および燃焼工程（Ｓ１０４）からなる。
【００３５】
混合燃料原液調製工程では、木質バイオマスを粉砕して微粉化し、微粉化した木質バイオマスを高濃度で燃料油と混合して木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を調製する。ここで木質バイオマスを微粉化する前に炭化しておくことも好ましい。
木質バイオマスの炭化、粉砕および粉砕した木質バイオマスと燃料油との混合は、輸送コスト低減のために木質バイオマスの発生場所の近くで行われることが好ましく、同じ場所で行われることがより好ましい。
【００３６】
輸送工程では、調製された混合燃料原液をタンクローリー等の輸送機関に積み込み、火力発電所まで輸送する。なお微粉化した木質バイオマスを燃料油と混合した混合燃料原液は一定の流動性があり流体として扱うことができるため、その取扱性が向上する。また、微粉化したままの木質バイオマスと比べて単位体積当たりの発熱量も増大するため、その輸送コストも低減することができる。
【００３７】
希釈工程では、混合燃料原液を燃料油によって希釈することで、木質バイオマスを火力発電所のボイラ１１で燃焼させるための最適な濃度とする。この濃度は１重量％〜１０重量％程度である。
【００３８】
燃焼工程では、得られた希釈木質バイオマス含有燃料を火力発電所のボイラ１１で燃焼させる。なお、希釈木質バイオマス含有燃料中の木質バイオマス微粉の粒径および濃度は、ボイラ１１に備えられた燃料噴射用のノズルの特性によって適宜決定される。木質バイオマス含有燃料油は、ボイラ内で通常と変わらぬ運転によって燃焼され、発電に供される。木質バイオマス含有燃料油を使用することにより、木質バイオマス微粉が燃焼促進のための心材となり、未燃分減少による燃焼効率の向上、燃焼灰の抑制およびＮＯｘ生成量の抑制等も図られる。
【００３９】
なお、本発明は上述した発明の実施の形態に限定されず、輸送コストの低減や燃焼効率の改善を図ることにより、火力発電所などの内燃機関設置施設において木質バイオマスの利用を促進するものであれば、図示したような構成に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、熱エネルギを発生させるための内燃機関の燃料としての木質バイオマスの利用を促進するためのものであり、工業用の内燃機関に限られず、家庭用の内燃機関にも適用することが可能である。木質バイオマスの利用を促進することで、しいては地球温暖化の防止、循環型社会の形成などに有効に貢献することができる。なお炭素成分を含み微粉化することができる原料、例えばプラスティックや布などにも本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施例の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の調製手順を示したフロー図である。
【図２】本実施例の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の他の調製手順を示したフロー図である。
【図３】調製した木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液を、ボイラ燃焼用燃料として利用する火力発電所の発電プラントを示した概略構成図である。
【図４】本発明の木質バイオマスと燃料油との混合燃料原液の火力発電所における利用方法についてまとめたフロー図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  発電プラント
１１  ボイラ
１１ａ  火炉
１１ｂ  燃焼バーナ
１２  過熱器
１３  タービン関係配管
１４  タービン
１５  発電機
１８  排ガス処理設備
１９  復水器
２０  配管
３１  希釈タンク
３２  燃料油貯蔵タンク
３３  混合用補助タンク
【図１】
2007254696.tif 000003
【図２】
2007254696.tif 000004
【図３】
2007254696.tif 000005
【図４】
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