(57)【要約】【課題】バイオブリケットからより効率的に燃焼性ガスを製造する方法、および上記バイオブリケットの成形体からバイオマス−石炭融合微粉燃料という粉砕品を製造し、より効率的に燃焼性ガスおよびチャーを製造する方法を提供する。【解決手段】石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、前記圧縮成形体を粉砕する工程、粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、を含む微粉燃料の製造方法。得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスを得る燃焼性ガスの製造方法。得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスおよびチャーを得る燃焼性ガスおよびチャーの製造方法。得られた粉砕品を熱分解してチャーを得、得られたチャーを水蒸気と反応させて燃焼性ガスを得る燃焼性ガスの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
を含む微粉燃料の製造方法。
【請求項２】
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスを得る工程、
を含む、燃焼性ガスの製造方法。
【請求項３】
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスおよびチャーを得る工程、
を含む、燃焼性ガスおよびチャーの製造方法。
【請求項４】
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
得られた粉砕品を熱分解してチャーを得る工程、
得られたチャーを水蒸気と反応させて燃焼性ガスを得る工程
を含む、燃焼性ガスの製造方法。
【請求項５】
高圧圧縮を1トン/cm2以上の圧力で行う請求項1〜4のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
高圧圧縮をハイプレッシャージャッキまたは高圧圧縮成形装置を用いて行う請求項1〜5のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
石炭が褐炭、亜瀝青炭及び瀝青炭からなる群より選ばれた１種又は２種以上の石炭である請求項1〜6のいずれか１項に記載の精製方法。
【請求項８】
廃棄炭化物が有機性廃棄物の熱分解生成物である請求項1〜7のいずれか１項に記載の精製方法。
【請求項９】
圧縮成形体が直径６〜５０ｍｍの範囲の粒子である請求項1〜8のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
圧縮成形体は脱硫剤および／またはガス化・酸化促進剤をさらに含有する請求項1〜9のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
粉砕物を篩分けして、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る請求項1〜10のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物(バイオマス)粉末からのバイオマス−石炭融合微粉燃料の製造方法、燃焼性ガスの製造方法、並びに燃焼性ガスおよびチャーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内外において、石炭と(廃棄)バイオマス混焼技術は、地球温暖化対策技術として研究開発されてきている。しかし、(1)廃棄バイオマス繊維の微粉化・粒度制御は難しく、(2)バイオマスと石炭を従来法で混合して同時に導入した場合、バイオマスと石炭の比重差が大きく、直ちにそれぞれ分離してしまい、(3)それぞれ異なった発熱量・燃焼挙動を示すため、炉内温度制御が困難となっている。さらに、(4)バイオマス燃焼時に凝縮性タールが副生し、管の閉塞などの運転トラブルの引起しなど、諸技術応用の大きな支障となっている。
【０００３】
石炭とバイオマス混焼技術では、粉砕されたバイオマスと石炭の粒子を物理混合して、燃焼炉に同時に導入し、燃焼させることである。上記(1)から(4)の石炭とバイオマス混焼技術問題が生じ、実用化に至らない。
【０００４】
本発明者らは、これまでに低品位炭のクリーン化技術である、バイオブリケット製造技術の研究開発を進めてきている。バイオブリケットは石炭に、粉砕した植物繊維質、脱硫剤の混合物を高圧で成形した固形燃料である[特開２００３−１２９０７４号公報（特許文献1）]。その燃焼特性や大気汚染化学物質の排出量を測定・評価により、バイオブリケット化による硫黄酸化物と大気浮遊粒子状物質の低減効果などが認められている。
【特許文献１】特開２００３−１２９０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるにバイオブリケットを石炭とともに使用する場合、微粉炭にする必要があるが、本発明者らの検討の結果、微粉炭燃焼装置に石炭とバイオマスを導入すると、不十分な粒度制御、燃焼直前でのバイオマスと石炭との分離、不安定な発熱量、困難な炉温制御、有害粒子・タールの発生、低燃焼効率などの問題が生じることが明らかになった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、上記(1)から(4)の石炭とバイオマス混焼技術問題を解決することであり、具体的には、上記バイオブリケットからより効率的に燃焼性ガスを製造する方法、および上記バイオブリケットの成形体からバイオマス−石炭融合微粉燃料という粉砕品を製造し、より効率的に燃焼性ガスおよびチャーを製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、高圧で圧縮成形したバイオブリケットを再度粉砕し、燃焼試験を行ってみたところ、この粉体燃料の熱分解特性、ガス化や酸化の反応特性が予想以上に良い傾向を示し、かつ燃焼時に副生タール量が減少することを見いだして本発明を完成させた。
【０００８】
本発明は以下のとおりである。
[1]石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
を含むバイオマス−石炭融合微粉燃料の製造方法。
[2]石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスを得る工程、
を含む、燃焼性ガスの製造方法。
[3]石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスおよびチャーを得る工程、
を含む、燃焼性ガスおよびチャーの製造方法。
[4]石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程、
前記圧縮成形体を粉砕する工程、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程、
得られた粉砕品を熱分解してチャーを得る工程、
得られたチャーを水蒸気と反応させて燃焼性ガスを得る工程
を含む、燃焼性ガスの製造方法。
[5]高圧圧縮を1トン/cm2以上の圧力で行う[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]高圧圧縮をハイプレッシャージャッキまたは高圧圧縮成形装置を用いて行う[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]石炭が褐炭、亜瀝青炭及び瀝青炭からなる群より選ばれた１種又は２種以上の石炭である[1]〜[6]のいずれかに記載の精製方法。
[8]廃棄炭化物が有機性廃棄物の熱分解生成物である[1]〜[7]のいずれかに記載の精製方法。
[9]圧縮成形体が直径６〜５０ｍｍの範囲の粒子である[1]〜[8]のいずれかに記載の製造方法。
[10]圧縮成形体は脱硫剤および／またはガス化・酸化促進剤をさらに含有する[1]〜[9]のいずれかに記載の製造方法。
[11]粉砕物を篩分けして、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る[1]〜[10]のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、粉体燃料の熱分解特性、ガス化や酸化の反応特性に優れた粉体燃料を得ることができる。さらにこの粉体燃料は、燃焼時に副生するタール量が少ないという特徴を有する。
さらに本発明によれば、この粉体燃料(粉砕品)を用いて、高効率で燃焼性ガス及びチャーを製造することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第一の態様は、バイオマス−石炭融合微粉燃料の製造方法に関する。微粉燃料の製造方法は、石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程(工程1-1)、
前記圧縮成形体を粉砕する工程(工程1-2)、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程(工程1-3)、
を含む。
【００１１】
本発明の第二の態様は、燃焼性ガスの製造方法に関する。燃焼性ガスの製造方法は、
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程(工程2-1)、
前記圧縮成形体を粉砕する工程(工程2-2)、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程(工程2-3)、
得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスを得る工程(工程2-4)、
を含む。
【００１２】
本発明の第三の態様は、燃焼性ガスおよびチャーの製造方法に関する。燃焼性ガスおよびチャーの製造方法は、
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程(工程3-1)、
前記圧縮成形体を粉砕する工程(工程3-2)、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程(工程3-3)、
得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスおよびチャーを得る工程(工程3-4)、
を含む。
【００１３】
本発明の第四の態様は、燃焼性ガスの製造方法に関する。燃焼性ガスの製造方法は、
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物、並びに植物系高分子有機物粉末の混合物を高圧圧縮して圧縮成形体を得る工程(工程4-1)、
前記圧縮成形体を粉砕する工程(工程4-2)、
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程(工程4-3)、
得られた粉砕品を熱分解してチャーを得る工程(工程4-4)、
得られたチャーを水蒸気と反応させて燃焼性ガスを得る工程(工程4-5)
を含む。
【００１４】
上記工程1-1、2-1、3-1及び4-1は共通する。以下にまとめて説明する。
この工程の原料である石炭粉末は特に限定はないが、埋蔵量が比較的多くかつガス化が容易な褐炭、亜瀝青炭及び瀝青炭からなる群より選ばれた１種又は２種以上の石炭を用いることが好ましい。
【００１５】
廃棄炭化物は、例えば、有機性廃棄物の熱分解生成物である。有機性廃棄物としては、例えば、廃タイヤ、畜産排泄物(例えば、牛糞、鶏糞)等を挙げることができる。熱分解は、例えば、図1に示す回分式の固定床熱分解反応装置を用いて、300〜900℃の範囲の温度で行うことができ、有機性廃棄物の種類に応じて適宜決定できる。好ましくは、300〜500℃の範囲の温度である。
【００１６】
また植物系高分子有機物粉末としては、産業廃棄物（農林産廃棄物、未利用植物、植物性繊維等の産業廃棄物）の粉末が挙げられる。具体的には、植物（オガ屑、樹皮などの木質廃材、バガス（サトウキビの絞り粕）、ビートパルプ、籾殻、稲藁、綿実油の絞り粕など）を乾燥・粉砕した粉末、段ボール紙や建築廃材を乾燥・粉砕した粉末が挙げられる。植物系高分子有機物粉末はガス化促進剤として機能する。
【００１７】
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物と植物系高分子有機物粉末の混合質量比は、1:9〜9:1の間とするが、石炭、廃棄炭化物やバイオマス種によって異なる場合が多く、基本的に粉砕物の所定発熱量(例えば、3500 kcal/kg以上)を考慮して適宜決定することができる。例えば、石炭粉末と木質系高分子有機物粉末の混合質量比は、一般的に4:1以上であれば、4000 kcal/kg以上の粉砕物(微粉燃料)が得られる。
【００１８】
石炭粉末及び／又は廃棄炭化物と植物系高分子有機物粉末との混合物の圧縮成形体は、直径が６〜５０mmの範囲に圧縮成形されることが好ましい。この範囲の直径を有する圧縮成形体とすることで、圧縮加工や粉砕加工の低コスト化、輸送や貯蔵の利便性などの利点がある。
【００１９】
また圧縮成形体は、消石灰（Ca(OH)2）、生石灰（CaO）、炭酸カルシウム（CaCO3）等の添加剤を硫黄固定剤及びガス化・酸化促進剤としてさらに含有することが好ましい。これらの添加剤は、石炭粉末及び植物系高分子有機物粉末に対して、5%以下の範囲で添加することが望ましいが、基本的に成形体の全硫黄分の2〜2.5倍(当量比)程度で添加し、硫黄固定化効果という観点からも適宜決定することができる。
【００２０】
圧縮成形体は、石炭粉末及び／又は廃棄炭化物と植物系高分子有機物粉末との混合物を、1トン/cm2以上(例えば、1〜4トン/cm2)の圧力で高圧圧縮することで得ることができる。また、高圧圧縮は、例えば、ハイプレッシャージャッキや高圧圧縮成形装置を用いて行うことができる。
【００２１】
圧縮成形体を粉砕する工程である工程1-2、2-2、3-2及び4-2は共通する。以下にまとめて説明する。
圧縮成形体の粉砕は、市販の粉砕装置(例えば、磁性乳鉢やミル)を用いて行うことができる。粉砕は、粉砕物に50〜250μｍの画分が含まれるように条件を調整する。
【００２２】
粉砕して得られた粉砕物から、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る工程である工程1-3、2-3、3-3及び4-3は共通する。以下にまとめて説明する。上記工程で得た粉砕物から粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得る。具体的には、粉砕物を篩分けして、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得ることができる。より具体的には、粉砕物をふるい振とう機（例えばAS200 digit 50 Hz, Retsch）を用いて整粒・画分することで、粒子径が50〜250μｍの範囲の粒子からなる粉砕品を得ることができる。250μｍより大きい粒子は、粉砕工程に戻して、再度粉砕し、粉砕品の調製(篩分け)に供することができる。
【００２３】
本発明の第一の態様である微粉燃料の製造方法では、このようにして粉砕品である微粉燃料が得られる。粉砕品の粒子径は、50〜250μｍの範囲であれば特に制限はないが、微粉燃料の用途に応じて、粒度は適宜変更できる。この微粉燃料は、そのまま燃料として好適に使用できる。
【００２４】
本発明の第二の態様である燃焼性ガスの製造方法では、工程2-3で得られた粉砕品を直接微粉燃焼装置に利用するほか、熱分解して得られたチャーから燃焼性ガスを得る(工程2-4)。
粉砕品の熱分解は、例えば、粉砕品を直接に微粉燃料としての利用が可能であり、コークスガス化炉、流動床式ガス化炉、噴流式ガス化炉に供給し、または加熱することよりガス化して燃焼性ガスを得ることができる。加熱温度は、ガス化炉によって異なるが、燃焼特性等を考慮して800℃以上であれば、適宜決定することができる。例えば、コークスガス化炉の場合、800〜1600℃の範囲であることが適当である。
また、粉砕品をコークスガス化炉、流動床式ボイラーやガス化炉、噴流式ボイラーやガス化炉に供給し、直接に微粉燃料として利用するか、または加熱することによりガス化して燃焼性ガスを得ることができる。
燃焼性ガスには、例えば、水素、一酸化炭素、メタン、低分子炭化水素等が多く含まれる。
【００２５】
また、本発明の第三の態様である燃焼性ガスおよびチャーの製造方法では、工程3-3で得られた粉砕品を熱分解して燃焼性ガスおよびチャーを得る(工程3-4)。熱分解の条件は、上記本発明の第二の態様と同様であるが、燃焼性ガスとともにチャーが得られる。但し、より高い効率で高品質のチャーを得るという観点からは、熱分解の条件をなるだけ無酸素状態で500〜900℃の範囲で適宜決定して行うことが好ましい。
【００２６】
また、本発明の第四の態様である燃焼性ガスの製造方法では、工程4-3で得られた粉砕品を熱分解してチャーを得る(工程4-4)。熱分解の条件は、上記本発明の第二の態様と同様であるが、燃焼性ガスとともにチャーが得られる。但し、より高い効率でチャーを得るという観点からは、熱分解の条件をなるだけ無酸素状態で500〜900℃の範囲で適宜決定して行うことが好ましい。さらに、得られたチャーを水蒸気と反応させて燃焼性ガスを得る(工程4-5)。チャーと水蒸気とのガス化反応は、例えば、100℃〜500℃、好ましくは200〜400℃の温度で行う。このチャーとの水蒸気ガス化のほか、他のガス化剤(例えばCO2など)とのガス化も従来の条件下で行うことが可能である。燃焼性ガスには、例えば、水素、一酸化炭素、メタン、低分子炭化水素等が多く含まれる。
【実施例】
【００２７】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
1. 実施例用の実験方法
1.1.試料調査
この実験において、試料は、中国重慶市南桐炭鉱から入手した最も品質の悪い廃棄石炭、並びに北海道から入手したバイオマス (カラマツ樹皮) を用いた。表1に、それぞれの工業分析 (灰分、揮発分、固定炭素)、元素分析 (炭素、水素、酸素、窒素、硫黄)、発熱量の値を示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
1.2.圧縮成形体とバイオマス−石炭融合微粉燃料の作製方法
BBは、廃棄石炭 (粒径250〜500μm画分)、バイオマス (粒径250μm以下) を重量比 (Waste coal: Larch bark; 75:25、50:50、25:75) で混合し、Ca(OH)2を (Ca/S = 2) となるように添加し、ハイプレッシャージャッキ (J-15、Iuchi) で圧縮成型 (1.4 t/cm2) して作成した。その後、圧縮成形体の粉砕は市販の粉砕装置(磁性乳鉢やミル)を用いて行った。その際、すりつぶしでは、50〜250μｍ画分を得るため、圧縮成形体をミルや乳鉢で叩くことにより、粉砕を行い、ふるい振とう機（例えばAS200 digit 50 Hz, Retsch）を用いて50〜250μmに整粒・画分し、その粉砕品をバイオマス−石炭融合微粉燃料とした。
【００３０】
1.3.熱分解
バイオマス−石炭融合微粉燃料の、水蒸気ガス化反応特性を調査するために用いるチャーを作成するために、図1に示す回分式の固定床熱分解反応装置を用いて熱分解を行った。反応管 (OD; 35 mmφ ×595 mmh) は、透明石英ガラス製であり、中央に石英濾過板を設け、試料を固定できるように製作した。また、温度測定用の熱電対には、腐食防止のためのアルミナ保護管を有するR熱電対を使用し、反応器上部より試料層ぎりぎりに挿入した。
【００３１】
熱分解は、試料5.00 gを石英管に充填し、Arによる空気置換後、10 ℃/minの昇温速度で室温から900 ℃まで加熱して行った。なお、900 ℃に到達後の温度保持は行っていない。また、キャリアー (Ar) 流量は、164 ml/min一定であり、900 ℃加熱帯での滞留時間は41 sである。熱分解終了後、試料の反応を即座に止めるため、反応管を送風により急冷させた。
【００３２】
また、比較対象とする廃棄石炭単独、バイオマス単独、バイオマス−石炭融合微粉燃料(75:25 without Ca(OH)2) チャーを作成するために、粒径50〜250μmの試料を作成して、同様に熱分解を行った。
【００３３】
1.4.BET比表面積
熱分解より得られたチャーの物性評価のため、BET比表面積を測定した。用いた装置は、熱伝導度検出器によりN2吸着・脱着量を測定できる自動比表面積測定装置 (フローソーブIII2305、マイクロメリティックス) であり、表面積1点法測定を行った。まず、サンプルをセル内へ充填し、脱ガスを行った。脱ガスは、マントルヒーターにより150 ℃一定で、窒素30 % + ヘリウム 70 % ガスを流しながら行った。脱ガス後、セルの重量測定後、セルをTEST位置へ移した。その後、セルを液体窒素の入ったデュアー瓶内へ浸し、N2吸着をさせた。N2吸着後、セルをデュアー瓶からはずし、N2脱着させた。N2脱着後、セルの重量を測り、単位重量当たりの表面積を算出した。なお、表面積は、N2吸着、脱着両方で得られるが、今回は、N2ピークが鋭い脱着側を使用した。
【００３４】
1.5.水蒸気ガス化反応性実験
熱分解より得られたBBチャー試料の水蒸気ガス化特性を調査するため、水蒸気ガス化実験を図2に示す回分式の固定床水蒸気ガス化反応装置を用いて行った。本装置は、反応部、ガス供給部、水蒸気供給部、水蒸気回収部、生成ガス測定部からなっている。反応管 (OD; 35 mmφ × 595 mm) は、透明石英ガラス製であり、中央に石英濾過板を設け、試料を固定できるように製作した。また、温度測定用の熱電対には、腐食防止のためのアルミナ保護管を有するR熱電対を使用し、反応器上部より試料層ぎりぎりに挿入した。水蒸気供給は、マイクロチューブポンプから供給される水0.097 ml/minとArガスを共に水蒸気発生用電気炉 (200 ℃)内のステンレス製反応管 (OD; 18 mmφ×200 mm) へ導入することにより可能にした。この条件により、作成される水蒸気分圧は、0.445 atm (流量134 ml/min) であり、本実験のいかなる条件下でも、水蒸気供給律速にならないことを確認した。また、水蒸気発生用電気炉から反応管までのラインをリボンヒーターにより150 ℃で加熱し、水蒸気の凝縮を防いだ。反応管から排出される未反応水蒸気は、捕集効率を高くするために、6 mmガラスビーズを充填した試験管2本を冷却剤（水/氷、実測値; 0 ℃）で冷却し回収した。
【００３５】
水蒸気ガス化実験は、熱分解より得られたチャー試料0.832 g-carbonを石英反応管に充填し、Arによる空気置換後、900 ℃まで昇温し、その後、水蒸気供給を開始し、行った。なお、用いたチャーは熱分解により900 ℃で熱処理されているため、900 ℃までの昇温時間におけるガス分析は行っていない。また、キャリアー (Ar) 流量は、164 ml/min一定であり、900 ℃加熱帯での滞留時間は、41 sである。発生したガスは、8分間隔で熱伝導度検出器付きガスクロマトグラフGC-TCD  (GC-8APT, 島津製作所, Column; Porapak Q(I.D.; 3 mmφ× 4 m, Mesh; 80 ~ 100, )) によりH2、CO、CO2、CH4を、検知管（H2S測定用4LK、4L、4M、4HM、4H、4HH、4HT, ガステック）によりH2Sを定量した。
【００３６】
チャー試料中の炭素分が100 %ガスに転換したところで実験を終了し、水蒸気供給を止め、反応管を送風により急冷させた。
【００３７】
2. 結果
2.1.バイオマス−石炭融合微粉燃料による水蒸気ガス化反応特性への影響
廃棄石炭チャー、バイオマスチャー、及びバイオマス−石炭融合微粉燃料(バイオマス添加割合25 wt.%) チャーの、時間に対する炭素転換割合を図3に示す。評価には、ガス化反応性の評価指標の一つである反応完了時間 (ここでは95 %転換率に達する時間(tc)) を用いた。
【００３８】
バイオマス−石炭融合微粉燃料(75:25 without Ca(OH)2) チャーのガス化速度 (C, tc = 240 min) は、廃棄石炭チャーおよびバイオマスチャーのガス化曲線からの計算値 (B, tc = 290 min) より大きく、この差 (C−B) がバイオマス添加による促進効果である。また、バイオマス−石炭融合微粉燃料(75:25 with Ca(OH)2) チャーのガス化 (D, tc = 220 min) では、(C) と比較してガス化速度が大きく、この増加分 (D−C) がCa(OH)2添加による効果と判断される。
通常、含酸素官能基にイオン結合しているアルカリ金属、アルカリ土類金属化合物がH2OやCO2ガス化反応において高い触媒効果を発揮する。バイオマス添加によるガス化速度の増加は、カラマツ樹皮に含まれるKやNaやCa化合物などの触媒作用に起因すると考えられる。
【００３９】
ここで、チャー物性とガス化反応性の関連性を検討するため、ガス化前の各チャーのBET比表面積の測定を行った。その結果を表2と図4に示す。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
ガス化前のバイオマス−石炭融合微粉燃料チャーは、廃棄石炭チャーの約12倍の比表面積を持つことが確認でき、反応ガスと未反応チャーの接触性が高いことが示された。これは、バイオマス−石炭融合微粉燃料の熱分解において、バイオマスの揮発量が、廃棄石炭と比較して大きく、バイオマス−石炭融合微粉燃料粒子内に多数のクラックが生成されたことに起因していると考えられる。
【００４２】
以上より、バイオマス−石炭融合微粉燃料チャーの著しいガス化速度増加は、バイオマス添加による比表面積の増加、バイオマス灰成分のK、Na、Ca、および硫黄固定剤のCaによる触媒効果などによるものと判断される。
【００４３】
2.2.バイオマス添加割合によるバイオマス−石炭融合微粉燃料水蒸気ガス化反応特性への影響
廃棄石炭チャー、バイオマス−石炭融合微粉燃料(バイオマス添加割合 25、50、75 wt.%) チャーのガス化反応完了時間 (100 %転換する時間 tf) を図4に示す。バイオマス添加割合を増やすにつれてtfの減少が見られた。これは、2.1でも述べたように、バイオマス添加により、比表面積が増加したことによるものだと考えられる。各チャーのBET比表面積を測定したところ、バイオマス添加割合を増やすにつれて比表面積が増加した。このことより、バイオマス添加割合を増やすことにより、比表面積が増加し、チャーとガス化剤との接触性が向上することでガス化反応完了時間が短くなると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
各種微粉燃料を用いる燃焼装置およびガス化装置、例えば、コークスガス化炉、流動床式ボイラーやガス化炉、噴流式ボイラーやガス化炉、加圧流動床ボイラー複合発電技術(PFBC)、石炭ガス化複合発電技術(IGCC)、CWM(Coal water mixture)などへの利用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】回分式の固定床熱分解反応装置(廃棄炭化物やチャーの製造に用いる装置)。ａ：流量計、ｂ：ヒーター、ｃ：温度コントローラー、ｄ：反応器、ｅ：試料、ｆ：熱電対
【図２】回分式の固定床水蒸気ガス化反応装置(廃棄石炭チャー、バイオマス−石炭融合微粉燃料のガス化や酸化の反応特性を調査する装置) ａ：マイクロチューブポンプ、ｂ：流量計、ｃ：ヒーター、ｄ：水蒸気発生器、ｅ：温度コントローラー、ｆ：反応器、ｇ：試料、ｈ：熱電対、ｉ：水蒸気トラップ、ｊ：冷却浴（−７℃）、ｋ：Ｈ2Ｓ検出器
【図３】廃棄石炭チャー、バイオマスチャーのガス化反応特性、及びバイオマス−石炭融合微粉燃料(バイオマス添加割合25 wt.%) チャーの、時間に対する炭素転換割合を示す。
【図４】廃棄石炭チャー、バイオマス−石炭融合微粉燃料(バイオマス添加割合 25、50、75 wt.%) チャーのガス化反応完了時間 (100 %転換する時間 tf)、並びにそれらのBET比表面積(図中括弧のデータ)を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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