(57)【要約】【課題】炭化炉内のバイオマスの充填移動層の降下に支障なく、高い収率で炭化物を得るバイオマス炭化装置を提供することを課題とする。【解決手段】竪型の炭化炉１１の上部からバイオマスを供給して炭化炉１１内にバイオマスの充填移動層Ｐを形成し、炭化炉１１の下部から高温ガスを供給し、バイオマスを高温ガスと接触させ熱分解して炭化物を生成する炭化炉１１を備えるバイオマス炭化装置１０において、上下方向に延びる軸線まわりに回転する攪拌羽根１３Ｂが設けられていて充填移動層Ｐ内でバイオマスを攪拌する攪拌機１３を備え、攪拌羽根１３Ｂは、上記軸線まわりの一周領域が周方向で複数の羽根部分に分割形成されており、各羽根部分は回転方向先方側が上方に向く斜面を有していて、バイオマスを充填移動層下方に送りながら攪拌する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型の炭化炉の上部からバイオマスを供給して炭化炉内にバイオマスの充填移動層を形成し、炭化炉の下部から高温ガスを供給し、バイオマスを高温ガスと接触させ熱分解して炭化物を生成する炭化炉を備えるバイオマス炭化装置において、
上下方向に延びる軸線まわりに回転する攪拌羽根が設けられていて充填移動層内でバイオマスを攪拌する攪拌機を備え、
攪拌羽根は、上記軸線まわりの一周領域が周方向で複数の羽根部分に分割形成されており、各羽根部分は回転方向先方側が上方に向く斜面を有していて、バイオマスを充填移動層下方に送りながら攪拌することを特徴とするバイオマス炭化装置。
【請求項２】
竪型の炭化炉の上部からバイオマスを供給して炭化炉内にバイオマスの充填移動層を形成し、炭化炉の下部から高温ガスを供給し、バイオマスを高温ガスと接触させ熱分解して炭化物を生成する炭化炉を備えるバイオマス炭化装置において、
上下方向に延びる軸線まわりに回転する攪拌羽根が設けられていて充填移動層内でバイオマスを攪拌する攪拌機を備え、
攪拌羽根は、充填移動層の上部に位置して設けられ、該攪拌羽根が螺旋形をなしていて、充填移動層の上部におけるバイオマスを上方に送りながら攪拌することを特徴とするバイオマス炭化装置。
【請求項３】
竪型の炭化炉の上部からバイオマスを供給し炭化炉内にバイオマスの充填移動層を形成し、炭化炉の下部から高温ガスを供給し、バイオマスを高温ガスと接触させ熱分解して炭化物を生成する炭化炉を備えるバイオマス炭化装置において、
上下方向に延びる軸線まわりに回転する攪拌羽根が設けられていて充填移動層内でバイオマスを攪拌する攪拌機を備え、
攪拌羽根は充填移動層の下部に位置して設けられ、該攪拌羽根を軸線方向から見たときの羽根面積が回転面積の５０％以上７０％以下であり、充填移動層下部内で上昇高温ガスの流路を狭くすることで高温ガスの流速を速めながらバイオマスを攪拌することを特徴とするバイオマス炭化装置。
【請求項４】
竪型の炭化炉の上部からバイオマスを供給し炭化炉内にバイオマスの充填移動層を形成し、炭化炉の下部から高温ガスを供給し、バイオマスを高温ガスと接触させ熱分解して炭化物を生成する炭化炉を備えるバイオマス炭化装置において、
上下方向に延びる軸線まわりに回転する攪拌羽根が設けられていて充填移動層内でバイオマスを攪拌する攪拌機を備え、
攪拌羽根は充填移動層の下部に位置して設けられ、該攪拌羽根が上段羽根と下段羽根とを有し、攪拌機の回転により、上段羽根と下段羽根のいずれか一方が半径方向外方に向う成分をもってそして他方が半径方向内方に向う成分をもってバイオマスを押すように攪拌することを特徴とするバイオマス炭化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを炭化して炭化物を得るバイオマス炭化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の防止対策として、バイオマスエネルギーの有効利用に注目が集まっている。化石資源ではない、再生可能な、生物由来の有機性資源をバイオマスと呼ぶ。バイオマスは太陽エネルギーを使い、水と二酸化炭素から生物が生成するものなので、持続的に再生可能な資源である。バイオマスは有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかし、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、バイオマスを使用してもこの成長過程を含めて全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。
【０００３】
特に、バイオマスの中でも植物由来のバイオマスは、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素から変換された炭素資源を有効利用できるため、資源のライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない。植物由来のバイオマスは林業系（木屑、製材廃棄物、間伐材、製紙廃棄物等）、農業系（稲わら、麦わら、サトウキビ糠、米糠、草木、アブラヤシ採油残渣等）、廃棄物系（生ごみ、庭木、建築廃材、下水汚泥等）等に分類される。
【０００４】
近年、バイオマスを熱分解してガス燃料や炭化物を製造することが開発検討されている。バイオマスから製造された炭化物を燃料や製鉄用コークスの代替品として用いることにより、二酸化炭素排出量を削減する効果が期待されている。
【０００５】
特許文献１には、竪型炉を用いて都市ごみ等の廃棄物を不活性ガス雰囲気下で熱分解処理して炭化物と熱分解ガスを得て、得られた炭化物を石炭やコークスの代替燃料や活性炭の代替材料とする技術が記載されている。特許文献１に記載の熱分解処理用の竪型炉を用いてバイオマスを熱分解して炭化物を得ることができる。
【０００６】
特許文献１に記載の熱分解処理装置では、竪型炉に廃棄物を投入し、炉内を降下する廃棄物の充填移動層を形成して、炉下部からこの充填移動層へ加熱ガスを吹き込み、炉内を自重で下降する廃棄物に対して上昇する加熱ガスを向流接触させて加熱して、廃棄物が熱分解されて炭化物と熱分解ガスが生成される。
【０００７】
バイオマス原料重量に対する生成炭化物重量の比率である炭化物収率を向上させることが要望されているが、特許文献１に記載の熱分解処理装置を用いて、炭化物収率を向上させることについていまだ提案されていない。
【０００８】
炭化物収率を向上させることを検討したところ、比表面積（表面積／体積）が大きいバイオマスを用いれば、バイオマス表面からの熱分解、炭化反応効率が高く、炭化物収率を向上させることがわかった。比表面積が大きいバイオマスは粒径の小さいバイオマスが相当する。
【０００９】
しかしながら、充填移動層を形成させる炭化炉を用いて、粒径の小さいバイオマスを炭化すると以下のような問題が生じる。
【００１０】
粒径の小さいバイオマスを竪型炉に供給し充填移動層を形成すると、小粒径バイオマスは密に充填されるため空隙が少なく充填移動層内を上昇する加熱ガスの圧力損失が大きくなりすぎて、加熱ガスの流通状態が悪くなったり、加熱ガスの偏流が生じたり、加熱ガスを十分に流通させることができずバイオマスを十分に加熱できないため熱分解できない問題が生じたり、円滑にバイオマスが充填移動層を下降しない問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１３１５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、炭化炉へ粒径の小さいバイオマスを供給し充填移動層を形成して炭化する際に、充填移動層内のガスの流通に支障が生じたり、バイオマスの充填移動層内の下降に支障が生じることなく、上述の課題を解決すべく、バイオマスを熱分解して炭化物を高い収率で得ることのできるバイオマス炭化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、粒径の小さいバイオマスの充填移動層内に攪拌装置を備えることにより、充填移動層内のガスの流通とバイオマスの充填移動層内の下降とが円滑に行えることを見出し、本発明を完成した。
【００１４】
本発明によると、バイオマス炭化装置は、竪型の炭化炉の上部からバイオマスを供給して炭化炉内にバイオマスの充填移動層を形成し、炭化炉の下部から高温ガスを供給し、バイオマスを高温ガスと接触させ熱分解して炭化物を生成する炭化炉を備えており、上述の課題は、次のように構成される第一ないし第四発明のいずれによっても解決される。
【００１５】
＜第一発明＞
第一発明では、上述のバイオマス炭化装置において、上下方向に延びる軸線まわりに回転する攪拌羽根が設けられていて充填移動層内でバイオマスを攪拌する攪拌機を備え、攪拌羽根は、上記軸線まわりの一周領域が周方向で複数の羽根部分に分割形成されており、各羽根部分は回転方向先方側が上方に向く斜面を有していて、バイオマスを充填移動層下方に送りながら攪拌することを特徴としている。
【００１６】
このように構成される第一発明では、バイオマスの充填移動層内で、攪拌羽根が回転すると、バイオマスを充填移動層内に分散させるとともに、回転（周）方向の先方側へ向けてバイオマスを上記斜面で圧するので、該バイオマスは攪拌されると共に下方へ押される。したがって、バイオマスは充填移動層内に分散されるため、加熱ガスの偏流が生じることを抑制でき、さらに、バイオマスは降下移動が促進され、バイオマスが降下移動中に炉内壁に固着して棚吊り現象を生ずる傾向が発生しても、上方から降下するバイオマスにより押されて棚吊りが生じることが抑制される。
【００１７】
＜第二発明＞
第二発明では、攪拌羽根は、充填移動層の上部に位置して設けられ、該攪拌羽根が螺旋形をなしていて、充填移動層の上部におけるバイオマスを上方に送りながら攪拌することを特徴としている。
【００１８】
このような攪拌羽根が回転すると、充填移動層の上部におけるバイオマスは上方に移動する結果、この上部で十分に攪拌されることによって熱伝達率が向上して、バイオマス粒子の間隙に存在するガス状タールは確実に降温して、その凝縮が促進される。また、バイオマスを上方に送りながら攪拌するため、空隙率が増加しガスの偏流も抑えられ充填移動層内のガスの圧力損失を小さくすることができ、充填移動層内にガスを十分に流通させることができる。ガス状タールの凝縮を促進することの技術的意義は後述する。
【００１９】
＜第三発明＞
第三発明では、攪拌羽根は充填移動層の下部に位置して設けられ、該攪拌羽根を軸線方向から見たときの羽根面積が回転面積の５０％以上７０％以下であり、充填移動層下部内で上昇高温ガスの流路を狭くすることで高温ガスの流速を速めながらバイオマスを攪拌することを特徴としている。
【００２０】
充填移動層の下部からは高温ガスが送入されており、該高温ガスは充填移動層内を上昇している。この下部で、上記攪拌羽根が回転されるので、高温ガスはその流通が良くなると共に、攪拌羽根はその羽根面積が回転面積の５０〜７０％であり、換言すれば、高温ガスの上昇流路となる開口面積が５０〜３０％と狭められているので、高温ガスの流速が速められて、バイオマスと高温ガスとの熱伝達率が向上して、下部でのタールの揮発を促進する。この攪拌羽根の形態は、例えば、多孔円板あるいは複数の扇状羽根とすることができ、また、その場合、軸との連結部での高温ガスに対する抵抗を小さくするために、この連結部を円錐状面とすることもできる。ガス状タールの揮発を促進することの技術的意義は後述する。
【００２１】
＜第四発明＞
第四発明では、攪拌羽根は充填移動層の下部に位置して設けられ、該攪拌羽根が上段羽根と下段羽根とを有し、攪拌機の回転により、上段羽根と下段羽根のいずれか一方が半径方向外方に向う成分をもってそして他方が半径方向内方に向う成分をもってバイオマスを押すように攪拌することを特徴としている。
【００２２】
このような第四発明によると充填移動層下部でのバイオマスは上段羽根と下段羽根の一方で半径方向外方へ移動され他方で半径方向内方に移動されるので、攪拌が半径方向全域に確実に行われると共に、炭化炉の外周と中心位置とでの上下移動による循環動をも伴うので、上記充填移動層下部の領域高さを小さくしても、バイオマスが十分に分散されて高温ガスと十分に接触するようになる。これは、装置のコンパクト化につながる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明のバイオマス炭化装置によれば、バイオマスの充填移動層の上部そして下部で攪拌羽根によりバイオマスを充填移動層内に分散するように攪拌するので、充填移動層内の高温ガスの流通を良好として小粒径のバイオマスの熱分解を促進すると共に、バイオマスの充填移動層内の下降を円滑にし、その結果、バイオマスから高い収率で炭化物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一実施形態を示し、（Ａ）はそのバイオマス炭化装置の概略構成図、（Ｂ）は攪拌羽根の斜視図である。
【図２】本発明の第二実施形態のバイオマス炭化装置の概略構成図である。
【図３】図２装置に用いられる攪拌羽根を示し、（Ａ）は多孔状円板、（Ｂ）は扇状板の例を示す平面図、（Ｃ）は環状板が円錐部をもって軸体に連結されている例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第三実施形態を示し、（Ａ）は炭化炉の一部を示す断面図、（Ｂ）は攪拌羽根の平面図である。
【図５】本発明の第四実施形態を示し、（Ａ）は攪拌装置の概要構成を示す断面斜視図、（Ｂ）〜（Ｄ）は（Ａ）装置に使用可能な掻取部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面にもとづき本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
＜第一実施形態＞
本実施形態のバイオマス炭化装置１０は、図１（Ａ）に見られるように、竪型の炭化炉１１と、部分燃焼炉１２を備えている。
【００２７】
炭化炉１１は、上部にバイオマス供給口１１Ａを、底部に炭化物排出口１１Ｂを有していると共に、側部の上部に発生ガス排出口１１Ｃ、下部に高温ガス送入口１１Ｄが設けられている。
【００２８】
上記発生ガス排出口１１Ｃは、部分燃焼炉１２に接続されていて、炭化炉１１内で発生するガスが該部分燃焼炉１２へ導かれてここで部分燃焼するようになっている。部分燃焼炉１２の排気側は、部分燃焼ガスの一部が上記高温ガス送入口１１Ｄを経て炭化炉１１内へ供給されるように、上記高温ガス送入口１１Ｄに接続されている。
【００２９】
上記炭化炉１１は、炉内に形成されるバイオマスの充填移動層Ｐを攪拌する攪拌装置１３を有している。該攪拌装置１３は、炭化炉１１の頂部に設けられたモータ等の駆動装置１４により回転する軸体１３Ａに取り付けられた攪拌羽根１３Ｂを有している。上記軸体１３Ａは炭化炉１１の頂部から垂下して延び、上下方向で上記高温ガス送入口１１Ｄ近傍にまで達している。攪拌羽根１３Ｂは、軸体１３Ａに対して、充填移動層Ｐの上部と下部に対応する二位置に取り付けられている。上部そして下部における攪拌羽根１３Ｂは、本実施形態では、同じに作られている。
【００３０】
攪拌羽根１３Ｂは、図１（Ｂ）によく見られるように、上記上部そして下部におけるいずれのものも、同じ二枚の羽根要素１３Ｂ−１を有している。この羽根要素１３Ｂ−１は、上記軸体１３Ａを中心として該軸体１３Ａに対して傾斜して交差する円板がその長軸に沿って分割されて半円板として作られている。二枚の羽根要素１３Ｂ−１は、軸体１３Ａに対して、上下方向で同一位置に取り付けられていて、一つの側方から見たときには、両方の羽根要素１３Ｂ−１同士が交差して見える姿勢となっているが、同じ周方向位置まで回転した位置では同じ傾斜の姿勢をとる。かかる羽根要素１３Ｂ−１は、本実施形態では軸体１３Ａの回転方向先方がもち上がって傾斜するようになっている。すなわち、この攪拌装置１３は、軸体１３Ａが図１（Ｂ）のように回転すると、このように傾斜している攪拌羽根１３Ｂで充填移動層を攪拌すると共に、攪拌しながら直下のバイオマスを下方へ押す。
【００３１】
このような本実施形態装置では、炭化炉１１に上部からバイオマスが供給されて炭化炉１１内に充填移動層Ｐを形成している。一方、下部又は側方下部の高温ガス送入口１１Ｄからは、部分燃焼炉１２の部分燃焼ガスの一部が高温ガスとして供給される。バイオマスが上記攪拌装置１３で攪拌されながら充填移動層Ｐの上部から下部へ下降移動する間に炉内を上昇する高温ガスとの接触により、まず上部で乾燥・予熱され、下部でさらに加熱され熱分解され、炭化物が生成され底部から灰分とともに炭化物排出口１１Ｂから排出される。熱分解によって生成した可燃ガスを含む発生ガスは上部の発生ガス排出口１１Ｃから排出される。
【００３２】
充填移動層Ｐを形成するバイオマスは、上記攪拌装置により攪拌されて上昇する高温ガスと良好な接触状態で降下する。その際に、バイオマスの充填移動層Ｐ内で、攪拌羽根１３Ｂが回転すると、バイオマスを充填移動層Ｐ内に分散させるとともに、回転（周）方向の先方側へ向けてバイオマスを羽根要素１３Ｂ−１の斜面で圧するので、該バイオマスは攪拌されると共に下方へ押される。したがって、バイオマスは充填移動層内に分散されるため、加熱ガスの偏流が生じることを抑制でき、さらに、バイオマスは降下移動が促進され、バイオマスが降下移動中に炉内壁に固着して棚吊り現象を生ずる傾向が発生しても、上方から降下するバイオマスにより押されて棚吊りが生じることを抑制される。
【００３３】
以下、図１（Ａ）に用いられている炭化炉、これに接続されている装置、バイオマス、さらには、これらの挙動について、詳述する。
【００３４】
＜炭化炉＞
本発明における炭化炉の炉形式は竪型炉またはシャフト型炉であり、炭化炉の上部または側方上部からバイオマスを供給し、炉内に充填移動層を形成し、炭化炉の下部または側方下部から、高温ガスの供給を受け、炭化炉の充填移動層内を高温ガスが上昇する。充填移動層に高温ガスを流通させ、バイオマスに高温ガスを接触させて加熱する。
【００３５】
供給されたバイオマスは充填移動層の上部で乾燥され水分を除去され、バイオマスが充填移動層の上部から下部に下降する過程で高温ガスと接触しさらに加熱され熱分解されて炭化物とタールとガスが生成される。熱分解によって生成した可燃ガスを含む発生ガスは炉上部から排出される。
【００３６】
炭化物は炭化炉の下部または側方下部に設けられた炭化物排出口から排出される。炭化物排出手段としてはスクリューフィーダを用いて炭化物を切り出すようにすることが好ましい。可燃ガスを含む発生ガスが炭化炉の上部または側方上部に設けられた発生ガス排出口から排出される。
【００３７】
（炭化炉の温度）
炭化炉における充填移動層の温度を高温ガスの条件（温度、酸素濃度、供給量）、供給するバイオマスの条件（種類、供給量）のうち少なくとも一つを調整することによりそれぞれ好ましい範囲に調整する。
【００３８】
充填移動層下部の温度は４００℃以上７００℃以下に調整する。温度が上記の下限値（４００℃）より低いとバイオマスの熱分解・炭化が進まず、炭化物収率が低くなる。また、温度が上記の上限値（７００℃）より高いとバイオマスの熱分解反応がガス発生の多い反応となり炭化物の収率が低下する上に、過剰に温度を高くすることによって設備費用や運転費用が嵩む。充填移動層下部の温度は５００℃程度とするのが最も好ましい。
【００３９】
充填移動層上部の温度は８０℃以上１００℃以下に調整する。温度が上記の下限値（８０℃）より低いとバイオマスの乾燥が十分に進まず水分が充填移動層から十分に排出されなくなる。また、温度が上記の上限値（１００℃）より高いと、バイオマスの熱分解により発生したガス状タールが凝縮せず、ガス状タール分が発生ガスとともに炭化炉から排出されるため、排出ガス中のタール含有率が高くなり排出ガスからタールを分離する装置の負荷が高くなるので好ましくない。
【００４０】
（高温ガスの供給手段）
炭化炉でのバイオマスの熱分解・炭化反応においては、炭化物収率を最大化する条件においても、ガスが発生する。この発生ガスの主成分は水素、一酸化炭素、メタン等の可燃ガスであり燃料として発熱量をもつことから、この発生ガスを部分燃焼炉に送り、この部分燃焼炉で空気を供給して部分燃焼して、生じる高温の燃焼ガスの少なくとも一部を炭化炉へ供給する高温ガスとして用いることが望ましい。
【００４１】
炭化炉で発生した発生ガスは部分燃焼炉に導かれる。部分燃焼炉に供給された発生ガスは、空気を供給され部分燃焼して燃焼ガスを生成し、この燃焼ガスの少なくとも一部が高温ガスとして炭化炉に送られる。
【００４２】
炭化炉の下部または側方下部に部分燃焼炉から導いた高温ガスを吹き込むためのノズルを設ける。このノズルは周方向に分布して複数設けることが好ましい。
【００４３】
部分燃焼炉から排出される燃焼ガスの少なくとも一部を高温ガスとして炭化炉へ供給するダクト、供給量を調整するダンパを設ける。
【００４４】
炭化炉で発生した可燃ガスを含む発生ガスを部分燃焼炉に導いて、可燃ガスに対して空気比１以下となるように空気を供給し、部分燃焼して、生じる５００〜１０００℃の高温の燃焼ガスの少なくとも一部を炭化炉に供給する高温ガスとして用いる。ここで、空気比とは可燃ガスの燃焼に必要な理論空気量に対する実際に供給する空気量の比率をいう。
【００４５】
高温ガスの供給手段として、上記の部分燃焼炉から排出される燃焼ガスの少なくとも一部を用いる他に、熱風炉を設け燃料を燃焼した燃焼ガスを用いるようにしてもよい。
【００４６】
＜バイオマス＞
本発明に用いるバイオマスとして、木屑、籾殻、アブラヤシ空果房（ＥＦＢ）、アブラヤシ古木（Ｔｒｕｎｋ）、アブラヤシ果実搾粕（ＰＫＳ）を用いることが好ましい。これらは、粒径が小さく比表面積が大きいため、熱分解・炭化反応効率が高く、高い炭化物収率を得ることができる。
【００４７】
アブラヤシ（パームヤシ）からパーム油を採取する際に生じるアブラヤシバイオマスについて説明する。アブラヤシ果房には直径数ｃｍの小粒の果実が数百個ついており、この果実を脱果した空果房（Empty Fruit Bunch, ＥＦＢ）、アブラヤシ古木（Ｔｒｕｎｋ）、果実から搾油した搾粕（Palm Kernel Shell,ＰＫＳ）が大量に副生され、これらのアブラヤシバイオマスを炭化物原料として用いる。
【００４８】
Ｔｒｕｎｋはアブラヤシ古木の幹であるが破砕すると粉々になり粒径は数ｍｍ程度となり、ＰＫＳは粒径５〜１５ｍｍ程度であり、粒径が小さい。また、ＥＦＢそのものは４０ｃｍ程度と大きいものであるが、破砕して小粒径になる。
【００４９】
このように、アブラヤシバイオマスは小粒径であり、比表面積が大きいため炭化反応効率が高く、本発明の炭化装置に適用することにより、充填移動層のガス流通やバイオマスの下降移動が円滑に行われるため、高い炭化物収率で炭化物を得ることができる。
【００５０】
また、ＥＦＢそのものを炭化炉に供給すると、繊維状で軽いため円滑に移動層を下降しない問題があるが、攪拌機を備えることにより、円滑に下降させることができる。
【００５１】
（充填移動層内でのタールの反応）
バイオマスを熱分解して炭化物を生成する際にタールが生成し、このタールは、従来、発生ガスとともに炭化炉から排出されていたが、本発明では、タールを排出させずに炭化炉内で更に炭化物に転化させることにより炭化物を高い収率で得ることができるという知見を得た。
【００５２】
充填移動層下部でバイオマスが高温ガスにより加熱され、熱分解して炭化物とタールとガスが生成される。揮発したガス状タールが上昇する高温ガスと発生ガスにより随伴され充填移動層内を上昇し、充填移動層上部の比較的低い温度領域で冷却され、ガス状タールは凝縮して液状タールになり、液状タールはバイオマスの表面に付着する。タールが付着したバイオマスが充填移動層内を下降する。下降したバイオマスは充填移動層の下部で加熱され、表面に付着しているタールが揮発し、ガス状タールが高温ガスと発生ガスにより随伴され充填移動層内を上昇し、充填移動層上部に運ばれ、再び凝縮して液状タールになり、液状タールがバイオマスの表面に付着する。このように、タールは充填移動層内で上昇と下降を繰り返し、揮発と凝縮を繰り返すうちに、次第にタールの熱分解反応や重合反応が進み、タールの一部は炭化物に転化する。生成した炭化物はバイオマスから直接炭化した炭化物とともに、充填移動層をさらに下降して排出される。
【００５３】
バイオマスを熱分解して炭化物を生成する際に発生するタールを炭化炉から排出させずに炭化炉内で更に炭化物に転化させることにより炭化物を高い収率で得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態の攪拌装置を備えることにより、バイオマスは充填移動層内に分散されるため、加熱ガスの偏流が生じることを抑制でき、さらに、バイオマスは降下移動が促進され、バイオマスが降下移動中に炉内壁に固着して棚吊り現象を生ずる傾向が発生しても、上方から降下するバイオマスにより押されて棚吊りが生じることを抑制される。
【００５５】
＜第二実施形態＞
本実施形態では、攪拌装置のみが図１に示された前出の第一実施形態と相違し、他は同じなので、共通部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５６】
図２に見られる本実施形態の攪拌装置２３は、モータ２４で駆動される軸体２３Ａに対し、充填移動層Ｐの上部と下部に位置する二種の攪拌羽根２３Ｂと２３Ｃとが取り付けられている。
【００５７】
上部の攪拌羽根２３Ｂは、螺旋羽根であり、軸体２３Ａの回転により、充填移動層Ｐ上部のバイオマスを上方へ移動せしめるように作用する。
【００５８】
このような攪拌羽根が回転すると、充填移動層の上部におけるバイオマスは上方に移動する結果、この上部で十分に攪拌されることによって熱伝達率が向上して、バイオマス粒子の間隙に存在するガス状タールは確実に降温して、その凝縮が促進される。また、バイオマスを上方に送りながら攪拌するため、空隙率が増加しガスの偏流も抑えられ充填移動層内のガスの圧力損失を小さくすることができ、充填移動層内にガスを十分に流通させることができる。
【００５９】
これに対して、下部の攪拌羽根２３Ｃは、上下方向で、高温ガス送入口１１Ｄよりも若干上方に位置していて、例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）のごとく、円板状、扇状あるいは環状板の部分を有し、部分的に開口が形成されている。これらの攪拌羽根２３Ｃは、バイオマスを攪拌すると共に、該攪拌羽根２３Ｃの下方から上昇してくる高温ガスに対してその流路を狭めることにより、開口を透過する高温ガスの流速を高める機能を有している。
【００６０】
上記各種の攪拌羽根２３Ｃはその羽根面積（上方から見たときの面積）が回転面積の５０〜７０％であり、換言すれば、高温ガスの上昇流路となる開口面積が５０〜３０％となっているのが好ましい。
【００６１】
図３（Ａ）の例では、円板の攪拌羽根２３Ｃに、多数の小さな開口２３Ｃ−１が形成されており、図３（Ｂ）では、攪拌羽根２３Ｃが四つの扇状とされていてそれらの間に開口２３Ｃ−１が形成されている。さらに、図３（Ｃ）では、攪拌羽根２３Ｃは周方向に開口２３Ｃ−１が形成された環状板となっていると共に、この環状板と軸体２３Ａとの連結部分を上下面で円錐状として高温ガスの上昇流れに対する抵抗を小さくしている。
【００６２】
充填移動層の下部には、高温ガス送入口１１Ｄから高温ガスが送入されており、該高温ガスは充填移動層内を上昇している。この下部で、上記攪拌羽根２３Ｃが回転されるので、高温ガスはその流通が良くなると共に、高温ガスは上記攪拌羽根２３Ｃを上方に向け通過する際にその流路が狭められているので、高温ガスの流速が速められて、バイオマスと高温ガスとの熱伝達率が向上して、下部でのタールの揮発を促進する。
【００６３】
＜第三実施形態＞
炭化炉内の充填移動層の下部へ高温ガス送入口から高温ガスを吹き込む装置において、充填移動層の高さが十分でないと、充填移動層内を上昇する高温ガスは、上昇時に、抵抗の小さい高温ガス送入口付近から大部分が上昇して充填移動層の上面から抜けてしまう、いわゆる吹き抜けが生ずる。その結果、高温ガスは、高温ガス送入口から炉半径方向に離れた部位には、十分に到達しなくなる。これを防止するには、充填移動層を、上昇高温ガスに対してある程度の抵抗をもたらすように、十分な高さとしなくてはならない。
【００６４】
本実施形態では、充填移動層が、さほど高くなくとも、このような吹き抜けが生じないようにした点に特徴がある。
【００６５】
図４（Ａ）に示される本実施形態では、攪拌装置３３の軸体３３Ａには、上下方向にて、高温ガス送入口１１Ｄの付近の位置で、上下二つの攪拌羽根３３Ｂと３３Ｃが取り付けられている。
【００６６】
二つの攪拌羽根３３Ｂ，３３Ｃ共に、図３（Ｂ）に見られるように、二つの半円弧状腕部材の両端同士を軸体３３Ａにて連結した形態で、同じ形に作られている。しかし、両攪拌羽根３３Ｂ，３３Ｃは上下面が互いに逆になるように、上記軸体３３Ａに取り付けられており、その結果、上方から見たとき、一方はＳ字状そして他方は逆Ｓ字状をなしている。これらを軸体３３Ａで同方向に回転すると、例えば、一方の攪拌羽根３３Ｂはバイオマスに対して、半径方向外方へ押し出す成分の力をもって攪拌作用をもたらすし、他方の攪拌羽根３３Ｃは、半径方向内方へ引き込む成分の力をもって攪拌作用をもたらす。なお、図示の例では、二つの攪拌羽根３３Ｂ，３３Ｃは、周方向で９０°だけ互いに位相をずらして配置されており、炉内のバイオマスの攪拌を均一に近づけるようにしている。
【００６７】
このような、本実施形態によると、充填移動層下部でのバイオマスは上段羽根と下段羽根の一方で半径方向外方へ移動され他方で半径方向内方に移動されるので、攪拌が半径方向全域に確実に行われると共に、炭化炉の外周と中心位置とでの上下移動による循環動をも伴うので、いわゆる吹き抜けがなく、上記充填移動層下部の領域高さを小さくしても、バイオマスが分散されて高温ガスと十分に接触するようになる。これは、装置のコンパクト化につながる。
【００６８】
＜第四実施形態＞
図５（Ａ）に示される本実施形態は、縦型筒状の炭化炉１１内のバイオマスが熱分解して炭化物となった際に、この炭化物が炭化炉１１の円筒内面に付着しても、その付着量が増大することを防止する点に特徴がある。
【００６９】
図５（Ａ）において、攪拌装置４３は軸体４３Ａの上下方向の複数位置に半径方向に延びる攪拌羽根４３Ｂが設けられており、同じ周方向位置における上下の攪拌羽根４３Ｂの先端同士が軸方向に延びる棒状の掻取部材４３Ｄにより連結されている。この掻取部材４３Ｄは、上記炭化炉１１の円筒内面に対し軽く接触もしくは近接して位置している。したがって、この掻取部材４３Ｄが上記軸体４３Ａまわりに回転すると、該掻取部材４３Ｄは上記炭化炉１１の円筒内面に沿って移動するようになり、炭化物が上記円筒内面に付着したとしても、その付着量が増大する前に炭化物を掻き取って、いわゆる棚つり現象の発生を抑制し、バイオマスが炭化炉内の充填移動層内を円滑に降下するようになる。
【００７０】
上記掻取部材４３Ｄは、軸線に直角な面での断面が種々の形をとることが可能であり、バイオマス炭化物の性状に適合するよう、図５（Ｂ）〜（Ｄ）のような部材から適宜選択できる。
【００７１】
本実施形態の掻取部材は、図５のような形態の他、第一ないし第三実施形態の攪拌装置に追加して適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  バイオマス炭化装置
１１  炭化炉
１３；２３；３３；４３  攪拌装置
１３Ｂ；２３Ｂ；３３Ｂ；４３Ｂ  攪拌羽根
Ｐ  充填移動層
【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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