(57)【要約】【課題】バイオマスを熱分解して高い収率で炭化物を得るバイオマス炭化装置及び方法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１０において、バイオマス炭化装置１０は、炭化炉１１内の温度を制御する温度制御装置１６を有し、温度制御装置１６は、充填移動層上部の温度を、バイオマスを含有水分を蒸発させ  乾燥させる乾燥温度以上で、タールを凝縮させるタール凝縮温度以下に制御すると共に、充填移動層下部の温度を、バイオマスを熱分解してタールを揮発させるタール揮発温度以上で、バイオマスを熱分解してガス発生させるガス発生温度以下に制御して所定温度範囲とするように設定されている。【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、
バイオマス炭化装置は、炭化炉内の温度を制御する温度制御装置を有し、
温度制御装置は、充填移動層上部の温度を、バイオマスをその含有水分を蒸発させ乾燥させる乾燥温度以上で、タールを凝縮させるタール凝縮温度以下に制御して所定温度範囲とするとともに、充填移動層下部の温度を、バイオマスを熱分解してタールを揮発させるタール揮発温度以上で、バイオマスを熱分解してガス発生させるガス発生温度以下に制御して所定温度範囲とすることを特徴とするバイオマス炭化装置。
【請求項２】
温度制御装置は、充填移動層上部の温度を８０℃以上１００℃以下に制御し、充填移動層下部の温度を４００℃以上７００℃以下に制御することとする請求項１に記載のバイオマス炭化装置。
【請求項３】
温度制御装置は、充填移動層の中央高さ部の温度を２００℃以上４００℃以下に制御することとする請求項２に記載のバイオマス炭化装置。
【請求項４】
温度制御装置は、
充填移動層上部の温度を計測する上部温度計測手段と、
充填移動層下部の温度を計測する下部温度計測手段とを備え、
計測した充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度とに基づき、これらの温度を所定温度範囲内とするように、炭化炉へ供給するバイオマス供給量及び炭化炉へ供給する高温ガス供給量のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載のバイオマス炭化装置。
【請求項５】
バイオマス炭化装置は、炭化炉から可燃ガスの供給を受けこれを部分燃焼して燃焼ガスを発生する部分燃焼炉と、上記燃焼ガスの少なくとも一部を高温ガスとして上記炭化炉へ供給する高温ガス供給手段とを、さらに有することとする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載のバイオマス炭化装置。
【請求項６】
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バイオマス炭化方法において、
充填移動層下部でバイオマスを熱分解してタールを揮発させるとともに、充填移動層上部から下降したバイオマスに付着しているタールを揮発させ、充填移動層上部で充填移動層下部から上昇したガス状タールを凝縮させバイオマスの表面に付着させるように、炭化炉内の充填移動層上部と充填移動層下部の温度を所定温度範囲内に保つことを特徴とするバイオマス炭化方法。
【請求項７】
充填移動層上部の温度を８０℃以上１００℃以下に制御し、充填移動層下部の温度を４００℃以上７００℃以下に制御して所定温度範囲にすることとする請求項６に記載のバイオマス炭化方法。
【請求項８】
充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度を計測し、計測した充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度とに基づき、これらの温度を所温度定範囲内とするように、炭化炉へ供給するバイオマス供給量及び炭化炉へ供給する高温ガス供給量のうち少なくとも一方を制御することとする請求項６又は請求項７に記載のバイオマス炭化方法。
【請求項９】
部分燃焼炉にて炭化炉から可燃ガスの供給を受けこれを部分燃焼し燃焼ガスを発生させ、上記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こととする請求項６ないし請求項８のいずれか一つに記載のバイオマス炭化方法。
【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及びバイオマス炭化方法に関する。
【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、この成長過程をも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、炉下部から加この重点移動層内へ熱ガスを吹き込み、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、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現状にも拘らず、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。
【０００９】
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、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及びバイオマス炭化方法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】
【００１０】
本発明者らは、バイオマスを熱分解して炭化物を高い収率で得ることを可能とするプロセスを開発するために鋭意検討を進めた結果、以下の知見を得た。すなわち、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、このタールは発生ガスとともに炭化炉から排出されているが、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て、上述の課題を解決すべく、炭化物を高い収率で得ることが可能なバイオマス炭化装置、バイオマス炭化方法を見出して本発明を完成した。
【００１１】
本発明によるバイオマス炭化装置そしてバイオマス炭化方法は、次のごとく構成される。
【００１２】
＜バイオマス炭化装置＞
本発明の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るバイオマス炭化装置において、バイオマス炭化装置は、炭化炉内の温度を制御する温度制御装置を有し、温度制御装置は、充填移動層上部の温度を、バイオマスをその含有水分を蒸発させ乾燥させる乾燥温度以上で、タールを凝縮させるタール凝縮温度以下に制御して所定温度範囲とするとともに、充填移動層下部の温度を、バイオマスを熱分解してタールを揮発させるタール揮発温度以上で、バイオマスを熱分解してガス発生させるガス発生温度以下に制御して所定温度範囲とすることを特徴としている。
【００１３】
本発明において、温度制御装置は、充填移動層上部の温度を８０℃以上１００℃以下に制御し、充填移動層下部の温度を４００℃以上７００℃以下に制御することが好ましい。
【００１４】
また、本発明において、温度制御装置は、充填移動層の中央高さ部の温度を２００℃以上４００℃以下に制御することが好ましい。
【００１５】
本発明において、上述の制御を行うために、温度制御装置は、充填移動層上部の温度を計測する上部温度計測手段と、充填移動層下部の温度を計測する下部温度計測手段とを備え、計測した充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度とに基づき、これらの温度を所定温度範囲内とするように、炭化炉へ供給するバイオマス供給量及び炭化炉へ供給する高温ガス供給量のうち少なくとも一方を制御するようにすることができる。
【００１６】
また、本発明において、バイオマス炭化装置は、炭化炉から可燃ガスの供給を受けこれを部分燃焼して燃焼ガスを発生する部分燃焼炉と、上記燃焼ガスの少なくとも一部を高温ガスとして上記炭化炉へ供給する高温ガス供給手段とを、さらに有するようにすることができる。
【００１７】
＜バイオマス炭化方法＞
本発明のバイオマス炭化方法は、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バイオマス炭化方法において、充填移動層下部でバイオマスを熱分解してタールを揮発させるとともに、充填移動層上部から下降したバイオマスに付着しているタールを揮発させ、充填移動層上部で充填移動層下部から上昇したガス状タールを凝縮させバイオマスの表面に付着させるように、炭化炉内の充填移動層上部と充填移動層下部の温度を所定温度範囲内に保つことを特徴としている。
【００１８】
本発明において、充填移動層上部の温度を８０℃以上１００℃以下に制御し、充填移動層下部の温度を４００℃以上７００℃以下に制御して所定温度範囲にすることが好ましい。
【００１９】
本発明において、充填移動層の温度制御は、充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度を計測し、計測した充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度とに基づき、これらの温度を所温度定範囲内とするように、炭化炉へ供給するバイオマス供給量及び炭化炉へ供給する高温ガス供給量のうち少なくとも一方を制御することにより実行可能である。
【００２０】
本発明において、部分燃焼炉にて炭化炉から可燃ガスの供給を受けこれを部分燃焼し燃焼ガスを発生させ、上記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ことが可能である。
【００２１】
このような本発明装置そして方法によると、炭化炉の上部から供給されたバイオマスは、炭化炉内で充填移動層を形成し自重で降下しながら、下部から吹き込まれて上昇する高温ガスと接触して加熱される。バイオマスは、充填移動層上部で乾燥予熱され、降下して下部で熱分解され、炭化物が生成してこれが灰分とともに炭化炉下部から排出される。
【００２２】
充填移動層下部では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。この生成したタールは、従来は発生ガスとともに炭化炉から排出されていたが、本発明装置そして方法によると、タールを炭化物に転化し、バイオマスからの炭化物収率を向上させる。このタールを炭化物に転化するプロセスの原理を詳述すると次のごとくである。
【００２３】
（１）充填移動層下部で高温ガスによりバイオマスが加熱されると、熱分解されてガス状タールが揮発して上昇する。このガス状タールは上部へ上昇する。
【００２４】
（２）充填移動層の上部へ達すると、ガス状タールは冷却されて凝縮して液状タールとなりバイオマスの表面に付着する。
【００２５】
（３）液状タールが付着したバイオマスは降下する。
【００２６】
（４）バイオマスに付着した液状タールは下部で高温ガスにより加熱され揮発し上部へ再び上昇する。
【００２７】
（５）このような（１）〜（４）を繰り返し、タールが充填移動層内で上昇と下降を、そして揮発と凝縮を繰り返す過程で、バイオマスの表面に付着したタールは高温ガスにより加熱され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。従来、タールは炭化炉内での発生ガスとともに炭化炉外へ排出されていたが、本発明では、タールを炭化物とすることができるので、バイオマスからの炭化物収率を向上させることができる。また、本発明では、タールを炭化物に転化させるに際し、特別な触媒を使うことなく、特別な反応装置を追加することなく、また従来の触媒を用いるタールの炭化物転化反応に比べて比較的低温である７００℃以下で実施することができる。そのため、経済的に優れたタールを炭化物に転化するプロセスである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のバイオマス炭化装置及びバイオマス炭化方法にもとづき、バイオマスを所定温度範囲内の温度とするように制御して、充填移動層下部でバイオマスからガス状タールを揮発させ、上部でこれを凝縮して液状タールとし、揮発と凝縮を繰り返す過程で、タールの熱分解反応や重合反応を進ませ、タールの一部を炭化物に転化することによって、バイオマスを熱分解して炭化物を得るとともに生成するタールからも炭化物を得ることとしたので、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】
【００２９】
【図１】本発明のバイオマス炭化装置の全体の構成を示す概略図である。
【図２】本発明のバイオマス炭化装置内の反応を説明する図である。
【図３】本発明に係る充填移動層炭化炉内の温度分布を説明する図である。
【図４】本発明のバイオマス炭化装置の充填移動層炭化炉を示す図である。
【図５】本発明のバイオマス炭化装置の充填移動層炭化炉を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
図１において、符号１０は炭化装置であり、該炭化装置１０は、竪型の炭化炉１１と、これにバイオマスを供給するバイオマス供給装置１２と、炉内で発生すガスを部分燃焼させる部分燃焼炉１３と、これらを調整して炭化炉１１内の温度を制御する温度制御装置１６とを備えている。
【００３２】
炭化炉１１は竪型炉であり、上部側部にバイオマス供給口１１Ａ、発生ガス排出口１１Ｂがそして下端に炭化物排出口１１Ｃがそれぞれ設けられているとともに、上記炭化物排出口１１Ｃよりも若干上方位置側部に高温ガス送入口１１Ｄが設けられている。
【００３３】
バイオマス供給装置１２は、炭化炉の上部または側方上部からバイオマスを供給する。バイオマスを所定の供給量で切り出すロータリバルブやスクリューフィーダなどを用いることができる。
【００３４】
上記バイオマス供給装置１２は、上記炭化炉１１のバイオマス供給口１１Ａに接続されていて、温度制御装置１６からの指令にしたがって所定量ずつ炭化炉１１へバイオマスを供給している。炭化炉１１内にはバイオマスの充填移動層Ｐが形成される。この充填移動層Ｐは、低温の上部でタール凝縮領域Ａ、そして高温の下部でタール揮発領域Ｂを形成する。
【００３５】
炭化炉１１の上部の発生ガス排出口１１Ｂは、ファン等の送気装置１４を経て部分燃焼炉１３に接続されている。この部分燃焼炉１３で生じた燃焼ガスは、次工程での処理に向け排出されるが、その一部分がダンパ１５を介して、炭化炉１１の下部の高温ガス送入口１１Ｄへ送られるようになっている。
【００３６】
炭化炉１１には、炉内に形成されたバイオマスの充填移動層Ｐの上部そして下部での温度を計測する上部温度計測手段１７Ａと下部温度計測手段１７Ｂとがそれぞれ設けられている。温度制御装置１６は、これらの上部温度計測手段１７Ａそして下部温度計測手段１７Ｂからの信号を受けて、その信号にもとづき、バイオマス供給装置１２のバイオマス供給量を制御し、そして高温ガス供給量を制御するためにダンパ１５の開度を制御している。
【００３７】
このように構成される本実施形態装置では、炭化炉１１内は、上部のバイオマス供給口１１Ａからバイオマスがバイオマス供給装置１２により供給されて、充填移動層Ｐが形成されており、部分燃焼炉１３で生成した燃焼ガスの少なくとも一部である高温ガスが下部の高温ガス送入口１１Ｄへ供給される。バイオマスが充填移動層Ｐの上部から下部へ下降移動する間に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排出される。
【００３８】
バイオマスが熱分解する際に生じるタールは、後述する炭化炉１１内でのプロセスで炭化物となり底部の炭化物排出口１１Ｃから排出される。また、熱分解によって生成した可燃ガスを含む発生ガスは頂部の発生ガス排出口１１Ｂから送気装置１４により部分燃焼炉１３に導かれる。
【００３９】
炭化炉１１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１３に送り、この部分燃焼炉１３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１１へ供給する高温ガスとして用いることが望ましい。
【００４０】
以下、図１に用いられている炭化炉及びこれに接続されている主要装置及びこれらにおけるバイオマスの挙動について詳述する。
【００４１】
＜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、炭化炉内に充填移動層を形成し、バイオマスが上部から下部へ下降移動する間に熱分解され、炭化物を生成する。
【００４２】
炭化炉の下部または側方下部から、部分燃焼炉から高温ガスの供給を受け、該高温ガスが炭化炉の充填移動層内を上昇する。充填移動層に高温ガスを流通させることで、降下するバイオマスに高温ガスを接触させて加熱する。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。
【００４３】
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。
【００４４】
（充填移動層内でのタールの反応）
図２に見られるように、炭化炉内の充填移動層下部の領域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（「タール揮発領域」といい、符号Ｂで示す領域）。このタール揮発領域でガス状タールが揮発し、ガス状タールが上昇する高温ガスと発生ガスに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（「タール凝縮領域」といい、符号Ａで示す領域）、このタール凝縮領域で液状（ミスト状）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のタール揮発領域で再び加熱されタールが揮発し、ガス状タールが高温ガスと発生ガスに随伴され充填移動層内を上昇し、タール凝縮領域に運ばれる。このように、タールが充填移動層内で上昇と下降を、そして揮発と凝縮を繰り返す過程で、バイオマスの表面に付着したタールは高温ガスにより加熱され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。
【００４５】
タール揮発領域とする充填移動層下部領域としては、充填移動層底部から充填移動層全体高さ寸法の１０％程度上方の位置から、４０％程度上方の位置までの領域とするのが好ましい。また、タール凝縮領域とする充填移動層上部領域としては、充填移動層頂部から充填移動層全体高さ寸法の３０％程度〜５０％程度下方の位置までの領域とするのが好ましい。
【００４６】
（高温ガスの供給手段）
炭化炉で発生した発生ガスは送気装置により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。
【００４７】
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高温ガス送入口１１Ｄとしてのノズルを設ける。このノズルは複数設け周方向に分布配置することが好ましい。
【００４８】
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１５を設ける。
【００４９】
（炭化炉内のガス流速）
炭化炉に供給された高温ガスは、発生ガスとともに充填移動層内を上昇するが、その際のガス流速を適切な範囲とすることが必要である。ガス流速の調整は高温ガスの供給量を調整して行う。ガス流速が大きすぎると充填層を通過するガスの圧力損失が大きすぎるため、送気装置の負荷が大きくなりすぎたり、バイオマスの微粒が発生ガスに随伴されて炭化炉から排出され、その結果、炭化物収率が低下するという問題が生じる。 そのため、ガス流速（線速度）を０．５Ｎｍ／ｓｅｃ未満とするように、高温ガス供給量を調整する。 一方、ガス流速が小さすぎると、炉内のガス流れを均一にすることが難しくなるため、ガス流速（線速度）を０．０２Ｎｍ／ｓｅｃ以上とするように、高温ガス供給量を調整する。
【００５０】
（炭化炉の温度）
供給する高温ガスの条件（温度、供給量）及び供給するバイオマスの条件（種類、供給量）を調整することにより、炭化炉における充填移動層の温度を好ましい範囲に調整する。なお、本発明において充填移動層の温度とは、充填移動層の構成物質である固体（バイオマス、炭化物）、気体（高温ガス）、液体（タール）の総合的な温度をいい、充填移動層内に設置した熱電対等の温度計測器により測定された測定値を充填移動層の温度としてもよい。
【００５１】
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℃）より低いとタールの揮発が十分に進まず、また、バイオマスの炭化も進まず、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。
【００５２】
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、温度が上記上限値（１００℃）より高いと充填移動層上部でタールの凝縮が十分に行われず、ガス状タール分が発生ガスとともに移動層炭化炉から排出されるため、炭化物収率が低くなるので好ましくない。
【００５３】
（充填移動層内の好ましい温度分布）
かかる充填移動層内での温度分布は、上記「タール凝縮領域」Ａと「タール揮発領域」Ｂとのそれぞれの領域範囲（高さ方向範囲）を大きくして反応を促進させるために、上記それぞれの領域範囲内での温度の変化を小さくすることが望ましく、したがって、充填移動層炭化炉内の温度分布を示す図３（Ａ）のようになることが好ましい。図３（Ｂ）のような温度分布は、上記条件に合わず、不適である。充填移動層炭化炉内の温度分布を図３（Ａ）のようにするためには、充填移動層下部の温度と充填移動層上部の温度を前述のような温度範囲とするとともに、充填移動層の中央高さ部の温度を２００℃以上４００℃以下とすることが好ましい。
【００５４】
炭化炉内の充填移動層の温度を図３（Ａ）に示すような好ましい温度分布とするように、充填移動層上部及び下部の適切な位置に温度センサを設ける。上部と下部それぞれに複数の温度センサを設けると、より確実に好ましい温度分布とすることができるので、より好ましい。
【００５５】
＜温度制御装置＞
温度制御装置は、充填移動層上部の温度を計測する上部温度計測手段（温度センサ）と、充填移動層下部の温度を計測する下部温度計測手段（温度センサ）とを備え、計測した充填移動層上部の温度と充填移動層下部の温度とに基づき、上部温度と下部温度が所定範囲とするように、炭化炉へ供給するバイオマス供給量及び炭化炉へ供給する高温ガス供給量のうち少なくとも一つを制御する。
【００５６】
バイオマス供給量の制御は、バイオマス供給装置によるバイオマス切出量を調整したり、バイオマス供給に用いられるロータリバルブの回転数や供給路に設けられたダンパの開度を調整することにより行われる。
【００５７】
高温ガス供給量の制御は、高温ガス供給ラインに設けたダンパの開度を調整することにより行われる。
【００５８】
詳細な温度制御の手順を以下に説明する。
・充填移動層上部の温度が所定範囲より低い場合には、バイオマス供給量を減少、高温ガス供給量を増加のうち少なくとも一つの操作を行う。
・充填移動層上部の温度が所定範囲より高い場合には、バイオマス供給量を増加、高温ガス供給量を減少のうち少なくとも一つの操作を行う。
・充填移動層下部の温度が所定範囲より低い場合には、バイオマス供給量を減少、高温ガス供給量を増加のうち少なくとも一つの操作を行う。
・充填移動層下部の温度が所定範囲より高い場合には、バイオマス供給量を増加、高温ガス供給量を減少のうち少なくとも一つの操作を行う。
【００５９】
（充填移動層の中央高さ部の温度制御）
充填移動層内での「タール凝縮領域」Ａと「タール揮発領域」Ｂとのそれぞれの領域範囲（高さ方向範囲）を大きくして反応を促進させるために、充填移動層炭化炉内の温度分布を図３（Ａ）のようにすることが好ましい。そのためには、充填移動層下部の温度を４００℃以上７００℃以下とし、充填移動層上部の温度を８０℃以上１００℃以下とするとともに、充填移動層の中央高さ部の温度を２００℃以上４００℃以下とすることが好ましい。充填移動層の中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度の制御について、詳述する。
【００６０】
この温度の制御について、図４に基づき、具体的に一例を説明する。炭化炉の充填移動層の中央高さ部に温度調整ガス送入口１１Ｅを設け、温度調整ガスを充填移動層の中央高さ部に供給し、充填移動層の中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を制御する。充填移動層の中部に温度を計測する温度計測計を設け、測定値に基づき温度調整ガスの成分（酸素濃度）と供給量のうち少なくとも一方を調整して温度を制御する。
【００６１】
充填移動層中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を低下させる場合には、温度調整ガスとして無酸素又は低酸素濃度（１ｖｏｌ％以下）の低温（例えば２００℃以下）のガスを供給する。無酸素又は低酸素濃度の低温ガスとしては、例えば炭化炉内で発生した発生ガスを冷却塔に導き水スプレーにより直接冷却したガスを用いることができる。
【００６２】
充填移動層中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を低下させる場合に、上記とは別の制御方法として、以下の制御方法を用いてもよい。温度調整ガスとして、上記のような無酸素又は低酸素濃度の低温ガスにタールを混合したガスを供給してもよい。ガス中にタールを混合して充填移動層内に供給することにより、温度制御とともにタールを炭化物に転化させ炭化物収率を向上させることもできる。タールを混合した無酸素又は低酸素濃度の低温ガスとしては、例えば炭化炉内で発生した発生ガスを冷却塔に導き水スプレーにより直接冷却したガスに、炭化炉から排出された発生ガスから分離回収されたタールを混合して用いることができる。
【００６３】
充填移動層中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を上昇させる場合には、温度調整ガスとして無酸素又は低酸素濃度（１ｖｏｌ％以下）の高温（例えば５００〜１０００℃）のガスを供給する。無酸素又は低酸素濃度の高温ガスとしては、例えば炭化炉内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一部を用いることができる。
【００６４】
充填移動層中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を上昇させる場合に、上記とは別の制御方法として、以下の制御方法を用いてもよい。温度調整ガスとして酸素を含むガス、例えば空気を供給する。酸素を含むガスを充填移動層中央高さ部に供給し、炉内ガスの可燃ガスを燃焼してその燃焼熱で充填移動層中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を上昇させる。酸素を含むガスを供給する場合、充填移動層の中央高さ部より上部の温度が３００℃を超えないように供給量などを制御する。３００℃を超えると充填移動層内のバイオマスや炭化物が燃焼して焼失する反応が顕著になり、炭化物収率が低下するため、これを避ける必要がある。
【００６５】
さらに、充填移動層の中央高さ部についての温度の制御は、図５に示す形態のもとでも行うことができる。この制御について、図５に基づき説明する。
【００６６】
図５では、図４の炭化炉に、高温ガス送入口より下部に生成した炭化物を冷却する炭化物冷却領域を形成している。炭化物冷却領域に設けた炉内ガス排出口１１Ｆから炉内ガスを抜き出し、冷却塔に導き水スプレーにより直接冷却したガスを送風機を介し炭化物冷却領域に設けた冷却ガス送入口１１Ｇから炭化物冷却領域に供給し、炭化物を冷却する。冷却ガスの温度は２００℃以下とすることが好ましく、１００℃以下とすることがより好ましい。炭化炉の充填移動層の中央高さ部に温度調整ガス送入口１１Ｅを設け、冷却塔から導く冷却ガスの一部を温度調整ガスとして充填移動層の中央高さ部に供給し、充填移動層の中央高さ部及び中央高さ部より上部の温度を低下させるように制御する。
【００６７】
（炭化炉の雰囲気）
炭化炉内の雰囲気の酸素濃度は1ｖｏｌ％以下にすることが好ましい。雰囲気の酸素濃度が1ｖｏｌ％より高いとバイオマスが燃焼して、熱分解されず炭化物収率が低くなる。
【００６８】
炭化炉の充填移動層の高さ（層高）を所定範囲とすることが好ましい。層高が小さいとガス状タールが充填移動層上部で凝縮するのに十分な領域がないため、充填移動層から吹き抜け、発生ガスに随伴され炭化炉から排出されるので、層高を２ｍ以上とすることが適当である。 層高が大きすぎると充填移動層を通過するガスの圧力損失が大きくなりすぎるので、層高を８ｍ未満とすることが適当である。
【００６９】
＜部分燃焼炉＞
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。
【００７０】
＜バイオマス＞
熱分解して炭化物を生成する原料として検討されているバイオマスとして、木屑、籾殻、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副生物がある。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ことが検討されている。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。
【００７１】
＜バイオマスの好ましい粒径＞
凝縮したタールが付着しやすいバイオマスの特性として、体積あたりの表面積の比である比表面積がある一定値より大きいことが好ましい。ここで、表面積は幾何学的表面積のことであり、ＢＥＴ法などで測定されるミクロレベルの凹凸まで含まれる表面積ではなく、物体の形状を測定した数値により計算した表面積である。
【００７２】
バイオマスの比表面積が、ある値より大きいと、バイオマスの表面にタールが付着しやすいため好ましい。 具体的には、バイオマスの比表面積（幾何学的表面積／幾何学的体積）が０．５ｍｍ-１ より大きいものが好ましい。 例えば、５０×１００ｍｍ程度の大きな木の塊では比表面積が０．１５ｍｍ-１より小さい値となり、不適である。ＰＫＳは粒径が４ｍｍ程度であり。比表面積が２ｍｍ-１であり、ＥＦＢは繊維状なので比表面積が３ｍｍ-１ 程度であり、それぞれ好ましい比表面積であり、本発明に用いるバイオマスとして好適である。
【００７３】
＜炭化炉温度とバイオマス水分率の関係＞
充填移動層上部にタール凝縮を行わせる８０〜１００℃程度の温度のタール凝縮領域を存在させるために、バイオマスの含水量がある程度以上であることが好ましい。バイオマスの含水率が１０重量％以上であると、充填移動層上部でバイオマスの水分除去のため高温ガスの熱エネルギーが適度に用いられ、上部の温度を８０〜１００℃程度の温度とすることができるので、好ましい。 一方、含水率が高すぎるとバイオマスの乾燥にために高温ガスの熱エネルギーが過剰に使われ、バイオマスの熱分解、炭化のための熱エネルギーが不足するため、含水率は５０重量％未満とすることが好ましい。
【実施例】
【００７４】
［実施例］
図１に示すバイオマス炭化装置を用いて、試験を実施した。炭化炉は竪型円筒状で内径は１ｍであり、充填移動層の高さは５ｍである。炭化炉にバイオマスとしてスギ細粒（粒径４〜５ｍｍ程度で、幾何学的表面積／幾何学的体積は１．５ｍｍ−１ 程度、水分率１５重量％）を１０ｋｇ／時間の供給量で供給し、充填移動層炭化炉に高温ガスを０．２Ｎｍ３／ｓｅｃの供給量で供給し、充填移動層上部の温度を８０℃に、充填移動層下部の温度を５００℃に調整し、炭化物を生成した。
【００７５】
充填移動層下部でタールの揮発、充填移動層上部でタールの凝縮が行われ、バイオマスから発生するタールをも炭化物とすることができ、炭化物収率は３７重量％であり、後述する比較例に比べて炭化物収率を向上させることができた。炭化物中の固定炭素は７８重量％であり、炭化物の品質上も優れたものを得ることができた。
【００７６】
［比較例］
実施例と同様のバイオマス炭化装置とバイオマスとを用い、バイオマス供給量を同様にし、高温ガス供給量を調整して充填移動層上部の温度を２５０℃に、充填移動層下部の温度を５００℃に調整して、炭化物を生成した。
【００７７】
充填移動層上部でタールが凝縮せず、ガス状タールのまま炭化炉から排出された。炭化物収率は２９重量％であり、低い収率であった。
【符号の説明】
【００７８】
１０  バイオマス炭化装置
１１  炭化炉
１１Ｄ  高温ガス供給手段（高温ガス送入口）
１３  部分燃焼炉
１６  温度制御装置
１７Ａ  上部温度計測手段
１７Ｂ  下部温度計測手段
【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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