(57)【要約】  木質系バイオマスを原料として、塩素含有率、及びカリウム含有率が低減され、石炭と同等の粉砕性を有し石炭と混合して粉砕処理して微粉炭ボイラーの燃料として使用できる固体燃料の製造方法を提供する。  サイズ５０ｍｍ以下の木質系バイオマス粉砕物を１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の水で洗浄する工程、該木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に乾燥する工程、該乾燥した木質系バイオマス粉砕物を、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２４０〜３５０℃の条件下で焙焼する工程、を含む方法により固体燃料を製造する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイズ５０ｍｍ以下の木質系バイオマス粉砕物を１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の水で洗浄する工程、
該木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に乾燥する工程、
該乾燥した木質系バイオマス粉砕物を、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２４０〜３５０℃の条件下で焙焼する工程、
を含む固体燃料の製造方法。
【請求項２】
サイズ５０ｍｍ以下の木質系バイオマス粉砕物を０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の流水で５分間以上洗浄する工程、
該木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に乾燥する工程、
該乾燥した木質系バイオマス粉砕物を、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２４０〜３５０℃の条件下で焙焼する工程、
を含む固体燃料の製造方法。
【請求項３】
前記木質系バイオマスがユーカリ属である請求項１ないし２記載の固体燃料の製造方法。
【請求項４】
前記木質系バイオマスがパラゴムノキ（Hevea brasiliensis）である請求項１ないし２記載の固体燃料の製造方法。
【請求項５】
前記固体燃料が石炭と混合して粉砕処理して石炭と混焼する請求項１〜４のいずれかに記載の固体燃料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、木質系バイオマスの粉砕物を水で洗浄した後に乾燥し、続いて焙焼することによって塩素含有率、及びカリウム含有率が低い固体燃料を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の枯渇化及びＣＯ２排出による地球温暖化への対策として、バイオマスを原料とする燃料の利用が検討されている。一般にバイオマスとは、エネルギー源又は工業原料として利用することのできる生物体をいい、代表的なものは木材、建築廃材、農産廃棄物等である。従来よりバイオマスを有効利用する方法が各種提案されている。その中でも、バイオマスを低コストで以って高付加価値物に転換できる有用な方法として、バイオマスを炭化して固体燃料を製造する方法がある。これは、バイオマスを炭化炉に投入して酸素欠乏雰囲気下で所定時間加熱して炭化処理し、固体燃料を製造するものである。【０００３】
このようにして製造された固体燃料は、発電設備や焼却設備等の燃焼設備の燃料に用いられるが、この場合、燃焼効率を向上させるために固体燃料を細かく粉砕して微粉燃料として用いることがある。固体燃料は単独であるいは石炭と混合して粉砕されるが、バイオマスのうち木質系バイオマスは大部分が繊維質であるため、粉砕性が悪く、燃焼効率の低下、粉砕機の運転性低下等の問題があった。【０００４】
特許文献１には、材廃材、間伐材、庭木、建築廃材等の木質系バイオマスを２４０℃以上３００℃以下の温度で、１５分以上９０分以下の時間で熱分解した後に粉砕する方法が開示されている。加熱温度が２４０℃より低い温度であると破砕性、粉砕性が向上せず、３００℃よりも高い温度であると破砕、粉砕時にサブミクロンオーダーの微粉量が増大して粉体トラブルを生じ易くなるため好ましくないとしている。【０００５】
また、特許文献２には穀類、実、種子を含むバイオマスを酸素濃度１〜５％、処理温度３５０〜４００℃で３０〜９０分加熱して炭化処理することで、石炭と同等の粉砕性を有する固体燃料を製造する方法が開示されている。【０００６】
塩素化合物が含まれているバイオマスから得られる固体燃料は塩素含有率が高く、このような固体燃料は燃焼設備の腐食に対する対策や排ガス処理設備が必要となる。従って、固体燃料の塩素含有率を低減させることが求められる。特許文献３には、バイオマスを含む原料から焙焼によって製造される固体燃料の塩素含有率を低下させるために、固体燃料を水で洗浄する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2006−26474号公報
【特許文献２】特開2009−191085号公報
【特許文献３】特表2009−540097号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、塩素化合物が含まれているバイオマスから得られる固体燃料は、塩素含有率が高く、ボイラーの燃料として使用することが困難である。従って、塩素含有率を低減するための後処理や、燃焼設備の腐食に対する対策や排ガス処理設備が必要となるが、コストアップとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、木質系バイオマスから簡便かつ効率的に塩素含有率が低減された固体燃料を製造する技術を検討したところ、木質系バイオマスを破砕処理し、得られた破砕処理物を水で洗浄して脱水し、続いて焙焼することによって、塩素含有率、及びカリウム含有率が低減された固体燃料を効率的に製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。【００１０】
すなわち本発明は下記の発明を提供するものである。
（１）  サイズ５０ｍｍ以下の木質系バイオマス粉砕物を１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の水で洗浄する工程、
該木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に乾燥する工程、
該乾燥した木質系バイオマス粉砕物を、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２４０〜３５０℃の条件下で焙焼する工程、
を含む固体燃料の製造方法。
（２）  サイズ５０ｍｍ以下の木質系バイオマス粉砕物を０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の流水で５分間以上洗浄する工程、
該木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に乾燥する工程、
該乾燥した木質系バイオマス粉砕物を、酸素濃度１０％以下で、かつ物質温度２４０〜３５０℃の条件下で焙焼する工程、
を含む固体燃料の製造方法。
（３）  前記木質系バイオマスがユーカリ属である（１）ないし（２）記載の固体燃料の製造方法。
（４）  前記木質系バイオマスがパラゴムノキ（Hevea brasiliensis）である（１）ないし（２）記載の固体燃料の製造方法。
（５）  前記固体燃料が石炭と混合して粉砕処理して石炭と混焼する（１）〜（４）のいずれかに記載の固体燃料の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、塩素含有率、カリウム含有率が低減された固体燃料を製造できる。すなわち、固体燃料の塩素含有率、カリウム含有率を低減するための後処理や、燃焼設備の腐食に対する対策や排ガス処理設備が不要となる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄する工程、該木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に乾燥する工程、該乾燥した木質系バイオマス粉砕物を焙焼する工程、を含む、固体燃料の製造方法である。
【００１３】
本発明の木質系バイオマスの原料の木材としては、例えば、広葉樹、針葉樹、のいずれもが使用できる。具体的には、広葉樹としては、ユーカリ、パラゴムノキ、ブナ、シナ、シラカバ、ポプラ、アカシア、ナラ、イタヤカエデ、センノキ、ニレ、キリ、ホオノキ、ヤナギ、セン、ウバメガシ、コナラ、クヌギ、トチノキ、ケヤキ、ミズメ、ミズキ、アオダモ等が例示される。針葉樹としては、スギ、エゾマツ、カラマツ、クロマツ、トドマツ、ヒメコマツ、イチイ、ネズコ、ハリモミ、イラモミ、イヌマキ、モミ、サワラ、トガサワラ、アスナロ、ヒバ、ツガ、コメツガ、ヒノキ、イチイ、イヌガヤ、トウヒ、イエローシーダー（ベイヒバ）、ロウソンヒノキ（ベイヒ）、ダグラスファー（ベイマツ）、シトカスプルース（ベイトウヒ）、ラジアータマツ、イースタンスプルース、イースタンホワイトパイン、ウェスタンラーチ、ウェスタンファー、ウェスタンヘムロック、タマラック等が例示される。
【００１４】
これらの中では、ユーカリ属、パラゴムノキ（Hevea brasiliensis）が好ましい。ユーカリ属としては、Eucalyptus（以下、Ｅ．と略す） calophylla、E. citriodora、E. diversicolor、E. globulus、E. grandis、E. urograndis、E. gummifera、E. marginata、E. nesophila、E. nitens、E. amygdalina、E. camaldulensis、E. delegatensis、E. gigantea、E. muelleriana、E. obliqua、E. regnans、E. sieberiana、E. viminalis、E. marginata、等が挙げられる。
【００１５】
本発明において、木質系バイオマスは５０ｍｍ以下のサイズに粉砕された粉砕物とすることが必要であり、０．１〜５０ｍｍのサイズのものを使用することがさらに好ましい。なお、本発明において、木質系バイオマス粉砕物のサイズとは、篩い分け器の円形の穴の大きさによって篩い分けされたものである。木質系バイオマスを粉砕するための装置としては、ナイフ切削型バイオマス燃料用チッパーで粉砕処理することが好ましい。
【００１６】
木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄する前に木質系バイオマス粉砕物絶乾重量１ｋｇに対して５Ｌ以上の水に浸漬させてもよい。
【００１７】
木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄する際の水の量は１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上である必要であり、１５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上としてもよい。洗浄水の量は１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）未満であると、得られる固体燃料の塩素含有率、カリウム含有率の低減効果が十分ではない。洗浄水の量の上限は特にないが、５００Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以下とすることができる。なお、洗浄に用いる水の塩素濃度、及びカリウム濃度はできるだけ低いことが好ましく、塩素濃度、及びカリウム濃度は０．１質量％以下であることが望ましい。
【００１８】
また、木質系バイオマス粉砕物を流水で洗浄する場合は、０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の流水で５分間以上洗浄する。また、洗浄時間は６０分以上でもよい。
【００１９】
また、木質系バイオマス粉砕物を水で洗浄した後に、脱水する工程を設けてもよい。脱水する装置としては、加圧式の固液分離装置であるスクリュープレスやフィルタープレス、ベルトプレス、レシプロ型プレス機などを好ましく用いることができる。
【００２０】
水で洗浄した後、木質系バイオマス粉砕物は乾燥させることが必要で、水分を１０％以下にすることが望ましい。
【００２１】
本発明における焙焼（torrefaction）とは、低酸素雰囲気下で、所謂炭化処理よりも低い温度で加熱する処理のことである。通常の木材の炭化処理の温度は４００〜７００℃であるが、焙焼はより低い温度で行われる。焙焼することによって、その出発原料よりも高いエネルギー密度を有する固体燃料が得られる。
【００２２】
本発明における焙焼の処理条件は、酸素濃度１０％以下で、物質温度２４０〜３５０℃である。ここで、物質温度とは焙焼処理中の木質系バイオマスの温度である。酸素濃度が１０％を超えると物質収率、熱量収率が低下する。また、物質温度が２４０℃未満では後述する粉砕性が不十分であり、３５０℃を超えると物質収率、熱量収率が低下する。物質温度は２４０〜３３０℃が好ましく、さらに２５０〜３２０℃がさらに好ましい。ヘミセルロースは２７０℃付近で熱分解が顕著になるのに対して、セルロースは３５５℃付近、リグニンは３６５℃付近で熱分解が顕著になるので、焙焼の処理温度を２４０〜３５０℃とすることで、ヘミセルロースを優先的に熱分解して、物質収率と粉砕性を両立できる固体燃料を製造することが可能になると推察される。
【００２３】
本発明において、焙焼処理を行うための装置は特に限定されないが、ロータリーキルン、竪型炉が好ましい。なお、酸素濃度を１０％以下に調整するため装置内を窒素等の不活性ガスで置換することが好ましい。処理時間は１５〜１８０分が好ましい。
【００２４】
本発明で得られる固体燃料は、原料の木質バイオマスに対して物質収率で６０〜９５％、熱量収率で７０〜９５％である。また、粉砕性の指標であるＪＩＳ  Ｍ  ８８０１：２００４に規定のハードグローブ粉砕性指数（ＨＧＩ）は３０以上が好ましく、４０以上がさらに好ましい。ＨＧＩが高くなるほど、粉砕され易いことを示している。ＨＧＩが３０〜７０の範囲であれば、石炭と混合して粉砕処理することが可能となる。石炭のＨＧＩは通常４０〜７０であるので、本発明で得られた固体燃料は石炭と同等の粉砕性を有している。
【００２５】
本発明で得られる固体燃料は、ボイラー用燃料として用いられる。特に石炭と混合して粉砕処理を行って石炭と混焼することが可能であるので、石炭ボイラー用燃料として好適である。
【実施例】
【００２６】
以下に実施例にて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００２７】
実施例１
樹皮を除去したユーカリ・カマルドレンシス（Eucalyptus camaldulensis）のチップをナイフ切削型バイオマス燃料用チッパー（緑産（株）製、Wood Hacker MEGA360DL）にて粉砕処理し、５０ｍｍのスクリーンを通過させて粉砕物を得た。【００２８】
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で５分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して１．６５Ｌの水で洗浄）し、ブフナー漏斗で脱水した。脱水した固形物を、１２０℃の乾燥機で水分１０％になるまで乾燥した。続いて大型キルン型炭化炉を用い、窒素パージして、炭化炉内のチップ粉砕物の物質温度が２６０℃となるようにして、滞留時間２０分間で焙焼を行って固体燃料を得た。【００２９】
実施例２
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で１０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して３．３０Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３０】
実施例３
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で３０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して９．９Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３１】
実施例４
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で６０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して１９．８Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３２】
実施例５
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で１８０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して５９．４Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３３】
実施例６
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で３６０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して１１８．８Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３４】
実施例７
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で５４０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して１７８．２Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３５】
実施例８
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で１４４０分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して４７５．２Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３６】
比較例１
粉砕物を洗浄しなかった以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３７】
比較例２
粉砕物の絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌ／ｍｉｎ・ｋｇ（粉砕物絶乾重量）の流水で１分間洗浄（絶乾固形分１ｋｇに対して０．３３Ｌの水で洗浄）した以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００３８】
実施例１〜８、比較例１〜２で得られた洗浄後の木材チップ粉砕物、及び焙焼処理後の固体燃料について下記の項目について測定し、結果を表１、２に示した。
・塩素含有率：１０５℃で、２４時間乾燥させた試料をＪＩＳ  Ｚ  ７３０２−６に従い、塩素濃度をイオンクロマトグラフィーで測定し、これを基に算出した。
・カリウム含有率：１０５℃で、２４時間乾燥させた試料を１０ｇ採取して、ワンダークラッシャー（ＷＣ−３Ｌ  大阪ケミカル社製）で３０秒間破砕した。得られた粉末サンプルを蛍光Ｘ線分析装置（ＮｉｔｏｎＴＭ  ＸＬ３ｔ  ＸＲＦ  Ａｎａｌｙｚｅｒ  サーモフィッシャーサイエンティフィック社製）にて測定した。【００３９】
【表１】
2020059737.tif 000002
【００４０】
【表２】
2020059737.tif 000003
【００４１】
表１、２に示されるように、１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の水で洗浄することにより木材チップ粉砕物の塩素濃度、カリウム濃度を低下させることが可能であった。また、水洗浄後に木材チップ粉砕物を焙焼すると塩素濃度をさらに低下させることが可能であった。【００４２】
実施例９
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例１と同様にして固体燃料を得た。【００４３】
実施例１０
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例２と同様にして固体燃料を得た。【００４４】
実施例１１
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例３と同様にして固体燃料を得た。【００４５】
実施例１２
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例４と同様にして固体燃料を得た。【００４６】
実施例１３
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例５と同様にして固体燃料を得た。【００４７】
実施例１４
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例６と同様にして固体燃料を得た。【００４８】
実施例１５
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例７と同様にして固体燃料を得た。【００４９】
実施例１６
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、実施例８と同様にして固体燃料を得た。【００５０】
比較例３
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、比較例１と同様にして固体燃料を得た。【００５１】
比較例４
原料にユーカリ・カマルドレンシスの樹皮（バーク）を用いた以外は、比較例２と同様にして固体燃料を得た。【００５２】
実施例９〜１６、比較例３〜４で得られた洗浄後の樹皮粉砕物、及び焙焼処理後の固体燃料について塩素含有率、カリウム含有を測定し、結果を表３、４に示した。【００５３】
【表３】
2020059737.tif 000004
【００５４】
【表４】
2020059737.tif 000005
【００５５】
表３、４に示されるように、１．５Ｌ／ｋｇ（木質系バイオマス粉砕物絶乾重量）以上の水で洗浄することにより樹皮粉砕物の塩素濃度、カリウム濃度を低下させることが可能であった。また、水洗浄後に樹皮粉砕物を焙焼すると塩素濃度をさらに低下させることが可能であった。
【国際調査報告】
2020059737.tif 000006
2020059737.tif 000007
2020059737.tif 000008
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