JP2007238871A - 木質燃料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単純、かつ安全な粉砕処理により、木質原料から燃焼性に優れた取り扱いやすい木質燃料を製造する方法を提供する。
【解決手段】木質原料を粉砕して分級し、最大粒子径を５ｍｍ以下にすることで、木質燃料を得ることができ、これにより、例えば、ロータリーキルン等の窯前燃料として使用することができる。また、木質原料を粉砕して得られた粉砕物を分級し、最大粒子径５ｍｍを超える粉砕物は再度粉砕することが好ましく、これにより、木質原料を無駄にすることなく木質燃料を製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、木材を原料とした木質燃料の製造方法に関する。

昨今、建築家屋等の解体に伴って発生する廃木材、製材所等で発生する端材若しくは廃材、又は伐採若しくは剪定により発生する木材等が、木材廃棄物として年間数百万トンの規模で発生している。この木材廃棄物は、近年では、様々な分野でバイオマス燃料としての利用開発が盛んに進められている。主に、バイオマス燃料として、（１）木材を破砕してそのままセメント焼成炉又は発電用ボイラーの燃料の一部として利用したり、（２）木材を炭化して取り扱いやすい燃料に加工して石炭の代替物として利用したり、（３）火力発電所において、木材を数質量％混入させた石炭をミル等で粉砕して、燃料の一部として利用したりしている。

このように木材廃棄物を燃料として活用する場合において、上記（１）においては、木材廃棄物の粒子径が比較的大きいため、完全に燃焼するまでに時間がかかり、また木材廃棄物の粒子径が不均一であるため、例えば、セメント焼成等のような温度コントロールが必要とされる焼成用燃料として、セメント製造装置におけるロータリーキルンの窯前部に投入することはできず、単純に熱量を回収することを主目的として利用するほかはない。また、粒子径の大きな木材廃棄物をセメント製造装置におけるロータリーキルンの窯前部から投入すると、ロータリーキルン内に着底後も木材廃棄物の燃焼が継続するおそれがあり、焼成物（セメントクリンカ）の品質に悪影響を及ぼすという問題がある。

上記（２）においては、木材廃棄物を炭化することで石炭に近似した性状とすることができ、粉砕性も改善され微粉炭等の代替物としての活用が見込まれるが、木材廃棄物の熱処理の際に緻密な運転管理が必要であり、安全対策の必要性等、製造コストがかかるという問題がある。

上記（３）においては、木材廃棄物の使用量が石炭に対して数質量％ではあるが、発電所等では石炭の使用量が多いため木材廃棄物の使用量も多くなり、廃棄物の有効利用の観点からは好ましい。しかしながら、木材廃棄物の混入量を増加させると、石炭の粉砕に使用しているミルの粉砕能力の低下、粉砕動力の上昇等が確認されており、現状では木材廃棄物の使用量をさらに増加することはできないという問題がある。

このような実情に鑑みて、本発明は、単純、かつ安全な粉砕処理により、木質原料から燃焼性に優れた取り扱いやすい木質燃料を製造する方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、木質原料を粉砕し、最大粒子径を５ｍｍ以下にすることを特徴とする木質燃料の製造方法を提供する（請求項１）。かかる発明（請求項１）によれば、木質原料の粉砕物の最大粒子径を５ｍｍ以下にすることで、取り扱いやすく、かつ燃焼性に優れた木質燃料を製造することができる。

上記発明（請求項１）においては、前記木質原料を粉砕して得られた粉砕物を分級し、最大粒子径が５ｍｍを超える粉砕物は再度粉砕し、粉砕物の最大粒子径を５ｍｍ以下にすることが好ましい（請求項２）。最大粒子径５ｍｍを超える粉砕物は、燃焼性が悪いため、かかる発明（請求項２）によれば、木質原料を効率的に木質燃料とすることができる。

上記発明（請求項１，２）においては、粉砕機を用いて前記木質原料を粉砕することが好ましい（請求項３）。かかる発明（請求項３）においては、前記粉砕機内に２５０℃以下のガスを通気しながら前記木質原料を粉砕することが好ましい（請求項４）。

木質原料の含水率が著しく高いと、木質原料を効率的に粉砕できないおそれがあるが、かかる発明（請求項４）によれば、２５０℃以下のガスを通気しながら木質原料を粉砕することで、木質原料を乾燥することができ、木質原料の粉砕効率を向上することができる。

上記発明（請求項１〜４）においては、前記木質原料の含水率が、４０質量％以下であることが好ましい（請求項５）。かかる発明（請求項５）によれば、木質原料の含水率が４０質量％であれば、木質原料の粉砕効率をより向上することができる。

本発明によれば、単純、かつ安全な粉砕処理により、木質原料から燃焼性に優れた取り扱いやすい木質燃料を製造する方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る木質燃料の製造方法を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る木質燃料の製造方法を示すフロー図である。

図１に示すように、本実施形態に係る木質燃料の製造方法においては、まず、原料となる木材（木質原料）を粉砕する。
原料となる木材は、廃棄物であってもよいし、天然木材であってもよく、例えば、建築物解体時に発生する木材廃棄物；製材所より発生する端材又はチップ；伐採木、剪定木等が挙げられる。これらのうち、資源環境問題等を考慮すると、建築解体系木材廃棄物を原料として使用することが好ましい。

木質原料の粉砕工程においては、例えば、粉砕機を使用して木質原料を粉砕することができる。木質原料の粉砕に使用する粉砕機としては、例えば、チューブミル、コンパウンドミル、ボールミル等を使用することができ、これらのうちチューブミルを使用することが好ましい。

なお、木質原料は、粉砕工程に付する前に、予め破砕機等を使用して最大粒子径を５０ｍｍ以下にしておくことが好ましい。木質原料の最大粒子径を５０ｍｍ以下にしておくことで、最大粒子径５ｍｍ以下の粉砕物の収率を向上させることができ、具体的には、最大粒子径５ｍｍ以下の粉砕物の収率を、５０〜９５％とすることができる。また、粉砕工程における粉砕機にかかる負荷を軽減することができる。

最大粒子径を５０ｍｍ以下にした木質原料を粉砕機にて粉砕する際に、チューブミル内に木質原料を乾燥させるためのガスを通気することが好ましい。木質原料の水分量が多いと、木質原料の供給処理等のハンドリング性が悪化するおそれがあり、また、チューブミル内で粉砕媒体やライナーに粉砕物が付着してしまい、効率的に木質原料を粉砕することができなくなるおそれがある。具体的には、木質原料の含水率は、４０質量％以下であることが好ましく、特に２０質量％以下であることが好ましい。なお、木質原料の含水率が著しく高い場合には、粉砕工程に付する前に乾燥機等を使用して木質原料の含水率を調整してもよい。

粉砕工程においてチューブミル内に通気するガスとしては、木質原料を安全に乾燥することのできるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、外気、排ガス等を使用することができる。

粉砕工程においてチューブミル内に通気するガスの温度は、１０〜２５０℃であることが好ましく、特に１００〜２００℃であることが好ましい。ガスの温度が１０℃未満であると、チューブミル内において木質原料又はその粉砕物を十分に乾燥することができないおそれがあり、２５０℃を超えると、チューブミル内において木質原料又はその粉砕物が燃焼してしまうおそれがある。

チューブミル内に通気するガスの通気量は、チューブミルの大きさやチューブミルへの木質原料の投入量に応じて適宜変更することができるが、一般に、ミル内の通気速度で０．１〜５．０ｍ／ｓであることが好ましく、特に０．５〜２．０ｍ／ｓであることが好ましく、さらには１．０〜２．０ｍ／ｓであることが好ましい。ミル内の通気速度が０．１ｍ／ｓ未満であると、木質原料を効果的に乾燥することができないおそれがあり、５．０ｍ／ｓを超えると、チューブミル内にて木質原料又はその粉砕物が飛散したり、木質原料又はその粉砕物のチューブミル内での移送速度が遅くなったりするおそれがある。

粉砕工程における粉砕時間は、チューブミルへの木質原料の投入量、チューブミルの大きさ、チューブミルの粉砕性能等に応じて適宜変更することができるが、一般に５〜６０分であることが好ましく、特に１０〜３０分であることが好ましい。粉砕時間が５分未満であると、最大粒子径５ｍｍ以下の粉砕物の収率が低下し、効率的に木質原料を粉砕することができないおそれがあり、６０分を超えると、チューブミルの粉砕動力が高くなるおそれがある。

次に、粉砕工程により木質原料が粉砕されて得られた粉砕物を分級し、最大粒子径５ｍｍ以下の粉砕物と最大粒子径５ｍｍを超える粉砕物とに分離する。粉砕物の分級は、例えば、網、打ち抜き板、間隙等を利用した振動篩、ドラム型スクリーン、流体分級理論を利用したサイクロン等の遠心分離機、強制風力式の分級機等を使用して行えばよい。

そして、分級工程により分離された最大粒子径５ｍｍ以下の粉砕物を回収する。このようにすることで、例えば、セメント製造装置におけるロータリーキルンの窯前部に投入し得る窯前燃料として使用可能な木質燃料を製造することができる。

最大粒子径５ｍｍを超える粉砕物は、再度粉砕工程に戻し、チューブミル内にて粉砕することで最大粒子径５ｍｍ以下の粉砕物としてもよい。このようにすることで、木質原料から木質燃料を効率的に製造することができる。なお、最大粒子径５ｍｍを超える粉砕物は、例えば、セメント製造装置におけるロータリーキルンの窯尻部に燃料として投入したり、ボイラー等の燃料として使用したりしてもよい。

このようにして得られた木質燃料は、セメント焼成等のような温度コントロールが必要とされる焼成用燃料として使用することができ、特にセメント製造装置におけるロータリーキルンの窯前部に投入される窯前燃料の一部として使用することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例に何ら制限されるものではない。

〔実施例１〜３〕
木質原料として建築廃木材を使用し、予め破砕機（製品名：ＷＬＫ１０／３０，三井鉱山社製）を用いて当該木質原料を粒子径５０ｍｍ以下に破砕し、得られた破砕物について、乾燥機を用いて含水率を外割で１５質量％、７．５質量％、０質量％に調整したものを粉砕原料とした。

得られた粉砕原料を、下記の条件にて、粉砕機（回分式のボールミル，製品名：セメント粉砕試験用１００ｋｇボールミル，太平洋セメント社製）を用いて粉砕して粒子径５ｍｍ以下の木質燃料（実施例１〜３）を得た。粉砕時間を１０分、３０分、６０分と変化させて粒子径５ｍｍ以下の木質燃料（実施例１〜３）の回収率を測定した。結果を表１に示す。

＜粉砕処理条件＞
ミル容積：１ｍ^３
ボール配列：φ３０ｍｍ，２５ｍｍ，１５ｍｍ
ボール充填率：ミル容積の３０％
ミル回転数：３５ｒｐｍ
処理量：２０ｋｇ−木材／回
ミル内通風：なし

表１に示すように、木質原料（粉砕原料）をボールミルで粉砕することにより、粒子径５ｍｍ以下の木質燃料を得ることができた。また、木質原料の含水率が低いほど、粒子径５ｍｍ以下の木質燃料を効率よく得ることができることが確認された。

〔実施例４〜１６〕
実施例１〜３において用いた木質原料と同様のものを使用し、予め破砕機（製品名：ＷＬＫ１０／３０，三井鉱山社製）を用いて粒子径５０ｍｍ以下に破砕し、得られた破砕物を、乾燥機を用いて外割で所定の含水率に調整して粉砕原料とした。粉砕原料の含水率を表２に示す。

得られた粉砕原料を、下記の条件にて、粉砕機（連続式のボールミル，製品名：連続式チューブミル，太平洋セメント社製）を用いて粉砕し、粒子径５ｍｍ以下の木質燃料（実施例４〜１６）を得た。得られた粒子径５ｍｍ以下の木質燃料（実施例４〜１６）の回収率（％）及び当該木質燃料の含水率（質量％）を測定した。結果を表２に示す。なお、ミル内への通気速度は、１ｍ／ｓ又は２ｍ／ｓに設定して粉砕処理を行った。

＜粉砕処理条件＞
ミル容積：１．５ｍ^３
ボール配列：φ５０ｍｍ，３０ｍｍ，２５ｍｍ，１０ｍｍ
ボール充填率：ミル容積の３０％
通過時間：約２０分
ミル回転数：３６ｒｐｍ
処理量：３０ｋｇ−木材／回

表２に示すように、ミル内に通気させるガスの通気速度が一定であれば、通気させるガスの温度が高いほど、得られる木質燃料の含水率が低くなり、粒子径５ｍｍ以下の回収率も良好になることが確認された。また、ミル内に通気させるガスの通気速度が速いほど（通気量が多いほど）、得られる木質燃料の含水率が低くなり、粒子径５ｍｍ以下の回収率も良好になることが確認された。

本発明の木質燃料の製造方法は、セメント製造工程のようなキルン内の温度管理が重要となる箇所において使用し得る木質燃料の製造に有用である。

本発明の一実施形態に係る木質燃料の製造方法を示すフロー図である。

Claims (5)

1. 木質原料を粉砕し、粉砕物の最大粒子径を５ｍｍ以下にすることを特徴とする木質燃料の製造方法。
2. 前記木質原料を粉砕して得られた粉砕物を分級し、最大粒子径が５ｍｍを超える粉砕物は再度粉砕し、粉砕物の最大粒子径を５ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１に記載の木質燃料の製造方法。
3. 粉砕機を用いて前記木質原料を粉砕することを特徴とする請求項１又は２に記載の木質燃料の製造方法。
4. 前記粉砕機内に２５０℃以下のガスを通気しながら前記木質原料を粉砕することを特徴とする請求項３に記載の木質燃料の製造方法。
5. 前記木質原料の含水率が、４０質量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の木質燃料の製造方法。
   

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