JP2009051985A

JP2009051985A - バイオマス系成型燃料の製造方法

Info

Publication number: JP2009051985A
Application number: JP2007221942A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Maruyama; 敏彦丸山; Chuichi Mizoguchi; 忠一溝口
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】バイオマスを所定の温度で乾留せず、また粘結剤（バインダ）を添加せずに、機械的強度が高く貯蔵性の良好な種々の形状及び寸法の成型燃料を製造する。
【解決手段】先ずバイオマス粉又はバイオマス粉砕物からなるバイオマス原料１２に消石灰の水溶液又は懸濁液１３を付着させる。次にこの消石灰の水溶液又は懸濁液１３の付着したバイオマス原料１２に粒径３ｍｍ以下の石炭原料１４をバイオマス原料１００質量％に対して１００質量％以下の割合で混合しかつ８０〜１００℃の温度で加熱する。更にこの加熱した混合物１６を８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレス１７により１００〜５００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状又は板状に加熱・成型する。
【選択図】図２

Description

本発明は、農林産廃棄物、未利用植物、植物性繊維等のバイオマス原料を主成分とし、このバイオマス原料に石炭原料を混合したバイオマス系の成型燃料を製造する方法に関するものである。

火力発電所の石炭火力の混焼におけるバイオマスによる代替率は、これまでの実証実験では３％程度に止まっている。既設のロールミル等による石炭の微粉砕設備では、粉砕特性の大きく異なる石炭及びバイオマスを同時に効率良く混合微粉砕処理することが難しく、バイオマスの所定粒径への微粉砕化とそれに伴うミル出力の増大等の技術的及び経済的な問題がある。またバイオマス専用の微粉砕機を用いることによってその代替率を高めることができたとしても、物性及び燃焼性が大きく異なる石炭及びバイオマスを効率良く混焼させるための技術的な課題も残されている。

これらの点を解消するために、揮発分が１５％以上である粉状の石炭に籾殻、木屑などからなるバイオマス乾留物を３重量％以上混合し、着火性、燃焼持続性を向上するとともに、燃焼時の煤煙の発生を低減させることができるバイオマス乾留物複合石炭ブリケット燃料が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このバイオマス乾留物複合石炭ブリケット燃料では、先ず石炭を粒子形状３ｍｍ以下の粉状に粉砕する。次に籾殻や木屑等のバイオマスを３００〜６５０℃程度の低温で乾留し、揮発分の一部を残留させて着火性及び燃焼性を良くした乾留物であって、石炭と同級サイズの粉粒体にしたものを、石炭との重量比３％以上で粒子が均一に分散するように混合した後に、ブリケットに成形する。上記混合状態では石炭粒子間に多くのバイオマス乾留物が散在する。また硫黄含有量の多い石炭を使用する場合には、ブリケット燃料にカルシウム、マグネシウムなどを含む粉状の脱硫剤を添加して、更に燃焼時の硫黄酸化物の発生を低減させる。即ち、ブリケット製造時に脱硫剤として石灰石（ＣａＣＯ₃）又は消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）を添加混合すると、燃焼中に石炭から発生する硫黄酸化物を硫化カルシウムとして固定し、硫黄酸化物の大気中への排出を低減できる。なお、粘結剤としてモラセス及び粘土が混合される。
特開２００４−３３１９２８号公報（請求項１及び２、段落［０００５］、段落［０００６］、図１）

しかし、上記従来の特許文献１に示されたバイオマス乾留物複合石炭ブリケット燃料では、籾殻や木屑等のバイオマスを石炭と混合する前に、予め３００〜６５０℃程度の低温で乾留する必要があった。また、上記従来の特許文献１に示されたバイオマス乾留物複合石炭ブリケット燃料では、石灰石（ＣａＣＯ₃）や消石灰（Ｃａ(ＯＨ)₂）を粉状（固体）の脱硫剤としてのみ用いており、また成形時に加熱していないため、モラセスや粘土等の粘結剤（バインダ）を混合しないと、ブリケットの強度が低下してブリケットが脆くなり、ブリケットの貯蔵性及び輸送性が低下する問題点もあった。更に、上記従来の特許文献１に示されたバイオマス乾留物複合石炭ブリケット燃料では、石炭にバイオマス乾留物を３重量％以上混合すると記載されているけれども、実質的には石炭にバイオマス乾留物を５重量％程度しか混合しておらず、未だ石炭からバイオマスへの代替率が低く、地球温暖化ガスの発生を低減できない問題点もあった。

本発明の第１の目的は、予めバイオマスを所定の温度で乾留することなく、また粘結剤（バインダ）を添加せずに、機械的強度が高く貯蔵性の良好な種々の形状及び寸法の成型燃料を製造できる、バイオマス系成型燃料の製造方法を提供することにある。本発明の第２の目的は、火力発電所の石炭火力の混焼におけるバイオマスによる代替率を向上できるとともに、地球温暖化ガスの発生を低減できる、バイオマス系成型燃料の製造方法を提供することにある。

請求項１に係る発明は、バイオマス粉又はバイオマス粉砕物からなるバイオマス原料に、消石灰の水溶液又は懸濁液を付着させる工程と、この液の付着したバイオマス原料を８０〜１００℃に加熱する工程と、この加熱したバイオマス原料を８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレスにより１００〜５００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状又は板状に加熱・成型する工程とを含むバイオマス系成型燃料の製造方法である。この請求項１に記載されたバイオマス系成型燃料の製造方法では、先ず主原料であるバイオマス原料に消石灰懸濁液を付着させることにより、バイオマス成分中のリグニン・ヘミセルロース分を主体とする化学的作用でバイオマス原料に可塑性を付与する。このような作用が期待できるアルカリ処理液としてＮａＯＨ、ＫＯＨ等の溶液があるけれども、それによって可塑性が付与されたとしても、得られた成型燃料の高い吸湿性により機械的強度が低下してしまうおそれが高いため、本発明では消石灰[Ｃａ(ＯＨ)₂]の水溶液又は懸濁液に限定した。次にこの消石灰の水溶液等を８０〜１００℃の温度に加熱してバイオマス原料に可塑性を更に付与する。更にこの加熱したバイオマス原料を８０〜１００℃の温度下で高圧のダブルロール式プレスにより連続的にブリケット状等に成型してバイオマス系成型燃料を製造する。このとき蒸気の共存下でダブルロール式プレスにより強い剪断力を繊維質のバイオマス原料に与えながら高い圧縮力で燃料が成型されるので、繊維質のバイオマス原料が互いに強く絡み合い、比較的密度の高い成型燃料を得ることができる。

請求項２に係る発明は、図１及び図２に示すように、バイオマス粉又はバイオマス粉砕物からなるバイオマス原料１２に消石灰の水溶液又は懸濁液１３を付着させる工程と、この液１３の付着したバイオマス原料１２に粒径３ｍｍ以下の石炭原料１４をバイオマス原料１００質量％に対して１００質量％以下の割合で混合しかつ８０〜１００℃の温度で加熱する工程と、この加熱した混合物１６を８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレス１７により１００〜５００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状又は板状に加熱・成型する工程とを含むバイオマス系成型燃料の製造方法である。この請求項２に記載されたバイオマス系成型燃料の製造方法では、先ず主原料であるバイオマス原料１２に消石灰懸濁液１３を付着させることにより、バイオマス成分中のリグニン・ヘミセルロース分を主体とする化学的作用でバイオマス原料１２に可塑性を付与する。次に上記消石灰の水溶液又は懸濁液１３の付着したバイオマス原料１２に石炭原料１４を所定の割合で混合しかつ８０〜１００℃の温度で加熱して混合物１６を調製することにより、バイオマス原料に可塑性を付与する。更にこの混合物１６を８０〜１００℃の温度下で高圧のダブルロール式プレス１７により連続的にブリケット状又は板状に成型してバイオマス系成型燃料１１を製造する。このとき蒸気の共存下でダブルロール式プレス１７により強い剪断力を繊維質のバイオマス原料１２に与えながら高い圧縮力で燃料１１が成型され、また比較的硬質の石炭原料の存在により上記圧縮力が燃料１１内部まで速やかに伝達されるので、繊維質のバイオマス原料１２が互いに強く絡み合い、ロール表面と混合物１６の間における摩擦抵抗や混合物１６の各粒子間における摩擦抵抗により発熱して混合物１６の温度が更に上昇し、混合物１６中のバイオマス原料１２に可塑性が更に付与され、スプリングバックが少なくかつ密度の高い成型燃料１１を得ることができる。これによりバインダ的性質を有するバイオマス原料１２間に石炭原料１４を圧着し一体化させることができるので、バイオマス系成型燃料１１を微粉砕化処理しても、バイオマス原料１２及び石炭原料１４の単離が起り難い。またバイオマス原料のみを用いた成型燃料よりも、バイオマス原料に石炭原料を加えた成型燃料１１はその発熱量が高くなる。

またバイオマス原料１２への消石灰の水溶液又は懸濁液１３の付着が、バイオマス乾質量１ｋｇに対して３０×１０^-3〜６０×１０^-3ｇに相当する質量の消石灰を水に混合して得られる水溶液又は懸濁液１３をバイオマス原料１２に添加することにより行われることが好ましい。ここで、バイオマス乾質量とは、バイオマス原料１２を絶乾状態にしたときの質量をいう。更にバイオマス原料１２が農林産廃棄物、未利用植物及び植物性繊維からなる群より選ばれた１種又は２種以上の産業廃棄物を粉砕した原料であることが好ましい。

請求項５に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図２に示すように、加熱・混合工程時に発生する水蒸気を混合物１６中に保持し、加熱・成型工程時に水蒸気の共存下で混合物１６に剪断力を伴う圧縮力を作用させた後にこの圧縮力が瞬時に解放されることにより、混合物１６中の水分の逸散と空冷に伴う成型物の収縮を行うことを特徴とする。この請求項５に記載されたバイオマス系成型燃料の製造方法では、加熱・混合工程時に混合物１６から発生する水蒸気を混合物１６中に保持した状態で、混合物１６の加熱・成型工程時に上記水蒸気の共存下で混合物をダブルロール式プレス１７により剪断力を伴う圧縮力を作用させると、上記水蒸気が圧縮されて水になり、この状態でダブルロール式プレス１７の圧力が瞬時に解放されると、上記圧縮水が瞬時に逸散するとともに、急激な空冷に伴って成型物が収縮することによって、実用に耐え得る機械的強度を有するとともに、嵩密度の増大による省スペース化と脱水による熱発生性に優れたバイオマス系成型燃料１１を製造できる。

本発明によれば、バイオマス粉等からなるバイオマス原料に消石灰の水溶液等を付着させることにより、バイオマス原料に可塑性を付与し、この液の付着したバイオマス原料を８０〜１００℃に加熱することにより、バイオマス原料に可塑性を更に付与し、この加熱したバイオマス原料にを８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレスにより１００〜５００ＭＨｚの圧力をかけてブリケット状等に加熱・成型することにより、蒸気の共存下で強い剪断力を繊維質のバイオマス原料に与えながら高い圧縮力で燃料が成型される。この結果、繊維質のバイオマス原料が互いに強く絡み合い、比較的密度の高い成型燃料を得ることができる。また従来のようなバイオマスを所定の温度で乾留する工程を設けなくても、或いは従来のような粘結剤（バインダ）の添加を行わなくても、機械的強度の高い成型燃料を製造できる。更に本発明の方法では、ブリケット状の成型燃料に加え、大型で薄い板状の成型燃料も製造できるので、これらの成型燃料の破砕及び粉砕処理によって、各種ボイラーに用いられるフレーク状燃料や、火力発電に用いられる微粉状燃料など、多目的用途に対応したバイオマス系成型燃料を製造できる。

一方、バイオマス粉等からなるバイオマス原料に消石灰の水溶液等を付着させることにより、バイオマス原料に可塑性を付与し、この液の付着したバイオマス原料に石炭原料を所定の割合で混合しかつ８０〜１００℃の温度で加熱することにより、バイオマス原料に可塑性を付与し、この加熱した混合物を８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレスにより１００〜５００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状等に加熱・成型することにより、蒸気の共存下で強い剪断力を繊維質のバイオマス原料に与えながら高い圧縮力で燃料が成型され、また比較的硬質の石炭原料の存在により上記圧縮力が燃料内部まで速やかに伝達される。この結果、繊維質のバイオマス原料が互いに強く絡み合い、ロール表面と混合物の間における摩擦抵抗や混合物の各粒子間における摩擦抵抗により発熱して混合物の温度が更に上昇し、混合物中のバイオマス原料に可塑性が更に付与されるので、バインダ的性質を有するバイオマス原料間に石炭原料を圧着し一体化させることができ、スプリングバックが少なくかつ密度及び発熱量の高い成型燃料を得ることができる。従って、バイオマス系成型燃料を微粉砕化処理しても、バイオマス原料及び石炭原料の単離が起り難いので、機械的強度が高く貯蔵性の良好な種々の形状及び寸法の成型燃料を製造できるとともに、火力発電所の石炭火力の混焼におけるバイオマスによる代替率を向上でき、地球温暖化ガスの発生を低減できる。

更に加熱・混合工程時に混合物から発生する水蒸気を混合物中に保持し、混合物の加熱・成型工程時に上記水蒸気の共存下で混合物をダブルロール式プレスにより剪断力を伴う圧縮力を作用させると、上記水蒸気が圧縮されて水になり、この状態でダブルロール式プレスの圧力が瞬時に解放されると、上記圧縮水が瞬時に逸散するとともに、急激な空冷に伴って成型物が収縮する。この結果、実用に耐え得る機械的強度を有するとともに、嵩密度の増大による貯蔵性及び輸送性に優れ、更に脱水による発熱量を高めたバイオマス系成型燃料を製造できる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１及び図２に示すように、バイオマス原料１２を主成分とするバイオマス系成型燃料１１の製造方法は、バイオマス原料１２に消石灰の水溶液又は懸濁液１３を付着させる工程と、この液１３の付着したバイオマス原料１２に石炭原料１４を混合しかつ加熱する工程と、この混合物１６を加熱下でダブルロール式プレス１７により所定の形状に加熱・成型する工程とを含む。バイオマスは農林産廃棄物、未利用植物及び植物性繊維からなる群より選ばれた１種又は２種以上の産業廃棄物である。例えば、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、エンプティフルーツバンチなどの植物のみならず、段ボール紙や建築廃材が挙げられる。エンプティフルーツバンチは、ヤシ科の植物であるパームの実から油脂を含有する果肉を取除いた残滓をいい、パーム果房とも呼ばれる。これらのバイオマスのうち籾殻及びエンプティフルーツバンチは公知の成型法では極めて成型し難いバイオマスであり、これらのバイオマスを用いて比較的容易に成型燃料を製造する方法が本発明である。これらのバイオマスの粉又は粉砕物を用いて、水分率が１０〜１６質量％、好ましくは１３〜１５質量％に自然乾燥され、かつ粒径が３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の粒状物であれば粉砕せずに、これより大きい場合には粒径が３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の粒状に粉砕されて、或いは直径が３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下であって直径が５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の繊維状又は棒状に粉砕されて、バイオマス原料１２が生成される。ここで、バイオマス原料１２の水分率を１０〜１６質量％の範囲内に限定したのは、１０質量％未満では自然乾燥だけで達成することが難しく乾燥コストが増大してしまい、１６質量％を越えると消石灰懸濁液を加えることによって水分過多となり燃料１１としての発熱量が低下するとともに成形後の燃料１１の機械的強度が不足してしまうからである。またバイオマス原料１２を粒径３ｍｍ以下の粒状又は直径及び長さが３ｍｍ以下及び５ｍｍ以下の繊維状又は棒状に限定したのは、これらの範囲外では成型後の燃料１１の機械的強度が不足するからである。

上記バイオマス原料１２への消石灰の水溶液又は懸濁液１３の付着は、バイオマス乾質量１ｋｇに対して３０×１０^-3〜６０×１０^-3ｇ、好ましくは３０×１０^-3〜４０×１０^-3ｇに相当する質量の消石灰を水に混合して得られる水溶液又は懸濁液１３をバイオマス原料１２に添加することにより行われる。ここで、バイオマス乾質量とは、バイオマス原料１２を絶乾状態にしたとき、即ちバイオマス原料１２の水分率を０質量％にしたときの質量をいう。また消石灰の水に対する溶解度は２０℃で０．１６ｇ／１００ｇ（１．６ｇ／１リットル）であるため、溶解度以下の消石灰は水に溶けてイオンとなり、溶解度を越える消石灰は水に分散するように構成される。即ち、溶解度以下の消石灰を水に混合した場合は、消石灰の水溶液となり、溶解度を越える消石灰を水に混合した場合は、消石灰の一部が水に溶解しかつ消石灰の残部が水に分散する消石灰の懸濁液となる。更に上記消石灰の水溶液又は懸濁液１３を得るために水に混合する消石灰の質量を、バイオマス乾質量１ｋｇに対して３０×１０^-3〜６０×１０^-3ｇの範囲に限定したのは、３０×１０^-3ｇ未満ではバイオマス原料１２に消石灰の水溶液又は懸濁液１３の調製上、量的に十分な可塑性を付与できず、６０×１０^-3ｇを越えるとバイオマスの可塑性に関与せずかつ水に溶解しない消石灰が増えるからである。またバイオマス原料１２に消石灰の水溶液又は懸濁液１３を接触させてバイオマス原料１２の表面全体に消石灰懸濁液１３を付着させる方法としては、図２に示すように、第１粉砕機２１で粉砕されかつ第１篩３１で分級されて所定の太さ及び長さを有するバイオマス原料１２をベルトコンベヤ１５に載せて搬送しているときにこのバイオマス原料１２に消石灰の水溶液又は懸濁液１３を噴霧する方法が挙げられる。この方法では、バイオマス原料１２の表面全体に比較的効率良く消石灰の水溶液又は懸濁液１３を付着させることができる。なお、この実施の形態では、バイオマス原料に消石灰の水溶液又は懸濁液を噴霧して付着させたが、バイオマス原料を消石灰の水溶液又は懸濁液中に通したり、或いはバイオマス原料を消石灰の水溶液又は懸濁液中で煮沸してもよい。

一方、石炭原料１４は、表面付着水分率が３質量％以下、好ましくは１質量％以下に乾燥され、かつ粒径が１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下に粉砕される。ここで、石炭原料１４の表面付着水分率を３質量％以下に限定したのは、３質量％を越えると水分過多により石炭原料１４がダブルロール式プレス１７等の装置に付着するとともに成型後の燃料１１の機械的強度が低下するからである。また石炭原料１４の粒径を１ｍｍ以下に限定したのは、１ｍｍを越えるとバイオマス原料１２間に石炭原料１４を圧着し一体化させることができなくなるからである。図２に示すように、第２粉砕機２２で粉砕されかつ第２篩３２で分級されて所定の粒径を有する石炭原料１４は混合機１８に供給される。この石炭原料１４のバイオマス原料１２に対する混合割合は、バイオマス原料１００質量％に対して石炭原料が１００質量％以下、好ましくは２５〜７５質量％の割合である。この混合物１６は加熱機２０に供給されて８０〜１００℃、好ましくは９０〜１００℃の温度に加熱されて乾燥される。この加熱機２０としては、フラッシュドライヤ（気流乾燥器）、流動層乾燥器（横型）、ドラムドライヤ（ドラム型乾燥器）などが挙げられる。またこの加熱は、加熱ガス発生炉（図示せず）からのＯ₂の少ないガスを吹込むことにより行うことが好ましく、この加熱により混合物１６の乾燥が同時に行われる。この加熱により供給されたガスの大部分は循環されるけれども、ガスの一部の過剰分は排出される。また上記ガスは水蒸気を多く含みかつＯ₂の少ない安全な雰囲気で循環される。ここで、石炭原料１４をバイオマス原料１２に対する混合割合を１００質量％以下に限定したのは、１００質量％を越えるとバイオマス原料１２を主体とするバイオマス系成型燃料１１とはいえず、火力発電所の石炭火力の混焼におけるバイオマスによる代替率を向上できないからである。また上記混合物１６の混合時の加熱温度を８０〜１００℃の範囲内に限定したのは、８０℃未満ではバイオマス原料１２中に十分な量の水蒸気が保持されず、１００℃を越えると圧力を大気圧以上の圧力に上昇させる必要があるからである。

この加熱された混合物１６は、８０〜１００℃、好ましくは９０〜１００℃の温度に保たれた状態で、成型用ホッパ１９に貯留される。このときの混合物１６の水分率は少ない方が良いけれども、実際には、成型燃料の輸送過程、貯蔵過程での平衡水分になることから、１０〜１８質量％、好ましくは１０〜１５質量％程度で成型することが経済的である。上記成形用ホッパ１９内の混合物１６は、このホッパ１９内のスクリューフィーダ（図示せず）により成形用ホッパ１９の下方に配設されたダブルロール式プレス１７の一対のロール１７ａ，１７ｂ間に圧送され、１００〜５００ＭＰａ、好ましくは３００〜４００ＭＰａの圧力をかけてブリケット（briquette：炭団）状又は板状に加熱・成型される。ここで、混合物１６を８０〜１００℃の温度範囲内に限定したのは、８０℃未満ではバイオマス原料１２中に十分な量の水蒸気が保持されず、１００℃を越えると圧力を大気圧以上の圧力に上昇させる必要があるからである。また混合物１６のダブルロール式プレス１７による成型圧力を１００〜５００ＭＰａの範囲内に限定したのは、１００ＭＰａ未満では所定の機械的強度を有する成型燃料１１が得られず、５００ＭＰａを越えると必要以上にエネルギを消費してしまうためである。なお、この実施の形態では、混合物をブリケット状（briquette：炭団）に成型したが、ブリケット状に形成するための凹部の無い一対のロール、即ち外周面が平滑な一対のロールを有するダブルロール式プレスで連続的に薄い板状に成型してもよい。具体的には、後述の第２の実施の形態において説明する。

スクリューフィーダはフィーダ用モータ２４により駆動され、成形用ホッパ１９内の混合物１６を成形用ホッパ１９の下方に圧送するように構成される。一対のロール１７ａ，１７ｂは一対の回転軸１７ｃ，１７ｄによりそれぞれ支持される。一方の回転軸１７ｃは一方のロール１７ａを回転可能に支持する従動軸であるとともに、油圧シリンダ（図示せず）により他方の回転軸１７ｄに向って所定の圧力で圧接される。他方の回転軸１７ｄは軸受（図示せず）により回転可能に支持されかつロール用モータ（図示せず）により駆動される駆動軸であり、他方のロール１７ｂは他方の回転軸１７ｄに固定される。上記一対のロール１７ａ，１７ｂの外周面には多数の凹部１７ｅ，１７ｆがそれぞれ整列して形成され、これらのロール１７ａ，１７ｂの外周面が互いに圧接された状態で互いに反対方向に回転することにより、スクリューフィーダ２３にて圧送された混合物１６が圧縮成形されてブリケット状成型燃料１１が成型されるように構成される。なお、上記ブリケット状成型燃料１１を空冷等により室温まで冷却した後に、この冷却されたブリケット状の成型燃料１１にスクリーニング処理（分級処理）を施して燃料１１の大きさが揃えられる。なお、この実施の形態では、一方の回転軸を従動軸とし、他方の回転軸を駆動軸としたが、一対の回転軸がそれぞれ別個のロール用モータで駆動される駆動軸であってもよい。

成形用ホッパ１９の上端には脱気パイプ２７の一端が接続され、この脱気パイプ２７の他端は脱気用ブロア２８の吸入口に接続され、その吐出口は大気に開放される。また脱気パイプ２７には集塵機２９が設けられ、この集塵機２９で浮遊する混合物１６が捕集されるように構成される。更に一対のロール１７ａ，１７ｂの下方に一端が位置するようにベルトコンベヤ３３が設けられ、ベルトコンベヤ３３の他端には開口が網３４ａにより覆われた箱状の粉末分離器３４が設けられる。この網３４ａの目開きは成型燃料１１の直径より小さく形成される。粉末分離器３４内に貯まった混合物１６は搬送路３６を通って搬送機３７により混合機１８に戻されるように構成される。図２の符号３８及び３９は浮遊する混合物１６を捕集するフードであり、これらのフード３８，３９は第１及び第２枝管４１，４２を通って脱気パイプ２７に接続される。また図２の符号４３〜４５は脱気パイプ２７、第１枝管及び第２枝管を通る空気の流量をそれぞれ調整するために設けられたダンパである。更に図２の符号４６は成型用ホッパ１９の外周面に設けられこのホッパ１９内の混合物１６を所定の温度に加熱するヒータである。

このように構成されたバイオマス系成型燃料１１の製造方法では、先ず主原料であるバイオマス原料１２に消石灰懸濁液１３を付着させたので、バイオマス成分中のリグニン・ヘミセルロース分を主体とする化学的作用でバイオマス原料１２に可塑性を付与する。次に混合機１８で上記バイオマス原料１２に石炭原料１４を混合した後に、加熱機２０で８０〜１００℃の温度に加熱することにより、バイオマス原料１２に更に可塑性を付与して、バイオマス原料１２を変形し易くする。更に８０〜１００℃の温度下で上記混合物１６を高圧のダブルロール式プレス１７により連続的にブリケット状又は板状に成型してバイオマス系成型燃料１１を製造する。このとき加熱・混合工程時に発生する水蒸気を混合物１６中に保持し、混合物１６の加熱・成型工程時に水蒸気の共存下で混合物１６をスクリュー式フィーダ２３により一対のロール１７ａ，１７ａ間に押込みながら、剪断力を伴う圧縮力を作用させると、上記水蒸気が圧縮されて水となり、この状態で内部が高圧に保たれていた一対のロール１７ａ，１７ｂが離れて、ダブルロール式プレス１７の圧力が瞬時に解放されると、上記圧縮水が瞬時に逸散するとともに、急激な空冷に伴って成型物が収縮する。

換言すれば、蒸気の共存下でダブルロール式プレス１７により強い剪断力で繊維質のバイオマス原料１２に与えながら高い圧縮力で燃料１１が成型されるので、繊維質のバイオマス原料１２が互いに強く絡み合い、ロール１７ａ，１７ｂ表面と混合物１６の間における摩擦抵抗や混合物１６の各粒子間における摩擦抵抗により発熱し、混合物１６の温度が更に上昇してバイオマス原料１２に更に可塑性が付与され、スプリングバックが少なくかつ密度の高い成型燃料１１を得ることができる。更に詳しく説明すると、粒子状の混合物１６を圧縮成型する場合、混合物１６の各粒子間のガスを放出させながら、各粒子が互いに近付いて密着し、一対のロール１７ａ，１７ｂ間に供給される混合物１６の粒子間の空隙には、水蒸気が多く存在した状態で圧縮されることから、一対のロール１７ａ，１７ｂ間で圧縮される際に水蒸気が凝結し、各粒子間のガス体積が急激に縮小して、粒子が互いに密着して圧縮されるので、各粒子間のガスを放出する過程が少なくなり、一対のロール１７ａ，１７ｂの圧縮速度を上昇させることができ、成型燃料１１の生産性を向上できる。一対のロール１７ａ，１７ｂ間で成型された成型燃料１１は一対のロール１７ａ，１７ｂから排出されたときに大気圧下になるので、成型燃料１１の内部の水分が成型燃料１１の表面から蒸発して、成型燃料１１の水分は更に低くなる。なお、繊維質のバイオマス原料１２は圧縮した際に、この原料１２の深部に圧縮力の伝達性が低いけれども、発熱量がバイオマス原料１２より多くかつ硬い石炭原料１４を混合することにより、バイオマス原料１２の内部への圧縮力の伝達を向上でき、密度を高めて硬くしかも発熱量の高い成型燃料１１が得られる。上記成型燃料１１の水分率は５〜７質量％まで低下し、嵩密度は１．１〜１．２ｇ／ｃｍ³と大きくなる。この結果、変形し易くなって成型し易くなったバインダ的性質を有するバイオマス原料１２間に石炭原料１４が圧着されて一体化されるので、成型燃料１１を微粉砕化処理しても、バイオマス原料１２及び石炭原料１４の単離が起り難い。従って、機械的強度が高く貯蔵性の良好な種々の形状及び寸法の成型燃料１１を製造できる。

また石炭とバイオマスを同時に混焼すると、燃焼効率が上昇したり、或いはバイオマスに含まれる窒素分が石炭に含まれる窒素分より少ないため、排ガス中におけるＮＯｘの濃度を低減できるとともに、石炭単味の燃焼において生成される熱合成ＮＯｘの低減を図ることもできる。またダブルロール式プレス１７による成型燃料１１の成型時の高速回転化を図ることにより、成型燃料１１の量産性を向上できるとともに、製造コストを低減できる。更にブリケット状の成型燃料１１の破砕及び粉砕処理によって、各種ボイラーに用いられるフレーク状燃料や、火力発電に用いられる微粉状燃料など、多目的用途に対応したバイオマス系成型燃料１１を製造できる。この結果、微粉状のバイオマス系成型燃料１１の混焼により微粉炭の燃焼性を改善できるとともに、低負荷燃焼時における高効率化を図ることができる。

＜第２の実施の形態＞
図３は本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態では、加熱された混合物が、８０〜１００℃、好ましくは９０〜１００℃の温度に保たれた状態で、高圧のダブルロール式プレスにより１００〜５００ＭＰａ、好ましくは３００〜５００ＭＰａの圧力をかけて、大型で薄い板状（例えば、幅１００ｃｍ、厚さ０．５〜１．０ｃｍ、長さ３０〜２５０ｃｍ、かさ密度１．１〜１．２ｇ／ｃｍ³）に加熱・成型される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。このように構成されたバイオマス系成型燃料の製造方法では、バイオマス系成型燃料を大型で薄い板状に成型したので、貯蔵性に優れた成型燃料となる。この板状の成型燃料を空冷等により室温まで冷却した後に破砕・粉砕処理し、更にこの破砕・粉砕処理した成型燃料にスクリーニング処理（分級処理）を施すことにより、フレーク状の成型燃料とする。これにより成型燃料の輸送コストを低減できる。このフレーク状の成型燃料は火力発電所に輸送されて、更に微粉砕化処理されて燃料として使用される。このように成型燃料が微粉砕化処理されても、加圧・成型時にバインダ的性質を有するバイオマス原料間で石炭原料が圧着・一体化されているため、この微粉状燃料中のバイオマス原料及び石炭原料の単離が起き難い。従って、火力発電所の石炭火力の混焼におけるバイオマスによる代替率を１０〜２０％に向上できるとともに、地球温暖化ガスの発生を低減できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。

なお、上記第１及び第２の実施の形態では、バイオマス原料に石炭原料を混合したが、石炭原料を混合せずにバイオマス原料だけを用いて成型燃料を製造してもよい。この場合、バイオマス原料に消石灰の水溶液又は懸濁液を付着させた後に、この液の付着したバイオマス原料を加熱機で８０〜１００℃、好ましくは９０〜１００℃に加熱して乾燥し、更にこの加熱したバイオマス原料１２を８０〜１００℃、好ましくは９０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレスにより１００〜５００ＭＰａ、好ましくは３００〜４００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状又は板状に加熱・成型する。このバイオマス原料のみからなる成型燃料では、成型性及び発熱量が上記第１及び第２の実施の形態の成型燃料より低下するけれども、石炭からバイオマスへの代替率が高くなり、地球温暖化ガスの発生を更に低減できる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径が２．０ｍｍ以下であるバイオマス原料を得た。また濃度１．６ｇ／リットルの消石灰の水溶液又は懸濁液（この場合、全ての消石灰が水に溶けており、消石灰水溶液となっている。以下、消石灰水溶液という。）を調製した。次に上記バイオマス原料を消石灰水溶液に入れて３時間煮沸した後、消石灰水溶液から取り出して水分率が１５質量％になるまで乾燥した。更にこのバイオマス原料３．０ｇを９０℃の温度下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、図４の円筒状金型７０により直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料７１を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料７１を実施例１とした。なお、成型燃料７１の水分率は６．９質量％であり、嵩密度は１．２０ｇ／ｃｍ³であった。
＜実施例２＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を実施例２とした。なお、成型燃料の水分率は７．２質量％であり、嵩密度は１．１４ｇ／ｃｍ³であった。

＜実施例３＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を２．０ｍｍ以下としたバイオマス原料を得た。また濃度１．６ｇ／リットルの消石灰水溶液を調製した。次いで上記バイオマス原料を消石灰水溶液に入れて３時間煮沸した後、消石灰水溶液から取り出して水分率が１５質量％になるまで乾燥した。一方、石炭を乾燥してその水分率を１１質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を１．０ｍｍ以下とした石炭原料を得た。次に上記バイオマス原料と石炭原料とを９０℃に保った状態で７０質量％：３０質量％の配合割合で混合した。更にこの混合物３．０ｇを９０℃の温度下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を実施例３とした。なお、成型燃料の水分率は４．４質量％であり、嵩密度は１．１７ｇ／ｃｍ³であった。
＜実施例４＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、実施例３と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を実施例４とした。なお、成型燃料の水分率は５．６質量％であり、嵩密度は１．１４ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較例１＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径が２．０ｍｍ以下であるバイオマス原料を得た。次にこのバイオマス原料３．０ｇを室温下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を比較例１とした。なお、成型燃料の水分率は１５質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は０．９７ｇ／ｃｍ³であった。
＜比較例２＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、比較例１と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を比較例２とした。なお、成型燃料の水分率は１５質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は１．００ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較例３＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を２．０ｍｍ以下としたバイオマス原料を得た。また石炭を乾燥してその水分率を１１質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を１．０ｍｍ以下とした石炭原料を得た。次に上記バイオマス原料と石炭原料とを室温に保った状態で７０質量％：３０質量％の配合割合で混合した。更にこの混合物３．０ｇを室温下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を比較例３とした。なお、成型燃料の水分率は１３．８質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は１．０６ｇ／ｃｍ³であった。
＜比較例４＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、比較例３と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を比較例４とした。なお、成型燃料の水分率は１３．８質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は１．０３ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較例５＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径が２．０ｍｍ以下であるバイオマス原料を得た。また濃度１．６ｇ／リットルの消石灰水溶液を調製した。次に上記バイオマス原料を消石灰水溶液に入れて３時間煮沸した後、消石灰水溶液から取り出して水分率が１５質量％になるまで乾燥した。更にこのバイオマス原料３．０ｇを室温下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を比較例５とした。なお、成型燃料の水分率は１５質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は０．９８ｇ／ｃｍ³であった。
＜比較例６＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、比較例５と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を比較例６とした。なお、成型燃料の水分率は１５質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は１．００ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較例７＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を２．０ｍｍ以下としたバイオマス原料を得た。また濃度１．６ｇ／リットルの消石灰水溶液を調製した。次いで上記バイオマス原料を消石灰水溶液に入れて３時間煮沸した後、消石灰水溶液から取り出して水分率が１５質量％になるまで乾燥した。一方、石炭を乾燥してその水分率を１１質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を１．０ｍｍ以下とした石炭原料を得た。次に上記バイオマス原料と石炭原料とを室温に保った状態で７０質量％：３０質量％の配合割合で混合した。更にこの混合物３．０ｇを室温下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を比較例７とした。なお、成型燃料の水分率は１３．８質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は１．０６ｇ／ｃｍ³であった。
＜比較例８＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、比較例７と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を比較例８とした。なお、成型燃料の水分率は１３．８質量％と殆ど変化がなく、嵩密度は１．０３ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較例９＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径が２．０ｍｍ以下であるバイオマス原料を得た。次にこのバイオマス原料３．０ｇを９０℃の温度下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を比較例９とした。なお、成型燃料の水分率は７．１質量％であり、嵩密度は１．１０ｇ／ｃｍ³であった。
＜比較例１０＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、比較例９と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を比較例１０とした。なお、成型燃料の水分率は７．５質量％であり、嵩密度は１．０９ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較例１１＞
先ず稲ワラを自然乾燥してその水分率を１５質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を２．０ｍｍ以下としたバイオマス原料を得た。また石炭を乾燥してその水分率を１１質量％とした後に、粉砕機で粉砕して粒径を１．０ｍｍ以下とした石炭原料を得た。次に上記バイオマス原料と石炭原料とを９０℃に保った状態で７０質量％：３０質量％の配合割合で混合した。更にこの混合物３．０ｇを９０℃の温度下で２４０ＭＰａの圧力をかけて、直径２５ｍｍのタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料を成型した後、室温で２４時間放置した。この成型燃料を比較例１１とした。なお、成型燃料の水分率は４．９質量％であり、嵩密度は１．１０ｇ／ｃｍ³であった。
＜比較例１２＞
稲ワラに代えてモミ殻を用いたこと以外は、比較例１１と同様にしてタブレット状の成型燃料を得た。この成型燃料を比較例１１とした。なお、成型燃料の水分率は５．８質量％であり、嵩密度は１．１３ｇ／ｃｍ³であった。

＜比較試験１及び評価＞
上記実施例１〜４及び比較例１〜１２のタブレット型（錠剤型）のブリケット状成型燃料７１の破壊強度については、図５に示すように、成型燃料７１の外周面に圧縮力をかけて測定した。その結果を図６に示す。図６から明らかなように、バイオマス原料に消石灰水溶液を接触させずかつ室温下で成型した比較例１〜４の成型燃料では、破壊強度が７〜２３ｋｇと低く、バイオマス原料に消石灰水溶液を接触させたけれども室温下で成型した比較例５〜８の成型燃料では、破壊強度が１６〜２５ｋｇと若干向上し、バイオマス原料に消石灰水溶液を接触させずに９０℃の温度下で成型した比較例９〜１２の成型燃料では、破壊強度が２４〜３０ｋｇとある程度向上したけれども、バイオマス原料に消石灰水溶液を接触させるとともに９０℃の温度下で成型した実施例１〜４の成型燃料では、破壊強度が３２〜４５ｋｇと相乗的に向上するしたことが分った。

本発明第１実施形態のバイオマス系成型燃料の製造手順を示すブロック線図である。そのバイオマス系成型燃料の製造手順を示す構成図である。本発明第２実施形態のバイオマス系成型燃料の製造手順を示すブロック線図である。タブレット状成型燃料を圧縮成型している状態を示す断面構成図である。タブレット試験機にタブレット状成型燃料を装着した状態を示す断面構成図である。実施例１〜４及び比較例１〜１２のタブレットの成型条件による破壊強度の相違を示す図である。

符号の説明

１１，７１バイオマス系成型燃料
１２バイオマス原料
１３消石灰の水溶液又は懸濁液
１４石炭原料
１６混合物
１７ダブルロール式プレス

Claims

バイオマス粉又はバイオマス粉砕物からなるバイオマス原料に、消石灰の水溶液又は懸濁液を付着させる工程と、
前記液の付着したバイオマス原料を８０〜１００℃に加熱する工程と、
前記加熱したバイオマス原料を８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレスにより１００〜５００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状又は板状に加熱・成型する工程と
を含むバイオマス系成型燃料の製造方法。
バイオマス粉又はバイオマス粉砕物からなるバイオマス原料(12)に消石灰の水溶液又は懸濁液(13)を付着させる工程と、
前記液(13)の付着したバイオマス原料(12)に粒径３ｍｍ以下の石炭原料(14)を前記バイオマス原料１００質量％に対して１００質量％以下の割合で混合しかつ８０〜１００℃の温度で加熱する工程と、
前記加熱した混合物(16)を８０〜１００℃の温度下でダブルロール式プレス(17)により１００〜５００ＭＰａの圧力をかけてブリケット状又は板状に加熱・成型する工程と
を含むバイオマス系成型燃料の製造方法。
バイオマス原料(12)への消石灰の水溶液又は懸濁液(13)の付着が、バイオマス乾質量１ｋｇに対して３０×１０^-3〜６０×１０^-3ｇに相当する質量の消石灰を水に混合して得られる水溶液又は懸濁液(13)を前記バイオマス原料(12)に添加することにより行われる請求項１又は２記載のバイオマス系成型燃料の製造方法。
バイオマス原料(12)が農林産廃棄物、未利用植物及び植物性繊維からなる群より選ばれた１種又は２種以上の産業廃棄物を粉砕した原料である請求項１ないし３いずれか１項に記載のバイオマス系成型燃料の製造方法。
加熱・混合工程時に発生する水蒸気を混合物(16)中に保持し、加熱・成型工程時に前記水蒸気の共存下で前記混合物(16)に剪断力を伴う圧縮力を作用させた後に前記圧縮力が瞬時に解放されることにより、前記混合物(16)中の水分の逸散と空冷に伴う成型物の収縮を行う請求項１記載のバイオマス系成型燃料の製造方法。