JP2021172803A - Cleaning method and cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイオマス細片の洗浄方法および洗浄装置に関する。 The present invention relates to a method for cleaning biomass fragments and a cleaning device.
近年、再生可能エネルギー資源の一つとして、植物由来のバイオマス資源が注目されている。バイオマス資源の利用方法の代表的なものに、発電設備やボイラー等のための燃料がある。火力発電所等において、石炭や石油に代わる燃料として、バイオマス資源をそのまま、あるいは炭化や半炭化して用いることが検討されている。 In recent years, plant-derived biomass resources have been attracting attention as one of the renewable energy resources. A typical method of using biomass resources is fuel for power generation equipment and boilers. In thermal power plants and the like, it is being studied to use biomass resources as they are, or carbonized or semi-carbonized, as a fuel to replace coal and petroleum.
バイオマス資源の代表的なものが、木質ペレットや木質チップである。しかし、木質ペレットや木質チップの中には、樹種の違いや採取部位の違い等によってアルカリ金属の含有量が高いものが存在する。燃料中にアルカリ金属が存在すると、ボイラー内での燃焼の際に、灰の融点を低下させて、炉壁の損傷を招いたり、熱交換器の器壁に付着して効率の低下を招いたりするといった問題が発生するおそれがある。 Typical biomass resources are wood pellets and wood chips. However, some wood pellets and wood chips have a high alkali metal content due to differences in tree species and collection sites. The presence of alkali metals in the fuel lowers the melting point of the ash during combustion in the boiler, causing damage to the furnace wall or adhering to the wall of the heat exchanger, resulting in reduced efficiency. There is a risk of problems such as
バイオマス資源からアルカリ金属の含有量を低減させるための試みは既にいくつか知られている。例えば、特許文献１には、バイオマスを大気圧超えで加圧処理することにより、前記バイオマスに軟化処理または細胞膜の破壊処理の少なくとも一つ以上の処理を施した後に、乾燥処理と水洗を行うバイオマスの洗浄方法が開示されている。また、特許文献２には、原料バイオマスを密閉して間接的に加熱し、水蒸気爆砕して微粉化バイオマスを生成する前処理工程と、前記微粉化バイオマスを水洗してスラリーバイオマスを生成するスラリー化工程と、前記スラリーバイオマスを濾過して固体バイオマスを生成する濾過工程とを含む燃料バイオマスの製造方法が開示されている。 Several attempts are already known to reduce the content of alkali metals from biomass resources. For example, in
しかし、特許文献１に記載のバイオマスの洗浄方法は、０．２ＭＰａ以上の高圧蒸気釜で処理することが必要であり、大型で頑丈な製造設備を必要とし、生産性にも課題を有するものであった。また、特許文献２に記載の燃料バイオマスの製造方法も、高温高圧に加熱する特殊な構造を有した爆砕機を必要とし、生産性にも課題を有するものであった。 However, the method for cleaning biomass described in
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、比較的簡便な装置によって実施することが可能であり、生産性に優れ、バイオマス細片のアルカリ金属の含有量を低減させることが可能な、洗浄方法および洗浄装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a situation. The present invention provides a cleaning method and a cleaning apparatus that can be carried out by a relatively simple apparatus, have excellent productivity, and can reduce the alkali metal content of biomass fragments. Make it an issue.
本発明者は、鋭意検討を進めた結果、流水によって、連続的でかつ多段階に洗浄するシステムを組むことによって、効率よくバイオマス細片のアルカリ金属の含有量を低減させることが可能となることを見出し、本発明に到達することができた。
すなわち、本発明は、以下のような構成を有している。As a result of diligent studies, the present inventor has made it possible to efficiently reduce the alkali metal content of biomass fragments by constructing a system for continuous and multi-step cleaning with running water. We were able to reach the present invention.
That is, the present invention has the following configuration.
本発明の洗浄方法は、バイオマス細片を連続的に多段階で洗浄して、アルカリ金属の含有量を低減させるバイオマス細片の洗浄方法である。洗浄スペースは、複数の洗浄領域に区分されており、前記バイオマス細片は、前記複数の洗浄領域を順に移動していく。前記バイオマス細片は、各洗浄領域内において、一方から投入されて他方へ流れる洗浄水の水流または噴射流によって洗浄される。 The cleaning method of the present invention is a method for cleaning biomass debris by continuously cleaning the biomass debris in multiple stages to reduce the content of alkali metal. The washing space is divided into a plurality of washing areas, and the biomass strips move in the plurality of washing areas in order. The biomass debris is washed in each wash area by a stream or jet of wash water that is charged from one side and flows to the other.
また、本発明の洗浄装置は、バイオマス細片を連続的に多段階で洗浄して、アルカリ金属の含有量を低減させるバイオマス細片の洗浄装置であって、複数の洗浄領域に区分された洗浄手段と、前記バイオマス細片を移動させる移動手段と、洗浄水を流す配管と洗浄水タンクを有している。前記バイオマス細片は、前記複数の洗浄領域を順に移動していき、前記バイオマス細片は、各洗浄領域内において、一方から投入されて他方へ流れる前記洗浄水の水流または噴射流によって洗浄される。 Further, the cleaning device of the present invention is a cleaning device for biomass fragments that continuously cleans the biomass fragments in multiple stages to reduce the content of alkali metal, and is divided into a plurality of cleaning regions for cleaning. It has means, a moving means for moving the biomass fragments, a pipe for flowing washing water, and a washing water tank. The biomass strips move sequentially through the plurality of wash regions, and the biomass strips are washed in each wash region by a stream or jet of wash water that is charged from one side and flows to the other. ..
本発明の洗浄方法は、比較的簡便な装置によって実施することが可能であり、生産性に優れ、バイオマス細片のアルカリ金属の含有量を低減させることができる。また、本発明の洗浄装置は、比較的簡便な装置であり、生産性に優れ、バイオマス細片のアルカリ金属の含有量を低減させることができる。 The cleaning method of the present invention can be carried out by a relatively simple device, has excellent productivity, and can reduce the alkali metal content of the biomass fragments. In addition, the cleaning apparatus of the present invention is a relatively simple apparatus, has excellent productivity, and can reduce the content of alkali metal in biomass fragments.
以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明の実施形態は、以下に記載する具体的な実施形態に限られる訳ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the embodiments of the present invention are not limited to the specific embodiments described below.
本実施形態におけるバイオマスとは、アルカリ金属の含有量を低減させることが必要とされるバイオマスであって、燃料として使用することが可能なバイオマスである。ここで、バイオマス中に存在するアルカリ金属とは、主として、カリウムとナトリウムである。バイオマスを燃料として使用するためには、バイオマス中のアルカリ金属の合計の含有量を好ましくは３０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２０００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ以下に低減させることが好ましい。 The biomass in the present embodiment is a biomass for which it is necessary to reduce the content of the alkali metal, and is a biomass that can be used as a fuel. Here, the alkali metals existing in the biomass are mainly potassium and sodium. In order to use the biomass as a fuel, it is preferable to reduce the total content of the alkali metals in the biomass to preferably 3000 ppm or less, more preferably 2000 ppm or less, and further preferably 1000 ppm or less.
バイオマスは、木質系バイオマス、草本系バイオマス、その他のバイオマスに分類することができる。木質系バイオマスには、間伐材、林地残材、枯木、古木等の木質材、樹皮、おが屑等の製材副産物、食用菌類の廃ホダ木、街路樹、剪定枝、建築廃材等がある。樹種としては、広葉樹と針葉樹があり、具体的には、スギ、マツ、ヒノキ、シイ、コナラ、ヤナギ、ポプラ、ユーカリ、アカシア、ゴム、パーム椰子、ジャトロファ、マングローブ等が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。特に、熱帯や亜熱帯に存在する樹種には、アルカリ金属を多く含有する樹種が多い。パーム椰子の残渣としては、ＰＫＳ（パーム椰子殻）、ＥＦＢ（パーム椰子空果房）、パームトランク（パーム椰子幹）、パームファイバーなどがある。草本系バイオマスには、具体的には、籾殻、麦わら、稲わら、竹、トウモロコシ、ソルガム、ミスキャンサス、スイッチグラス、イピルイピル、サトウキビ残渣、バナナ残渣等が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。その他のバイオマスには、水草、海草、藻類等がある。 Biomass can be classified into woody biomass, herbaceous biomass, and other biomass. Wood-based biomass includes thinned wood, forest residue, dead wood, old wood and other wood materials, bark, sawdust and other lumber by-products, edible fungus waste hoda trees, roadside trees, pruned branches, and construction waste. Tree species include broad-leaved trees and coniferous trees, and specific examples include, but are limited to, sugi, pine, cypress, shii, oak, willow, poplar, eucalyptus, acacia, rubber, palm palm, jatrofa, mangrove, etc. It is not done. In particular, many tree species existing in the tropics and subtropics contain a large amount of alkali metals. Residues of palm palm include PKS (palm palm shell), EFB (palm palm empty fruit bunch), palm trunk (palm palm trunk), palm fiber and the like. Specific examples of herbaceous biomass include rice husks, straw, rice straw, bamboo, corn, sorghum, miscanthus, switchgrass, ipilipil, sugar cane residue, banana residue, etc., but are not limited to these. No. Other biomass includes aquatic plants, seaweeds, algae and the like.
バイオマス細片とは、バイオマスの破砕、粉砕、切断等を行って、寸法を小さくし、取扱い性を向上させたものである。バイオマス細片の形状は、バイオマスの性状や製造方法に応じて、種々雑多である。バイオマス細片の寸法表現として、各細片の最大差し渡し長さをもって、各細片の長さとして採用する。バイオマスを破砕や粉砕して、バイオマスの寸法を小さくして、バイオマス細片の表面積を増大させることは、バイオマス細片を洗浄したときに、アルカリ金属を低減させる効率が向上するため、好ましい。しかし、バイオマス細片の寸法が小さ過ぎると、洗浄時やその後の乾燥時の取扱い性が低下する。そのため、バイオマス細片は、平均長さで、５〜１００ｍｍが好ましく、１０〜５０ｍｍがより好ましい。 Biomass fragments are those that have been crushed, crushed, cut, etc., to reduce their dimensions and improve their handleability. The shape of the biomass strips varies depending on the properties of the biomass and the production method. As a dimensional representation of the biomass strips, the maximum transfer length of each strip is adopted as the length of each strip. Crushing or crushing the biomass to reduce the size of the biomass and increase the surface area of the biomass strips is preferable because the efficiency of reducing alkali metals when the biomass strips are washed is improved. However, if the size of the biomass strips is too small, the handleability during washing and subsequent drying deteriorates. Therefore, the average length of the biomass strips is preferably 5 to 100 mm, more preferably 10 to 50 mm.
バイオマス中のアルカリ金属の含有量を低減させる方法として、従来から、バイオマスを水や洗浄水を満たした容器中に浸漬させて、長時間、静置または攪拌させて、洗浄する方法が知られている。しかし、このような方法では、生産性に劣り、大量のバイオマスを短時間に処理することは困難であった。 As a method for reducing the content of alkali metal in biomass, a method of immersing biomass in a container filled with water or washing water and allowing it to stand or stir for a long time to wash it has been conventionally known. There is. However, such a method is inferior in productivity and it is difficult to process a large amount of biomass in a short time.
特に、破砕や粉砕したバイオマス細片は、表面形状が複雑に入り組んでいることが多い。そして、そのようなバイオマス細片が動かずに集積していると、集積したバイオマス細片中の洗浄水の更新を図ることが一層困難となり、アルカリ金属を析出させることが難しい。 In particular, crushed or crushed biomass fragments often have a complicated surface shape. If such biomass fragments are accumulated without moving, it becomes more difficult to renew the washing water in the accumulated biomass fragments, and it is difficult to deposit the alkali metal.
本発明者は、バイオマス中のアルカリ金属を効率よく低減させるためには、バイオマス細片の表面付近に存在する洗浄水を停滞させることなく、常時更新して、表面付近に存在するアルカリ金属を洗い流すこと、そうすることでバイオマス細片中のアルカリ金属を内部から表面付近に移動させることが重要であると考えた。 In order to efficiently reduce the alkali metal in the biomass, the present inventor constantly updates the washing water existing near the surface of the biomass fragment without stagnation to wash away the alkali metal existing near the surface. By doing so, I thought it was important to move the alkali metal in the biomass fragments from the inside to the vicinity of the surface.
そこで、本発明者は、検討を重ねた結果、以下に説明する手法が有効であることを見出した。バイオマス細片の洗浄方法としては、下記の手法をすべて満足していることが最も好ましい。
（１）バイオマス細片と洗浄水のいずれも、一定の場所に留まることなく、常に移動させる。
（２）バイオマス細片の周辺に存在する洗浄水を入れ替える操作を、繰り返しまたは常に行う。
（３）バイオマス細片と洗浄水の両者を、互いに異なる方向（ベクトル、動線）に移動させることが好ましい。ここで、異なる方向とは、例えば、互いにほぼ１８０度異なる方向（逆方向）であったり、互いに９０度異なる方向（直角方向）であったりすることを意味する。
（４）洗浄水は、循環させて繰り返し使用することが好ましい。このことによって、水資源を有効に活用することができる。Therefore, as a result of repeated studies, the present inventor has found that the method described below is effective. As a method for cleaning biomass fragments, it is most preferable that all of the following methods are satisfied.
(1) Both the biomass fragments and the washing water are always moved without staying in a fixed place.
(2) The operation of replacing the washing water existing around the biomass strip is repeated or constantly performed.
(3) It is preferable to move both the biomass strip and the washing water in different directions (vector, flow line). Here, the different directions mean, for example, directions that are approximately 180 degrees different from each other (opposite directions) or directions that are 90 degrees different from each other (perpendicular directions).
(4) It is preferable that the washing water is circulated and used repeatedly. As a result, water resources can be effectively utilized.
本発明者は、上記の知見を踏まえて、以下に記載する発明に到達することができた。
すなわち、本発明の洗浄方法は、バイオマス細片を連続的に多段階で洗浄して、アルカリ金属の含有量を低減させるバイオマス細片の洗浄方法である。洗浄スペースは、複数の洗浄領域に区分されており、前記バイオマス細片は、前記複数の洗浄領域を順に移動していく。そして、前記バイオマス細片は、各洗浄領域内において、一方から投入されて他方へ流れる洗浄水の水流または噴射流によって洗浄される。
上記の発明を実際に具現化した洗浄装置および洗浄方法について、以下に説明する。Based on the above findings, the present inventor was able to reach the invention described below.
That is, the cleaning method of the present invention is a method for cleaning biomass debris by continuously cleaning the biomass debris in multiple stages to reduce the content of alkali metal. The washing space is divided into a plurality of washing areas, and the biomass strips move in the plurality of washing areas in order. Then, the biomass strips are washed in each washing region by a water stream or a jet stream of washing water that is charged from one side and flows to the other side.
A cleaning device and a cleaning method that actually embody the above invention will be described below.
［第１実施形態の洗浄装置］
図１は本発明の第１実施形態の洗浄装置の模式的断面図である。
図１の第１実施形態の洗浄装置１は、複数の洗浄領域３に区分された洗浄手段と、バイオマス細片１０を移動させる移動手段と、洗浄水を流す配管１３と洗浄水タンク１１を有している。洗浄手段は、複数の洗浄領域３によって区切られた洗浄スペース２として表される。また、移動手段は、バイオマス細片１０を収納した洗浄容器６を移動させるコンベヤ５として表される。洗浄装置１は、さらに、バイオマス細片供給容器７と、洗浄水受容容器１５と、洗浄されたバイオマス細片の収納容器１７を有している。[Cleaning device of the first embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the cleaning device according to the first embodiment of the present invention.
The
コンベヤ５は、進行方向に向けて高さが高くなるように傾斜して設置されている。コンベヤ５上には、隙間なく一列に並べられた多数の洗浄容器６が設置されている。コンベヤ５は、駆動装置（不図示）によって、高さが低い位置（図１の左側）から高さが高い位置（図１の右側）まで、多数の洗浄容器６を移動させることができる。 The
洗浄スペース２は、４つの洗浄領域３に区切られているが、洗浄領域３の数は特に限定されない。また、洗浄領域３は、仕切り板４によって区切られているが、仕切り板４は必ずしも必須ではない。 The cleaning
図２は、第１実施形態の洗浄容器６の模式的斜視図である。洗浄容器６は、上部が開いた平たい容器であり、ステンレス材等で作成されている。バイオマス細片１０は、洗浄容器６の底板２１上に置かれている。洗浄容器６は、図２の右側の底部が左側の底部よりも高さが高くなるように、コンベヤ５上に設置される。洗浄水は、図２の右側の仕切り板２２の内側に注入される。洗浄水は、その後、底板２１上を左方向へ流れて、図２の左側の仕切り板２３を越えて排出される。 FIG. 2 is a schematic perspective view of the cleaning container 6 of the first embodiment. The cleaning container 6 is a flat container with an open upper portion, and is made of stainless steel or the like. The
［第１実施形態の洗浄方法］
図１において、バイオマス細片１０は、バイオマス細片供給容器７から一定量ずつ開閉弁８と供給配管９を通って、複数の洗浄容器６内に順々に一定量ずつ供給される。一方、洗浄水１４は、洗浄水タンク１１に貯められている。洗浄水１４は、洗浄水タンク１１から開閉弁１２と配管１３を通って、最も高い位置にある洗浄容器６Ａの最も高い位置にある側（図１では右側）から洗浄容器６Ａ内に注入される。[Cleaning method of the first embodiment]
In FIG. 1, the
洗浄容器６Ａ内に注入された洗浄水１４は、洗浄容器６Ａ内のバイオマス細片１０を洗浄しながら、洗浄容器６Ａ内を左方向へ流れて、洗浄容器６Ａの最も低い位置にある側（図１では左側）から排出される。そして、洗浄水１４は、次の洗浄容器６Ｂの最も高い位置にある側（図１では右側）から洗浄容器６Ｂ内に注入される。その後、洗浄水１４は、コンベヤ５上に並べられた多数の洗浄容器６内を、高さのより高い位置にある洗浄容器６から高さのより低い位置にある洗浄容器６へと順に流れていく（６Ａ→６Ｂ→６Ｂ→６Ｄ）。その間、洗浄水１４は、各洗浄容器内に収納されたバイオマス細片１０を順に洗浄していく。 The cleaning
最も低い位置にある洗浄容器６Ｄの最も低い位置にある側（図１では左側）から排出された洗浄水１４は、コンベヤ５の下方にある洗浄水受容容器１５に一旦貯められる。洗浄水受容容器１５に貯められた洗浄水１４は、配管１６を通って、そのまま廃棄されるか、または、浄化設備（不図示）に送られて、浄化された後に、再度洗浄水１４として循環させて使用される。環境に対する負荷を減らすためには、洗浄水１４は、浄化されて、循環させて使用されることが好ましい。 The
洗浄が終了して、洗浄スペース２から出たバイオマス細片１０は、コンベヤ５の駆動によって、最も右端に移動して、洗浄容器６が垂直に傾くことによって、洗浄容器６内から排出され、コンベヤ５の下方に設置されたバイオマス細片の収納容器１７内に収納される。 After cleaning is completed, the
バイオマス細片１０を収納した洗浄容器６は、４つの洗浄領域３を順に移動していくが、止まることなく一定の速度で移動してもよいし、各洗浄領域３で一旦停止して、一定時間経過後に次の洗浄領域３に移動するといったように間欠的に移動してもよい。 The cleaning container 6 containing the biomass fragments 10 moves in order through the four cleaning areas 3, but it may move at a constant speed without stopping, or it may be temporarily stopped at each cleaning area 3 to be constant. It may move intermittently, such as moving to the next cleaning area 3 after the lapse of time.
以上の説明で分かるように、図１の第１実施形態の洗浄装置１による洗浄方法では、バイオマス細片１０は、複数の洗浄領域３を順に移動していき、連続的に多段階で洗浄が行われる。バイオマス細片１０は、各洗浄領域３内において、一方から投入されて他方へ流れる洗浄水１４の水流によって洗浄される。また、洗浄水１４も、複数の洗浄領域３を順に移動していきながら、バイオマス細片１０を洗浄していく。さらに、バイオマス細片１０が移動する方向と、洗浄水１４が流れる方向とは異なり、互いにほぼ１８０度異なる方向（逆の方向）となっている。そのため、バイオマス細片１０と洗浄水１４はいずれも常に動いており、バイオマス細片１０の表面付近の洗浄水が常時更新されて、洗浄の効率を高めることが可能であり、また均一に洗浄することが可能である。 As can be seen from the above description, in the cleaning method using the
各洗浄領域３に滞留する時間は、バイオマスの種類や洗浄条件（温度、洗浄用薬品、洗浄水量等）に応じて、種々変更することができる。各洗浄領域３に滞留する時間は、コンベヤ５の速度を変えることによって変えることができる。各洗浄領域３に滞留する時間は、限定されないが、例えば、４つの洗浄領域３を有するとき、５分〜３時間といった時間とすることができる。 The time of staying in each cleaning region 3 can be variously changed according to the type of biomass and cleaning conditions (temperature, cleaning chemicals, amount of cleaning water, etc.). The time staying in each cleaning area 3 can be changed by changing the speed of the
また、複数の洗浄領域３のうち、最後の洗浄領域３にフレッシュな洗浄水１４を供給することによって、バイオマス細片１０は、洗浄が進むに従って、段階的によりきれいな洗浄水１４で洗浄されることになるため、洗浄水１４を効率的に使用することができ、洗浄の効率をより高めることが可能である。 Further, by supplying
また、洗浄水１４の浅い水流によって洗浄されるため、バイオマス細片１０に対する洗浄水１４の使用量を低減させることが可能である。環境に対する負荷を減らすためには、洗浄水１４の使用量は、より少ない方が好ましい。具体的には、各洗浄領域３における洗浄水１４の質量は、当該洗浄領域３内に存在するバイオマス細片１０の質量の５〜２００倍とすることが好ましく、５〜１００倍とすることがより好ましく、５〜５０倍とすることがさらに好ましい。 Further, since the
バイオマス細片１０の洗浄効率を高めるためには、洗浄水１４を加温することが好ましい。加温することによってバイオマス細片１０の内部のアルカリ金属をより析出させ易くすることができる。加温する温度としては、３０〜８０℃が好ましく、４０〜６０℃がより好ましい。洗浄水１４を加温するためには、洗浄水タンク１１の全体をヒーターで加温してもよいし、洗浄水タンク１１を出た後の配管１３等をヒーターで加熱してもよい。 In order to increase the cleaning efficiency of the
また、バイオマス細片１０の洗浄効率を高めるためには、洗浄水１４に適切な洗浄用薬品を添加することが好ましい。バイオマス細片１０からアルカリ金属の含有量を低減させるためには、アルカリ金属のイオンが溶解し易いように、酸性の洗浄液とすることが好ましい。洗浄水１４に添加する酸としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸等の有機酸が挙げられる。また、バイオマス細片１０の細部にまで浸透させるために、適切な界面活性剤を添加してもよい。 Further, in order to increase the cleaning efficiency of the
洗浄水１４に洗浄用薬品を添加して洗浄したとき、バイオマス細片１０の表面に付着した洗浄用薬品を洗い流すために、その後に、洗浄用薬品を添加しない洗浄水ですすぎ洗浄を行うことが好ましい。すなわち、洗浄用薬品を用いた洗浄の後に、洗浄用薬品を用いない洗浄を行うという、２段階の洗浄を行うことが好ましい。２段階の洗浄を行うときは、図１に記載した洗浄装置１を２台用いるという方法がある。このとき、１台目の洗浄装置１は、洗浄用薬品を添加して洗浄する洗浄領域３のグループを構成し、２台目の洗浄装置１は、洗浄用薬品を洗い流す洗浄領域３のグループを構成することになる。そして、１台目の洗浄装置１で得られたバイオマス細片１０を、２台目の洗浄装置１に直接投入して連続して洗浄できるように、２台の洗浄装置１を連結して用いてもよい。また、２段階の洗浄を連続して行わずに、別工程として逐次的に行ってもよい。また、２段階の洗浄を行うときに、図１に記載した洗浄装置１を２回用いて、別工程として２段階の洗浄を行ってもよい。 When cleaning is performed by adding cleaning chemicals to the cleaning
［第２実施形態の洗浄装置］
図３は本発明の第２実施形態の洗浄装置の模式的断面図である。第２実施形態の洗浄装置および洗浄方法は、基本的なところは、第１実施形態の洗浄装置および洗浄方法と同様である。そのため、共通する部分については説明を省略し、以下では、主として、第１実施形態と異なる部分について説明する。[Cleaning device of the second embodiment]
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the cleaning device according to the second embodiment of the present invention. The cleaning device and cleaning method of the second embodiment are basically the same as the cleaning device and cleaning method of the first embodiment. Therefore, the description of the common parts will be omitted, and the parts different from the first embodiment will be mainly described below.
図３の第２実施形態の洗浄装置３１は、複数の洗浄領域３３に区分された洗浄手段と、バイオマス細片４２を移動させる移動手段と、洗浄水を流す配管４５と洗浄水タンク４３を有している。洗浄手段は、複数の洗浄領域３３によって区切られた洗浄スペース３２として表される。また、移動手段は、バイオマス細片４２を収納した洗浄容器３８を移動させるコンベヤ３７として表される。洗浄装置３１は、さらに、バイオマス細片供給容器３９と、洗浄水受容容器４６と、洗浄されたバイオマス細片の収納容器５１を有している。 The
コンベヤ３７は、進行方向に向けて高さが高くなるように傾斜して設置されている。コンベヤ３７上には、隙間なく一列に並べられた多数の洗浄容器３８が設置されている。コンベヤ３７は、駆動装置（不図示）によって、高さが低い位置（図１の左側）から高さが高い位置（図１の右側）まで、多数の洗浄容器３８を移動させることができる。 The
洗浄スペース３２は、４つの洗浄領域３３に区切られているが、洗浄領域３３の数は特に限定されない。また、洗浄領域３３は、仕切り板３４によって区切られており、隣接する洗浄領域３３の洗浄水３６が互いに混合しないようにしている。 The cleaning
図４は、第２実施形態の洗浄容器３８の模式的斜視図である。洗浄容器３８は、上部が開いた平たい容器であり、ステンレス材等で作成され、底板６１は金網や穴開き板となっている。バイオマス細片４２は、洗浄容器３８の底板６１上に置かれている。洗浄水は、洗浄容器３８の上方から噴射され、底板６１を通って、下方へ排出される。 FIG. 4 is a schematic perspective view of the cleaning
［第２実施形態の洗浄方法］
図３において、バイオマス細片４２は、バイオマス細片収納容器３９から一定量ずつ開閉弁４０と供給配管４１を通って、複数の洗浄容器３８内に順々に一定量ずつ供給される。一方、洗浄水３６は、洗浄水タンク４３に貯められている。洗浄水３６は、洗浄水タンク４３から開閉弁４４と配管４５を通って、最も高さが高い位置にある洗浄領域３３の噴射ノズル３５Ａから洗浄容器３８に向けて噴射される。[Cleaning method of the second embodiment]
In FIG. 3, the
噴射ノズル３５Ａから噴射された洗浄水３６は、洗浄容器３８内のバイオマス細片４２を洗浄した後、洗浄容器３８内の底板から下側へ排出され、コンベヤ３７の下方にある洗浄水受容容器４６Ａに一旦貯められる。洗浄水受容容器４６Ａに貯められた洗浄水３６は、配管４７を通り、洗浄水ポンプ４８Ａによって、配管４９を通って押し上げられ、高さが次に低い位置にある洗浄領域３３の噴射ノズル３５Ｂから洗浄容器３８に向けて噴射される。 The cleaning
噴射ノズル３５Ｂから噴射された洗浄水３６は、洗浄容器３８内のバイオマス細片４２を洗浄した後、洗浄容器３８内の底板から下側へ排出され、洗浄水受容容器４６Ｂに一旦貯められる。その後、洗浄水３６は、洗浄水ポンプ４８Ｂによって押し上げられ、高さがさらに低い位置にある洗浄領域３３の噴射ノズル３５Ｃから洗浄容器３８に向けて噴射される。同様にして、洗浄容器３８内の底板から下側へ排出された洗浄水３６は、洗浄水受容容器４６Ｃに貯められ、洗浄水ポンプ４８Ｃによって押し上げられて、高さが最も低い位置にある洗浄領域３３の噴射ノズル３５Ｄから洗浄容器３８に向けて噴射される。このようにして、洗浄容器３８内のバイオマス細片４２は、上方から噴射される洗浄水３６によって繰り返し洗浄される。 The cleaning
噴射ノズル３５Ｄから噴射された洗浄水３６は、洗浄容器３８内のバイオマス細片４２を洗浄した後、洗浄容器３８内の底板から下側へ排出され、洗浄水受容容器４６Ｄに一旦貯められる。受容容器４６Ｄに貯められた洗浄水３６は、配管５０を通って、そのまま廃棄されるか、または、浄化設備（不図示）に送られて、浄化された後に、再度洗浄水３６として循環させて使用される。環境に対する負荷を減らすためには、洗浄水３６は、浄化されて、循環させて使用されることが好ましい。 The cleaning
洗浄が終了して、洗浄スペース３２から出たバイオマス細片４２は、コンベヤ３７の駆動によって、最も右端に移動して、洗浄容器３８が垂直に傾くことによって、洗浄容器３８内から排出され、コンベヤ３７の下方に設置されたバイオマス細片収納容器５１内に収納される。 After cleaning is completed, the
バイオマス細片４２を収納した洗浄容器３８は、４つの洗浄領域３３を順に移動していくが、止まることなく一定の速度で移動してもよいし、各洗浄領域３３で一旦停止して、一定時間経過後に次の洗浄領域３３に移動するといったように間欠的に移動してもよい。 The cleaning
以上の説明で分かるように、図３の第２実施形態の洗浄装置３１による洗浄方法では、バイオマス細片４２は、複数の洗浄領域３３を順に移動していき、連続的に多段階で洗浄が行われる。バイオマス細片４２は、各洗浄領域３３内において、上方から投入されて下方へ流れる洗浄水３６の噴射流によって洗浄される。また、洗浄水３６も、複数の洗浄領域３３を順に移動していきながら、バイオマス細片４２を洗浄していく。さらに、バイオマス細片４２が移動する方向と、洗浄水３６が流れる方向とは異なり、互いにほぼ９０度異なる方向（直角方向）となっている。そのため、バイオマス細片４２と洗浄水３６はいずれも常に動いており、バイオマス細片４２の表面付近の洗浄水が常時更新されて、洗浄の効率を高めることが可能であり、また均一に洗浄することが可能である。 As can be seen from the above description, in the cleaning method using the
第２実施形態では、洗浄水３６の噴射流によって洗浄されるため、第１実施形態と同様に、バイオマス細片４２に対する洗浄水３６の使用量を低減させることが可能である。環境に対する負荷を減らすためには、洗浄水３６の使用量は、より少ない方が好ましい。具体的には、各洗浄領域３３における洗浄水３６の質量は、当該洗浄領域３３内に存在するバイオマス細片４２の質量の５〜２００倍とすることが好ましく、５〜１００倍とすることがより好ましく、５〜５０倍とすることがさらに好ましい。 In the second embodiment, since the washing is performed by the jet flow of the
洗浄水３６に洗浄用薬品を添加して洗浄するとき、バイオマス細片４２の表面に付着した洗浄用薬品を洗い流すために、その後に、洗浄用薬品を添加しない洗浄水ですすぎ洗浄を行うことが好ましい。すなわち、洗浄用薬品を用いた洗浄の後に、洗浄用薬品を用いない洗浄を行うという、２段階の洗浄を行うことが好ましい。 When cleaning by adding cleaning chemicals to the cleaning
図３に記載した洗浄装置３１を１台用いて、２段階の洗浄を行うときは、洗浄水タンク４３を複数設けて、複数の洗浄領域３３を少なくとも２つのグループに分ける。最初に、洗浄水に洗浄用薬品を添加して洗浄する洗浄領域３３のグループを行い、その後連続して、洗浄用薬品を添加しない洗浄水で洗浄用薬品を洗い流す洗浄領域３３のグループを行うという方法を取ることができる。また、２段階の洗浄を行うとき、図３に記載した洗浄装置３１を２回用いて、別工程として２段階の洗浄を行ってもよい。 When performing two-stage cleaning using one
また、２段階の洗浄を行うとき、図３に記載した洗浄装置３１を２台用いてもよい。このとき、１台目の洗浄装置３１は、洗浄用薬品を添加して洗浄する洗浄領域３３のグループを構成し、２台目の洗浄装置３１は、洗浄用薬品を洗い流す洗浄領域３３のグループを構成することになる。そして、１台目の洗浄装置３１で得られたバイオマス細片４２を、２台目の洗浄装置３１に直接投入して連続して洗浄できるように、２台の洗浄装置３１を連結して用いてもよい。また、２段階の洗浄を連続して行わずに、別工程として逐次的に行ってもよい。 Further, when performing the two-step cleaning, two
以上、第１実施形態、第２実施形態と説明してきたように、本発明の洗浄方法は、比較的簡便な装置によって実施することが可能であり、バイオマス細片のアルカリ金属の含有量を効率よく低減させることができる。また、本発明の洗浄方法は、連続して処理することができるため、生産性に優れている。また、バイオマス細片は、複数の洗浄領域を順に移動しつつ、洗浄水の水流または噴射流によって洗浄されるため、洗浄水の水量は比較的少なくすることが可能であり、バイオマス細片の洗浄を均一に行うことができる。 As described above as the first embodiment and the second embodiment, the cleaning method of the present invention can be carried out by a relatively simple device, and the alkali metal content of the biomass strips can be made efficient. It can be reduced well. In addition, the cleaning method of the present invention is excellent in productivity because it can be continuously processed. Further, since the biomass fragments are washed by the water flow or the jet flow of the washing water while moving through a plurality of washing regions in order, the amount of the washing water can be relatively small, and the biomass fragments can be washed. Can be performed uniformly.
以下に、実施例と比較例を用いて、本発明をさらに具体的に説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples.
（分析方法）
バイオマス中のアルカリ金属（カリウム、ナトリウム）の含有量の分析は、原子吸光分析法（フレーム原子吸光法）を用いて行った。(Analysis method)
The content of alkali metals (potassium, sodium) in the biomass was analyzed by using the atomic absorption spectrometry method (frame atomic absorption method).
バイオマス細片として、フィリピン等に自生する胡椒科の薬用樹Ｐｉｐｅｒ ａｂｂｒｅｖｉａｔｕｍ Ｏｐｉｚ．（慣用名Ｂｕｙｏ−ｂｕｙｏ）を用いた。当該樹木の幹部を破砕して、平均長さ１８ｍｍ、平均厚さ４ｍｍのバイオマス細片Ａを約１ｋｇ作成した。洗浄前のバイオマス細片Ａは、カリウム１２０００ｐｐｍ、ナトリウム１００ｐｐｍを含有していた。 As a biomass fragment, a medicinal tree of the Piperaceae family that grows naturally in the Philippines and the like, Piper abbrevivatum Opiz. (Trivial name Buyo-buyo) was used. The trunk of the tree was crushed to prepare about 1 kg of biomass fragment A having an average length of 18 mm and an average thickness of 4 mm. Biomass fragment A before washing contained 12000 ppm of potassium and 100 ppm of sodium.
洗浄装置として、４つの洗浄領域３を有する図１の洗浄装置１を用いた。
図１の洗浄装置１を２回使用して、２段階の洗浄を行った。まず、第１段階の洗浄として、洗浄用薬品として酢酸を使用し、酢酸濃度０．１モル／Ｌの４０℃に加温した洗浄水を用いた。各洗浄領域における滞留時間を約３０分間として、コンベヤ５を間欠的に移動させて、合計約２時間の洗浄を行った。
次に、第２段階の洗浄として、洗浄用薬品を添加していない室温の蒸留水を用いて、各洗浄領域における滞留時間を約１５分間として、コンベヤ５を間欠的に移動させて、合計約１時間の洗浄を行った。As the cleaning device, the
The
Next, as the second stage cleaning, the
第１段階の洗浄の洗浄水の水量は、各洗浄領域内において、当該洗浄領域内に存在するバイオマス細片の質量の約２０倍とした。また、第２段階の洗浄のすすぎの洗浄水の水量は、当該洗浄領域内に存在するバイオマス細片の質量の約１０倍とした。
洗浄水受容容器１５に貯められた洗浄水は、中和した後に廃棄した。
２段階の洗浄後のバイオマス細片Ａを乾燥させて、アルカリ金属の含有量の分析を行った。その結果、洗浄後のバイオマス細片Ａは、カリウム含有量１８００ｐｐｍ、ナトリウム含有量２０ｐｐｍ、合計のアルカリ金属の含有量１８２０ｐｐｍであった。The amount of washing water for the first stage washing was set to be about 20 times the mass of the biomass fragments existing in the washing area in each washing area. Further, the amount of washing water for rinsing in the second stage washing was set to be about 10 times the mass of the biomass fragments existing in the washing area.
The wash water stored in the wash
The biomass fragment A after the two-step washing was dried, and the content of the alkali metal was analyzed. As a result, the washed biomass fragment A had a potassium content of 1800 ppm, a sodium content of 20 ppm, and a total alkali metal content of 1820 ppm.
（比較例１）
洗浄装置として、１Ｌの三角フラスコを使用し、５００ｍｌの酢酸濃度０．１モル／Ｌの酢酸水溶液と５ｇのバイオマス細片Ａを投入し、４０℃に加温しつつ、３時間静置した。その後、バイオマス細片Ａを水洗いして、乾燥させて、アルカリ金属の含有量の分析を行った。その結果、洗浄後のバイオマス細片Ａは、カリウム含有量２１００ｐｐｍ、ナトリウム含有量４０ｐｐｍ、合計のアルカリ金属の含有量２１４０ｐｐｍであった。(Comparative Example 1)
As a washing device, a 1 L Erlenmeyer flask was used, 500 ml of an acetic acid aqueous solution having an acetic acid concentration of 0.1 mol / L and 5 g of biomass fragment A were added, and the mixture was allowed to stand for 3 hours while being heated to 40 ° C. Then, the biomass fragment A was washed with water and dried, and the content of the alkali metal was analyzed. As a result, the washed biomass fragment A had a potassium content of 2100 ppm, a sodium content of 40 ppm, and a total alkali metal content of 2140 ppm.
バイオマス細片として、フィリピン等に自生するヤシ科の薬用樹Ａｎａｈａｗ（慣用名Ｐａｙｏｏｎｇ−ｐａｙｏｎｇ）を用いた。当該樹木の幹部を破砕して、平均長さ２１ｍｍ、平均厚さ４ｍｍのバイオマス細片Ｂを約１ｋｇ作成した。洗浄前のバイオマス細片Ｂは、カリウム４３００ｐｐｍ、ナトリウム８０ｐｐｍを含有していた。 As a biomass fragment, an umbrella (common name Payong-payong), a medicinal tree of the palm family that grows naturally in the Philippines and the like, was used. The trunk of the tree was crushed to prepare about 1 kg of biomass fragment B having an average length of 21 mm and an average thickness of 4 mm. Biomass fragment B before washing contained 4300 ppm of potassium and 80 ppm of sodium.
洗浄装置として、４つの洗浄領域３３を有する図３の洗浄装置３１を用いた。
図３の洗浄装置３１を２回使用して、２段階の洗浄を行った。まず、第１段階の洗浄として、洗浄用薬品として硫酸を使用し、硫酸濃度０．００５モル／Ｌの４０℃に加温した洗浄水を用いた。各洗浄領域における滞留時間を約２０分間として、コンベヤ３７を一定速度で移動させて、合計約８０分間の洗浄を行った。
次に、第２段階の洗浄として、洗浄用薬品を添加していない室温の蒸留水を用いて、各洗浄領域における滞留時間を約１０分間として、コンベヤ３７を一定速度で移動させて、合計約４０分間の洗浄を行った。As the cleaning device, the
The
Next, as the second stage cleaning, the
第１段階の洗浄の洗浄水の水量は、各洗浄領域内において、当該洗浄領域内に存在するバイオマス細片の質量の約１５倍とした。また、第２段階の洗浄のすすぎの洗浄水の水量は、当該洗浄領域内に存在するバイオマス細片の質量の約７．５倍とした。
洗浄水受容容器４６Ｄに貯められた洗浄水は、中和した後に廃棄した。
２段階の洗浄後のバイオマス細片Ｂを乾燥させて、アルカリ金属の含有量の分析を行った。その結果、洗浄後のバイオマス細片Ｂは、カリウム含有量７００ｐｐｍ、ナトリウム含有量２０ｐｐｍ、合計のアルカリ金属の含有量７２０ｐｐｍであった。The amount of washing water for the first stage washing was set to be about 15 times the mass of the biomass fragments existing in the washing area in each washing area. Further, the amount of washing water for rinsing in the second stage washing was set to about 7.5 times the mass of the biomass fragments existing in the washing area.
The wash water stored in the wash
The biomass fragment B after the two-step washing was dried, and the content of the alkali metal was analyzed. As a result, the washed biomass fragment B had a potassium content of 700 ppm, a sodium content of 20 ppm, and a total alkali metal content of 720 ppm.
（比較例２）
洗浄装置として、１Ｌの三角フラスコを使用し、５００ｍｌの硫酸濃度０．００５モル／Ｌの硫酸水溶液と５ｇのバイオマス細片Ｂを投入し、４０℃に加温しつつ、２時間静置した。その後、バイオマス細片Ｂを水洗いして、乾燥させて、アルカリ金属の含有量の分析を行った。その結果、洗浄後のバイオマス細片Ｂは、カリウム含有量８００ｐｐｍ、ナトリウム含有量３０ｐｐｍ、合計のアルカリ金属の含有量８３０ｐｐｍであった。(Comparative Example 2)
As a washing device, a 1 L Erlenmeyer flask was used, 500 ml of a sulfuric acid aqueous solution having a sulfuric acid concentration of 0.005 mol / L and 5 g of a biomass fragment B were added, and the mixture was allowed to stand for 2 hours while being heated to 40 ° C. Then, the biomass fragment B was washed with water and dried, and the content of the alkali metal was analyzed. As a result, the washed biomass fragment B had a potassium content of 800 ppm, a sodium content of 30 ppm, and a total alkali metal content of 830 ppm.
以上の結果から、実施例１は、比較例１よりも生産性に優れ、洗浄効果も良好であることが分かった。同様に、実施例２は、比較例２よりも生産性に優れ、洗浄効果も良好であることが分かった。 From the above results, it was found that Example 1 was more productive than Comparative Example 1 and had a better cleaning effect. Similarly, it was found that Example 2 was more productive than Comparative Example 2 and had a better cleaning effect.
１、３１ 洗浄装置
２、３２ 洗浄スペース
３、３３ 洗浄領域
４、３４ 仕切り板
５、３７ コンベヤ
６、３８ 洗浄容器
７、３９ バイオマス細片収納容器
８、４０ 開閉弁
９、４１ 供給配管
１０、４２ バイオマス細片
１１、４３ 洗浄水タンク
１２、４４ 開閉弁
１３、４５ 配管
１４、３６ 洗浄水
１５、４６ 洗浄水受容容器
１６、５０ 配管
１７、５１ バイオマス細片の収納容器1, 31
Claims (7)
洗浄スペースは、複数の洗浄領域に区分されており、
前記バイオマス細片は、前記複数の洗浄領域を順に移動していき、
前記バイオマス細片は、各洗浄領域内において、一方から投入されて他方へ流れる洗浄水の水流または噴射流によって洗浄されることを特徴とする洗浄方法。A method for cleaning biomass fragments that reduces the content of alkali metals by continuously cleaning the biomass fragments in multiple stages.
The cleaning space is divided into multiple cleaning areas.
The biomass strip moves through the plurality of cleaning areas in order,
A cleaning method, wherein the biomass debris is cleaned by a water stream or a jet stream of cleaning water that is charged from one side and flows to the other in each cleaning area.
複数の洗浄領域に区分された洗浄手段と、
前記バイオマス細片を移動させる移動手段と、
洗浄水を流す配管と洗浄水タンクを有し、
前記バイオマス細片は、前記複数の洗浄領域を順に移動していき、
前記バイオマス細片は、各洗浄領域内において、一方から投入されて他方へ流れる前記洗浄水の水流または噴射流によって洗浄されることを特徴とする洗浄装置。A biomass fragment cleaning device that continuously cleans biomass fragments in multiple stages to reduce the content of alkali metals.
Cleaning means divided into multiple cleaning areas and
A means of moving the biomass strips and
It has a pipe for flowing wash water and a wash water tank.
The biomass strip moves through the plurality of cleaning areas in order,
A cleaning apparatus, wherein the biomass fragments are cleaned by a water stream or a jet stream of the cleaning water that is charged from one side and flows to the other in each cleaning area.
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2020
- 2020-04-24 JP JP2020093758A patent/JP2021172803A/en active Pending
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