JP6500305B2 - 炭化物の製造方法及び炭化物の製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、木質バイオマスを熱分解することにより炭化物を製造する炭化物の製造方法及び炭化物の製造装置に関する。
木質バイオマスのエネルギーをより効率的に利用することを目的として、木質バイオマスの炭化処理を行うことによって発熱量の向上を図る試みがなされている。木質バイオマスの炭化処理としては、例えば、外熱式熱分解ガス化炉等の熱分解炉を用いて、木質バイオマスを低酸素雰囲気下で３００℃〜７００℃の高温で間接加熱することで、発熱量を向上させた炭化物を製造する方法が知られている。
炭化物の製造方法としては、木質バイオマスを５００℃〜７００℃の高温で間接加熱する高温炭化と、木質バイオマスを３００℃程度で間接加熱する半炭化（トレファクション）とが知られている。高温炭化では所定温度で十分な処理時間を確保することで高いガス化率と自己発熱性を抑制した炭化物の製造が可能となる。半炭化では、非常に幅の狭い温度域に制御することで、粉砕性と熱量残留率を両立した炭化物の製造が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
ところで、例えば、石炭火力発電所において炭化物を石炭と混合して燃焼、発電を行う混焼発電を実施する場合、石炭に対する炭化物の混合率を上げるためには、ローラーミル等の粉砕機による粉砕性が重要となる。即ち、粉砕性の劣る炭化物を石炭と混合して粉砕を行うと、ローラーミルの粉砕動力が許容値を超えてしまう。
よって、混焼発電に適した炭化物の製造においては、炭化物の粉砕性を考慮する必要がある。また、炭化物の原料となる木質バイオマスの含水率の変動によっても、炭化物の粉砕性が変動するため、より安定した品質の確保が望まれている。
よって、混焼発電に適した炭化物の製造においては、炭化物の粉砕性を考慮する必要がある。また、炭化物の原料となる木質バイオマスの含水率の変動によっても、炭化物の粉砕性が変動するため、より安定した品質の確保が望まれている。
本発明は、木質バイオマスを熱分解して炭化する炭化物の製造方法及び炭化物の製造装置において、粉砕性の良好な炭化物を製造することを目的とする。
本発明の第一の態様によれば、炭化物の製造方法は、木質バイオマスを熱分解することにより炭化する熱分解工程と、炭化された前記木質バイオマスである炭化物のＬＨＶを算出するＬＨＶ算出工程と、算出された前記ＬＨＶに基づいて前記熱分解工程において前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、を有し、前記ＬＨＶ算出工程において、前記炭化物のかさ密度の測定値に基づいて前記ＬＨＶを算出することを特徴とする。
このような構成によれば、炭化物のＬＨＶに基づいて木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御することによって、粉砕性の良好な炭化物を製造することができる。即ち、炭化物のＬＨＶと炭化物の粉砕性との相関関係を利用して、炭化物のＬＨＶが適切な値となるように木質バイオマスへ供給される熱量を調節することによって、安定した品質の炭化物の製造が可能となる。
また、炭化物のかさ密度と炭化物のＬＨＶとの相関関係を用いて、炭化物のＬＨＶを算出することによって、速やかに炭化物のＬＨＶを把握することができる。炭化物のＬＨＶと炭化物のかさ密度との間には高い相関関係があるため、炭化物を分析する等の方法と比較して炭化物のＬＨＶを即座に算出することができる。
また、炭化物のかさ密度と炭化物のＬＨＶとの相関関係を用いて、炭化物のＬＨＶを算出することによって、速やかに炭化物のＬＨＶを把握することができる。炭化物のＬＨＶと炭化物のかさ密度との間には高い相関関係があるため、炭化物を分析する等の方法と比較して炭化物のＬＨＶを即座に算出することができる。
前記熱分解工程において、熱分解される前記木質バイオマスの含水率に基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を補正してもよい。
このような構成によれば、木質バイオマスの含水率が適切な数値を外れた場合において、木質バイオマスの含水率を適切な数値に近づけることができる。
本発明の第二の態様によれば、炭化物の製造装置は、入口から投入された木質バイオマスを出口まで移動させて熱分解することにより炭化する熱分解炉と、前記熱分解炉内の前記木質バイオマスに供給される熱量を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、炭化された前記木質バイオマスである炭化物のＬＨＶを算出するＬＨＶ算出部と、算出された前記ＬＨＶに基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御部と、前記熱分解炉から排出される前記炭化物のかさ密度を測定するかさ密度測定装置をと備え、前記ＬＨＶ算出部は、前記かさ密度測定装置によって測定された前記炭化物のかさ密度に基づいて前記ＬＨＶを算出してよい。
上記炭化物の製造装置において、前記熱分解炉に投入される前記木質バイオマスの含水率を測定する含水率測定装置を備え、前記制御装置は、前記木質バイオマスの含水率に基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を補正してよい。
上記炭化物の製造装置において、前記熱分解炉は、外筒と、前記外筒に対して相対回転する内筒と、前記外筒と前記内筒との間に加熱ガスを供給する加熱器と、前記内筒を回転させる駆動装置と、前記加熱器から供給される加熱ガスの流量を調節する加熱ガス量調節装置と、を備え、前記制御装置は、前記駆動装置を用いて前記内筒の回転速度を制御する回転速度調節部と、前記加熱ガス量調節装置を用いて前記加熱ガスの流量を制御する加熱ガス量調節部と、を備え、前記供給熱量制御部は、前記回転速度調節部と前記加熱ガス量調節部とのうち少なくとも一方を制御することにより前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御してよい。
本発明によれば、粉砕性の良好な炭化物を製造することができる。
以下、本発明の実施形態の炭化物の製造装置について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態の炭化物の製造装置の一例を示す概略構成図である。
図１に示すように、本実施形態の炭化物の製造装置は、原料である木質バイオマスＢを搬送するスクリューコンベア２と、スクリューコンベア２から投入される木質バイオマスＢを熱分解することにより炭化する外熱式熱分解ガス化炉３と、外熱式熱分解ガス化炉３から排出される炭化物Ｃを排出するシュート４と、シュート４から排出された炭化物Ｃのかさ密度を測定するかさ密度測定装置５と、外熱式熱分解ガス化炉３を制御する制御装置６と、を主な構成要素として備えている。
図１に示すように、本実施形態の炭化物の製造装置は、原料である木質バイオマスＢを搬送するスクリューコンベア２と、スクリューコンベア２から投入される木質バイオマスＢを熱分解することにより炭化する外熱式熱分解ガス化炉３と、外熱式熱分解ガス化炉３から排出される炭化物Ｃを排出するシュート４と、シュート４から排出された炭化物Ｃのかさ密度を測定するかさ密度測定装置５と、外熱式熱分解ガス化炉３を制御する制御装置６と、を主な構成要素として備えている。
木質バイオマスＢは、木材からなるバイオマス（生物資源）であり、樹木の伐採や造材のときに発生した枝、葉などの林地残材、製材工場などから発生する樹皮や鋸屑等から生成される木質ペレット、木質チップである。
外熱式熱分解ガス化炉３は、木質バイオマスＢを間接的に加熱させて熱分解やガス化反応を起こす間接加熱式の熱分解炉である。
外熱式熱分解ガス化炉３は、外筒８（マッフル）と、外筒８に対して相対回転するとともに木質バイオマスＢが投入される内筒９（キルンシェル）と、を有している外熱式ロータリーキルン型である。
本実施形態の炭化物の製造装置では、外熱式熱分解ガス化炉３として、外熱式ロータリーキルン型を用いているが、木質バイオマスＢを間接的に加熱する形式のものであればこれに限ることはない。例えば、外熱式熱分解ガス化炉３として、外熱式スクリューコンベアなどを用いてもよい。
外熱式熱分解ガス化炉３は、外筒８（マッフル）と、外筒８に対して相対回転するとともに木質バイオマスＢが投入される内筒９（キルンシェル）と、を有している外熱式ロータリーキルン型である。
本実施形態の炭化物の製造装置では、外熱式熱分解ガス化炉３として、外熱式ロータリーキルン型を用いているが、木質バイオマスＢを間接的に加熱する形式のものであればこれに限ることはない。例えば、外熱式熱分解ガス化炉３として、外熱式スクリューコンベアなどを用いてもよい。
内筒９の上流側は、軸方向に移動可能な可動側支持部１０によって軸線回りに回転可能に支持されている。内筒９の下流側は、固定側支持部１３によって軸線回りに回転可能に支持されている。
内筒９の入口部を構成する可動側支持部１０には、木質バイオマスＢを投入するためのスクリューコンベア２が設けられている。内筒９の出口部を構成する固定側支持部１３には、炭化物Ｃを排出するシュート４が設けられている。
可動支側持部は、内筒９を回転可能に支持する環状フレーム１１を有している。環状フレーム１１の両側部は、設置面１８から揺動自在に立ち上げられた支持部材１２の上端部に回転可能に支持されている。
内筒９の入口部を構成する可動側支持部１０には、木質バイオマスＢを投入するためのスクリューコンベア２が設けられている。内筒９の出口部を構成する固定側支持部１３には、炭化物Ｃを排出するシュート４が設けられている。
可動支側持部は、内筒９を回転可能に支持する環状フレーム１１を有している。環状フレーム１１の両側部は、設置面１８から揺動自在に立ち上げられた支持部材１２の上端部に回転可能に支持されている。
内筒９の内壁部には、周方向に対して傾斜して配列された複数のフィン（又はスパイラル、図示せず）が設けられ、内筒９が駆動装置１４により所定の回転速度（例えば１〜５ｒｐｍ）で駆動回転されることにより、入口側（上流側）から投入された木質バイオマスＢを加熱しながら出口側（下流側）に移送可能である。なお、フィンを設ける代わりに、内筒９が水平に対して僅かに傾斜した軸線回りに回転可能に支持され、その傾斜と内筒９の回転によって木質バイオマスＢが出口側に移送される場合もある。
駆動装置１４は、内筒９に設けられた歯車１５と、駆動モータ１６と、駆動モータ１６の回転軸に取り付けられ、歯車１５に嵌合したピニオン歯車１７と、を有している。駆動装置１４は、駆動モータ１６の駆動を歯車１５に伝達させて歯車１５を回転させることにより、内筒９を軸線回りに回転させる。
外筒８は、内筒９の回転および軸線方向の移動を許容し、かつ、内筒９との間でシールを確保した状態で、図示しない支持部材を介して設置部位に固定されている。
内筒９の可動側支持部１０および固定側支持部１３は、それぞれの回転部分と非回転部分との間にエアシールを形成している。可動側支持部１０とスクリューコンベア２との接続部分には、可動側支持部１０の軸方向の変位を吸収するエキスパンション２７が設けられている。
内筒９の可動側支持部１０および固定側支持部１３は、それぞれの回転部分と非回転部分との間にエアシールを形成している。可動側支持部１０とスクリューコンベア２との接続部分には、可動側支持部１０の軸方向の変位を吸収するエキスパンション２７が設けられている。
外筒８の一端には、加熱ガスを供給する加熱器として機能する加熱ガス燃焼炉１９から送給される加熱ガス供給管２０が接続されている。外筒８の他端には、加熱ガス送出管２１が接続されている。加熱ガス送出管２１には、加熱ガス量調節装置７として機能する加熱ガス量調節ダンパ２２および誘引ファン２３が設けられている。
外筒８の上部には、軸線方向に離間して複数の点検窓２４が設けられている。それぞれの点検窓２４には、軸線回りに回転する内筒９の外周面に対向してキルンシェル温度（内筒９の鉄皮温度）を計測する非接触式温度計２５が設けられている。非接触式温度計２５としては放射温度計を用いることができる。
制御装置６と非接触式温度計２５とは通信可能に接続されており、非接触式温度計２５によって測定されたキルンシェル温度が制御装置６に入力されるように構成されている。
制御装置６と非接触式温度計２５とは通信可能に接続されており、非接触式温度計２５によって測定されたキルンシェル温度が制御装置６に入力されるように構成されている。
キルンシェル温度は、内筒９内の木質バイオマスＢに直接的に接する部分の温度であるため、木質バイオマスＢの熱分解温度との相関が高く、加熱状況を良好に反映している。このため、キルンシェル温度に基づいて温度制御を行うことによって、加熱温度の安定的な制御が可能となる。特に、キルンシェル温度は、木質バイオマスＢの含水率によって変動する。木質バイオマスＢの含水率が上昇すると、水分の蒸発が増えるため、キルンシェル温度は低下する。本実施形態の制御装置６は、木質バイオマスＢの含水率の測定に、キルンシェル温度を用いている。即ち、非接触式温度計２５は含水率測定装置として機能する。
木質バイオマスＢの含水率の測定方法は上記した方法に限ることはない。例えば、電気抵抗式のセンサや、マイクロ派式のセンサを用いて直接的に測定してもよい。
木質バイオマスＢの含水率の測定方法は上記した方法に限ることはない。例えば、電気抵抗式のセンサや、マイクロ派式のセンサを用いて直接的に測定してもよい。
かさ密度測定装置５は、シュート４から排出された炭化物Ｃが導入されるダクト２８と、ダクト２８を介して炭化物Ｃが貯留される二つの貯留槽２６と、を有している。ダクト２８は、下流側にて二つに分かれている。即ち、ダクト２８は、上流側に設けられている上流側ダクト２９と、分岐部３０と、分岐部３０よりも下流側に設けられている一対の下流側ダクト３１と、を有している。分岐部３０には、切換ダンパ３２が設けられている。
シュート４から上流側ダクト２９に導入された炭化物Ｃは、切換ダンパ３２によって、下流側ダクト３１のいずれかに導入される。一対の下流側ダクト３１は、それぞれ第一貯留槽２６ａと第二貯留槽２６ｂとに炭化物Ｃを導入するように配置されている。切換ダンパ３２は制御装置６によって制御される。
それぞれの貯留槽２６には、レベル計３４と重量計３５が設けられている。レベル計３４は、貯留槽２６に所定の体積の炭化物Ｃが貯留されたことを検知可能なセンサである。レベル計３４は、貯留槽２６に所定の体積の炭化物Ｃが貯留された際に、制御装置６に信号を送信することができる。レベル計３４としては、例えば、赤外線を用いたセンサや、接触式のスイッチを用いたセンサを採用することができる。
重量計３５は、貯留槽２６に貯留された炭化物Ｃの重量を測定することができる装置である。重量計３５は、測定された重量を制御装置６に送信することができる。
制御装置６は、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御する装置である。
制御装置６は、炭化物ＣのＬＨＶ（低位発熱量、真発熱量）を算出するＬＨＶ算出部３７と、算出されたＬＨＶに基づいて木質バイオマスＢに単位時間当たりに供給される熱量を制御する供給熱量制御部３８と、を備えている。
また、制御装置６は、駆動装置１４を用いて内筒９の回転速度を制御する回転速度調節部３９と、加熱ガス量調節装置７を用いて加熱ガスの流量を制御する加熱ガス量調節部４０と、を備えている。回転速度調節部３９と加熱ガス量調節部４０とは供給熱量制御部３８によって制御される。
制御装置６は、炭化物ＣのＬＨＶ（低位発熱量、真発熱量）を算出するＬＨＶ算出部３７と、算出されたＬＨＶに基づいて木質バイオマスＢに単位時間当たりに供給される熱量を制御する供給熱量制御部３８と、を備えている。
また、制御装置６は、駆動装置１４を用いて内筒９の回転速度を制御する回転速度調節部３９と、加熱ガス量調節装置７を用いて加熱ガスの流量を制御する加熱ガス量調節部４０と、を備えている。回転速度調節部３９と加熱ガス量調節部４０とは供給熱量制御部３８によって制御される。
ここで、発明者らは、図２に示すように、炭化物のＬＨＶとローラーミル等の粉砕機の粉砕動力との間に相関関係が存在することを見出した。図２は、炭化物のＬＨＶと粉砕機の粉砕動力との間の相関関係を示すグラフである。図２において、横軸は炭化物のＬＨＶ［ＭＪ／ｋｇ］であり、縦軸は粉砕機の粉砕動力［ｋＷｈ／ｔ］である。
発明者らの研究によって得られたグラフ（図２）によれば、炭化物のＬＨＶが大きい程、粉砕機の粉砕動力が小さくなり（炭化物の粉砕性が向上）、炭化物のＬＨＶが小さい程、粉砕機の粉砕動力が大きくなる。
粉砕機の粉砕動力には、許容値Ｌが存在するため、炭化物のＬＨＶは、グラフより、Ｘ以上とする必要があることがわかった。
粉砕機の粉砕動力が小さいということは即ち、炭化物の粉砕性が良いということであり、炭化物が炭に近い性状となっていることを示している。また、粉砕機の粉砕動力が大きいということは即ち、炭化物の粉砕性が悪いということであり、炭化物が木に近い性状となっていることを示している。
発明者らの研究によって得られたグラフ（図２）によれば、炭化物のＬＨＶが大きい程、粉砕機の粉砕動力が小さくなり（炭化物の粉砕性が向上）、炭化物のＬＨＶが小さい程、粉砕機の粉砕動力が大きくなる。
粉砕機の粉砕動力には、許容値Ｌが存在するため、炭化物のＬＨＶは、グラフより、Ｘ以上とする必要があることがわかった。
粉砕機の粉砕動力が小さいということは即ち、炭化物の粉砕性が良いということであり、炭化物が炭に近い性状となっていることを示している。また、粉砕機の粉砕動力が大きいということは即ち、炭化物の粉砕性が悪いということであり、炭化物が木に近い性状となっていることを示している。
炭化物のＬＨＶは、木質バイオマスに単位時間当たりに供給される熱量を増加させることにより上昇させることができ、木質バイオマスに単位時間当たりに供給される熱量を減少させることにより低下させることができる。
即ち、炭化物の粉砕性を向上させる（炭化物のＬＨＶを上昇させる）ためには、木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を増加させる必要がある。
ただし、炭化物のＬＨＶは高ければよいというわけではない。炭化物のＬＨＶを高くするために、木質バイオマスに供給される熱量を増加しすぎると、熱分解によって生成される熱分解ガスが過剰となり、収率が悪化する。よって、炭化物のＬＨＶは、図２においてＸで示される値以上であって、Ｘに近い値とすることが好ましい。
即ち、炭化物の粉砕性を向上させる（炭化物のＬＨＶを上昇させる）ためには、木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を増加させる必要がある。
ただし、炭化物のＬＨＶは高ければよいというわけではない。炭化物のＬＨＶを高くするために、木質バイオマスに供給される熱量を増加しすぎると、熱分解によって生成される熱分解ガスが過剰となり、収率が悪化する。よって、炭化物のＬＨＶは、図２においてＸで示される値以上であって、Ｘに近い値とすることが好ましい。
また、発明者らは、図３に示すように、炭化物のＬＨＶと炭化物のかさ密度との間に相関関係が存在することを見出した。図３は、炭化物のＬＨＶと炭化物のかさ密度との間の相関関係を示すグラフである。図３において、横軸は炭化物のＬＨＶ［ＭＪ／ｋｇ］であり、縦軸は炭化物のかさ密度［ｇ／ｃｍ３］である。
発明者らの研究によって得られたグラフ（図３）によれば、炭化物は、かさ密度が小さい程ＬＨＶが高く、かさ密度が大きい程ＬＨＶが低くなる。
発明者らの研究によって得られたグラフ（図３）によれば、炭化物は、かさ密度が小さい程ＬＨＶが高く、かさ密度が大きい程ＬＨＶが低くなる。
本実施形態の制御装置６は、図３に示す炭化物のかさ密度とＬＨＶとの相関関係が記憶されたテーブルＴ（図１参照）を参照することができる。即ち、制御装置６は、炭化物のかさ密度に基づいて炭化物のＬＨＶを算出することができる。
次に、本実施形態の炭化物の製造装置を用いた炭化物の製造方法について説明する。
本実施形態の炭化物の製造方法は、木質バイオマスＢを熱分解することにより炭化させる熱分解工程と、炭化された木質バイオマスＢである炭化物ＣのＬＨＶを算出するＬＨＶ算出工程と、算出されたＬＨＶに基づいて熱分解工程において木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、を有する。
本実施形態の炭化物の製造方法は、木質バイオマスＢを熱分解することにより炭化させる熱分解工程と、炭化された木質バイオマスＢである炭化物ＣのＬＨＶを算出するＬＨＶ算出工程と、算出されたＬＨＶに基づいて熱分解工程において木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、を有する。
外熱式熱分解ガス化炉３の上流側には図示しない乾燥機が配設されており、この乾燥機で乾燥され所定の水分量に調節された木質バイオマスＢは、スクリューコンベア２によって外熱式熱分解ガス化炉３の内筒９に導入される。
外熱式熱分解ガス化炉３の外筒８の内部には、誘引ファン２３の誘引作用によって加熱ガス燃焼炉１９から加熱ガスが供給されており、この加熱ガスによって外筒８内に位置する内筒９が外周面から加熱される。
外熱式熱分解ガス化炉３の外筒８の内部には、誘引ファン２３の誘引作用によって加熱ガス燃焼炉１９から加熱ガスが供給されており、この加熱ガスによって外筒８内に位置する内筒９が外周面から加熱される。
熱分解工程においては、内筒９の内部に導入された木質バイオマスＢは、酸素を遮断した状況下で３００℃〜７００℃の高温で間接加熱されて炭化される。
具体的には、木質バイオマスＢは、内筒９の回転に伴い出口側に向けて移送されながら加熱される。これにより、まず、木質バイオマスＢに残留する水分が蒸発する。水分蒸発の完了に伴い有機成分の熱分解が進行する。熱分解の進行により、木質バイオマスＢは熱分解ガスＧを発生しながら炭化される。生成された所定の炭化度の炭化物Ｃ（固体燃料）としてシュート４から排出される。
具体的には、木質バイオマスＢは、内筒９の回転に伴い出口側に向けて移送されながら加熱される。これにより、まず、木質バイオマスＢに残留する水分が蒸発する。水分蒸発の完了に伴い有機成分の熱分解が進行する。熱分解の進行により、木質バイオマスＢは熱分解ガスＧを発生しながら炭化される。生成された所定の炭化度の炭化物Ｃ（固体燃料）としてシュート４から排出される。
一方、熱分解によって発生した熱分解ガスＧは、シュート４から加熱ガス燃焼炉１９に導入され、補助燃料や加熱ガス送出管２１にて熱交換された燃焼用空気と共に燃焼され、その燃焼ガスの一部は加熱ガス燃焼炉１９に環流され、加熱ガス燃焼炉１９にて補助燃料と共に燃焼され、外熱式熱分解ガス化炉３の加熱に利用される。
熱分解工程において、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量は、加熱ガス量調節部４０及び回転速度調節部３９によって調節される。具体的には、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量は、加熱ガス量調節装置７の加熱ガス量調節ダンパ２２の開度調節で行い、誘引ファン２３の回転数調節によって加熱ガス量調節ダンパ２２の開度が所定の範囲内に維持されるようにバックアップ制御を行なうことで調節される。
また、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量は、回転速度調節部３９が駆動装置１４を制御して内筒９の回転数（回転速度）を変化させることによって、調節される。例えば、内筒９の回転数を低下させることで、木質バイオマスＢにより多くの熱量を供給することができる。
また、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量は、回転速度調節部３９が駆動装置１４を制御して内筒９の回転数（回転速度）を変化させることによって、調節される。例えば、内筒９の回転数を低下させることで、木質バイオマスＢにより多くの熱量を供給することができる。
上述したように、本実施形態の炭化物の製造方法においては、炭化物ＣのＬＨＶに基づいて木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御する。
ＬＨＶ算出工程は、製造された炭化物ＣのＬＨＶを算出する工程である。
ＬＨＶ算出工程においては、まず、シュート４を介して排出された炭化物Ｃが一方の貯留槽２６（ここでは第一貯留槽２６ａ）に導入される。第一貯留槽２６ａに貯留された炭化物Ｃが、所定の体積に達すると、レベル計３４が制御装置６に信号を送る。
ＬＨＶ算出工程は、製造された炭化物ＣのＬＨＶを算出する工程である。
ＬＨＶ算出工程においては、まず、シュート４を介して排出された炭化物Ｃが一方の貯留槽２６（ここでは第一貯留槽２６ａ）に導入される。第一貯留槽２６ａに貯留された炭化物Ｃが、所定の体積に達すると、レベル計３４が制御装置６に信号を送る。
制御装置６は、レベル計３４からの信号を受信すると、重量計３５から、その時点での炭化物Ｃの重量を取得する。制御装置６は、炭化物Ｃの重量を体積で除することにより、炭化物Ｃのかさ密度を算出する。即ち、炭化物Ｃの体積をＶ、体積Ｖにおける炭化物Ｃの重量をＭとすると、炭化物Ｃのかさ密度Ｄは、Ｄ＝Ｍ／Ｖによって算出することができる。また、炭化物Ｃのかさ密度は、ＪＩＳ Ｋ ２１５１の６「かさ密度試験方法」によって測定することもできる。
第一貯留槽２６ａに貯留された炭化物Ｃのかさ密度の算出が終了すると、第一貯留槽２６ａ内の炭化物Ｃは、所定の方法で排出される。
第一貯留槽２６ａに貯留された炭化物Ｃのかさ密度の算出が終了すると、第一貯留槽２６ａ内の炭化物Ｃは、所定の方法で排出される。
制御装置６は、第一貯留槽２６ａ内の炭化物Ｃのかさ密度の算出の終了と同時に、炭化物Ｃが他方の貯留槽２６（第二貯留槽２６ｂ）に導入されるように、切換ダンパ３２を操作する。これにより、炭化物Ｃは第二貯留槽２６ｂに貯留される。以下、第一貯留槽２６ａにおける炭化物ＣのＬＨＶ算出と同様の方法で、炭化物ＣのＬＨＶが算出される。
第一貯留槽２６ａと第二貯留槽２６ｂとを交互に使用することによって、連続的に炭化物Ｃのかさ密度を算出することができる。
第一貯留槽２６ａと第二貯留槽２６ｂとを交互に使用することによって、連続的に炭化物Ｃのかさ密度を算出することができる。
ＬＨＶ算出部３７は、炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との相関関係が記憶されているテーブルＴ（図３のグラフに示す相関関係）を用いて貯留槽２６に貯留されている炭化物ＣのＬＨＶを算出する。
供給熱量制御部３８は、ＬＨＶ算出部３７によって算出された炭化物ＣのＬＨＶに基づいて、加熱ガス量調節部４０と回転速度調節部３９の少なくとも一方を制御する。
供給熱量制御部３８は、炭化物ＣのＬＨＶがＸ（図２参照）より大きい場合、即ち、炭化物Ｃの粉砕性が良い場合、炭化物ＣのＬＨＶを小さくするように指令を発する。例えば、加熱ガス量調節部４０を制御して加熱ガスを減少させる。加熱ガスの減少によって十分に炭化物ＣのＬＨＶが小さくならない場合、回転速度調節部３９を制御して内筒９の回転速度を上げて、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を小さくする。
供給熱量制御部３８は、炭化物ＣのＬＨＶがＸ（図２参照）より大きい場合、即ち、炭化物Ｃの粉砕性が良い場合、炭化物ＣのＬＨＶを小さくするように指令を発する。例えば、加熱ガス量調節部４０を制御して加熱ガスを減少させる。加熱ガスの減少によって十分に炭化物ＣのＬＨＶが小さくならない場合、回転速度調節部３９を制御して内筒９の回転速度を上げて、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を小さくする。
供給熱量制御部３８は、炭化物ＣのＬＨＶがＸより小さい場合、即ち、炭化物Ｃの粉砕性が悪い場合、炭化物ＣのＬＨＶを大きくするように指令を発する。例えば、加熱ガス量調節部４０を制御して加熱ガスを増加させる。加熱ガスの増加によって十分に炭化物ＣのＬＨＶが大きくならない場合、回転速度調節部３９を制御して内筒９の回転速度を下げて、木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を大きくする。
また、制御装置６は、含水率測定装置として機能する非接触式温度計２５によって測定される木質バイオマスＢの含水率に基づいて木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を補正する機能を有している。
即ち、木質バイオマスＢの含水率が短期間に変動した（例えば、５０％から５５％）場合、水分蒸発に有する熱量が大幅に増加するため、非接触式温度計２５の指示値が低下する。ＬＨＶ算出部３７に対して予め非接触式温度計２５の傾向（低下または上昇）を伝達することで、炭化物ＣのＬＨＶがＸより小さくなる前に、加熱ガス量調節部４０と回転速度調節部３９の少なくとも一方を制御する。
即ち、木質バイオマスＢの含水率が短期間に変動した（例えば、５０％から５５％）場合、水分蒸発に有する熱量が大幅に増加するため、非接触式温度計２５の指示値が低下する。ＬＨＶ算出部３７に対して予め非接触式温度計２５の傾向（低下または上昇）を伝達することで、炭化物ＣのＬＨＶがＸより小さくなる前に、加熱ガス量調節部４０と回転速度調節部３９の少なくとも一方を制御する。
上記実施形態によれば、炭化物ＣのＬＨＶに基づいて木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を制御することによって、粉砕性の良好な炭化物Ｃを製造することができる。即ち、炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃの粉砕性との相関関係を利用して、炭化物ＣのＬＨＶが適切な値となるように木質バイオマスＢへ供給される熱量を調節することによって、安定した品質の炭化物Ｃの製造が可能となる。
また、炭化物Ｃのかさ密度と炭化物ＣのＬＨＶとの相関関係を用いて、炭化物ＣのＬＨＶを算出することによって、速やかに炭化物ＣのＬＨＶを把握することができる。炭化物ＣのＬＨＶと炭化物Ｃのかさ密度との間には高い相関関係があるため、炭化物Ｃを分析する等の方法と比較して炭化物ＣのＬＨＶを即座に算出することができる。
また、熱分解される木質バイオマスＢの含水率に基づいて木質バイオマスＢに単位時間あたりに供給される熱量を補正することによって、木質バイオマスＢの含水率が適切な数値を外れた場合において、木質バイオマスＢの含水率を適切な数値に近づけることができる。
なお、上記実施形態においては、かさ密度測定装置５として、２つの貯留槽２６を用いたがこれに限ることはない。例えば、貯留された炭化物Ｃの排出を早くすることができれば、一つの貯留槽２６のみを用いてかさ密度を測定する構成としてもよい。また、貯留槽２６を３つ以上設置してもよい。
また、上記実施形態では、炭化物ＣのＬＨＶを炭化物Ｃのかさ密度を用いて推定、算出したが、これに限ることはない。例えば、熱量計を用いてＬＨＶを測定することができればそれを用いてもよい。
１ 炭化物製造装置
２ スクリューコンベア
３ 外熱式熱分解ガス化炉
４ シュート
５ かさ密度測定装置
６ 制御装置
７ 加熱ガス量調節装置
８ 外筒
９ 内筒
１０ 可動側支持部
１１ 環状フレーム
１２ 支持部材
１３ 固定側支持部
１４ 駆動装置
１５ 歯車
１６ 駆動モータ
１７ ピニオン歯車
１８ 設置面
１９ 加熱ガス燃焼炉
２０ 加熱ガス供給管
２１ 加熱ガス送出管
２２ 加熱ガス量調節ダンパ
２３ 誘引ファン
２４ 点検窓
２５ 非接触式温度計（含水率測定装置）
２６ 貯留槽
２６ａ 第一貯留槽
２６ｂ 第二貯留槽
２７ エキスパンション
２８ ダクト
２９ 上流側ダクト
３０ 分岐部
３１ 下流側ダクト
３２ 切換ダンパ
３４ レベル計
３５ 重量計
３７ ＬＨＶ算出部
３８ 供給熱量制御部
３９ 回転速度調節部
４０ 加熱ガス量調節部
Ｂ 木質バイオマス
Ｃ 炭化物
Ｇ 熱分解ガス
Ｔ テーブル
２ スクリューコンベア
３ 外熱式熱分解ガス化炉
４ シュート
５ かさ密度測定装置
６ 制御装置
７ 加熱ガス量調節装置
８ 外筒
９ 内筒
１０ 可動側支持部
１１ 環状フレーム
１２ 支持部材
１３ 固定側支持部
１４ 駆動装置
１５ 歯車
１６ 駆動モータ
１７ ピニオン歯車
１８ 設置面
１９ 加熱ガス燃焼炉
２０ 加熱ガス供給管
２１ 加熱ガス送出管
２２ 加熱ガス量調節ダンパ
２３ 誘引ファン
２４ 点検窓
２５ 非接触式温度計（含水率測定装置）
２６ 貯留槽
２６ａ 第一貯留槽
２６ｂ 第二貯留槽
２７ エキスパンション
２８ ダクト
２９ 上流側ダクト
３０ 分岐部
３１ 下流側ダクト
３２ 切換ダンパ
３４ レベル計
３５ 重量計
３７ ＬＨＶ算出部
３８ 供給熱量制御部
３９ 回転速度調節部
４０ 加熱ガス量調節部
Ｂ 木質バイオマス
Ｃ 炭化物
Ｇ 熱分解ガス
Ｔ テーブル
Claims (5)
- 木質バイオマスを熱分解することにより炭化する熱分解工程と、
炭化された前記木質バイオマスである炭化物のＬＨＶを算出するＬＨＶ算出工程と、
算出された前記ＬＨＶに基づいて前記熱分解工程において前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御工程と、
を有し、前記ＬＨＶ算出工程において、前記炭化物のかさ密度の測定値に基づいて前記ＬＨＶを算出する炭化物の製造方法。 - 前記熱分解工程において、熱分解される前記木質バイオマスの含水率に基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を補正する請求項１に記載の炭化物の製造方法。
- 入口から投入された木質バイオマスを出口まで移動させて熱分解することにより炭化する熱分解炉と、
前記熱分解炉内の前記木質バイオマスに供給される熱量を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、
炭化された前記木質バイオマスである炭化物のＬＨＶを算出するＬＨＶ算出部と、
算出された前記ＬＨＶに基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する供給熱量制御部と、
前記熱分解炉から排出される前記炭化物のかさ密度を測定するかさ密度測定装置を備え、
前記ＬＨＶ算出部は、前記かさ密度測定装置によって測定された前記炭化物のかさ密度に基づいて前記ＬＨＶを算出する炭化物の製造装置。 - 前記熱分解炉に投入される前記木質バイオマスの含水率を測定する含水率測定装置を備え、
前記制御装置は、前記木質バイオマスの含水率に基づいて前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を補正する請求項３に記載の炭化物の製造装置。 - 前記熱分解炉は、
外筒と、
前記外筒に対して相対回転する内筒と、
前記外筒と前記内筒との間に加熱ガスを供給する加熱器と、
前記内筒を回転させる駆動装置と、
前記加熱器から供給される加熱ガスの流量を調節する加熱ガス量調節装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記駆動装置を用いて前記内筒の回転速度を制御する回転速度調節部と、
前記加熱ガス量調節装置を用いて前記加熱ガスの流量を制御する加熱ガス量調節部と、を備え、
前記供給熱量制御部は、前記回転速度調節部と前記加熱ガス量調節部とのうち少なくとも一方を制御することにより前記木質バイオマスに単位時間あたりに供給される熱量を制御する請求項３又は４に記載の炭化物の製造装置。
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