WO2019069860A1 - バイオマス固体燃料の製造装置およびその製造方法 - Google Patents

バイオマス固体燃料の製造装置およびその製造方法 Download PDF

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友祐 平岩
茂也 林
信之 大井
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宇部興産株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for producing a biomass solid fuel.
  • Patent Document 1 Semi-carbonized by pressure-molding while heating pulverized biomass, bio-coke excellent in strength is obtained.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to realize a solid fuel in which self-heating is suppressed.
  • a carbonization furnace for carbonizing a biomass molded body to obtain a biomass solid fuel
  • a yield calculation unit for calculating the yield of the biomass solid fuel
  • / or a temperature measurement unit for measuring the temperature of the carbonization furnace
  • a control unit for controlling the heat source of the carbonizing furnace, the control unit being the heat source based on the correlation between the self-heating property of the biomass solid fuel and the yield and / or the temperature of the carbonizing furnace.
  • FIG. 1 is a process flow from biomass of raw material to biomass solid fuel (PBT described later) and optionally classified and cooled products.
  • the biomass of the raw material is crushed and subjected to a pulverizing process 110 and then formed into pellets in the forming process 120 (WP described later) and heated in a heating process 130.
  • a binder such as a binder is not added, and it is molded simply by compressing and pressing the biomass powder.
  • the biomass solid fuel (PBT described later) obtained through the heating step 130 becomes a product through the classification / cooling step 140 as necessary.
  • the unheated biomass molded body (White Pellet: hereinafter referred to as WP) immediately after passing through the molding step 120 has a low strength and is easily pulverized during handling since the biomass powder is simply pressure molded. In addition, it swells and collapses due to water absorption.
  • the biomass molded body is heated (low temperature carbonization) at 150 to 400 ° C. in the heating step 130 (rotary kiln 2) to maintain strength and water resistance while maintaining the shape as a molded body.
  • Biomass solid fuel (Pelletizing Before Torrefaction: hereinafter referred to as PBT) is produced.
  • molding process 120, and the heating process 130 can refer to the manufacturing process of the biomass solid fuel described in the international application number PCT / JP2015 / 78552.
  • FIG. 2 is an aspect of a system configuration diagram in the heating step 130.
  • the apparatus for producing biomass solid fuel according to the present invention includes a hopper 1, a rotary kiln 2 as a carbonizing furnace, and a control unit 3.
  • the WP stored in the hopper 1 is supplied to the rotary kiln 2 and heated to produce PBT (biomass solid fuel).
  • PBT biomass solid fuel
  • the PBT after production is transported using the conveyor 5.
  • the rotary kiln 2 is an external heating type, and heat gas from the external heat source 6 is supplied from the inlet 21 provided on the outer peripheral side of the kiln body 20 and discharged indirectly from the outlet 22. Do the heating.
  • the control unit 3 controls the external heat source 6 to appropriately change the temperature (heat gas inlet temperature Tgin) at the heat gas inlet 21, and controls the temperature of the rotary kiln 2.
  • the rotary kiln 2 shown in FIG. 2 is a countercurrent system in which the flows of the object to be heated (PBT) and the heat gas are opposed to each other, but may be a cocurrent system.
  • the oxygen concentration in the rotary kiln 2 is set to 10% or less.
  • a supply amount measurement unit 31 for measuring the supply amount V1 of WP is provided on the upstream side of the rotary kiln 2, and a production amount measurement unit 32 for measuring the production amount V2 of PBT is provided on the downstream side.
  • the measured WP supply amount V1 and the PBT production amount V2 are output to the control unit 3, and the yield calculation unit 3a calculates the yield Y in the rotary kiln 2 (heating step 130).
  • the supply amount V1 of WP and the production amount V2 of PBT may be calculated from the bulk density of WP and PBT measured in advance and the volume fluctuation within a predetermined time, or the weight may be measured.
  • the supply amount measurement unit 31 and the production amount measurement unit 32 can be appropriately changed according to the respective methods.
  • a temperature measurement unit 41 is provided in the interior of the rotary kiln 2 in the kiln body 20 to measure the kiln internal temperature T1.
  • a temperature measurement unit 42 is provided at the outlet of the rotary kiln 2 to measure the kiln outlet temperature (temperature of PBT immediately after production) T2. Both T1 and T2 are output to the control unit 3.
  • the temperature of the rotary kiln 2 may be determined based on only one of the kiln internal temperature T1 and the kiln outlet temperature T2.
  • the temperature measuring unit 42 may not be provided in the manufacturing apparatus, and when only the kiln outlet temperature T2 is used, the temperature measuring unit 41 may not be provided in the manufacturing apparatus. Good.
  • the controller 3 controls the temperature of the hot gas at the inlet 21 (hot gas inlet temperature).
  • a well-known method is used about temperature control of hot gas.
  • the control of the heat gas inlet temperature Tgin is performed based on at least one selected from the above-mentioned yield Y, the temperature T1, and the temperature T2.
  • control based on yield Y is performed, in Embodiment 2 control based on temperature T1 and / or T2 is performed, and in Embodiment 3, control based on yield Y and temperature T1 and / or T2 is performed. Do.
  • the sample was filled in a 100 mm cubed stainless steel container, suspended inside a constant temperature bath, the temperature of the substance was continuously measured at a temperature of 140 ° C. for 24 hours, and the highest temperature was taken as the “maximum reached temperature”. Substances with an ignition or temperature rise of 200 ° C. or higher were regarded as self-heating substances.
  • the self-heating property of the biomass solid fuel can be controlled by adjusting the yield Y and / or the temperature of the rotary kiln 2 to be within a predetermined range as described in the following first to third embodiments.
  • FIGS. 3 to 7B and Table 1 described below show the maximum achieved temperature and yield Y of the sample when the above self-heating test is performed for PBT using various biomass as raw materials (also described as “solid yield Y”) Show the correlation with The yield Y is a value calculated by (dry weight after 100 ⁇ heating / dry weight before heating) (%).
  • FIG. 3 shows the relationship between the solid yield of PBT made from rubber wood and the maximum temperature reached. When it evaluates based on the said parameter
  • the lower limit value Ymin of the yield Y as a threshold value in advance and controlling the temperature of the heat gas to be the lower limit value Ymin or more, it is possible to obtain a PBT with reduced self-heating. Since the yield Y decreases as the temperature of the rotary kiln 2 (heating step 130) increases, it is determined that the temperature of the rotary kiln 2 is too high if the yield Y is lower than the lower limit. Therefore, the heat gas inlet temperature Tgin temperature is lowered.
  • the upper limit value Ymax of the yield Y is provided in advance, and when it exceeds Ymax, the temperature of the hot gas inlet temperature Tgin is raised.
  • Ymax may be determined based on water resistance when solid fuel is immersed in water (whether pellet shape can be maintained when immersed in water). It is preferable that the solid fuel which can not maintain the pellet shape after being immersed in water may be damaged by rainwater or the like when it is stored outdoors, causing a problem in handling, so that the pellet shape can be maintained even if it is immersed in water. As shown in Table 1 below, when the yield Y is too high (that is, the heating temperature at the time of PBT production is too low), when solid fuel is immersed in water, the connection or adhesion between biomass powders can not be maintained; Will collapse.
  • Ymax may be the maximum yield out of the range of yield (with water resistance) which does not collapse when immersed in biomass solid fuel in water.
  • the value of mechanical durability after immersion of the solid fuel in water may also be referred to to determine Ymax.
  • biomass solid fuel with improved water resistance can be obtained by raising the temperature of the hot gas inlet temperature Tgin.
  • Ymax is determined based on COD (chemical oxygen demand) of immersion water and / or HGI (grindability index) of PBT in addition to or instead of the above criteria based on water resistance of the solid fuel.
  • COD chemical oxygen demand
  • preparation of immersion water sample for COD measurement is carried out according to the inspection method of metals etc. contained in the environmental agency notification No. 13 (a) industrial waste of 1974, JIS K 0102 (2010) The COD value analyzed by -17. If the yield Y is too high (that is, the heating temperature at the time of PBT production is too low), COD becomes high, and when PBT is stored outdoors, problems such as the elution of organic matter such as tar becoming large due to rain water etc. It may occur.
  • Ymax may be the maximum yield among the yields such that the COD is preferably 1000 mg / L or less, for example, when the raw material biomass is a rubber tree.
  • Ymax is exceeded, biomass solid fuel with reduced COD can be obtained by raising the temperature of the hot gas inlet temperature Tgin.
  • COD may increase temporarily by heating when heating temperature is comparatively low like solid fuel which uses acacia in the below-mentioned Table 1 and radiata pine as a raw material. This is considered to be because the tar content in the raw material remains without volatilization since the heating temperature is relatively low, but the tar content is easily eluted due to the decomposition of cellulose and the like accompanying carbonization.
  • HGI grindability index
  • Ymax may be, for example, the maximum yield among the yields such that HGI is preferably 20 or more when the raw material biomass is a rubber tree.
  • the thermal gas inlet temperature Tgin so as to be in the range of Ymin ⁇ Y ⁇ Ymax, it is possible to obtain a PBT having desired properties.
  • Fig. 4 shows acacias
  • Fig. 5 shows dipterocarp trees
  • Fig. 6 shows radiata pines
  • Fig. 7A is a mixture of 50 wt% larch and 45 wt% spruce and 5 wt% birch
  • Fig. 7B 30 wt% spruce and 45 wt% pine and 25 wt% fir
  • FIG. 8 is a control flow in the first embodiment.
  • temperature control of the rotary kiln 2 is performed based on the yield Y of PBT as described above.
  • step S11 the yield Y is calculated.
  • step S12 it is determined whether the calculated yield Y falls below the lower limit value Ymin. If YES, the yield Y is low, and the temperature of the rotary kiln 2 is considered to be too high, and the heat gas inlet temperature Tgin is lowered in step S16. If it is NO, it will transfer to step S13.
  • step S13 it is determined whether the yield Y exceeds the upper limit Ymax. If YES, the yield Y is high, the temperature of the rotary kiln 2 is considered to be too low, and the thermal gas inlet temperature Tgin is raised in step S14. If NO, then Ymin ⁇ Y ⁇ Ymax, and the temperature of the rotary kiln 2 is considered to be appropriate, and the heat gas inlet temperature Tgin is maintained in step S15.
  • the flow of the first embodiment may be periodically and repeatedly performed as in the case of known automatic control, and may be repeated as needed.
  • Table 1 is a table showing the yield of PBT using various biomass as a raw material, the heating temperature in the heating step 130, the maximum temperature reached in the self-heating test, and the like.
  • the temperature of the rotary kiln 2 (heating temperature in the heating step 130) is correlated with the self-heating (and yield Y) of PBT, in Embodiment 2, the temperature of the rotary kiln 2 (in one aspect, the inside of the kiln Control is performed based on the temperature T1).
  • a kiln outlet temperature T2 may be used, or T1 and T2 may be combined. When combining T1 and T2, an average value of these may be used.
  • the highest temperature among the heating temperatures T1 at which the self-heating property is less than 200 ° C. is set in advance as Tmax.
  • Tmax 250 ° C.
  • Tmin may be, for example, the lowest temperature among the heating temperatures at which a PBT having water resistance can be obtained without disintegrating when the PBT is immersed in water, and further reference to the value of mechanical durability after immersion in water You may Alternatively, Tmin may be determined based on COD (chemical oxygen demand) of immersion water and / or HGI (grindability index) of PBT. Tmin may be, for example, the lowest temperature of the temperature T1 at which COD is preferably 1000 mg / L or less when the raw material biomass is a rubber tree. Alternatively, when the biomass of the raw material is a rubber tree, the temperature may be the lowest of the temperatures T1 at which HGI is preferably 20 or more.
  • the second embodiment will be described using the kiln internal temperature T1, the kiln outlet temperature T2 may be used instead, or T1 and T2 may be combined as appropriate.
  • FIG. 9 is a control flow in the second embodiment.
  • step S21 the internal temperature T1 of the kiln is measured.
  • step S22 it is determined whether T1 falls below the lower limit value Tmin. If YES, the temperature of the rotary kiln 2 is too low, so the heat gas inlet temperature Tgin is increased in step S26. If it is NO, it will transfer to step S23.
  • step S23 it is determined whether T1 exceeds the upper limit Tmax. If YES, the temperature of the rotary kiln 2 is too high, so the heat gas inlet temperature Tgin is lowered in step S24. If NO, then Tmin ⁇ T1 ⁇ Tmax, the temperature of the rotary kiln 2 is appropriate, and the heat gas inlet temperature Tgin is maintained in step S25.
  • the flow of the second embodiment may be periodically and repeatedly executed as well as known automatic control, and may be repeated as needed.
  • FIG. 10 is a control flow in the third embodiment. By using both the yield and the temperature of the rotary kiln 2, more accurate control is performed. Note that although FIG. 10 is described using the kiln internal temperature T1 as in the second embodiment, a kiln outlet temperature T2 may be used, or T1 and T2 may be combined as appropriate. When combining T1 and T2, an average value of these may be used. In Embodiment 3, upper limit value Ymax and lower limit value Ymin of yield Y can be determined in the same manner as in Embodiment 1, and temperature upper limit value Tmax and temperature lower limit value Tmin can be determined in the same manner as Embodiment 2. These are preset in the control unit of the biomass solid fuel production apparatus.
  • step S31 the yield Y is calculated.
  • step S32 it is determined whether the calculated yield Y is less than the lower limit value Ymin. If YES, the yield Y is low, and the temperature of the rotary kiln 2 is too high, so the heat gas inlet temperature Tgin is lowered in step S39. If it is NO, it will transfer to step S33.
  • step S33 it is determined whether the yield Y exceeds the upper limit Ymax. If YES, the yield Y is high, the temperature of the rotary kiln 2 is considered to be too low, and the thermal gas inlet temperature Tgin is raised in step S37. If it is NO, then Ymin ⁇ Y ⁇ Ymax, and the yield Y is in the appropriate range, but the control shifts to step S34 to perform control based on the internal temperature T1 of the kiln.
  • step S34 the internal temperature T1 of the kiln is measured.
  • step S35 it is determined whether T1 falls below the lower limit value Tmin. If YES, it is determined that the temperature of the rotary kiln 2 is too low, and the heat gas inlet temperature Tgin is raised in step S37. If it is NO, it will transfer to step S36.
  • step S36 it is determined whether T1 exceeds the upper limit value Tmax. If YES, it is determined that the temperature of the rotary kiln 2 is too high, and the heat gas inlet temperature Tgin is lowered in step S39. If NO, then Tmin ⁇ T1 ⁇ Tmax, the temperature of the rotary kiln 2 is considered to be appropriate, and the heat gas inlet temperature Tgin is maintained in step S38.
  • the heat gas inlet temperature Tgin can be controlled when the kiln internal temperature T1 is not in the appropriate range, and the control accuracy can be improved. It is possible.
  • the flow of the third embodiment may be periodically and repeatedly performed as in the case of known automatic control, and may be repeated as needed.
  • the apparatus for producing biomass solid fuel comprises a carbonization furnace (rotary kiln 2) for obtaining biomass solid fuel by carbonizing a biomass molded body, and a yield calculation unit 3a for calculating yield Y of biomass solid fuel and / or carbonization Temperature measurement units 41 and 42 for measuring the temperature (T1, T2) of the furnace, and a control unit 3 for controlling the heat source 6 of the carbonization furnace,
  • the control unit 3 controls the heat source based on the correlation between the self-heating of the biomass solid fuel and the yield Y and / or the temperature of the carbonization furnace T1 (which may be T2 or a combination of T1 and T2). It was decided to.
  • the control unit 3 is provided in advance with the lower limit value Ymin of the yield Y, and when the yield falls below the lower limit value Ymin, the temperature of the heat source (thermal gas inlet temperature Tgin) is lowered. Since there is a strong correlation between the yield and the self-heating property, the lower limit of the yield at which the self-heating property is less than the desired value is set in advance, and it is efficient to control the temperature of the heat source based on this lower limit. Production becomes possible.
  • the control unit 3 is previously provided with the upper temperature limit Tmax of the carbonization furnace, and when the temperature of the carbonization furnace exceeds the upper temperature limit Tmax, the temperature of the heat source is decreased. There is a strong correlation between the self-heating property and the temperature of the carbonizing furnace, so set the upper limit of the temperature of the carbonizing furnace where the self-heating property is less than the desired value in advance, and control the temperature of the heat source Efficient production.
  • the control unit 3 is previously provided with the upper limit Ymax of the yield Y, and when the yield Y exceeds the upper limit Ymax, the temperature of the heat source is increased. If the yield is higher than necessary, the properties of PBT will be reduced (strength, water resistance, drainage pollution, etc.), so the desired PBT can be obtained by setting the upper limit value Ymax.
  • the control unit 3 preliminarily includes the lower limit temperature Tmin of the carbonization furnace, and raises the temperature of the heat source when the temperature of the carbonization furnace is lower than the lower limit temperature Tmin. Even when the temperature of the carbonization furnace is low, the properties of PBT decrease (strength, water resistance, drainage pollution, etc.), so a desired PBT can be obtained by setting the temperature lower limit value Tmin.
  • the temperature measurement units 41 and 42 measure the temperature T1 inside the carbonizing furnace and the temperature T2 at the carbonizing furnace outlet, respectively. Controllability can be improved by using the in-furnace temperature (kiln internal temperature) T1 and / or the outlet temperature (kiln outlet temperature) T2.
  • the furnace temperature T1 is advantageous in accuracy
  • the outlet temperature T2 is advantageous in that the temperature of biomass solid fuel can be measured directly, and good control characteristics can be obtained by appropriately using or combining each. For example, control may be performed based on the average of T1 and T2.

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Abstract

自己発熱性が抑制されたバイオマス固体燃料を実現する。本発明のバイオマス固体燃料の製造装置は、バイオマス成型体を炭化してバイオマス固体燃料を得る炭化炉と、前記バイオマス固体燃料の収率を算出する収率算出部、および／または、前記炭化炉の温度を計測する温度計測部と、前記炭化炉の熱源を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記バイオマス固体燃料の自己発熱性と、前記収率および／または前記炭化炉の温度との相関に基づき、前記熱源を制御する。

Description

バイオマス固体燃料の製造装置およびその製造方法
　本発明は、バイオマス固体燃料の製造装置および製造方法に関する。
　従来、特許文献１にあっては、粉砕されたバイオマスを加熱しながら加圧成形することにより半炭化し、強度に優れたバイオコークスを得ている。
特許第４０８８９３３号
　固体燃料においては、ハンドリング時の発熱（自己発熱性）を抑制することが重要であるが、上記特許文献１にあっては、自己発熱性の課題及びその解決法については記載されていない。
　本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、自己発熱性が抑制された固体燃料を実現することにある。
　本発明では、バイオマス成型体を炭化してバイオマス固体燃料を得る炭化炉と、前記バイオマス固体燃料の収率を算出する収率算出部、および／または、前記炭化炉の温度を計測する温度計測部と、前記炭化炉の熱源を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記バイオマス固体燃料の自己発熱性と、前記収率および／または前記炭化炉の温度との相関に基づき、前記熱源を制御することを特徴とする。
　本発明によれば、自己発熱性が抑制された固体燃料を実現できる。
本発明のバイオマス固体燃料の製造装置を用いて原料バイオマスから製品を得るまでのプロセスフローである。 本発明の製造装置のシステム構成図の一態様である。 ゴムの木を原料とする固体燃料の自己発熱性と収率の相関を示す図である。 アカシアを原料とする固体燃料の自己発熱性と収率の相関を示す図である。 フタバガキ科の樹木を原料とする固体燃料の自己発熱性と収率の相関を示す図である。 ラジアータパインを原料とする固体燃料の自己発熱性と収率の相関を示す図である。 カラマツ、スプルース、およびカバノキの混合物を原料とする固体燃料の自己発熱性と収率の相関を示す図である。 スプルース、マツ、およびモミの混合物を原料とする固体燃料の自己発熱性と収率の相関を示す図である。 実施形態１の制御フローである。 実施形態２の制御フローである。 実施形態３の制御フローである。
　［実施形態］
　（全体構成）
　図１は、原料のバイオマスからバイオマス固体燃料（後述のＰＢＴ）および必要に応じて分級・冷却された製品を得るまでのプロセスフローである。原料のバイオマスは破砕、粉砕工程１１０を経た後成型工程１２０においてペレット状に成型され（後述のＷＰ）、加熱工程１３０において加熱される。成型工程１２０ではバインダー等の結合剤は添加されず、単にバイオマス粉を圧縮、加圧することで成型される。加熱工程１３０を経て得られたバイオマス固体燃料（後述のＰＢＴ）は、必要に応じ分級・冷却工程１４０を経て製品となる。
　成型工程１２０を経た直後の未加熱のバイオマス成型体（Ｗｈｉｔｅ　Ｐｅｌｌｅｔ：以下ＷＰと記載）は、単にバイオマス粉を加圧成型したのみであるため強度が低く、ハンドリング中に粉化しやすい。また吸水により膨張して崩壊してしまう。
　そのため本発明においては、加熱工程１３０（ロータリーキルン２）でバイオマス成型体（ＷＰ）を１５０～４００℃で加熱（低温炭化）することで、成型体としての形状を保持しつつ、強度及び耐水性を有するバイオマス固体燃料（Ｐｅｌｌｅｔｉｚｉｎｇ　Ｂｅｆｏｒｅ　Ｔｏｒｒｅｆａｃｔｉｏｎ：以下ＰＢＴと記載）が製造される。なお上述の破砕、粉砕工程１１０、成型工程１２０、及び加熱工程１３０は、国際出願番号　ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／７８５５２に記載されたバイオマス固体燃料の製造工程を参照できる。
　図２は加熱工程１３０におけるシステム構成図の一態様である。本発明のバイオマス固体燃料の製造装置はホッパ１、炭化炉としてのロータリーキルン２、制御部３を有する。ホッパ１に貯蔵されたＷＰはロータリーキルン２に供給されて加熱され、ＰＢＴ（バイオマス固体燃料）が製造される。製造後のＰＢＴはコンベア５を用いて搬送される。
　本発明の一態様において、ロータリーキルン２は外熱式であり、外部熱源６からの熱ガスをキルン本体２０の外周側に設けられた入口２１から供給し、出口２２から排出することで、間接的に加熱を行う。制御部３は外部熱源６を制御することで熱ガスの入口２１における温度（熱ガス入口温度Ｔｇｉｎ）を適宜変更し、ロータリーキルン２の温度を制御する。なお図２のロータリーキルン２は被加熱物（ＰＢＴ）と熱ガスの流れが対向する向流式であるが、並流式であってもよい。なおロータリーキルン２内の酸素濃度は１０％以下となるよう設定される。
　ロータリーキルン２の上流側にはＷＰの供給量Ｖ１を計測する供給量計測部３１が設けられ、下流側にはＰＢＴの製造量Ｖ２を計測する製造量計測部３２が設けられている。計測されたＷＰの供給量Ｖ１及びＰＢＴの製造量Ｖ２は制御部３に出力され、収率算出部３ａにおいてロータリーキルン２（加熱工程１３０）における収率Ｙが算出される。なお本発明における収率Ｙは、固体収率（＝重量収率）を示すものとする。
　なお、ＷＰの供給量Ｖ１、ＰＢＴの製造量Ｖ２は、予め計測されたＷＰ、ＰＢＴの嵩密度と所定時間内の容積変動から算出してもよいし、重量を測定してもよい。それぞれの手法に合わせ、供給量計測部３１および製造量計測部３２は適宜変更可能である。
　ロータリーキルン２のキルン本体２０内部には温度計測部４１が設けられ、キルン内部温度Ｔ１を計測する。またロータリーキルン２の出口には温度計測部４２が設けられ、キルン出口温度（製造直後のＰＢＴの温度）Ｔ２を計測する。Ｔ１，Ｔ２ともに制御部３へ出力される。本発明の一態様においては、ロータリーキルン２の温度を、キルン内部温度Ｔ１およびキルン出口温度Ｔ２のうち一方のみに基づいて決定してもよい。キルン内部温度Ｔ１のみを用いる場合は、製造装置に温度計測部４２が設けられていなくてもよく、キルン出口温度Ｔ２のみを用いる場合は、製造装置に温度計測部４１が設けられていなくてもよい。
　制御部３は、入口２１における熱ガスの温度（熱ガス入口温度）を制御する。熱ガスの温度制御については公知の手法を用いる。その際、上述の収率Ｙ、温度Ｔ１，および温度Ｔ２から選ばれる少なくとも一つに基づき熱ガス入口温度Ｔｇｉｎの制御を行う。後述の実施形態１では収率Ｙに基づく制御を行い、実施形態２では温度Ｔ１及び／又はＴ２に基づく制御を行い、実施形態３では収率Ｙ、ならびに温度Ｔ１及び／又はＴ２に基づく制御を行う。
　（自己発熱性制御）
　固体燃料のハンドリングにおいては、貯蔵時、運搬時の発熱（自己発熱性）の低減が課題である。自己発熱性の指標として「国際連合：危険物輸送に関する勧告：試験方法および及び判定基準のマニュアル：第５版：自己発熱性試験」に規定された自己発熱性試験があり、詳細は以下のとおりである。
　１００ｍｍ立方体のステンレス製容器に試料を充填し、恒温槽内部に吊り下げ、１４０℃の温度で２４時間連続して物質の温度を測定し、最も高い温度を「最高到達温度」とした。発火又は温度上昇が２００℃以上となった物質は、自己発熱性物質と認めるものとした。
　バイオマス固体燃料の自己発熱性は、下記実施形態１～３に記載するように、収率Ｙおよび／またはロータリーキルン２の温度を所定の範囲内になるように調整することにより制御することができる。
　［実施形態１：収率による制御］
　図３～図７Ｂと後述の表１は、各種バイオマスを原料とするＰＢＴにつき、上記自己発熱性試験を行った際の試料の最高到達温度と収率Ｙ（「固体収率Ｙ」とも記載）との相関を示す。収率Ｙは、（１００×加熱後の乾重量／加熱前の乾重量）（％）により算出した値である。図３はゴムの木を原料としたＰＢＴの固体収率と最高到達温度との関係を示す。当該指標に基づき評価を行った際、ＰＢＴの収率Ｙと自己発熱性（上記試験に基づく温度上昇）との間に一定の相関がみられる。例えば図３および表１では、収率Ｙが下限値Ｙｍｉｎ（約７６．８％超え～８３．４％）以上であれば自己発熱性試験における最高到達温度が２００℃未満に抑制されていることが分かる。
　したがって、収率Ｙの下限値Ｙｍｉｎを予め閾値として設定し、この下限値Ｙｍｉｎ以上となるよう熱ガスの温度を制御することにより、自己発熱性を低減したＰＢＴを得ることができる。ロータリーキルン２（加熱工程１３０）の温度が高ければ収率Ｙも下がるため、収率Ｙが下限値よりも低ければロータリーキルン２の温度が高すぎると判断される。よって熱ガス入口温度Ｔｇｉｎ温度を下げる。
　後述の表１に示すように、固体燃料の自己発熱による温度上昇と、固体燃料の無水無灰ベース揮発分の量との間にも相関関係がみられる。すなわち、固体燃料の揮発分（無水無灰ベース）が小さいほど、自己発熱性試験の最高到達温度は高くなる。このことは自己発熱性が増大することを示している。よって、Ｙｍｉｎを設定する際、無水無灰ベース揮発分の量を考慮してもよい。
　一方収率Ｙが必要以上に高い場合はロータリーキルン２の温度が低く、ＰＢＴの炭化が不十分となってＰＢＴの強度、耐水性、貯蔵時の排水汚濁等の問題が発生する（上記ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／７８５５２参照）。したがって収率Ｙの上限値Ｙｍａｘを予め設け、Ｙｍａｘを上回った場合は熱ガス入口温度Ｔｇｉｎの温度を上昇させる。
　一態様において、Ｙｍａｘは、固体燃料を水中に浸漬した際の耐水性（水中浸漬した際ペレット形状を維持できるかどうか）に基づいて決定してもよい。水中浸漬後にペレット形状が維持できない固体燃料は、屋外貯蔵したときに雨水等により崩壊してしまいハンドリングに問題が生じてしまうため、水中浸漬してもペレット形状が維持できることが好ましい。後述の表１に示したように、収率Ｙが高すぎる（すなわちＰＢＴ製造時の加熱温度が低すぎる）と、固体燃料を水中浸漬した際バイオマス粉同士の接続または接着が維持できずにペレットが崩壊してしまう。よって、Ｙｍａｘは、バイオマス固体燃料を水中浸漬した際崩壊しない（耐水性を有する）範囲の収率のうち、最大の収率としてもよい。また、固体燃料を水中浸漬した後の機械的耐久性の値も参照してＹｍａｘを決定してもよい。Ｙｍａｘを上回った場合は熱ガス入口温度Ｔｇｉｎの温度を上昇させることにより、耐水性が向上したバイオマス固体燃料を得ることができる。
　Ｙｍａｘは、上記固体燃料の耐水性に基づく基準に加えて、あるいはこれに代えて、浸漬水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）および／またはＰＢＴのＨＧＩ（粉砕性指数）等に基づいて決定してもよい。ＣＯＤ（化学的酸素要求量）は、ＣＯＤ測定用浸漬水試料の調製を昭和４８年環境庁告示第１３号（イ）産業廃棄物に含まれる金属等の検定方法に従って行い、ＪＩＳ　Ｋ０１０２（２０１０）－１７によって分析したＣＯＤ値のことをいう。ＣＯＤは、収率Ｙが高すぎる（すなわちＰＢＴ製造時の加熱温度が低すぎる）と高くなり、ＰＢＴを屋外貯蔵したときに雨水等によりタール等の有機物の溶出が大きくなってしまう等の問題が発生する場合がある。よって、Ｙｍａｘは、例えば原料のバイオマスがゴムの木の場合、ＣＯＤが、好ましくは１０００ｍｇ／Ｌ以下となるような収率のうち、最大の収率としてもよい。Ｙｍａｘを上回った場合は熱ガス入口温度Ｔｇｉｎの温度を上昇させることにより、ＣＯＤが低減したバイオマス固体燃料を得ることができる。
　なお、後述の表１中のアカシア、ラジアータパインを原料とする固体燃料のように、加熱温度が比較的低温のときには、加熱により一時的にＣＯＤが増加する場合がある。これは加熱温度が比較的低温であるため原料中のタール分が揮発することなく残留する一方、炭化に伴うセルロース等の分解によりタール分が溶出しやすくなっているためと考えられる。
　ＨＧＩ（粉砕性指数）は、ＪＩＳ　Ｍ　８８０１に基づくものであり、高いほど粉砕性が良好であることを示す。ＨＧＩは、収率Ｙが高すぎる（すなわちＰＢＴ製造時の加熱温度が低すぎる）と小さくなってしまい、燃料として使用が困難になってしまう場合がある。よって、Ｙｍａｘは、例えば、原料のバイオマスがゴムの木の場合、ＨＧＩが、好ましくは２０以上になるような収率のうち、最大の収率としてもよい。Ｙｍａｘを上回った場合は熱ガス入口温度Ｔｇｉｎの温度を上昇させることにより、ＨＧＩが上昇したバイオマス固体燃料を得ることができる。
　このように、Ｙｍｉｎ≦Ｙ≦Ｙｍａｘの範囲となるよう熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを制御することにより、所望の性状を有するＰＢＴを得ることが可能となる。
　図４はアカシア、図５はフタバガキ科の樹木、図６はラジアータパイン、図７Ａはカラマツ５０ｗｔ％とスプルース４５ｗｔ％とカバノキ５ｗｔ％の混合物、図７Ｂはスプルース３０ｗｔ％とマツ４５ｗｔ％とモミ２５ｗｔ％との混合物を原料としたＰＢＴの、固体収率と最高到達温度との関係をそれぞれ示す。これらの原料についても、それぞれ、収率Ｙが所定値以上であれば自己発熱性試験における最高到達温度が２００℃未満に抑制されているため、図３のゴムの木を原料とする場合と同様に収率Ｙの下限値Ｙｍｉｎを規定した制御を行うことでＰＢＴの自己発熱性を低減させることが可能である。収率Ｙの上限値についても、ゴムの木と同様にＰＢＴの強度、耐水性、排水汚濁等を考慮して、例えば、ＰＢＴを水中に浸漬した際の耐水性、浸漬水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）および／またはＰＢＴのＨＧＩ（粉砕性指数）等に基づいて決定する。これら以外のバイオマス原料についても、同様に収率と最高到達温度との相関を用いることで適切な制御を行うことができる。
　図８は実施形態１における制御フローである。実施形態１では上述のとおりＰＢＴの収率Ｙに基づき、ロータリーキルン２の温度制御を行うものである。
　ステップＳ１１では収率Ｙを算出する。
　ステップＳ１２では、算出された収率Ｙが下限値Ｙｍｉｎを下回るか否かを判断する。ＹＥＳであれば収率Ｙが低く、ロータリーキルン２の温度が高すぎるとされ、ステップＳ１６において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを下げる。ＮＯであればステップＳ１３へ移行する。
　ステップＳ１３では、収率Ｙが上限値Ｙｍａｘを上回るか否かを判断する。ＹＥＳであれば収率Ｙが高く、ロータリーキルン２の温度が低すぎるとされ、ステップＳ１４において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを上げる。ＮＯであればＹｍｉｎ≦Ｙ≦Ｙｍａｘであり、ロータリーキルン２の温度は適正であるとされ、ステップＳ１５において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを維持する。
　実施形態１のフローは、公知の自動制御と同様に周期的に繰り返し実行してもよいし、必要に応じて随時繰り返してもよい。
　［実施形態２：炭化炉の温度による制御］
　表１は各種バイオマスを原料とするＰＢＴの収率、加熱工程１３０における加熱温度、および自己発熱性試験での最高到達温度等を示す表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１中、水中浸漬後の機械的耐久性（ＤＵ）は、各固体燃料を水中に１６８時間浸漬したものについて、アメリカ農業工業者規格ＡＳＡＥ　Ｓ　２６９．４、およびドイツ工業規格ＤＩＮ　ＥＮ　１５２１０－１に準拠して機械的耐久性ＤＵを以下の式：
　　ＤＵ＝（ｍ１／ｍ０）×１００
に基づいて測定した値である。式中、ｍ０は回転処理前の試料重量、ｍ１は回転処理後の篩上試料重量であり、篩は円孔径３．１５ｍｍの板ふるいを用いた。表中「崩壊」と記載しているところは、水中浸漬によりバイオマス固体燃料のペレットがバイオマス粉同士の接続または接着が維持できずに崩壊してしまい、機械的耐久性の測定ができなかったことを示す。
　表１から、ロータリーキルン２の温度Ｔ（加熱工程１３０における加熱温度）はＰＢＴの自己発熱性（および収率Ｙ）と相関があるため、実施形態２ではロータリーキルン２の温度（一態様において、キルン内部温度Ｔ１）に基づき制御を行う。なお、ロータリーキルン２の温度として、キルン出口温度Ｔ２を用いてもよいし、Ｔ１とＴ２を組み合わせてもよい。Ｔ１とＴ２を組み合わせる場合は、これらの平均値を用いてもよい。
　具体的には自己発熱性が２００℃未満となる加熱温度Ｔ１のうち最高の温度を予めＴｍａｘとして設定する。例えばゴムの木では２５０℃以下であれば自己発熱性が２００℃未満に抑制されているため、Ｔｍａｘ＝２５０℃として制御を行う。一方、加熱温度Ｔ１が低すぎる場合は上述のとおりＰＢＴの強度、耐水性、排水汚濁等の問題が発生するため、加熱温度Ｔ１の下限値Ｔｍｉｎを予め設定し（例えばゴムの木ではＴｍｉｎ＝２００℃）、Ｔｍｉｎ≦Ｔ１≦Ｔｍａｘとなるように制御を行う。Ｔｍｉｎは、例えば、ＰＢＴを水中に浸漬した際崩壊せず、耐水性を有するＰＢＴを得られる加熱温度のうち、最低の温度としてもよく、さらに、水中浸漬後の機械的耐久性の値を参照してもよい。あるいは、Ｔｍｉｎは、浸漬水のＣＯＤ（化学的酸素要求量）および／またはＰＢＴのＨＧＩ（粉砕性指数）等に基づいて決定してもよい。Ｔｍｉｎは、例えば原料のバイオマスがゴムの木の場合、ＣＯＤが、好ましくは１０００ｍｇ／Ｌ以下となるような温度Ｔ１のうち、最低の温度としてもよい。あるいは、原料のバイオマスがゴムの木の場合、ＨＧＩが、好ましくは２０以上になるような温度Ｔ１のうち、最低の温度としてもよい。なお、実施形態２ではキルン内部温度Ｔ１を用いて説明するが、これに代えてキルン出口温度Ｔ２を用いてもよいし、Ｔ１とＴ２を適宜組み合わせてもよい。
　図９は実施形態２における制御フローである。
　ステップＳ２１ではキルン内部温度Ｔ１を計測する。
　ステップＳ２２では、Ｔ１が下限値Ｔｍｉｎを下回るか否かを判断する。ＹＥＳであればロータリーキルン２の温度が低すぎるため、ステップＳ２６において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを上げる。ＮＯであればステップＳ２３へ移行する。
　ステップＳ２３では、Ｔ１が上限値Ｔｍａｘを上回るか否かを判断する。ＹＥＳであればロータリーキルン２の温度が高すぎるため、ステップＳ２４において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを下げる。ＮＯであればＴｍｉｎ≦Ｔ１≦Ｔｍａｘであり、ロータリーキルン２の温度は適正であり、ステップＳ２５において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを維持する。
　実施形態２のフローは、公知の自動制御と同様に周期的に繰り返し実行してもよいし、必要に応じて随時繰り返してもよい。
　［実施形態３：収率および温度による制御］
　図１０は実施形態３における制御フローである。収率およびロータリーキルン２の温度をともに用いることで、より高精度な制御を行うものである。なお、図１０では実施形態２と同様にキルン内部温度Ｔ１を用いて説明するが、キルン出口温度Ｔ２を用いてもよいし、Ｔ１，Ｔ２を適宜組み合わせてもよい。Ｔ１とＴ２を組み合わせる場合は、これらの平均値を用いてもよい。実施形態３において、収率Ｙの上限値Ｙｍａｘおよび下限値Ｙｍｉｎは実施形態１と同様に決定することができ、温度上限値Ｔｍａｘおよび温度下限値Ｔｍｉｎは実施形態２と同様に決定することができ、これらは、バイオマス固体燃料の製造装置の制御部に予め設定される。
　ステップＳ３１では収率Ｙを算出する。
　ステップＳ３２では、算出された収率Ｙが下限値Ｙｍｉｎを下回るか否かを判断する。ＹＥＳであれば収率Ｙが低く、ロータリーキルン２の温度が高すぎるため、ステップＳ３９において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを下げる。ＮＯであればステップＳ３３へ移行する。
　ステップＳ３３では、収率Ｙが上限値Ｙｍａｘを上回るか否かを判断する。ＹＥＳであれば収率Ｙが高く、ロータリーキルン２の温度が低すぎるとされ、ステップＳ３７において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを上げる。ＮＯであればＹｍｉｎ≦Ｙ≦Ｙｍａｘであり収率Ｙは適正範囲にあるが、さらにキルン内部温度Ｔ１に基づく制御を行うためステップＳ３４へ移行する。
　ステップＳ３４ではキルン内部温度Ｔ１を計測する。
　ステップＳ３５では、Ｔ１が下限値Ｔｍｉｎを下回るか否かを判断する。ＹＥＳであればロータリーキルン２の温度が低すぎるとされ、ステップＳ３７において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを上げる。ＮＯであればステップＳ３６へ移行する。
　ステップＳ３６では、Ｔ１が上限値Ｔｍａｘを上回るか否かを判断する。ＹＥＳであればロータリーキルン２の温度が高すぎるとされ、ステップＳ３９において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを下げる。ＮＯであればＴｍｉｎ≦Ｔ１≦Ｔｍａｘであり、ロータリーキルン２の温度は適正であるとされ、ステップＳ３８において熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを維持する。
　このように、実施形態３では収率Ｙが適正範囲であってもキルン内部温度Ｔ１が適正範囲にない場合は熱ガス入口温度Ｔｇｉｎを制御することが可能であり、制御精度を向上させることが可能である。
　実施形態３のフローは、公知の自動制御と同様に周期的に繰り返し実行してもよいし、必要に応じて随時繰り返してもよい。
　［効果］
　本発明の好ましい態様とその効果について記載する。下記（１）～（６）の態様のうち、複数の態様を組み合わせるのも好ましい。
　（１）バイオマス固体燃料の製造装置は、バイオマス成型体を炭化してバイオマス固体燃料を得る炭化炉（ロータリーキルン２）と、バイオマス固体燃料の収率Ｙを算出する収率算出部３ａおよび／または炭化炉の温度（Ｔ１、Ｔ２）を計測する温度計測部４１，４２と、炭化炉の熱源６を制御する制御部３とを備え、
　制御部３は、バイオマス固体燃料の自己発熱性と、収率Ｙおよび／または炭化炉の温度Ｔ１（Ｔ２、またはＴ１とＴ２との組み合わせであってもよい）との相関に基づき、熱源を制御することとした。
　これにより、自己発熱性が抑制された良好な燃料を得ることができる。
　（２）制御部３は、収率Ｙの下限値Ｙｍｉｎを予め備え、収率が下限値Ｙｍｉｎを下回る場合、熱源（熱ガス入口温度Ｔｇｉｎ）の温度を低下させることとした。収率と自己発熱性には強い相関がみられるため、自己発熱性が所望値以下となる収率の下限値を予め設定し、この下限値に基づき熱源の温度を制御することで効率的な生産が可能となる。
　（３）制御部３は、炭化炉の温度上限値Ｔｍａｘを予め備え、炭化炉の温度が温度上限値Ｔｍａｘを超える場合、熱源の温度を低下させることとした。自己発熱性と炭化炉の温度には強い相関が見られるため、自己発熱性が所望値以下となる炭化炉の温度上限値を予め設定し、この温度上限値に基づき熱源の温度を制御することで効率的な生産を行うことができる。
　（４）制御部３は、収率Ｙの上限値Ｙｍａｘを予め備え、収率Ｙが上限値Ｙｍａｘを超える場合、熱源の温度を上昇させることとした。収率が必要以上に高くなるとＰＢＴの性状が低下するため（強度、耐水性、排水汚濁等）、上限値Ｙｍａｘを設けることで所望のＰＢＴを得ることができる。
　（５）制御部３は、炭化炉の温度下限値Ｔｍｉｎを予め備え、炭化炉の温度が温度下限値Ｔｍｉｎを下回る場合、熱源の温度を上昇させることとした。炭化炉の温度が低い場合もＰＢＴの性状が低下するため（強度、耐水性、排水汚濁等）、温度下限値Ｔｍｉｎを設けることで所望のＰＢＴを得ることができる。
　（６）温度計測部４１、４２は、それぞれ、炭化炉内部の温度Ｔ１および炭化炉出口における温度Ｔ２を計測することとした。
　炉内温度（キルン内部温度）Ｔ１および／または出口温度（キルン出口温度）Ｔ２を用いることで、制御性を向上させることができる。炉内温度Ｔ１は正確性、出口温度Ｔ２はバイオマス固体燃料の温度を直接計測できる点に利点があり、それぞれを適宜使用または組み合わせることで良好な制御特性が得られる。例えば、Ｔ１とＴ２の平均に基づき制御してもよい。
２　ロータリーキルン
３　制御部
３ａ　収率算出部
６　熱源
４１，４２　温度計測部

Claims (7)

  1. 　バイオマス成型体を炭化してバイオマス固体燃料を得る炭化炉と、
    　前記バイオマス固体燃料の収率を算出する収率算出部、および／または、前記炭化炉の温度を計測する温度計測部と、
    　前記炭化炉の熱源を制御する制御部と
    　を備え、
    　前記制御部は、前記バイオマス固体燃料の自己発熱性と、前記収率および／または前記炭化炉の温度との相関に基づき、前記熱源を制御すること
    　を特徴とするバイオマス固体燃料の製造装置。
  2. 　前記制御部は、
    　収率の下限値を予め備え、
    　前記収率算出部により算出された収率が前記下限値未満の場合、前記熱源の温度を低下させること
    　を特徴とする、請求項１に記載のバイオマス固体燃料の製造装置。
  3. 　前記制御部は、
    　前記炭化炉の温度上限値を予め備え、
    　前記炭化炉の温度計測部により計測された温度が前記温度上限値を超える場合、前記熱源の温度を低下させること
    　を特徴とする、請求項１または請求項２に記載のバイオマス固体燃料の製造装置。
  4. 　前記制御部は、
    　収率の上限値を予め備え、
    　前記収率算出部により算出された収率が前記上限値を超える場合、前記熱源の温度を上昇させること
    　を特徴とする、請求項２または３に記載のバイオマス固体燃料の製造装置。
  5. 　前記制御部は、
    　前記炭化炉の温度下限値を予め備え、
    　前記炭化炉の温度が前記温度下限値未満の場合、前記熱源の温度を上昇させること
    　を特徴とする、請求項３または４に記載のバイオマス固体燃料の製造装置。
  6. 　前記温度計測部は、前記炭化炉内部の温度および／または前記炭化炉出口における温度を計測すること
    　を特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のバイオマス固体燃料の製造装置。
  7. 　バイオマス成型体を炭化炉で炭化してバイオマス固体燃料を得る方法であって、
    　前記バイオマス固体燃料の自己発熱性と、前記バイオマス固体燃料の収率および／または前記炭化炉の温度との相関に基づき、前記炭化炉の熱源を制御することを特徴とする、バイオマス固体燃料の製造方法。
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