JP2007169534A

JP2007169534A - バイオマス炭化装置

Info

Publication number: JP2007169534A
Application number: JP2005371351A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tonokouchi; 誠殿河内; Hiroshi Masuda; 博増田; Kazuki Kuranari; 和樹蔵成
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd; Ube Techno Eng Co Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd; Ube Techno Eng Co Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05

Abstract

【課題】発熱量の高い炭化物を高い熱効率で得ることができるバイオマス炭化装置を提供する。
【解決手段】一次粉砕機４０で一次粉砕された粉砕物は炭化炉５０に供給され、熱媒体予熱装置４５で加熱された熱媒体４７と混合され炭化される。熱媒体加熱装置４５は、炭化炉５０で発生した乾留ガスが燃焼炉４９で燃焼させられることにより発生される熱の供給を受けて、この熱媒体４７を加熱する。分離装置５２は、炭化炉５０で生成された炭化物と熱媒体４７とを分離するためのものである。分離された熱媒体４７は、ベルトコンベア等の輸送手段により、熱媒体予熱装置４５に戻され、再び加熱された後炭化炉５０に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマス原料を炭化して燃料等の製品を生成するバイオマス炭化装置に関する。

平成１４年に「新エネルギ利用等の促進に関する特別措置法」が改正されたことを受けて、バイオマスエネルギが新エネルギとして認知されてきている。加えて、この法律により、国内の電気事業者は、将来的に新エネルギを基準規定量以上利用することが義務づけられた。

新エネルギとして認知された「バイオマス」は生物資源の総称であり、農業系（麦藁、サトウキビ、米糠、草木等）、林業系（製材廃材、除間伐材、薪炭林等）、畜産系（家畜廃棄物等）、水産系（水産加工残滓等）、廃棄物系（生ゴミ、建設廃材等）等に分類される。前述の法律の法目的の１つは、環境保護のために、これらのバイオマスを新エネルギとして活用することにある。

現在、バイオマスの有効利用法として、大きく分けて２つが考えられている。１つは、バイオマスを炭化（乾留）して得られた製品を、炭化施設外において燃料、吸湿剤、融雪剤、脱臭剤等に用いる方法である（例えば特許文献１参照）。もう１つは、炭化の際に発生する乾留ガスを、燃料源等に用いる方法である（例えば特許文献２参照）。

バイオマスを炭化した製品を得る方法としては、酸素不足の状態でバイオマスを直接燃焼させる方法（直接燃焼法）と、バイオマスと燃焼ガスとを壁を隔てた状態で炭化させる方法（間接加熱法）とがある。前者の場合、部分的な燃焼損失のために炭化物の発熱量が小さくなると共に、製品の歩留まりが悪くなる（原料から理論的に得られる製品量が燃焼損失のため少なくなる）という問題がある。また後者の場合、燃焼ガスの持ち去り熱損失が大きいため、製品としての炭化物を作るための熱量が余分に必要となり熱効率が悪いという問題がある。

また、乾留ガスを得る方法としても、上記の直接燃焼法と間接加熱法とがある。前者の場合、炭化物が部分的に燃焼するため、得られる乾留ガスの成分中にＣＯ_２が増加し（部分燃焼用として空気に使用する場合Ｎ_２ガスも増加）、乾留ガスの単位体積当たりの発熱量が小さくなり、乾留ガスの製品価値が低下すると共に、燃料として利用可能な設備、機器が限られてしまう（燃焼ガスを高温度とする必要のある機器には使用できない）。また、後者の場合、燃焼ガスの持ち去り熱損失が大きいため、製品としての炭化物を作るための熱量が余分に必要となり熱効率が悪いという問題がある。
特開２００５−１１４２６１号公報特表２００３−５１０４０３号公報

本発明は、発熱量の高い炭化物を高い熱効率で得ることができるバイオマス炭化装置を提供することを目的とする。

本発明に係るバイオマス炭化装置は、バイオマス原料を加熱された熱媒体と混合させて炭化させて炭化物とする炭化炉と、前記炭化物と前記熱媒体とを分離する分離装置と、前記分離装置により分離された前記熱媒体を加熱して前記炭化炉に供給する熱媒体予熱装置と、前記炭化炉から排出される乾留ガスを燃焼させ発生した熱を前記熱媒体予熱装置に供給する燃焼炉とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、発熱量の高い炭化物を高い熱効率で得ることができるバイオマス炭化装置を提供することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るバイオマス炭化装置の全体構成を示すブロック図である。

このバイオマス炭化装置は、一次粉砕機４０と、熱媒体予熱装置４５と、燃焼炉４９と、炭化炉５０と、分離装置５２と、冷却装置６０とから大略構成されている。

一次粉砕機４０は、トラック等の輸送手段により処理施設まで運搬されてきたバイオマス原料（木質、バイオ粕類、果実粕等）を一次粉砕するためのものである。一次破砕機４０の具体的な構成例を図２に示す。この一次破砕機４０は、筐体４１と、その上部に設けられた投入口４２と、ミル４３と、駆動モータ４４とを備えている。投入口４２から投入されたバイオマスがミル４３により、炭化炉５０に投入可能で、部分的な燃焼損失が生じない程度に粉砕される。

この粉砕物は炭化炉５０に供給される。炭化炉５０は、この粉砕物を、熱媒体予熱装置４５で加熱された熱媒体４７と混合させた上で４００〜６００℃の常圧の雰囲気中で熱分解することにより炭化させ、バイオマス炭化物（以下、単に炭化物という）を生成するものである。熱媒体予熱装置５０で加熱される熱媒体４７としては、例えば熱不活性材料であるセラミックボールが用い得る。

熱媒体加熱装置４５は、炭化炉５０で発生した乾留ガスその他の燃料が燃焼炉４９で燃焼させられることにより発生される熱の供給を受けて、この熱媒体４７を例えば７００〜９００℃程度の雰囲気中で加熱する。なお、炭化炉５０で発生した乾留ガスの一部は、ガス燃料として外部にも排出され、図示しない燃焼装置等に供給され燃料として用いられる。

分離装置５２は、炭化炉５０で生成された炭化物と熱媒体４７とを分離するためのものである。分離装置５２は、例えばスクリーン（篩）等により両者を分離するものが好適である。熱媒体４７として直径１０〜３０ｍｍ程度のセラミックボールを用いる場合、炭化炉５０において炭化物は通常セラミックボールよりも小さくなる。従って、セラミックボールと炭化物は分離装置５２内に設けられた篩により分離可能である。なお、炭化物が炭化炉５０においてセラミックボールよりも小さくならない場合には、篩以外の分離手段を併用してセラミックボールと炭化物とを分離するようにしてもよい。あるいは、分離装置５２として、遠心分離機を用いることも可能である。

分離された炭化物は、冷却装置６０により１００℃以下になるまで冷却され、外部の燃焼装置（図示せず）に供給される。なお、冷却装置６０の冷却方式としては、例えば水冷式のものが採用可能できるが、これに限るものではなく、その他公知の冷却装置も使用可能である。

一方、分離された熱媒体４７は、ベルトコンベア等の輸送手段により、熱媒体予熱装置４５に戻され、再び加熱された後炭化炉５０に供給される。なお、炭化炉５０、熱媒体予熱装置４５及び燃焼炉４９は、それぞれが分散されて形成されてもよいが、一体化した竪型充填炉として構成してもよい。

このように、本実施の形態のバイオマス炭化装置では、粉砕されたバイオマス原料が炭化炉５０において熱媒体４７と混合されて炭化されるので、部分的な燃焼損失が生じにくく、製品としての炭化物の歩留まりを高くすることができる。また、燃焼炉５０で発生した乾留ガスが燃焼炉４９で燃焼され熱媒体予熱装置４５において熱媒体４７の加熱に用いられるので、熱効率を高くすることができる。

図３に、本発明の第２の実施の形態のバイオマス炭化装置を示す。第１の実施の形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。この実施の形態のバイオマス炭化装置は、第１の実施の形態のバイオマス炭化装置の構成に加え、炭化物を更に粉砕・加工してペレット状の炭化物に成形するため、予備粉砕機８０、遠心分離機９０、竪型粉砕機１００、及び造粒機１１０を備えている。本実施の形態の造粒機１１０までのシステムは、例えば全国各地に設置されているゴミ処理場に設置され得る。こうして成形されたペレット状の炭化物は、遠隔地の発電所にトラック等により輸送され、発電所での発電エネルギとして利用され得る。

予備粉砕機８０は、冷却装置６０により冷却された炭化物を予備粉砕（粗粉化）するためのものである。遠心分離機９０は、予備粉砕機８０で予備粉砕された炭化物から遠心分離により金属等の異物を除去する異物除去装置として機能するものである。竪型粉砕機１００は、予備粉砕された原料を燃焼に適した大きさの微粉となるまで粉砕するためのものである。造粒機１１０は、微粉化された燃料を造粒してペレット化するためのものである。ペレット化されて造粒機１１０から排出されたバイオマス燃料は、トラック等により発電所まで搬送され、解砕機１２０により粉砕されて微粉炭と混合されて、発電用ボイラ１３０で燃焼させられることにより、発電エネルギとされる。

このように、この図２に示す造粒機１１０までのシステムをゴミ処理場に設置してバイオマスの炭化した後ペレット化してバイオマス燃料を生成する。こうして、トラック輸送に適した形態にした後、遠隔の発電所等に輸送する。炭化する前のバイオマスは、嵩が大きいために一度に輸送できる量が限られ、搬送効率が悪く輸送コストが高くなる。国内各地に設置されているゴミ焼却場に図２のようなシステムを設置することにより、各地で発生するバイオマスの収集が容易となる。そして、このようなバイオマスの発生箇所にできるだけ近い場所において、炭化・粉砕・ペレット化等を含むバイオマスの嵩を小さくするための作業が実行される。これにより、輸送コストを少なくし、バイオマス発電の高効率化に資することができる。

予備粉砕機８０は、一次破砕機４０と同様のものが使用可能である。この予備粉砕機８０により、炭化物は、例えば１００ｍｍ以下の大きさの粗粉まで粉砕される。炭化されているため、炭化物中に含まれる異物（金属等）は、この粗粉程度までの粉砕でもバイオマスから容易に分離可能な状態となる。

遠心分離機９０は、このような状態とされたバイオマスに対し遠心力を与えて異物を分離する。遠心分離機の場合、金属異物以外の例えば陶器類、セメント類、又は土類等様々な異物が除去可能である。なお、遠心分離機の代わりに、マグネット式金属異物分離機など、他の周知の異物分離機を用いることが可能である。このようにして異物が除去されることにより、次段の竪型粉砕機１００の破損が防止される。異物を除去することなく予備粉砕機８０により粉砕された炭化物を竪型粉砕機１００に投入すると、竪型粉砕機１００の粉砕ローラや回転テーブルを損傷し、最悪の場合には金属同士が擦れ合うことにより火花が発生し火災などの重大な災害に繋がる虞もあるので、異物の除去工程は重要である。ただし、ゴミ焼却場に収集されるバイオマスがこうした異物を含まない性質のものである場合には、遠心分離機９０を省略することも可能である。

次に、竪型粉砕機１００の構造の一例を、図４を参照して説明する。この竪型粉砕機１００は、分級機能を有する回転式のセパレータを内部に備えた所謂内部分級式のエアスエプトタイプと呼ばれるものである。この竪型粉砕機１００は、遠心分離機８０から供給される粗粉化された炭化物を投入するための供給管６０３を備えている。またこの竪型粉砕機１００は、粉砕テーブル６０４を備えている。この粉砕テーブル６０４は、供給管６０３から供給された原料が載置されるテーブルである。この粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａ上には、原料を粉砕してなる被粉砕物を加圧して粉砕する２乃至４個のコニカル型(円錐型）の粉砕ローラ６０５が配置されている。また、この粉砕テーブル６０４は、モータ６１１より、減速機６１２により減速されて縦軸回りに回転駆動可能に構成されている。

また、前述の粉砕テーブル６０４の外周面とケーシング１Ｂの下部内周面との間にはノズル６０６が形成されており、このノズル６０６はケーシング１Ｂ内上方に向けて噴出空気を排出する。この噴出空気が、ケーシング１Ｂの内面と粉砕テーブル６０４の上面とで囲まれた空間としての粉砕室内に旋回流を発生させる。この旋回流により、粉砕テーブル６０４の外周面から排出された被粉砕物が粉砕室の上方へ運搬される。排出口６０８は、粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａ上で粉砕ローラ６０５により粉砕された被粉砕物（粗粉と微粉）のうち、微粉を外部に向けて排出するためのものである。

また、粉砕テーブル６０４の外周面は、原料が粉砕テーブル６０４上で所定の堆積厚さとなるようにするためのダムリング６０４Ｂが形成されている。粉砕された炭化物は供給管６０３を介して粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａのほぼ中央面に供給される。そして、粉砕テーブル６０４を回転させると、この粉砕テーブル６０４の上面６０４Ａと、粉砕ローラ６０５との間で被粉砕物が狭圧されて粉砕される。そして、このように粉砕された粉体は、所定の厚さ以上になるとダムリング６０４Ｂを乗り越え、粉砕テーブル６０４の外周下方のノズル６０６より噴出する空気流によって上方に旋回しながら吹き上げられる。

このように粉砕された粉体を含んだ混合流は均一な流れとなり、ケーシング１Ｂの内部を旋回する。このときに、比較的重量がある粗粉成分は下方に落下し、セパレータ６０７により粉砕テーブル６０４へ戻される。一方、微粉成分は排出口６０８より外部へ排出される。排出される微粉成分の粒度は、ノズル６０６からの空気流の流量、粉砕ローラ６０５の押圧力、回転テーブル６０４の回転数等を調整することにより制御可能である。

なお、竪型粉砕機１００は、上述のエアスエプトタイプの内部分級式に限るものではなく、例えば、要求される燃料の粒度に応じて、固定タイプのセパレータを採用したものでもよい。またセパレータを内部に備えない外部循環式の竪型粉砕機としてもよく、また粉砕ローラの形状がスフェリカル形状のタイヤ型の竪型粉砕機であってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るバイオマス炭化装置の全体構成を示す。図１の一次粉砕機４０の構成例を示す。本発明の第２の実施の形態に係るバイオマス炭化装置の全体構成を示す。図３の竪型粉砕機１００の構成例を示す。

符号の説明

４０・・・一次粉砕機、４２・・・投入口、４３・・・ミル、４４・・・駆動モータ、４５・・・熱媒体予熱装置、４９・・・燃焼炉、５０・・・炭化炉、５２・・・分離装置、６０・・・冷却装置、８０・・・予備粉砕機、９０・・・遠心分離機、１００・・・竪型粉砕機、１１０・・・造粒機、１２０・・・解砕機、１３０・・・発電用ボイラ、６０３・・・供給管、６０４・・・粉砕テーブル、６０５・・・粉砕ローラ、６０６・・・ノズル、６０７・・・セパレータ、６０８・・・排出口、６１１・・・モータ、６１２・・・減速機。

Claims

バイオマス原料を加熱された熱媒体と混合させて炭化させて炭化物とする炭化炉と、
前記炭化物と前記熱媒体とを分離する分離装置と、
前記分離装置により分離された前記熱媒体を加熱して前記炭化炉に供給する熱媒体予熱装置と、
前記炭化炉から排出される乾留ガスを燃焼させ発生した熱を前記熱媒体予熱装置に供給する燃焼炉と
を備えたことを特徴とするバイオマス炭化装置。
前記炭化炉から排出される乾留ガスは、一部が前記燃焼炉に供給され、一部はガス燃料として外部に供給されることを特徴とする請求項１記載のバイオマス炭化装置。