バイオコークス製造方法及びその装置
【課題】バイオマスを原料とし、石炭コークスの代替燃料として利用可能であるバイオコークスの製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】バイオマス原料を粉砕して反応容器内に充填し、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱工程と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧工程と、該加圧状態を保持して冷却する冷却工程と、冷却後の内容物の排出を行う排出工程を有し、前記加熱工程は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させて加熱する工程であり、前記冷却工程は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させて加熱する工程である。
【解決手段】バイオマス原料を粉砕して反応容器内に充填し、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱工程と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧工程と、該加圧状態を保持して冷却する冷却工程と、冷却後の内容物の排出を行う排出工程を有し、前記加熱工程は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させて加熱する工程であり、前記冷却工程は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させて加熱する工程である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成を起因とするバイオマスを原料とし、石炭コークスの代替燃料としても利用可能であるバイオコークスを製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素濃度の上昇を一因とする地球温暖化現象や、将来的に予測されている化石燃料の枯渇などを考慮して、バイオマスという再生可能でクリーンなエネルギー源が注目されている。
【０００３】
一般にバイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源のうち化石資源を除いたものをいい、このバイオマスを炭化ガス化処理することで熱、電力、炭化物等の有価物の回収が可能となり、また廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つ。さらに、バイオマスは有機物であるため、燃焼すると二酸化炭素を発生するが、この二酸化炭素は、バイオマスが成長過程において光合成によって大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、大気中の二酸化炭素を増加させていないと考えられる。このことはカーボンニュートラルと呼ばれている。従って、近年大気中の二酸化炭素濃度上昇による地球温度化の進行が問題となっているため、バイオマスの活用が要望されている。
【０００４】
一方、昨今の中国における急速な鉄鋼需要により、石炭コークスのコストが急上昇し、日本の鋳物又は鉄鋼メーカーの経営を圧迫している。従って、鋳物製造又は製鉄において、石炭コークスの一部を代替することができる高硬度固形燃料を開発し、燃料コストを削減するとともに、バイオマスのカーボンニュートラルな性質によって地球温暖化現象の一因となっている大気中の二酸化炭素濃度の増加を抑えることが切望されている。
【０００５】
そこで、バイオマスを燃料化する方法として、例えば特許文献１にバイオマス水スラリーの製造方法が、また特許文献２には生ゴミ、下水道汚泥等を燃料化する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の発明は何れもバイオマスを固形燃料化する技術ではなく、石炭コークス代替としては利用することができない。
【０００６】
また、バイオマスを固形燃料化する技術として、特許文献３にペレット製造技術が開示されている。
しかしながら、特許文献３に開示された方法では、製造されたペレットを石炭コークス代替として使用するためには、材料の含水量が多いため製造されたペレットを充分な発熱量を有しておらず、また製造されたペレットには空隙が存在するため、ペレット内への空気（酸素）の拡散が生じ、燃焼時間が短く、粉体バイオマス間の結合が無いため、十分な硬度を有していない物である。
従って、石炭コークス代替として使用することは困難である。
【０００７】
また、その他のバイオマスを固形燃料化する技術としては、原料を細片化して炭化させる製造技術（特許文献４）、高いエネルギー収率で木炭よりも容積エネルギー密度及び重量エネルギー密度の高い固形燃料を製造する技術（特許文献５）、木質バイオマスエネルギー輸送特性をより高めるための半炭化圧密燃料製造技術（特許文献６）が開示されているが、これら特許文献４〜６の何れの技術によって得られる固形燃料も、石炭コークスに比して充分な発熱量を有しているとはいい難く、更に硬度性能についても充分ではないため、石炭コークス代替として使用することは困難である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１２９０６９号公報
【特許文献２】特許第３６１３５６７号公報
【特許文献３】特開昭５２−１０１２０２号公報
【特許文献４】特開２００４−４３５１７号公報
【特許文献５】特開２００３−２１３２７３号公報
【特許文献６】特開２００３−２０６４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、光合成を起因とするバイオマスを原料とし、石炭コークスの代替燃料として利用可能であるバイオコークスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明においては、
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段で粉砕したバイオマス粉砕物を反応容器内に充填する充填手段と、反応容器内で加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造装置であって、前記反応容器には、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱手段と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧手段と、該加圧状態を保持して冷却する冷却手段と、冷却後の内容物の排出を行う排出手段を備え、前記加熱手段は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させることで加熱を行う手段であり、前記冷却手段は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させることで冷却を行う手段であることを特徴とする。
【００１１】
このとき、過剰なプロセスエネルギーを必要とせず、バイオコークスを得るためには、加熱手段における温度条件を１１５〜２３０℃、加圧手段における圧力条件を８〜２５ＭＰａとすることが好ましく、加熱温度条件を１８０〜２３０℃、加圧圧力条件を１２〜１９ＭＰａとすることがさらに好ましい。この加熱温度及び加圧圧力条件を一定時間保持することでバイオコークスを得ることができ、該保持時間は例えば円柱状の筒型容器を反応容器として用いる場合、円柱の円部分の直径（ｍｍ）に対して、０．２〜０．４分／ｍｍとすることが好ましい。
【００１２】
また、熱媒及び冷媒は互いに不溶であればその他の条件によって特に限定されるものではないが、熱媒には、常圧における沸点が前記加熱温度条件（１１５〜２３０℃）よりも低いものを用いていると、前記ジャケットから排出した後の熱媒回収を常圧で行うことができるため好ましい。
沸点、コストを考慮して、熱媒にシリコンオイル、冷媒に水を使用することが例示できる。
【００１３】
また、前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を排出する混合物排出手段と、前記混合媒体を静置して熱媒層と冷媒層に層分離させる静置槽と、前記熱媒層を静置槽から排出する排出手段と、前記排出手段によって排出された熱媒層を加熱する加熱器と、前記加熱器の上部の気相の圧力を調整する圧力調整手段と、を設けることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記反応容器を複数個設けて円状に配置するとともに、該円状に配置した複数の反応容器を円の外周に沿って回転させる回転手段を有し、前記回転手段によって前記複数個の円形に配置した反応容器を回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記円状に配置する反応容器の個数は特に限定されるものではなく、生産規模に応じて決めることができる。さらに、前記充填、加熱、加圧、冷却時間の調整を可能とするため、前記回転手段による回転速度を調整できるようにしておくことが好ましい。
【００１６】
前記加熱手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し熱媒が充填された熱媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに熱媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した熱媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから熱媒が排出するようした手段であることを特徴とする。
前記熱媒供給槽は１つの部材で構成されていてもよいが、複数のブロックの組み合わせによって構成されていることが好ましい。
【００１７】
前記冷却手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し冷媒が充填された冷媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに冷媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した冷媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから冷媒が排出するようにした手段であることを特徴とする。
前記冷媒供給槽は１つの部材で構成されていてもよいが、複数のブロックの組み合わせによって構成されていることが好ましい。
【００１８】
加熱手段として前記熱媒供給槽を用いる手段、冷却手段として前記冷媒供給槽を用いる手段はそれぞれ別個に利用することができるが、両者を併せて利用することがさらに好ましい。
【００１９】
前記加熱器は、前記混合媒体を投入する混合媒体投入口と、冷媒と混合していない熱媒を投入する熱媒投入口を有し、前記混合媒体投入口を前記熱媒投入口より上方に設けたことを特徴とする。
前記混合媒体投入口及び熱媒投入口は何れも１ヶ所でもよくまた複数個所に設けてもよい。複数個所に設ける場合は、最も上方に位置する熱媒投入口よりも、最も下方に位置する混合媒体投入口を上方に位置するように設ける。
熱媒投入口から加熱器へ投入する熱媒は、外部から新規に導入してもよく、また前記ジャケットで使用した熱媒を回収したものでもよい。
【００２０】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して反応容器内に充填し、加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造方法であって、前記反応容器で、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱工程と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧工程と、該加圧状態を保持して冷却する冷却工程と、冷却後の内容物の排出を行う排出工程を有し、前記加熱工程は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させて加熱する工程であり、前記冷却工程は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させて加熱する工程であることを特徴とする。
【００２１】
前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を、静置槽内に静置して比重差により熱媒層と冷媒層に層分離させた後、熱媒層を加熱器内に上部に気相ができる量だけ投入し、加熱器の上部の気相の圧力を調整して冷媒を蒸発させることを特徴とする。
【００２２】
前記反応容器複数個を円状に配置し、複数個の反応容器を、円の外周に沿って回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のバイオコークス製造装置を用いることによって、最高圧縮強度６０〜２００ＭＰａ、発熱量１８〜２３ＭＪ／ｋｇ及びかさ比重１．４程度であり、石炭コークスの代替燃料として利用可能であるバイオコークスを製造することができる。
さらに、熱媒と冷媒が互いに不溶であるため、熱媒と冷媒が混合した場合に混合物を分離すること容易であり、低コストで混合物を分離することができる。従って、低コストで熱媒、冷媒を再利用することのできる状態にすることができる。
【００２４】
また、前述の通り、熱媒と冷媒が不溶であるため、熱媒と冷媒の混合物を静置槽で静置させることで、槽分離によって熱媒層と冷媒層に分離することができる。槽分離した状態の熱媒層には僅かに冷媒が残っている可能性がある。特に冷媒の沸点が前記加熱温度条件（１１５〜２３０℃）よりも低く、熱媒層に僅かに冷媒が残っていた場合に、熱媒層の熱媒をそのまま再使用すると冷媒が沸騰状態となり蒸発熱を損失し、さらに熱媒の飛沫も生じてシリコンオイルの損失が大きくなるばかりか、冷媒が突沸して安全上も課題が残るが、前記槽分離してできた熱媒層を加熱器で加熱及び上部の気相圧力を調整して、冷媒を蒸発させることにより、冷媒の残らない熱媒とすることができ、熱媒として再利用することができる。
【００２５】
また、複数個の円形に配置した反応容器を回転させることで、充填、加圧、加熱、冷却、排出を連続して行うことができる。また回転速度を変えることで反応時間を容易に調整することができる。
【００２６】
また、前記熱媒供給槽を用いることで加熱手段（ジャケット）への熱媒の供給設備を小型化することができるとともに、熱媒供給槽を前記反応容器を配置してできる円の内側のスペースを有効活用することができ、装置全体の小型化にも繋がる。
さらに、前記冷媒供給槽を用いる場合も、前記熱媒供給槽を用いる場合と同様の効果が得られる。
【００２７】
さらにまた、前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽を用いることにより、加熱と冷却の切り替えが容易となる。前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽の間に熱媒も冷媒も供給しない断熱部を設けると熱ロスを小さくすることもできる。
そして、前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽を複数のブロックで構成すると、ブロック部分の交換によって前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽の大きさを容易に変更することができ、加熱と冷却の割合を容易に変更することができる。
【００２８】
さらに、前記加熱器に、前記混合媒体を投入する混合媒体投入口と、冷媒と混合していない熱媒を投入する熱媒投入口を設け、前記混合媒体投入口を前記熱媒投入口より上方に設けて、加熱器に前記混合媒体だけでなく、熱媒も投入することで、加熱器内の冷媒濃度がより薄くなるとともに、混合媒体を上方から投入することで冷媒は加熱器内上方に多く集まりやすくなり、上面蒸発の促進となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に係るバイオコークス製造装置及び方法において用いる原料のバイオマスは、光合成に起因するバイオマス原料であればよく、例えば木質類、草本類、農作物類、厨芥類等のバイオマスを挙げることができる。
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明に係るバイオコークス製造装置の上平面図、図２は本発明に係るバイオコークス製造装置の側面図である。
例えばかさ比重が０．２〜０．３程度の木くずを原料のバイオマスとして用いる場合、バイオマスを含水率５〜１０％に調湿した後、バイオマスを粒子径が３ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下になるようにミキサー等の粉砕手段によって粉砕し、受入ホッパ３へ投入する。
バイオマスはそのままの状態では空隙が非常に大きいこと、受熱表面積が小さいため、加熱加工には適さず、均質な加工を行うために受入ホッパ３へ投入する前に粉砕しておくことは重要である。
【００３２】
受入ホッパ３に投入されたバイオマスは、圧縮成型機２によってかさ密度０．９〜１．０の円柱状のペレットに成型される。
【００３３】
前記円柱状ペレットに成型されたバイオマス原料は、マジックハンド４によって圧縮反応機１に円形状に配置された５０個の反応容器１０のうちの１つに投入される。
反応容器１０に投入されたバイオマス原料は上部油圧シリンダ１１によって８〜２５ＭＰａに加圧・圧縮され、反応容器１０及び上部油圧シリンダは前記８〜２５ＭＰａの加圧状態を保ったまま回転し、加熱反応工程６、冷却工程７を経て、バイオコークスとなり、製品排出コンベア５より排出されるようになっている。
【００３４】
ここで、加熱反応工程６における加熱は、反応容器１０の外部に設けたジャケット１９に媒体供給管２１ａより熱媒を連続的に供給し、媒体排出管２２ａより熱媒を連続的に排出することによって１１５℃〜２３０℃、より好ましくは１８０〜２３０℃に加熱する。
つまり、加熱反応工程６では、１１５〜２３０℃、８〜２５ＭＰａ（より好ましくは１８０〜２３０℃、１２〜１９ＭＰａ）の条件でバイオマスの加熱及び加圧成型が行われており、この加熱・加圧状態を、反応容器の内径に対して０．２〜０．４分／ｍｍ保持するように反応容器の回転速度を調整する。
【００３５】
前記条件で加熱・加圧成型を行うことにより、高硬度かつ高発熱量を有するバイオコークスを得ることができる。これは、１１５〜２３０℃（より好ましくは１８０〜２３０℃）の温度条件で加熱を行うことにより、バイオマス原料の主成分の１つであるヘミセルロースが熱分解し、反応容器１０内に発生する過剰水蒸気によりリグニンがその骨格を保持したまま低温で反応し、圧密効果と相乗的に作用することによって、より硬度が増すことに起因している。
【００３６】
加熱反応工程６で加熱・加圧成型を行った後、反応容器は前記８〜２５ＭＰａ（より好ましくは１２〜１９ＭＰａ）の加圧状態を保ったままさらに回転し、冷却工程７に移動する。なお、加熱反応工程６と冷却工程７の間に加熱又は冷却の何れも行わない断熱部を設けてもよい。冷却工程７における冷却は、前記加熱反応工程６と同様に、反応容器１０の外部に設けたジャケット１９に媒体供給管２１ａより冷媒を連続的に供給し、媒体排出管２２ａより冷媒を連続的に排出することによって４０℃〜５０℃に冷却する。この温度よりも冷却温度が高いとヘミセルロースによる接着効果が低下し、硬度の低下の原因となる。
また、冷却時間は３０〜６０分程度かけることが好ましい。急速に冷却すると製造されたバイオコークス表面にひび割れ等が生じ、硬度の低下の原因となるからである。
【００３７】
冷却工程７で冷却を行った後、反応容器１０はさらに回転し、製品排出コンベア５の位置へ移動し、反応容器１０の下部を開け、上部油圧シリンダ１１によって反応容器１０の下部に位置する製品排出コンベア５へ製造された円柱ペレット状のバイオコークスを押し出して排出し、製品排出コンベア５によって荷造り・出荷等の後工程へ排出される。
【００３８】
次に前記加熱反応工程６、冷却工程７への熱媒及び冷媒の供給及び排出について詳細に説明する。本実施例においては例えば熱媒にシリコンオイル、冷媒に水を用いるが、熱媒及び冷媒はこれに限定されるものではなく、互いに不溶なものであればよい。
図３は前記媒体供給管２１ａに媒体を供給する媒体供給槽２１及び前記媒体排出管２２ａから媒体が排出される媒体排出槽２２周辺の側面図である。
必要な温度に調節された媒体（シリコンオイル又は水）は媒体供給配管２５を通じて媒体供給槽２１へ送液される。媒体供給槽２１は上部に供給スリット２３が設けられており、該供給スリット２３から前記媒体供給管２１ａの先端に位置しノズル板２１ｂ上に設けたノズル２１ｃを通じて媒体供給管２１ａに媒体（シリコンオイル又は水）が送液される。
一方、加熱反応工程又は冷却工程で加熱又は冷却に使用され、ジャケット１９から排出された媒体（シリコンオイル又は水）は媒体排出管２２ａ及び媒体排出管２２ａの先端に位置しノズル板２２ｂ上に設けたノズル２２ｃを通じて下部に供給スリット２４が設けられた媒体排出槽２２へ送液される。該媒体排出槽２２へ送液された媒体は媒体排出配管２６を通じて排出される。
【００３９】
また、媒体供給槽２１は熱媒供給槽及び冷媒供給槽から構成されており、該熱媒供給槽と冷媒供給槽の間は媒体が互いに移動しないように仕切られている。また熱媒供給槽及び冷媒供給槽にはそれぞれ熱媒供給配管及び冷媒供給配管が設けられており、さらに熱媒供給スリット及び冷媒供給スリットがそれぞれ設けられている。
【００４０】
このように構成された媒体供給槽２１上にノズル板２１ｂを配置し、ノズル板２１ｂには反応容器１０のジャケット１９に媒体を供給する媒体供給管２１ａの先端部に位置するノズル２１ｃが設けられている。
ノズル板２１ｂが反応容器１０の回転に合わせて回転し、前記ノズル２１ｃが熱媒供給スリット上に位置するときには反応容器１０のジャケット１９へ熱媒（シリコンオイル）が供給され、前記ノズル２１ｃが冷媒供給スリット上に位置するときは、反応容器１０のジャケット１９へ冷媒（水）が供給される。
このように熱媒（シリコンオイル）及び冷媒（水）を供給することで、加熱反応工程６から冷却工程７への媒体の切り替えを短時間で行うことができるとともに、反応容器毎に直接媒体を供給せず媒体供給槽にのみ媒体を供給すればいいため、媒体供給設備を大型化する必要がない。
【００４１】
なお、媒体排出槽２２及びノズル板２２ｂに関しても、媒体供給槽２１及びノズル板２１ｂと同じ構成である。
【００４２】
図４は図３におけるＡ−Ａ断面図の一例である。加熱反応工程６で加熱のために使用された熱媒（シリコンオイル）は媒体排出管２２ａ及び熱媒排出槽２２１の下部に設けられた熱媒排出スリット２４ａを通じて熱媒排出槽２２１へ送液され、該熱媒排出槽２２１へ送液された熱媒（シリコンオイル）は熱媒排出配管２６ａにより外部へ排出される。
同様に、冷却工程７で冷却のために使用された冷媒（水）は媒体排出管２２ａ及び冷媒排出槽２２２の下部に設けられた冷媒排出スリット２４ｂを通じて冷媒排出槽２２２へ送液され、該冷媒排出槽２２２へ送液された冷媒（水）は冷媒排出配管２６ｃにより外部へ排出される。
【００４３】
さらに、熱媒供給６ａから冷媒供給７ｂへの切り替え直後及び冷媒供給７ｂから熱媒供給６ａへの直後には熱媒（シリコンオイル）と冷媒（水）が混合するため、混合した媒体（シリコンオイル／水）を排出する媒体混合排出区間８、９を設けている。
熱媒供給６ａから冷媒供給７ｂへの切り替え直後の媒体混合排出区間９では、熱媒と冷媒の混合物（シリコンオイル／水）は媒体排出管２２ａ及び媒体混合排出槽２２３の下部の設けられた媒体混合排出スリット２４ｃを通じて媒体混合排出槽２２３へ送液され、該媒体混合排出槽２２３へ送液された混合媒体（シリコンオイル／水）は混合媒体排出配管２６ｂにより外部へ排出される。
同様に、冷媒供給７ｂから熱媒供給６ａへの切り替え直後の媒体混合排出区間８では、混合媒体（シリコンオイル／水）は媒体排出管２２ａ及び媒体混合排出槽２２４の下部に設けられた媒体混合排出スリット２４ｄを通じて媒体混合排出槽２２４へ送液され、該媒体混合排出槽２２４へ送液された混合媒体（シリコンオイル／水）は混合媒体排出配管２６ｄにより外部へ排出される。
【００４４】
図５は混合媒体分離装置の概略図である。
前記混合媒体排出配管２６ｂ及び２６ｄより排出された混合媒体（シリコンオイル／水）はシリコンオイル分離槽５１に送液される。シリコンオイル分離槽５１では、混合媒体（シリコンオイル／水）を静置することにより、シリコンオイルと水の比重差を利用して層分離させる。シリコンオイルよりも水の方が比重が大きいため、下層に水層５２、上層にシリコンオイル層５３が形成され、水層はそのまま回収される。また、水層を安定して形成するため、層分離調整板５４を設けている。
なお、シリコンオイルの酸化を防止するため、混合媒体（シリコンオイル／水）のシリコンオイル分離槽５１への送液配管の下端は水層５２内としておくことが好ましい。
【００４５】
前記シリコンオイル層５３は、シリコンオイルが水を３００ｐｐｍ程度溶解するため、まだ水が残っている。そこで、シリコンオイル層送液部５５よりシリコンオイル送液管５７を通じて熱媒加熱脱水器５６へ送液する。熱媒加熱脱水器５６では、前記熱媒排出配管２６ａより排出され熱媒送液管５８を通じて送液された熱媒とともに前記シリコンオイル層５３より送液された混合媒体を、ヒーター６１で加熱するとともにＰＩＣ６３で熱媒加熱脱水器５６の上面の気相の圧力を調整して水を上面蒸発させる。
このことにより、水を取り除き、水の混合していないシリコンオイルを得ることができ、熱媒として再利用することができる。
なお、熱媒加熱脱水器５６内の温度は、シリコンオイル出口ラインに設けたＴＩＣ５９の温度によりヒーター６１の熱源６０を調節することで行っている。
【００４６】
また、前記シリコンオイル送液管５７の位置は前記熱媒送液管５８よりも上方であることが好ましい。これは、より多く水を含んでいるシリコンオイル送液管５７からの混合媒体をより上方に配置することで、水の上面蒸発を促進するためである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明により、石炭コークス代替燃料となるバイオコークスを製造する装置で発生する不溶性の冷媒と熱媒の混合物を分離する方法及びその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るバイオコークス製造装置の上平面図である。
【図２】本発明に係るバイオコークス製造装置の側面図である。
【図３】媒体供給槽及び媒体排出槽周辺の側面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図の一例である。
【図５】混合媒体分離装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 圧縮成型機
２ 圧縮成型機
４ マジックハンド
５ 排出コンベア
７ 冷却工程
８ 加熱反応工程
１０ 反応容器
１１ 上部油圧シリンダ
１９ ジャケット
２１ 媒体供給槽
２１ｃ ノズル
２２ 媒体排出槽
２３ 供給スリット
２３ａ 熱媒供給スリット
２３ｂ 冷媒供給スリット
２４ 排出スリット
５１ シリコンオイル分離槽
５２ 水層
５３ シリコンオイル層
５４ 層分離調整板
５６ 熱媒加熱脱水器
２１１ 熱媒供給槽
２１２ 冷媒供給槽
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光合成を起因とするバイオマスを原料とし、石炭コークスの代替燃料としても利用可能であるバイオコークスを製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気中の二酸化炭素濃度の上昇を一因とする地球温暖化現象や、将来的に予測されている化石燃料の枯渇などを考慮して、バイオマスという再生可能でクリーンなエネルギー源が注目されている。
【０００３】
一般にバイオマスとは、再生可能な生物由来の有機性資源のうち化石資源を除いたものをいい、このバイオマスを炭化ガス化処理することで熱、電力、炭化物等の有価物の回収が可能となり、また廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つ。さらに、バイオマスは有機物であるため、燃焼すると二酸化炭素を発生するが、この二酸化炭素は、バイオマスが成長過程において光合成によって大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、大気中の二酸化炭素を増加させていないと考えられる。このことはカーボンニュートラルと呼ばれている。従って、近年大気中の二酸化炭素濃度上昇による地球温度化の進行が問題となっているため、バイオマスの活用が要望されている。
【０００４】
一方、昨今の中国における急速な鉄鋼需要により、石炭コークスのコストが急上昇し、日本の鋳物又は鉄鋼メーカーの経営を圧迫している。従って、鋳物製造又は製鉄において、石炭コークスの一部を代替することができる高硬度固形燃料を開発し、燃料コストを削減するとともに、バイオマスのカーボンニュートラルな性質によって地球温暖化現象の一因となっている大気中の二酸化炭素濃度の増加を抑えることが切望されている。
【０００５】
そこで、バイオマスを燃料化する方法として、例えば特許文献１にバイオマス水スラリーの製造方法が、また特許文献２には生ゴミ、下水道汚泥等を燃料化する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の発明は何れもバイオマスを固形燃料化する技術ではなく、石炭コークス代替としては利用することができない。
【０００６】
また、バイオマスを固形燃料化する技術として、特許文献３にペレット製造技術が開示されている。
しかしながら、特許文献３に開示された方法では、製造されたペレットを石炭コークス代替として使用するためには、材料の含水量が多いため製造されたペレットを充分な発熱量を有しておらず、また製造されたペレットには空隙が存在するため、ペレット内への空気（酸素）の拡散が生じ、燃焼時間が短く、粉体バイオマス間の結合が無いため、十分な硬度を有していない物である。
従って、石炭コークス代替として使用することは困難である。
【０００７】
また、その他のバイオマスを固形燃料化する技術としては、原料を細片化して炭化させる製造技術（特許文献４）、高いエネルギー収率で木炭よりも容積エネルギー密度及び重量エネルギー密度の高い固形燃料を製造する技術（特許文献５）、木質バイオマスエネルギー輸送特性をより高めるための半炭化圧密燃料製造技術（特許文献６）が開示されているが、これら特許文献４〜６の何れの技術によって得られる固形燃料も、石炭コークスに比して充分な発熱量を有しているとはいい難く、更に硬度性能についても充分ではないため、石炭コークス代替として使用することは困難である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１２９０６９号公報
【特許文献２】特許第３６１３５６７号公報
【特許文献３】特開昭５２−１０１２０２号公報
【特許文献４】特開２００４−４３５１７号公報
【特許文献５】特開２００３−２１３２７３号公報
【特許文献６】特開２００３−２０６４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、光合成を起因とするバイオマスを原料とし、石炭コークスの代替燃料として利用可能であるバイオコークスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明においては、
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段で粉砕したバイオマス粉砕物を反応容器内に充填する充填手段と、反応容器内で加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造装置であって、前記反応容器には、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱手段と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧手段と、該加圧状態を保持して冷却する冷却手段と、冷却後の内容物の排出を行う排出手段を備え、前記加熱手段は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させることで加熱を行う手段であり、前記冷却手段は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させることで冷却を行う手段であることを特徴とする。
【００１１】
このとき、過剰なプロセスエネルギーを必要とせず、バイオコークスを得るためには、加熱手段における温度条件を１１５〜２３０℃、加圧手段における圧力条件を８〜２５ＭＰａとすることが好ましく、加熱温度条件を１８０〜２３０℃、加圧圧力条件を１２〜１９ＭＰａとすることがさらに好ましい。この加熱温度及び加圧圧力条件を一定時間保持することでバイオコークスを得ることができ、該保持時間は例えば円柱状の筒型容器を反応容器として用いる場合、円柱の円部分の直径（ｍｍ）に対して、０．２〜０．４分／ｍｍとすることが好ましい。
【００１２】
また、熱媒及び冷媒は互いに不溶であればその他の条件によって特に限定されるものではないが、熱媒には、常圧における沸点が前記加熱温度条件（１１５〜２３０℃）よりも低いものを用いていると、前記ジャケットから排出した後の熱媒回収を常圧で行うことができるため好ましい。
沸点、コストを考慮して、熱媒にシリコンオイル、冷媒に水を使用することが例示できる。
【００１３】
また、前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を排出する混合物排出手段と、前記混合媒体を静置して熱媒層と冷媒層に層分離させる静置槽と、前記熱媒層を静置槽から排出する排出手段と、前記排出手段によって排出された熱媒層を加熱する加熱器と、前記加熱器の上部の気相の圧力を調整する圧力調整手段と、を設けることを特徴とする。
【００１４】
さらに、前記反応容器を複数個設けて円状に配置するとともに、該円状に配置した複数の反応容器を円の外周に沿って回転させる回転手段を有し、前記回転手段によって前記複数個の円形に配置した反応容器を回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うようにしたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記円状に配置する反応容器の個数は特に限定されるものではなく、生産規模に応じて決めることができる。さらに、前記充填、加熱、加圧、冷却時間の調整を可能とするため、前記回転手段による回転速度を調整できるようにしておくことが好ましい。
【００１６】
前記加熱手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し熱媒が充填された熱媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに熱媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した熱媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから熱媒が排出するようした手段であることを特徴とする。
前記熱媒供給槽は１つの部材で構成されていてもよいが、複数のブロックの組み合わせによって構成されていることが好ましい。
【００１７】
前記冷却手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し冷媒が充填された冷媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに冷媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した冷媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから冷媒が排出するようにした手段であることを特徴とする。
前記冷媒供給槽は１つの部材で構成されていてもよいが、複数のブロックの組み合わせによって構成されていることが好ましい。
【００１８】
加熱手段として前記熱媒供給槽を用いる手段、冷却手段として前記冷媒供給槽を用いる手段はそれぞれ別個に利用することができるが、両者を併せて利用することがさらに好ましい。
【００１９】
前記加熱器は、前記混合媒体を投入する混合媒体投入口と、冷媒と混合していない熱媒を投入する熱媒投入口を有し、前記混合媒体投入口を前記熱媒投入口より上方に設けたことを特徴とする。
前記混合媒体投入口及び熱媒投入口は何れも１ヶ所でもよくまた複数個所に設けてもよい。複数個所に設ける場合は、最も上方に位置する熱媒投入口よりも、最も下方に位置する混合媒体投入口を上方に位置するように設ける。
熱媒投入口から加熱器へ投入する熱媒は、外部から新規に導入してもよく、また前記ジャケットで使用した熱媒を回収したものでもよい。
【００２０】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して反応容器内に充填し、加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造方法であって、前記反応容器で、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱工程と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧工程と、該加圧状態を保持して冷却する冷却工程と、冷却後の内容物の排出を行う排出工程を有し、前記加熱工程は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させて加熱する工程であり、前記冷却工程は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させて加熱する工程であることを特徴とする。
【００２１】
前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を、静置槽内に静置して比重差により熱媒層と冷媒層に層分離させた後、熱媒層を加熱器内に上部に気相ができる量だけ投入し、加熱器の上部の気相の圧力を調整して冷媒を蒸発させることを特徴とする。
【００２２】
前記反応容器複数個を円状に配置し、複数個の反応容器を、円の外周に沿って回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のバイオコークス製造装置を用いることによって、最高圧縮強度６０〜２００ＭＰａ、発熱量１８〜２３ＭＪ／ｋｇ及びかさ比重１．４程度であり、石炭コークスの代替燃料として利用可能であるバイオコークスを製造することができる。
さらに、熱媒と冷媒が互いに不溶であるため、熱媒と冷媒が混合した場合に混合物を分離すること容易であり、低コストで混合物を分離することができる。従って、低コストで熱媒、冷媒を再利用することのできる状態にすることができる。
【００２４】
また、前述の通り、熱媒と冷媒が不溶であるため、熱媒と冷媒の混合物を静置槽で静置させることで、槽分離によって熱媒層と冷媒層に分離することができる。槽分離した状態の熱媒層には僅かに冷媒が残っている可能性がある。特に冷媒の沸点が前記加熱温度条件（１１５〜２３０℃）よりも低く、熱媒層に僅かに冷媒が残っていた場合に、熱媒層の熱媒をそのまま再使用すると冷媒が沸騰状態となり蒸発熱を損失し、さらに熱媒の飛沫も生じてシリコンオイルの損失が大きくなるばかりか、冷媒が突沸して安全上も課題が残るが、前記槽分離してできた熱媒層を加熱器で加熱及び上部の気相圧力を調整して、冷媒を蒸発させることにより、冷媒の残らない熱媒とすることができ、熱媒として再利用することができる。
【００２５】
また、複数個の円形に配置した反応容器を回転させることで、充填、加圧、加熱、冷却、排出を連続して行うことができる。また回転速度を変えることで反応時間を容易に調整することができる。
【００２６】
また、前記熱媒供給槽を用いることで加熱手段（ジャケット）への熱媒の供給設備を小型化することができるとともに、熱媒供給槽を前記反応容器を配置してできる円の内側のスペースを有効活用することができ、装置全体の小型化にも繋がる。
さらに、前記冷媒供給槽を用いる場合も、前記熱媒供給槽を用いる場合と同様の効果が得られる。
【００２７】
さらにまた、前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽を用いることにより、加熱と冷却の切り替えが容易となる。前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽の間に熱媒も冷媒も供給しない断熱部を設けると熱ロスを小さくすることもできる。
そして、前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽を複数のブロックで構成すると、ブロック部分の交換によって前記熱媒供給槽及び前記冷媒供給槽の大きさを容易に変更することができ、加熱と冷却の割合を容易に変更することができる。
【００２８】
さらに、前記加熱器に、前記混合媒体を投入する混合媒体投入口と、冷媒と混合していない熱媒を投入する熱媒投入口を設け、前記混合媒体投入口を前記熱媒投入口より上方に設けて、加熱器に前記混合媒体だけでなく、熱媒も投入することで、加熱器内の冷媒濃度がより薄くなるとともに、混合媒体を上方から投入することで冷媒は加熱器内上方に多く集まりやすくなり、上面蒸発の促進となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に係るバイオコークス製造装置及び方法において用いる原料のバイオマスは、光合成に起因するバイオマス原料であればよく、例えば木質類、草本類、農作物類、厨芥類等のバイオマスを挙げることができる。
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明に係るバイオコークス製造装置の上平面図、図２は本発明に係るバイオコークス製造装置の側面図である。
例えばかさ比重が０．２〜０．３程度の木くずを原料のバイオマスとして用いる場合、バイオマスを含水率５〜１０％に調湿した後、バイオマスを粒子径が３ｍｍ以下、好ましくは０．１ｍｍ以下になるようにミキサー等の粉砕手段によって粉砕し、受入ホッパ３へ投入する。
バイオマスはそのままの状態では空隙が非常に大きいこと、受熱表面積が小さいため、加熱加工には適さず、均質な加工を行うために受入ホッパ３へ投入する前に粉砕しておくことは重要である。
【００３２】
受入ホッパ３に投入されたバイオマスは、圧縮成型機２によってかさ密度０．９〜１．０の円柱状のペレットに成型される。
【００３３】
前記円柱状ペレットに成型されたバイオマス原料は、マジックハンド４によって圧縮反応機１に円形状に配置された５０個の反応容器１０のうちの１つに投入される。
反応容器１０に投入されたバイオマス原料は上部油圧シリンダ１１によって８〜２５ＭＰａに加圧・圧縮され、反応容器１０及び上部油圧シリンダは前記８〜２５ＭＰａの加圧状態を保ったまま回転し、加熱反応工程６、冷却工程７を経て、バイオコークスとなり、製品排出コンベア５より排出されるようになっている。
【００３４】
ここで、加熱反応工程６における加熱は、反応容器１０の外部に設けたジャケット１９に媒体供給管２１ａより熱媒を連続的に供給し、媒体排出管２２ａより熱媒を連続的に排出することによって１１５℃〜２３０℃、より好ましくは１８０〜２３０℃に加熱する。
つまり、加熱反応工程６では、１１５〜２３０℃、８〜２５ＭＰａ（より好ましくは１８０〜２３０℃、１２〜１９ＭＰａ）の条件でバイオマスの加熱及び加圧成型が行われており、この加熱・加圧状態を、反応容器の内径に対して０．２〜０．４分／ｍｍ保持するように反応容器の回転速度を調整する。
【００３５】
前記条件で加熱・加圧成型を行うことにより、高硬度かつ高発熱量を有するバイオコークスを得ることができる。これは、１１５〜２３０℃（より好ましくは１８０〜２３０℃）の温度条件で加熱を行うことにより、バイオマス原料の主成分の１つであるヘミセルロースが熱分解し、反応容器１０内に発生する過剰水蒸気によりリグニンがその骨格を保持したまま低温で反応し、圧密効果と相乗的に作用することによって、より硬度が増すことに起因している。
【００３６】
加熱反応工程６で加熱・加圧成型を行った後、反応容器は前記８〜２５ＭＰａ（より好ましくは１２〜１９ＭＰａ）の加圧状態を保ったままさらに回転し、冷却工程７に移動する。なお、加熱反応工程６と冷却工程７の間に加熱又は冷却の何れも行わない断熱部を設けてもよい。冷却工程７における冷却は、前記加熱反応工程６と同様に、反応容器１０の外部に設けたジャケット１９に媒体供給管２１ａより冷媒を連続的に供給し、媒体排出管２２ａより冷媒を連続的に排出することによって４０℃〜５０℃に冷却する。この温度よりも冷却温度が高いとヘミセルロースによる接着効果が低下し、硬度の低下の原因となる。
また、冷却時間は３０〜６０分程度かけることが好ましい。急速に冷却すると製造されたバイオコークス表面にひび割れ等が生じ、硬度の低下の原因となるからである。
【００３７】
冷却工程７で冷却を行った後、反応容器１０はさらに回転し、製品排出コンベア５の位置へ移動し、反応容器１０の下部を開け、上部油圧シリンダ１１によって反応容器１０の下部に位置する製品排出コンベア５へ製造された円柱ペレット状のバイオコークスを押し出して排出し、製品排出コンベア５によって荷造り・出荷等の後工程へ排出される。
【００３８】
次に前記加熱反応工程６、冷却工程７への熱媒及び冷媒の供給及び排出について詳細に説明する。本実施例においては例えば熱媒にシリコンオイル、冷媒に水を用いるが、熱媒及び冷媒はこれに限定されるものではなく、互いに不溶なものであればよい。
図３は前記媒体供給管２１ａに媒体を供給する媒体供給槽２１及び前記媒体排出管２２ａから媒体が排出される媒体排出槽２２周辺の側面図である。
必要な温度に調節された媒体（シリコンオイル又は水）は媒体供給配管２５を通じて媒体供給槽２１へ送液される。媒体供給槽２１は上部に供給スリット２３が設けられており、該供給スリット２３から前記媒体供給管２１ａの先端に位置しノズル板２１ｂ上に設けたノズル２１ｃを通じて媒体供給管２１ａに媒体（シリコンオイル又は水）が送液される。
一方、加熱反応工程又は冷却工程で加熱又は冷却に使用され、ジャケット１９から排出された媒体（シリコンオイル又は水）は媒体排出管２２ａ及び媒体排出管２２ａの先端に位置しノズル板２２ｂ上に設けたノズル２２ｃを通じて下部に供給スリット２４が設けられた媒体排出槽２２へ送液される。該媒体排出槽２２へ送液された媒体は媒体排出配管２６を通じて排出される。
【００３９】
また、媒体供給槽２１は熱媒供給槽及び冷媒供給槽から構成されており、該熱媒供給槽と冷媒供給槽の間は媒体が互いに移動しないように仕切られている。また熱媒供給槽及び冷媒供給槽にはそれぞれ熱媒供給配管及び冷媒供給配管が設けられており、さらに熱媒供給スリット及び冷媒供給スリットがそれぞれ設けられている。
【００４０】
このように構成された媒体供給槽２１上にノズル板２１ｂを配置し、ノズル板２１ｂには反応容器１０のジャケット１９に媒体を供給する媒体供給管２１ａの先端部に位置するノズル２１ｃが設けられている。
ノズル板２１ｂが反応容器１０の回転に合わせて回転し、前記ノズル２１ｃが熱媒供給スリット上に位置するときには反応容器１０のジャケット１９へ熱媒（シリコンオイル）が供給され、前記ノズル２１ｃが冷媒供給スリット上に位置するときは、反応容器１０のジャケット１９へ冷媒（水）が供給される。
このように熱媒（シリコンオイル）及び冷媒（水）を供給することで、加熱反応工程６から冷却工程７への媒体の切り替えを短時間で行うことができるとともに、反応容器毎に直接媒体を供給せず媒体供給槽にのみ媒体を供給すればいいため、媒体供給設備を大型化する必要がない。
【００４１】
なお、媒体排出槽２２及びノズル板２２ｂに関しても、媒体供給槽２１及びノズル板２１ｂと同じ構成である。
【００４２】
図４は図３におけるＡ−Ａ断面図の一例である。加熱反応工程６で加熱のために使用された熱媒（シリコンオイル）は媒体排出管２２ａ及び熱媒排出槽２２１の下部に設けられた熱媒排出スリット２４ａを通じて熱媒排出槽２２１へ送液され、該熱媒排出槽２２１へ送液された熱媒（シリコンオイル）は熱媒排出配管２６ａにより外部へ排出される。
同様に、冷却工程７で冷却のために使用された冷媒（水）は媒体排出管２２ａ及び冷媒排出槽２２２の下部に設けられた冷媒排出スリット２４ｂを通じて冷媒排出槽２２２へ送液され、該冷媒排出槽２２２へ送液された冷媒（水）は冷媒排出配管２６ｃにより外部へ排出される。
【００４３】
さらに、熱媒供給６ａから冷媒供給７ｂへの切り替え直後及び冷媒供給７ｂから熱媒供給６ａへの直後には熱媒（シリコンオイル）と冷媒（水）が混合するため、混合した媒体（シリコンオイル／水）を排出する媒体混合排出区間８、９を設けている。
熱媒供給６ａから冷媒供給７ｂへの切り替え直後の媒体混合排出区間９では、熱媒と冷媒の混合物（シリコンオイル／水）は媒体排出管２２ａ及び媒体混合排出槽２２３の下部の設けられた媒体混合排出スリット２４ｃを通じて媒体混合排出槽２２３へ送液され、該媒体混合排出槽２２３へ送液された混合媒体（シリコンオイル／水）は混合媒体排出配管２６ｂにより外部へ排出される。
同様に、冷媒供給７ｂから熱媒供給６ａへの切り替え直後の媒体混合排出区間８では、混合媒体（シリコンオイル／水）は媒体排出管２２ａ及び媒体混合排出槽２２４の下部に設けられた媒体混合排出スリット２４ｄを通じて媒体混合排出槽２２４へ送液され、該媒体混合排出槽２２４へ送液された混合媒体（シリコンオイル／水）は混合媒体排出配管２６ｄにより外部へ排出される。
【００４４】
図５は混合媒体分離装置の概略図である。
前記混合媒体排出配管２６ｂ及び２６ｄより排出された混合媒体（シリコンオイル／水）はシリコンオイル分離槽５１に送液される。シリコンオイル分離槽５１では、混合媒体（シリコンオイル／水）を静置することにより、シリコンオイルと水の比重差を利用して層分離させる。シリコンオイルよりも水の方が比重が大きいため、下層に水層５２、上層にシリコンオイル層５３が形成され、水層はそのまま回収される。また、水層を安定して形成するため、層分離調整板５４を設けている。
なお、シリコンオイルの酸化を防止するため、混合媒体（シリコンオイル／水）のシリコンオイル分離槽５１への送液配管の下端は水層５２内としておくことが好ましい。
【００４５】
前記シリコンオイル層５３は、シリコンオイルが水を３００ｐｐｍ程度溶解するため、まだ水が残っている。そこで、シリコンオイル層送液部５５よりシリコンオイル送液管５７を通じて熱媒加熱脱水器５６へ送液する。熱媒加熱脱水器５６では、前記熱媒排出配管２６ａより排出され熱媒送液管５８を通じて送液された熱媒とともに前記シリコンオイル層５３より送液された混合媒体を、ヒーター６１で加熱するとともにＰＩＣ６３で熱媒加熱脱水器５６の上面の気相の圧力を調整して水を上面蒸発させる。
このことにより、水を取り除き、水の混合していないシリコンオイルを得ることができ、熱媒として再利用することができる。
なお、熱媒加熱脱水器５６内の温度は、シリコンオイル出口ラインに設けたＴＩＣ５９の温度によりヒーター６１の熱源６０を調節することで行っている。
【００４６】
また、前記シリコンオイル送液管５７の位置は前記熱媒送液管５８よりも上方であることが好ましい。これは、より多く水を含んでいるシリコンオイル送液管５７からの混合媒体をより上方に配置することで、水の上面蒸発を促進するためである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明により、石炭コークス代替燃料となるバイオコークスを製造する装置で発生する不溶性の冷媒と熱媒の混合物を分離する方法及びその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るバイオコークス製造装置の上平面図である。
【図２】本発明に係るバイオコークス製造装置の側面図である。
【図３】媒体供給槽及び媒体排出槽周辺の側面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ断面図の一例である。
【図５】混合媒体分離装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 圧縮成型機
２ 圧縮成型機
４ マジックハンド
５ 排出コンベア
７ 冷却工程
８ 加熱反応工程
１０ 反応容器
１１ 上部油圧シリンダ
１９ ジャケット
２１ 媒体供給槽
２１ｃ ノズル
２２ 媒体排出槽
２３ 供給スリット
２３ａ 熱媒供給スリット
２３ｂ 冷媒供給スリット
２４ 排出スリット
５１ シリコンオイル分離槽
５２ 水層
５３ シリコンオイル層
５４ 層分離調整板
５６ 熱媒加熱脱水器
２１１ 熱媒供給槽
２１２ 冷媒供給槽
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段で粉砕したバイオマス粉砕物を反応容器内に充填する充填手段と、反応容器内で加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造装置であって、
前記反応容器には、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱手段と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧手段と、該加圧状態を保持して冷却する冷却手段と、冷却後の内容物の排出を行う排出手段を備え、
前記加熱手段は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させることで加熱を行う手段であり、
前記冷却手段は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させることで冷却を行う手段であることを特徴とするバイオコークス製造装置。
【請求項２】
前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を排出する混合物排出手段と、前記混合媒体を静置して熱媒層と冷媒層に層分離させる静置槽と、前記熱媒層を静置槽から排出する排出手段と、前記排出手段によって排出された熱媒層を加熱する加熱器と、前記加熱器の上部の気相の圧力を調整する圧力調整手段と、を設けることを特徴とする請求項１記載のバイオコークス製造装置。
【請求項３】
前記反応容器を複数個設けて円状に配置するとともに、該円状に配置した複数の反応容器を円の外周に沿って回転させる回転手段を有し、前記回転手段によって前記複数個の円形に配置した反応容器を回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のバイオコークス製造装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し熱媒が充填された熱媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに熱媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した熱媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから熱媒が排出するようした手段であることを特徴とする請求項３記載のバイオコークス製造装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し冷媒が充填された冷媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに冷媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した冷媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから冷媒が排出するようにした手段であることを特徴とする請求項３又は４記載のバイオコークス製造装置。
【請求項６】
前記加熱器は、前記混合媒体を投入する混合媒体投入口と、冷媒と混合していない熱媒を投入する熱媒投入口を有し、前記混合媒体投入口を前記熱媒投入口より上方に設けたことを特徴とする請求項２記載の熱媒と冷媒の分離装置。
【請求項７】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して反応容器内に充填し、加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造方法であって、
前記反応容器で、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱工程と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧工程と、該加圧状態を保持して冷却する冷却工程と、冷却後の内容物の排出を行う排出工程を有し、
前記加熱工程は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させて加熱する工程であり、
前記冷却工程は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させて加熱する工程であることを特徴とするバイオコークス製造方法。
【請求項８】
前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を、静置槽内に静置して比重差により熱媒層と冷媒層に層分離させた後、熱媒層を加熱器内に上部に気相ができる量だけ投入し、加熱器の上部の気相の圧力を調整して冷媒を蒸発させることを特徴とする請求項７記載のバイオコークス製造方法。
【請求項９】
前記反応容器複数個を円状に配置し、複数個の反応容器を、円の外周に沿って回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うことを特徴とする請求項７又は８記載のバイオコークス製造方法。
【請求項１】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕する粉砕手段と、該粉砕手段で粉砕したバイオマス粉砕物を反応容器内に充填する充填手段と、反応容器内で加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造装置であって、
前記反応容器には、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱手段と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧手段と、該加圧状態を保持して冷却する冷却手段と、冷却後の内容物の排出を行う排出手段を備え、
前記加熱手段は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させることで加熱を行う手段であり、
前記冷却手段は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させることで冷却を行う手段であることを特徴とするバイオコークス製造装置。
【請求項２】
前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を排出する混合物排出手段と、前記混合媒体を静置して熱媒層と冷媒層に層分離させる静置槽と、前記熱媒層を静置槽から排出する排出手段と、前記排出手段によって排出された熱媒層を加熱する加熱器と、前記加熱器の上部の気相の圧力を調整する圧力調整手段と、を設けることを特徴とする請求項１記載のバイオコークス製造装置。
【請求項３】
前記反応容器を複数個設けて円状に配置するとともに、該円状に配置した複数の反応容器を円の外周に沿って回転させる回転手段を有し、前記回転手段によって前記複数個の円形に配置した反応容器を回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のバイオコークス製造装置。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し熱媒が充填された熱媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに熱媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した熱媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから熱媒が排出するようした手段であることを特徴とする請求項３記載のバイオコークス製造装置。
【請求項５】
前記冷却手段は、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有し冷媒が充填された冷媒供給槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットに冷媒が流入するようにするとともに、前記反応容器を配置した円に沿ったスリットを有した冷媒排出槽を設け、前記ジャケットと接続した管の解放端を前記反応容器の回転に合わせて、前記スリットに沿って移動させることで、ジャケットから冷媒が排出するようにした手段であることを特徴とする請求項３又は４記載のバイオコークス製造装置。
【請求項６】
前記加熱器は、前記混合媒体を投入する混合媒体投入口と、冷媒と混合していない熱媒を投入する熱媒投入口を有し、前記混合媒体投入口を前記熱媒投入口より上方に設けたことを特徴とする請求項２記載の熱媒と冷媒の分離装置。
【請求項７】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して反応容器内に充填し、加熱しながら加圧成型するバイオコークス製造方法であって、
前記反応容器で、前記バイオマス原料中のヘミセルロースが熱分解して接着効果を発現する温度範囲まで加熱する加熱工程と、該加熱した状態で前記バイオマス粉砕物中のリグニンが熱硬化反応を発現する圧力範囲まで加圧する加圧工程と、該加圧状態を保持して冷却する冷却工程と、冷却後の内容物の排出を行う排出工程を有し、
前記加熱工程は、前記容器外周に設けたジャケットに熱媒を流通させて加熱する工程であり、
前記冷却工程は、前記容器外周に設けたジャケットに前記熱媒に不溶の冷媒を流通させて加熱する工程であることを特徴とするバイオコークス製造方法。
【請求項８】
前記ジャケットへ流通させる熱媒と冷媒を入れ替える際に生じる熱媒と冷媒の混合物を、静置槽内に静置して比重差により熱媒層と冷媒層に層分離させた後、熱媒層を加熱器内に上部に気相ができる量だけ投入し、加熱器の上部の気相の圧力を調整して冷媒を蒸発させることを特徴とする請求項７記載のバイオコークス製造方法。
【請求項９】
前記反応容器複数個を円状に配置し、複数個の反応容器を、円の外周に沿って回転させながら、反応容器が１周する前に、前記充填、加熱、加圧、冷却及び排出を行うことを特徴とする請求項７又は８記載のバイオコークス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２７４１１０（Ｐ２００８−２７４１１０Ａ）
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１９２７０（Ｐ２００７−１１９２７０）
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（５０１３７０３７０）三菱重工環境エンジニアリング株式会社 (175)
【出願人】（０００１２５３４７）学校法人近畿大学 (389)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２７日（２００７．４．２７）
【出願人】（５０１３７０３７０）三菱重工環境エンジニアリング株式会社 (175)
【出願人】（０００１２５３４７）学校法人近畿大学 (389)
【Ｆターム（参考）】
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