バイオコークス製造装置及び製造方法
【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、反応容器に充填し、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し、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して、該加圧状態を保持して冷却した内容物の排出が行い、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。
【解決手段】バイオマス原料を粉砕して、反応容器に充填し、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し、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して、該加圧状態を保持して冷却した内容物の排出が行い、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。
【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の製造装置及び製造方法に関する。
【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利用することはできない。
【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が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してバイオコークスを製造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、前記バイオマス粉砕物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して保持する加圧手段と、該加圧状態を保持後に冷却する冷却する冷却手段と、該冷却した後に内容物を排出する排出手段を備え、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ようにしたことを特徴とする。
【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、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。
【００１３】
さらに、前記加熱手段は、前記反応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って、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にすることで、ジャケットに熱媒を流通させ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。
【００１４】
さらに、前記冷却手段は、前記反応容器外周に設けたジャケットに冷媒を流通させることで冷却を行う手段であって、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配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することで、ジャケットに冷媒を流通させ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。
【００１５】
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。
【００１６】
さらにまた、前記バイオマス粉砕物を前記充填手段によって前記反応容器に投入する前に、予め円柱状ペレットに圧縮成型しておく圧縮手段を設けることを特徴とする。
前記圧縮手段によってかさ密度０．９〜１．０程度の円柱状ペレットに圧縮成型しておくことが好ましい。
例えば木くず等のかさ密度の小さなバイオマス原料を用いる場合、前記圧縮手段によってあらかじめ圧縮成型してかさ密度を大きくしておくと、前記反応容器に充填するバイオコークス原料の容積が小さくなり、反応容器を大型化する必要がなくなる。
また、前記充填手段は、前記圧縮手段を用いて円柱状ペレットに圧縮したバイオマス粉砕物を前記反応容器に充填することができることに加えて、前記圧縮手段をバイパスしてバイオマス粉砕物を直接前記反応容器に充填することができるようにしておくと、バイオマス原料のかさ密度に応じて前記圧縮手段を用いるか用いないかを決定することができ、かさ密度の小さなバイオマス原料を用いる場合のみ前記圧縮手段を用いればいいため、圧縮手段の稼動コストを最低限に抑えることができる。
【００１７】
また、光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して、反応容器に充填し、反応容器内で加熱しながら加圧成型してバイオコークスを製造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し、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して、該加圧状態を保持して冷却した内容物の排出が行い、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】
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
さらに圧縮手段を用いることで、かさ密度の小さなバイオマス原料を用いる場合にも反応容器を大型化する必要がなくなる。
また前述のように、前記円形に配置された複数の反応容器は、円の外周に沿って回転しているため、圧縮手段は前記円近傍の１ヶ所に固定して設ければよく、例えば反応容器１つに対して圧縮装置１つを有する場合と比して設置コストが大幅に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
受入ホッパ３に投入されたバイオマスは、図３に概略図を示した圧縮成型機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。
該圧縮成型機２においては、受入ホッパ３に投入されたバイオマスは、スクリュー押出機３１及び３２によって、ピストン３３を備えたシリンダ３７内に送られる。シリンダ３７内ではピストン３３によって原料バイオマスを押し出すとともに、油圧シリンダ３５によってシリンダ３７出口開口部の面積を調節することでシリンダ３７内の圧力を調整してバイオマスをかさ密度０．９〜１．０に圧縮し、シリンダ３７出口部に設けたカッタ３６で必要な大きさに切断して円柱状ペレットに成型している。
なお、油圧シリンダ３５でシリンダ３７出口開口部の面積を調節できるようにするため、シリンダ３７にはヒンジ３４を設けている。
【００２６】
このようにして圧縮成型機２で円柱状ペレットに成型されたバイオマスは、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。
円形状に配置された反応容器は回転し、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。
【００２７】
次に前記加熱反応工程６、冷却工程７について詳細に説明する。
図４は前記反応容器１０周辺の側面図である。前記円柱状ペレットに成型されたバイオマスは、反応容器１０内に投入され、上部油圧シリンダ１１によって８〜２５ＭＰａ、より好ましくは１２〜１９ＭＰａに加圧・圧縮される。反応容器１０及び上部油圧シリンダ１１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回転し、加熱反応工程６に移動する。
なお、本実施例においては原料のバイオマスとしてかさ比重の小さな木くずを用いているが、例えば茶殻などのかさ比重の大きなバイオマス原料を用いる場合、原料投入容器１３を用いて粉砕後のバイオマス粉砕物を反応容器１０に充填すればよい。この場合、まず上部ゲート１６ｂを開けてバイオマス粉砕物を原料投入容器１３に、バイオマス粉砕物の位置を検出する位置検出センサ１４の位置まで投入する。その後上部ゲート１６ｂを閉じ、下部ゲート１６を開放することで一定量のバイオマス粉砕物を反応容器に充填することができる。
【００２８】
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。ここで、ジャケット１９からの熱を反応容器内部へ伝達しやすくするため、上部シリンダ１１の下部及び反応容器１０下部に例えば銀、銅等の熱伝導率の高い金属板１７、１８を設けることが好ましい。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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℃以下に冷却する。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
図５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に媒体が送液される。
一方、加熱反応工程６又は冷却工程７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。
【００３３】
図６は媒体供給槽２１及びノズル板２１ｂの一部の斜視図である。媒体供給槽２１は熱媒供給槽２１１及び冷媒供給槽２１２から構成されており、該熱媒供給槽２１１と冷媒供給槽２１２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２１１及び冷媒供給槽２１２にはそれぞれ熱媒供給配管２５ａ及び冷媒供給配管２５ｂが設けられており、さらに熱媒供給スリット２３ａ及び冷媒供給スリット２３ｂがそれぞれ設けられている。
【００３４】
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２３ａ上に位置するときには反応容器１０のジャケット１９へ熱媒が供給され、前記ノズル２１ｃが冷媒供給スリット２３ｂ上に位置するときは、反応容器１０のジャケット１９へ冷媒が供給される。
このように熱媒及び冷媒の供給することで、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。
【００３５】
なお、媒体排出槽２２及びノズル板２２ｂに関しても、前記図６に示した媒体供給槽２１及びノズル板２１ｂと同じ構成である。
【００３６】
図７は図５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は媒体排出管２２ａ及び熱媒排出槽２２１の下部の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へ送液された冷媒は冷媒排出配管２６ａにより外部へ排出される。
【００３７】
図８は図５におけるＡ−Ａ断面図の別の一例である。熱媒排出槽２２１及び冷媒排出槽２２２は前記図７に示した例と同様であるが、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への直後には熱媒と冷媒が混合するため、混合した媒体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へ送液された熱媒は熱媒排出配管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、熱媒と冷媒の混合物は媒体排出管２２ａ及び媒体混合排出槽２２４の下部の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へ送液された熱媒は熱媒排出配管２６ｄにより外部へ排出される。
【００３８】
熱媒と冷媒に同じ物質（例えばシリコンオイル）を用いる場合、図７に示したような構成が好ましく、熱媒と冷媒に異なる物質（例えば熱媒にシリコンオイル、冷媒に水）を用いる場合、図８に示したような構成が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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及びその方法として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】圧縮成型機の該略図である。
【図４】反応容器周辺の側面図である。
【図５】媒体供給槽及び媒体排出槽周辺の側面図である。
【図６】媒体供給槽及びノズル板の一部の斜視図である。
【図７】図５におけるＡ−Ａ断面図の一例である。
【図８】図５におけるＡ−Ａ断面図の別の一例である
【符号の説明】
【００４１】
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
１７、１８ 金属板
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
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の製造装置及び製造方法に関する。
【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利用することはできない。
【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が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してバイオコークスを製造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、前記バイオマス粉砕物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して保持する加圧手段と、該加圧状態を保持後に冷却する冷却する冷却手段と、該冷却した後に内容物を排出する排出手段を備え、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ようにしたことを特徴とする。
【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、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。
【００１３】
さらに、前記加熱手段は、前記反応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って、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にすることで、ジャケットに熱媒を流通させ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。
【００１４】
さらに、前記冷却手段は、前記反応容器外周に設けたジャケットに冷媒を流通させることで冷却を行う手段であって、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配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することで、ジャケットに冷媒を流通させ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。
【００１５】
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。
【００１６】
さらにまた、前記バイオマス粉砕物を前記充填手段によって前記反応容器に投入する前に、予め円柱状ペレットに圧縮成型しておく圧縮手段を設けることを特徴とする。
前記圧縮手段によってかさ密度０．９〜１．０程度の円柱状ペレットに圧縮成型しておくことが好ましい。
例えば木くず等のかさ密度の小さなバイオマス原料を用いる場合、前記圧縮手段によってあらかじめ圧縮成型してかさ密度を大きくしておくと、前記反応容器に充填するバイオコークス原料の容積が小さくなり、反応容器を大型化する必要がなくなる。
また、前記充填手段は、前記圧縮手段を用いて円柱状ペレットに圧縮したバイオマス粉砕物を前記反応容器に充填することができることに加えて、前記圧縮手段をバイパスしてバイオマス粉砕物を直接前記反応容器に充填することができるようにしておくと、バイオマス原料のかさ密度に応じて前記圧縮手段を用いるか用いないかを決定することができ、かさ密度の小さなバイオマス原料を用いる場合のみ前記圧縮手段を用いればいいため、圧縮手段の稼動コストを最低限に抑えることができる。
【００１７】
また、光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して、反応容器に充填し、反応容器内で加熱しながら加圧成型してバイオコークスを製造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し、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して、該加圧状態を保持して冷却した内容物の排出が行い、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】
【００１８】
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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
さらに圧縮手段を用いることで、かさ密度の小さなバイオマス原料を用いる場合にも反応容器を大型化する必要がなくなる。
また前述のように、前記円形に配置された複数の反応容器は、円の外周に沿って回転しているため、圧縮手段は前記円近傍の１ヶ所に固定して設ければよく、例えば反応容器１つに対して圧縮装置１つを有する場合と比して設置コストが大幅に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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】
【００２４】
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。
【００２５】
受入ホッパ３に投入されたバイオマスは、図３に概略図を示した圧縮成型機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。
該圧縮成型機２においては、受入ホッパ３に投入されたバイオマスは、スクリュー押出機３１及び３２によって、ピストン３３を備えたシリンダ３７内に送られる。シリンダ３７内ではピストン３３によって原料バイオマスを押し出すとともに、油圧シリンダ３５によってシリンダ３７出口開口部の面積を調節することでシリンダ３７内の圧力を調整してバイオマスをかさ密度０．９〜１．０に圧縮し、シリンダ３７出口部に設けたカッタ３６で必要な大きさに切断して円柱状ペレットに成型している。
なお、油圧シリンダ３５でシリンダ３７出口開口部の面積を調節できるようにするため、シリンダ３７にはヒンジ３４を設けている。
【００２６】
このようにして圧縮成型機２で円柱状ペレットに成型されたバイオマスは、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。
円形状に配置された反応容器は回転し、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。
【００２７】
次に前記加熱反応工程６、冷却工程７について詳細に説明する。
図４は前記反応容器１０周辺の側面図である。前記円柱状ペレットに成型されたバイオマスは、反応容器１０内に投入され、上部油圧シリンダ１１によって８〜２５ＭＰａ、より好ましくは１２〜１９ＭＰａに加圧・圧縮される。反応容器１０及び上部油圧シリンダ１１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回転し、加熱反応工程６に移動する。
なお、本実施例においては原料のバイオマスとしてかさ比重の小さな木くずを用いているが、例えば茶殻などのかさ比重の大きなバイオマス原料を用いる場合、原料投入容器１３を用いて粉砕後のバイオマス粉砕物を反応容器１０に充填すればよい。この場合、まず上部ゲート１６ｂを開けてバイオマス粉砕物を原料投入容器１３に、バイオマス粉砕物の位置を検出する位置検出センサ１４の位置まで投入する。その後上部ゲート１６ｂを閉じ、下部ゲート１６を開放することで一定量のバイオマス粉砕物を反応容器に充填することができる。
【００２８】
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。ここで、ジャケット１９からの熱を反応容器内部へ伝達しやすくするため、上部シリンダ１１の下部及び反応容器１０下部に例えば銀、銅等の熱伝導率の高い金属板１７、１８を設けることが好ましい。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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℃以下に冷却する。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
図５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に媒体が送液される。
一方、加熱反応工程６又は冷却工程７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。
【００３３】
図６は媒体供給槽２１及びノズル板２１ｂの一部の斜視図である。媒体供給槽２１は熱媒供給槽２１１及び冷媒供給槽２１２から構成されており、該熱媒供給槽２１１と冷媒供給槽２１２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２１１及び冷媒供給槽２１２にはそれぞれ熱媒供給配管２５ａ及び冷媒供給配管２５ｂが設けられており、さらに熱媒供給スリット２３ａ及び冷媒供給スリット２３ｂがそれぞれ設けられている。
【００３４】
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２３ａ上に位置するときには反応容器１０のジャケット１９へ熱媒が供給され、前記ノズル２１ｃが冷媒供給スリット２３ｂ上に位置するときは、反応容器１０のジャケット１９へ冷媒が供給される。
このように熱媒及び冷媒の供給することで、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。
【００３５】
なお、媒体排出槽２２及びノズル板２２ｂに関しても、前記図６に示した媒体供給槽２１及びノズル板２１ｂと同じ構成である。
【００３６】
図７は図５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は媒体排出管２２ａ及び熱媒排出槽２２１の下部の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へ送液された冷媒は冷媒排出配管２６ａにより外部へ排出される。
【００３７】
図８は図５におけるＡ−Ａ断面図の別の一例である。熱媒排出槽２２１及び冷媒排出槽２２２は前記図７に示した例と同様であるが、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への直後には熱媒と冷媒が混合するため、混合した媒体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へ送液された熱媒は熱媒排出配管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、熱媒と冷媒の混合物は媒体排出管２２ａ及び媒体混合排出槽２２４の下部の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へ送液された熱媒は熱媒排出配管２６ｄにより外部へ排出される。
【００３８】
熱媒と冷媒に同じ物質（例えばシリコンオイル）を用いる場合、図７に示したような構成が好ましく、熱媒と冷媒に異なる物質（例えば熱媒にシリコンオイル、冷媒に水）を用いる場合、図８に示したような構成が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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及びその方法として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】圧縮成型機の該略図である。
【図４】反応容器周辺の側面図である。
【図５】媒体供給槽及び媒体排出槽周辺の側面図である。
【図６】媒体供給槽及びノズル板の一部の斜視図である。
【図７】図５におけるＡ−Ａ断面図の一例である。
【図８】図５におけるＡ−Ａ断面図の別の一例である
【符号の説明】
【００４１】
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
１７、１８ 金属板
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
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してバイオコークスを製造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、前記バイオマス粉砕物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して保持する加圧手段と、該加圧状態を保持後に冷却する冷却する冷却手段と、該冷却した後に内容物を排出する排出手段を備え、
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ようにしたことを特徴とするバイオコークス製造装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記反応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って、
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にすることで、ジャケットに熱媒を流通させ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】
前記冷却手段は、前記反応容器外周に設けたジャケットに冷媒を流通させることで冷却を行う手段であって、
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配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することで、ジャケットに冷媒を流通させる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】
前記バイオマス粉砕物を前記充填手段によって前記反応容器に投入する前に、予め円柱状ペレットに圧縮成型しておく圧縮手段を設けることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のバイオコークス製造装置。
【請求項５】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して、反応容器に充填し、反応容器内で加熱しながら加圧成型してバイオコークスを製造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し、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して、該加圧状態を保持して冷却した内容物の排出が行い、
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してバイオコークスを製造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、前記バイオマス粉砕物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して保持する加圧手段と、該加圧状態を保持後に冷却する冷却する冷却手段と、該冷却した後に内容物を排出する排出手段を備え、
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ようにしたことを特徴とするバイオコークス製造装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記反応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って、
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にすることで、ジャケットに熱媒を流通させ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】
前記冷却手段は、前記反応容器外周に設けたジャケットに冷媒を流通させることで冷却を行う手段であって、
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配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することで、ジャケットに冷媒を流通させる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】
前記バイオマス粉砕物を前記充填手段によって前記反応容器に投入する前に、予め円柱状ペレットに圧縮成型しておく圧縮手段を設けることを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のバイオコークス製造装置。
【請求項５】
光合成を起因とするバイオマス原料を粉砕して、反応容器に充填し、反応容器内で加熱しながら加圧成型してバイオコークスを製造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し、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して、該加圧状態を保持して冷却した内容物の排出が行い、
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バイオコークス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２７４１１４（Ｐ２００８−２７４１１４Ａ）
【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２００７−１１９２７４（Ｐ２００７−１１９２７４）
【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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