草本系バイオマスの前処理装置及び前処理方法
【課題】草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する際に、草本系バイオマスにカリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができる草本系バイオマスの前処理装置及び前処理方法を提供する。
【解決手段】草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す圧搾脱水装置１０であって、該圧搾脱水装置１０は、草本系バイオマスを圧搾脱水する第一圧搾脱水部１１と、その後に加水する加水部１２と、再び圧搾脱水する第二圧搾脱水部１３が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有している。
【解決手段】草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す圧搾脱水装置１０であって、該圧搾脱水装置１０は、草本系バイオマスを圧搾脱水する第一圧搾脱水部１１と、その後に加水する加水部１２と、再び圧搾脱水する第二圧搾脱水部１３が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理装置及び前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の防止対策として、バイオマスエネルギーの有効利用に注目が集まっている。化石資源ではない、再生可能な、生物由来の有機性資源をバイオマスと呼ぶ。特に、バイオマスの中でも植物由来のバイオマスは、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素から変換された炭素資源を有効利用できるため、資源のライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない。バイオマスは有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかし、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、バイオマスを使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。植物由来のバイオマスのうち、草本系バイオマス、特に以下に述べるアブラヤシ空果房やキンググラスを燃料として用いることにより、二酸化炭素排出量を削減する効果が期待されている。
【０００３】
アブラヤシの果実から搾油してパーム油を採取する際に、残る空果房を有効利用する検討がなされている。アブラヤシ果房には直径数ｃｍの小粒の果実が数百個ついており、この果実を脱果したものが空果房（Empty Fruit Bunch、EFB）と呼ばれている。果実は果房の芯に強く結合しているため、この結合を弱め分離しやすくするためと、搾油成分の変質を抑制するために、果房を蒸気加熱し、その後回転篩等により果実を脱果する。水分の多い空果房が大量に排出されるが、有効利用されることなく野外放置や野焼きなどで廃棄されていた。また、キンググラスは成長が著しく早いエネルギー作物であり、主に茎部を燃料として用いることが検討されている。
【０００４】
近年、ＣＯ２ガス排出量削減のためバイオマスをエネルギー源として利用することが着目され、アブラヤシ空果房をボイラ燃料として有効利用することが試みられている。特許文献１には、この目的に用いる装置が提案されている。この特許文献１の装置は、蒸気圧力下で回転篩により果実と空果房とに分離する蒸熱脱果機、脱果後の空果房を裁断する空果房裁断機、裁断後の空果房を圧搾する空果房圧搾機を備えている。空果房は空果房裁断機により繊維細片に裁断された後、空果房圧搾機により水分を除去され、ボイラ燃料として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１４６５９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アブラヤシ空果房やキンググラスなど草本系バイオマスをボイラ燃料として燃焼炉で燃焼しその燃焼熱エネルギーを回収する場合や、ガス化原料としてガス化炉でガス化し燃料ガスや化学原料ガスを得る場合に、草本系バイオマスにはカリウムなどアルカリ金属が含まれており（カリウム含有率３重量％程度（ドライベース））、草本系バイオマスを燃焼したりガス化した残渣の灰分にカリウムが多く含まれることにより問題が生じる。すなわち、灰分にカリウムが多く含まれていると、燃焼炉やガス化炉の内壁に灰分が融着して炉内ガスの流通を阻害するスラッギングが生じ燃焼炉やガス化炉の運転が不安定になったり、廃熱回収ボイラに灰分が融着してファウリングが生じ排ガスの流通を阻害したり伝熱管などの伝熱効率が低下して熱回収に支障が生じたり、流動層炉では珪砂などの流動粒子の表面に溶融灰が付着し流動粒子の凝集が生じ、炉の運転に支障が生じるなど、問題が生じる。
【０００７】
また、草本系バイオマスを炭化物原料として製造した炭化物中にカリウムが含まれると、炭化物を燃料として用いると同様の問題が生じ、また、草本系バイオマスの炭化物を高炉用吹込み微粉炭（高炉用還元材）として用いる場合に、カリウムが高炉内に滞留して炉内で閉塞や通気性の悪化が生じるなど問題が生じる。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑み、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する際に、草本系バイオマスにカリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができる草本系バイオマスの前処理装置及び前処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため、草本系バイオマスを水洗浄して含まれるカリウムを除去することを試みたが、単に水又は温水で洗浄し脱水しただけでは、カリウムは草本系バイオマスの表面に付着しているのではないため、燃焼炉内等で支障が生じない程度にまでカリウム含有率を低減させることができないことが判明した。さらに、鋭意検討した結果、次の構成を備えることにより、カリウム含有率を十分に低減させることができることを見出し、本発明を導くに到った。
【００１０】
上述の課題は、本発明によると、草本系バイオマスの前処理装置及び前処理方法について、次のような構成で解決される。
【００１１】
＜前処理装置＞
本発明に係る草本系バイオマスの前処理装置は、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す。
【００１２】
かかる前処理装置において、本発明では、草本系バイオマスを圧搾脱水し、その後に加水し、再び圧搾脱水する手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有することを特徴としている。
【００１３】
圧搾脱水装置はスクリュープレス脱水装置であり、草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水部と、第一圧搾脱水部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水部と、加水部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水し脱水草本系バイオマスを排出する第二圧搾脱水部とを有することが好ましい。
【００１４】
圧搾脱水装置はフィルタープレス脱水装置であり、対面するろ材の間隙に草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水するろ過室と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水供給部とを有し、ろ過室内に受け入れた草本系バイオマスを圧搾脱水した後に、加水供給部から脱水草本系バイオマスに加水し、再び圧搾脱水し、脱水草本系バイオマスを排出することとしてもよい。
【００１５】
＜前処理方法＞
本発明に係る草本系バイオマスの前処理方法は、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す。
【００１６】
かかる前処理方法において、本願発明では、草本系バイオマスを圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、第一圧搾脱水工程で圧搾脱水された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、加水工程で加水された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有し、一つの圧搾脱水装置により上記三つの工程を行うことを特徴としている。
【００１７】
本発明では、スクリュープレス脱水装置の上流部において草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、スクリュープレス脱水装置の中流部において上流部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、スクリュープレス脱水装置の下流部において中流部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴としてもよい。
【００１８】
また、本発明では、フィルタープレス脱水装置のろ過室に草本系バイオマスを供給し圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、ろ過室内の加水された草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴としてもよい。
【００１９】
本発明の草本系バイオマスの前処理装置および前処理方法により前処理した前処理済み草本系バイオマスを、燃料として燃焼炉へ供給し燃焼し、ボイラで燃焼ガスから熱回収し蒸気を得て、蒸気タービン発電機により発電したり、温熱源として用いることができる。燃焼炉としては公知のバイオマス燃焼炉、例えば固定床炉、流動層炉、循環流動層炉、ロータリーキルンを用いることができ、前処理により草本系バイオマス中のカリウムを大幅に低減しているため、支障なく円滑に燃焼し熱回収することができる。
【００２０】
また、本発明の草本系バイオマスの前処理装置および前処理方法により前処理した前処理済み草本系バイオマスを、ガス化原料としてガス化炉へ供給し、部分燃焼・熱分解してガス化し燃料ガスを得て、燃料ガスをガスエンジン発電機に供給し発電したり、燃料ガスを燃焼装置で燃焼し燃焼熱を回収することができる。また、ガス化し化学原料ガスを得て、メタノールなどを合成することができる。ガス炉としては公知のバイオマスガス炉、例えば固定床炉、流動層炉を用いることができ、前処理により草本系バイオマス中のカリウムを大幅に低減しているため、支障なく円滑にガス化することができる。
【００２１】
さらには、前処理済み草本系バイオマスを炭化物原料として炭化炉へ供給し炭化し炭化物を得ることができ、炭化物を燃料として用いたり、高炉用吹込み微粉炭（高炉用還元材）として用いるようにしてもよい。炭化炉としては公知の炭化炉、例えば充填移動層炉、ロータリーキルンを用いることができ、前処理により草本系バイオマス中のカリウムを大幅に低減しているため、支障なく円滑に炭化することができる。
【００２２】
このように構成される本発明では、第一圧搾脱水、加水及び第二圧搾脱水の手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置および前処理方法にて、草本系バイオマスは次の要領で処理される。ここでは、圧搾脱水装置がスクリュープレス脱水装置である場合と、フィルタープレス脱水装置である場合とについて述べる。
【００２３】
＜スクリュープレス脱水装置＞
（１）スクリュープレス脱水装置の第一圧搾脱水部そして第一圧搾脱水工程では、草本系バイオマスが圧搾脱水される（第一圧搾脱水）。圧搾脱水することにより、草本系バイオマスから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することにより草本系バイオマスの茎等の細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、草本系バイオマスの芯等の細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させる。
【００２４】
（２）加水部そして加水工程では、上記（１）で圧搾脱水された草本系バイオマスに加水する。圧搾脱水された草本系バイオマスに加水することにより、圧搾により加えられていた圧力が解放され、膨張しながら水分を吸収するので、草本系バイオマスに水分が吸収される効率が高く短時間で吸収されるとともに、内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００２５】
（３）第二圧搾脱水部そして第二圧搾脱水工程では、上記（２）で加水された草本系バイオマスが再び圧搾脱水される（第二圧搾脱水）。加水され水分を吸収した草本系バイオマスを再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水と同様の原理で、草本系バイオマス中のカリウム含有率をさらに低減することができる。
【００２６】
かくして、草本系バイオマスを燃料として燃焼炉で燃焼する場合、ガス化する場合及び炭化する場合に、その燃焼や燃焼熱の回収、ガス化及び炭化に支障が生じない程度にまで、カリウム含有率を低減させた草本系バイオマスを得ることができるようになる。
【００２７】
＜フィルタープレス脱水装置＞
（１）フィルタープレス脱水装置のろ過室そして第一圧搾脱水工程では、草本系バイオマスが圧搾脱水される（第一圧搾脱水）。圧搾脱水することにより、草本系バイオマスから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することにより草本系バイオマスの茎等の細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、草本系バイオマスの芯等の細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させる。
【００２８】
（２）ろ過室そして加水工程では、上記（１）で圧搾脱水された草本系バイオマスに加水する。圧搾脱水された草本系バイオマスに加水することにより、圧搾により加えられていた圧力が解放され、膨張しながら水分を吸収するので、草本系バイオマスに水分が吸収される効率が高く短時間で吸収されるとともに、内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００２９】
（３）ろ過室そして第二圧搾脱水工程では、上記（２）で加水された草本系バイオマスが再び圧搾脱水される（第二圧搾脱水）。加水され水分を吸収した草本系バイオマスを再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水と同様の原理で、草本系バイオマス中のカリウム含有率をさらに低減することができる。
【００３０】
かくして、草本系バイオマスを燃料として燃焼炉で燃焼する場合、ガス化する場合、及び炭化する場合に、その燃焼や燃焼熱の回収、ガス化及び炭化に支障が生じない程度にまで、カリウム含有率を低減させた草本系バイオマスを得ることができるようになる。
【００３１】
フィルタープレス脱水装置のろ過室に供給された草本系バイオマスは、ろ過室内に留まったまま第一圧搾脱水、加水及び第二圧搾脱水の各処理をなされ、カリウム含有率を低減させた草本系バイオマスが排出される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では、以上のように、草本系バイオマスに第一圧搾脱水を施した後に加水し、その後に第二圧搾脱水を施すことにより、草本系バイオマスのカリウム含有率を大幅に低減できる効果がある。その結果、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料及び炭化原料として利用する場合に、炉内にスラッギングが生じたり、流動粒子の凝集が生じるなど、燃焼炉の運転に支障が生じることを防ぐことができ、また、廃熱回収ボイラにファウリングが生じ熱回収に支障が生じることを防ぐことができ、得られた炭化物を問題なく利用することができる。
【００３３】
また、本発明は、草本系バイオマスを圧搾脱水し、その後に加水し、再び圧搾脱水する手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有するため、草本系バイオマスのカリウム低減処理を一つの装置により行うことができ、設備がコンパクトであり、設備コストを低くすることができ、運転操作を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る前処理装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】第一実施形態に係る圧搾脱水装置としてのスクリュープレス脱水装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、スクリュープレス脱水装置のスクリュー軸の軸線を含む面での断面図を示し、（Ｂ）は、該軸線に対して直角な面での断面図を示している。
【図３（Ａ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、バイオマス供給工程を示している。
【図３（Ｂ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、第一圧搾脱水工程および第二圧搾脱水工程を示している。
【図３（Ｃ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、加水工程を示している。
【図３（Ｄ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、バイオマス排出工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００３６】
＜第一実施形態＞
本発明では、草本系バイオマスとして、アブラヤシ空果房やキンググラスを用いることができる。本実施形態では、草本系バイオマスとして、アブラヤシ空果房を用いるものとして説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態に係る前処理装置の構成の概略を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る圧搾脱水装置としてのスクリュープレス脱水装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、スクリュープレス脱水装置のスクリュー軸の軸線を含む面での断面図を示し、（Ｂ）は、該軸線に対して直角な面での断面図を示している。
【００３８】
図１に示されているように、本実施形態に係る前処理装置は、草本系バイオマスとしてのアブラヤシ空果房を圧搾脱水装置１０へ供給するに備え、アブラヤシ空果房を破砕する破砕装置３と、破砕された空果房を水に分散させる分散装置４とが設けられている。また、アブラヤシ果房からアブラヤシ空果房を取り出す装置として、アブラヤシ果房を水蒸気で加熱する蒸気加熱装置１と、加熱されたアブラヤシ果房から果実を脱果して空果房とする脱果装置２とが設けられている。
【００３９】
アブラヤシ果房は、後に空果房となる茎部分に３〜４ｃｍ程度の大きさの果実が数百〜２０００個位ついている。上記蒸気加熱装置１は、該アブラヤシ果房をケージに収容し、これに水蒸気を吹き付けて、水蒸気で加熱された状態を数十分程度維持するようになっている。この水蒸気で加熱されることにより、果実は茎部分から分離しやすい状態となる。
【００４０】
上記脱果装置２は、横筒状の回転篩を有していて、一端側から回転篩内へ上記アブラヤシ果房を投入すると他端側の出口に達する間に、回転により衝撃力を受けて果実が茎部分から分離して回転篩側面の篩目から落下し、残った空果房が上記出口から排出される。この空果房は、水分を７０重量％程度含んでおり、上記破砕装置３へもたらされる。
【００４１】
本実施形態では、草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を用いたので、蒸気加熱装置や脱果装置を設けたが、草本系バイオマスとして、例えばキンググラスを用いる場合には、該蒸気加熱装置や脱果装置を省略できる。
【００４２】
上記破砕装置３は、アブラヤシ空果房を前処理に適した寸法に破砕する。該破砕装置３は、その破砕形式に限定されないが、例えば、二軸破砕機を用いることができる。この二軸破砕機は、互いに逆回転する二つの平行な軸体にそれぞれ支持された胴体の周囲にカッタ刃が多数設けられていて、両胴体の間に入り込んだ草本系バイオマスが上記カッタ刃で所定の大きさに裁断されて落下するようになっている。本実施形態のように草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を用いる場合には、空果房は、例えば、１００ｍｍ未満の大きさに裁断される。上記分散装置４は、容器に収容された水中に破砕装置３により破砕されたアブラヤシ空果房を混合して分散させる。該アブラヤシ空果房は圧搾脱水装置１０へもたらされる。なお、該分散装置は、必須の構成ではなく、省略することも可能である。
【００４３】
圧搾脱水装置１０は、第一圧搾脱水部１１と加水部１２と第二圧搾脱水部１３とを順に有している。図２（Ａ），（Ｂ）に見られるように、圧搾脱水装置１０は、スクリュープレス脱水装置として構成されており、横型の円筒状のケーシング（図示せず）内に、横型の円筒状のスクリーン１４が設けられ、スクリーン１４内に該スクリーンと同軸に延びるスクリュー軸１５が配されている。該圧搾脱水装置１０は、破砕されたアブラヤシ空果房を、上流側（図２（Ａ）の左方側）に位置する供給口１０Ａから受け、前処理したアブラヤシ空果房を、下流側（図２（Ａ）の右方側）に位置する排出口１０Ｂから排出する。該圧搾脱水装置１０は、上流部に位置する第一圧搾脱水部１１、中流部に位置する加水部１２、下流部に位置する第二圧搾脱水部１３の三つの領域で形成されている。
【００４４】
スクリーン１４は、例えば、パンチングメタルやウェッジワイヤスクリーンで作られていて、孔径が数百μｍ〜数ｍｍ程度の細孔（図示せず）が無数に設けられている。該スクリーン１４は、第一圧搾脱水部１１、加水部１２、第二圧搾脱水部１３にそれぞれ対応して、第一脱水スクリーン１４Ａ、加水スクリーン１４Ｂ、第二脱水スクリーン１４Ｃの三つの領域が形成されている。
【００４５】
スクリュー軸１５は、供給口１０Ａ側から排出口１０Ｂ側に向け次第に外径が大きくなるようなテーパ状をなしている。すなわち、スクリュー軸１５とスクリーン１４との間の半径方向間隔が軸方向での供給口１０Ａ側から排出口１０Ｂ側に向け次第に小さくなっている。該スクリュー軸１５の外周面には、軸方向（図２（Ａ）の左右方向）のほぼ全域にわたって延びる螺旋状の羽根１５Ａが設けられている。該スクリュー軸１５は、該スクリュー軸１５に接続されたスクリュー駆動機１６によって軸線まわりに回転駆動され、上記羽根１５Ａの回転によってアブラヤシ空果房を排出口１０Ｂ側へ向けて移送するようになっている。
【００４６】
図２（Ａ）に見られるように、上記加水部１２における加水スクリーン１４Ｂの外側には、加水配管１７から供給される水を該加水スクリーン１４Ｂへ向けて噴射する複数のノズル１８がスクリュー軸１５の軸方向に複数設けられている。また、図２（Ｂ）に見られるように、該ノズル１８は周方向に複数配されている。該ノズル１８は、周方向で揺動可能となっていることが好ましい。該ノズル１８から上記加水スクリーン１４Ｂへ向けて噴射された水は該加水スクリーンの細孔を経てアブラヤシ空果房に供給される。
【００４７】
以下、圧搾脱水装置１０によるアブラヤシ空果房の前処理について説明する。
【００４８】
破砕装置３で破砕され分散装置４で分散されたアブラヤシ空果房は、圧搾脱水装置１０の第一圧搾脱水部１１において、上記スクリュー軸１５とスクリーン１４との間の半径方向間隔へ供給口１０Ａから投入された後、スクリュー軸１５の回転により、排出口１０Ｂ側へ移送される。上記間隔は排出口１０Ｂ側へ向かうにつれて狭くなっているので、アブラヤシ空果房は、スクリュー軸１５とスクリーン１４とによって圧搾されて、水分が第一脱水スクリーン１４Ａから排出される。圧搾中に、アブラヤシ空果房から搾り出された水分（圧搾水という）は第一脱水スクリーン１４Ａでろ過されてケーシング外へ排水される。この圧搾水には、カリウムが含まれているので、圧搾水の排出によってアブラヤシ空果房からのカリウム溶出排除がなされる。
【００４９】
加水部１２では、ノズル１８から加水スクリーン１４Ｂへ向けて散水されることにより、第一圧搾脱水部１１で圧搾脱水されたアブラヤシ空果房（脱水草本系バイオマス）が加水される。圧搾脱水されたアブラヤシ空果房に加水することにより、該アブラヤシ空果房には、水分が吸収され内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００５０】
第二圧搾脱水部１３では、加水部１２で加水されたアブラヤシ空果房（加水草本系バイオマス）が第一圧搾脱水部１１と同じ要領で再び圧搾されて、圧搾水が第二脱水スクリーン１４Ｃから排出される。該圧搾水は、第二脱水スクリーン１４Ｃでろ過されてケーシング外へ排水される。該圧搾水には、カリウムが含まれているので、圧搾水の排出によってアブラヤシ空果房からのカリウム溶出排除がなされる。そして、圧搾脱水されたアブラヤシ空果房（脱水草本系バイオマス）は、第二圧搾脱水部１３において、カリウム溶出排除がなされた状態で排出口１０Ｂ側から排出される。
【００５１】
第一圧搾脱水部１１そして第二圧搾脱水部１３から搾り出される圧搾水を油水分離装置により油水分離して得られる水分は、カリウムを高濃度に含有しているために肥料として有用であり、そのまま、農場に散布あるいは濃縮後に肥料として用いることができる。第二圧搾脱水部１３から搾り出される圧搾水も高濃度のカリウムを含有する理由は、カリウムを溶出させるために加水部１２にて加水する水の量が脱水されたアブラヤシ空果房に水を含ませる程度の量で足りるため、相対的に圧搾液中のカリウムが高濃度になるからである。このため圧搾脱水された圧搾水を油水分離した水分の肥料としての価値が高いものとなっている。
【００５２】
このような本実施形態に係る前処理装置では、草本系バイオマスは、破砕装置３で所定の大きさに破砕され、第一圧搾脱水部１１で圧搾脱水されて水分が大幅に低減された脱水草本系バイオマスとなる。この脱水草本系バイオマスは、加水部１２で加水され水分を適度に吸収し、再び第二圧搾脱水部１３で圧搾脱水され、さらに水分が大幅に低減される。
【００５３】
破砕された草本系バイオマスを第一圧搾脱水部１１で圧搾脱水することにより、草本系バイオマスから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することにより草本系バイオマスの茎等の細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、草本系バイオマスの芯等の細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させることができる。加水部１２で圧搾脱水された脱水草本系バイオマスに加水することにより、水分が吸収され内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。加水され水分を吸収した加水草本系バイオマスを第二圧搾脱水部１３で再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水部１１と同様の原理で、草本系バイオマス中のカリウム含有率をさらに低減することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、草本系バイオマスを圧搾脱水する手段、その後に加水する手段および再び圧搾脱水する手段が一つのスクリュープレス脱水装置に構成された圧搾脱水装置を有するため、草本系バイオマスのカリウム低減処理を一つの装置により行うことができ、設備がコンパクトであり、設備コストを低くすることができ、運転操作を簡便に行うことができる。
【００５５】
本実施形態では、二つの圧搾脱水部と一つの加水部を設けることとしたが、必要に応じて、一つの圧搾脱水装置に設ける圧搾脱水部と加水部の数を増加させてもよい。この場合、圧搾脱水部と加水部は交互に設けられる。
【００５６】
＜燃焼・熱回収＞
圧搾脱水装置１０から取り出された前処理済みの脱水草本系バイオマスは、燃料として燃焼炉へ供給し燃焼し、ボイラにて燃焼ガスから熱回収し蒸気を得て、蒸気タービン発電機により発電したり、温熱源として用いることができる。該燃焼炉としては公知のバイオマス燃焼炉、例えば固定床炉、流動層炉、循環流動層炉、ロータリーキルンを用いることができる。燃焼炉で圧搾バイオマスを燃焼して生じる燃焼熱を熱回収する熱回収装置としては蒸気を発生させるボイラ、熱交換して温水や加熱空気を得る熱交換器などを用いる。発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動し発電する発電機を接続して電力を得ることもできる。
【００５７】
また、前処理済みの脱水草本系バイオマスは、カリウム含有率が大幅に低減されているので、燃料として燃焼炉で燃焼される際に、カリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができ、支障なく円滑に安定して燃焼することができ、燃焼熱を効率的に回収することができる。また、圧搾脱水部から搾り出される圧搾水を油水分離して得られる水分は、カリウムを含んでおり、上述のごとく、肥料として使用される。
【００５８】
また、草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を用いる場合、前処理済みのアブラヤシ空果房を燃焼炉に供給するとともに、アブラヤシ果実から搾油した搾粕であるFiberやアブラヤシ種子から核油を搾油した残渣であるＰＫＳ（Palm Kernel Shell）をも燃焼炉へ供給し混合燃焼するようにしてもよい。このようにアブラヤシ空果房とパーム油搾油工場で排出される他のバイオマスとを混合燃焼する場合においても、アブラヤシ空果房中のカリウムを大幅に低減しているため、カリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができ、燃焼するバイオマス全体に対するアブラヤシ空果房の比率を、大幅に増大させることができる。
【００５９】
＜塩素除去効果＞
草本系バイオマスには、塩素を含むものがあり、塩素を含む草本系バイオマスを燃焼すると、塩化水素が生成され熱回収ボイラに腐食が生じる問題が生じる。本実施形態に係る前処理装置を用いて、草本系バイオマスに第一圧搾脱水を施した後に加水し、その後に第二圧搾脱水を施すことにより、カリウムを低減するとともに草本系バイオマスの塩素を大幅に低減できる効果がある。その結果、草本系バイオマスを燃料として利用する場合に、塩素による熱回収ボイラの腐食を防ぐことができる。また、熱回収ボイラに導入する燃焼ガスを高温にすることができるので、発生させる蒸気温度をより高温にでき発電効率を向上させることができる。さらに、草本系バイオマスの塩素を低減するので、ダイオキシンの発生を抑制できる。
【００６０】
＜第二実施形態＞
本実施形態は、圧搾脱水装置がフィルタープレス脱水装置である点で、圧搾脱水装置がスクリュープレス脱水装置である第一実施形態と構成が異なっている。本実施形態においても、草本系バイオマスが圧搾脱水装置へ供給されるまでの構成は第一実施形態と同じであるので、説明を省略し、圧搾脱水装置の構成を中心に説明する。以下、草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を処理する例を説明するが、キンググラス等の他の草本系バイオマスを処理できる点は第一実施形態と同様である。
【００６１】
図３（Ａ）ないし図３（Ｄ）は、本実施形態の第二実施形態に係る圧搾脱水装置２０の構成および動作を示す縦断面図であり、図３（Ａ）はバイオマス供給工程、図３（Ｂ）は第一圧搾脱水工程および第二圧搾脱水工程、図３（Ｃ）は加水工程、図３（Ｄ）はバイオマス排出工程を示している。
【００６２】
図３（Ｄ）を用いて、圧搾脱水装置２０の構成を詳細に説明する。圧搾脱水装置２０は、ろ板２１とダイヤフラムろ板２２とから成る対がその板厚方向でガードレール（図示せず）上に複数配列されて構成されている。図３（Ｄ）には、一対のろ板２１とダイヤフラムろ板２２とが示されている。各対において、ダイヤフラムろ板２２は締付シリンダ等によりガードレール上を往復動可能となっている。本実施形態では、各対において、ダイヤフラムろ板２２が、ろ板２１と接触する閉位置（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）および該ろ板２１から離間した開位置（図３（Ｄ））の間で往復動するようになっている。また、ろ板２１とダイヤフラムろ板２２との間には、アブラヤシ空果房を受け入れるための空間であるろ過室２０Ａが形成されている。
【００６３】
図３（Ｄ）には、一対のろ板２１とダイヤフラムろ板２２とが互いに離間した開位置にある状態で示されている。ろ板２１は、ダイヤフラムろ板２２と対向する面に凹部２１Ａが形成されているとともに、該凹部２１Ａの内壁面のうち側板面（ダイヤフラムろ板２２と対向する面）がろ過床２１Ｆとして機能する。該ろ過床２１Ｆには、図３（Ｄ）の紙面に対して直角に延びる複数の溝部２１Ｂが形成されており、該複数の溝部２１Ｂは互いに連通している。上記凹部２１Ａの上方位置には、分散装置４からのアブラヤシ空果房および加水供給部（図示せず）からの水の供給のための供給口２１Ｃがろ板２１を貫通して形成されており、上記凹部２１Ａの下方位置には、外部への圧搾水の排出のための排出口２１Ｄがろ板２１を貫通して形成されている。上記供給口２１Ｃはろ過室２０Ａと連通しており、上記排出口２１Ｄは該ろ過室２０Ａおよび上記複数の溝部２１Ｂと連通している。
【００６４】
上記ろ板２１のろ過床２１Ｆには、上記複数の溝部２１Ｂを覆うようにろ材２３が設けられており、後述するように該ろ材２３がアブラヤシ空果房の圧搾水をろ過するようになっている。ろ材２３は、例えば、ろ布やウェッジワイヤフィルタ等の金属ろ材で形成されている。
【００６５】
ダイヤフラムろ板２２は、ろ板２１と対向する面に該ろ板２１の凹部２１Ａと対応する凹部２２Ａが形成されている。上記凹部２２Ａの上方位置には、分散装置４からのアブラヤシ空果房および加水供給部（図示せず）からの水を供給するための供給口２２Ｃがダイヤフラムろ板２２を貫通して形成されており、上記凹部２２Ａの下方位置には、外部への圧搾水の排出のための排出口２２Ｄがダイヤフラムろ板２２を貫通して形成されている。
【００６６】
上記供給口２２Ｃそして排出口２２Ｄはろ過室２０Ａと連通している。また、該供給口２２Ｃそして排出口２２Ｄは、ろ板２１とダイヤフラムろ板２２とが閉位置にあるときに、ろ板２１の供給口２１Ｃそして排出口２１Ｄとそれぞれ連通する（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）。また、上記供給口２２Ｃ，２２Ｄは、ろ板２１およびダイヤフラムろ板２２の複数の対同士間にわたって一本の供給管（図示せず）によって接続されており、該供給管から各対のろ過室２０Ａへアブラヤシ空果房および水が供給されるようなっている。また、上記凹部２２Ａには、後述するように圧搾用空気が送入および排出される空気口２２Ｅが該凹部２２Ａの側板（板面がろ板２１と対向する板部）を貫通して形成されている。本実施形態では、アブラヤシ空果房および水は供給口２１Ｃからろ過室２０Ａに供給される。また、閉位置にて該供給口２１Ｃと連通した供給口２２Ｃは、該供給口２１Ｃからのアブラヤシ空果房および水を、上記ろ板２１とダイヤフラムろ板２２との対に隣接する他の対におけるろ過室へ供給するようになっている。
【００６７】
上記凹部２２Ａ内には、該凹部２２Ａに適合して収容される板状のダイヤフラムろ過床２４が設けられている。該ダイヤフラムろ過床２４は、例えば、弾性ゴム等によって作られている。該ダイヤフラムろ過床２４は、ろ板２１と対向する面に、図３（Ｄ）の紙面に対して直角に延びる複数の溝部２２Ｂが形成されており、該複数の溝部２２Ｂは互いに連通している。また、該複数の溝部２２Ｂは、ダイヤフラムろ過床２４が後述する圧搾位置にあるとき（図３（Ｂ））、排出口２２Ｄと連通する。
【００６８】
上記ダイヤフラムろ板２２における上記溝部２２Ｂが形成されている板面には、該溝部２２Ｂを覆うようにろ材２５が設けられており、該ろ材２５がアブラヤシ空果房の圧搾水をろ過するようになっている。ろ材２５も上記ろ材２３と同様に、例えば、濾布やウェッジワイヤフィルタ等の金属ろ材で形成されている。
【００６９】
図３（Ｄ）に見られるように、上記凹部２２Ａの側板面と上記ダイヤフラムろ板２２との間にはダイヤフラム室２６として機能する空間が形成されている。後述するように、空気口２２Ｅから圧搾用空気が送入されると該ダイヤフラム室２６は膨張し（図２（Ｂ）参照）、該空気口２２Ｅから圧搾用空気が排出されると該ダイヤフラム室２６は収縮する（図３（Ｃ）参照）。
【００７０】
以下、図３（Ａ）ないし図３（Ｄ）を用いて圧搾脱水装置２０によるアブラヤシ空果房の前処理について説明する。
【００７１】
＜バイオマス供給工程＞
まず、図３（Ａ）に見られるように、ダイヤフラムろ板２２をろ板２１側へ移動させ、閉位置にもたらす。この結果、ダイヤフラムろ板２２の供給口２２Ｃおよび排出口２２Ｄがろ板２１の供給口２１Ｃおよび排出口２１Ｄとそれぞれ連通する。次に、ろ板２１のろ材２３とダイヤフラムろ板２２のろ材２５との間の空間、すなわちろ過室２０Ａ内へアブラヤシ空果房Ｐを供給口２１Ｃから投入する。
【００７２】
＜第一圧搾脱水工程＞
次に、図３（Ｂ）に見られるように、ダイヤフラムろ板２２の空気口２２Ｅからダイヤフラム室２６へ圧搾用空気を供給して該ダイヤフラム室２６を膨張させ、ダイヤフラムろ過床２４をろ板２１側へ向けて移動させる。この結果、図３（Ｂ）に示されるように、ダイヤフラムろ過床２４はアブラヤシ空果房Ｐを圧搾する圧搾位置にもたらされ、該アブラヤシ空果房Ｐがろ材２３とろ材２５とによって挟圧されて圧搾脱水される。アブラヤシ空果房Ｐから搾り出された圧搾水は、ろ材２３，２５でろ過されて、複数の溝部２１Ｂ，２２Ｂを通ってから排出口２１Ｄ，２２Ｄから外部へ排出される。この圧搾水には、カリウムが含まれているので、圧搾水の排出によってアブラヤシ空果房Ｐからのカリウム溶出排除がなされる。
【００７３】
このようにアブラヤシ空果房Ｐを圧搾脱水することにより、該アブラヤシ空果房Ｐから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することによりアブラヤシ空果房Ｐの細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、該細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させる。
【００７４】
＜加水工程＞
次に、図３（Ｃ）に見られるように、空気口２２Ｅから圧搾用空気を排出するとともに、加水供給部（図示せず）から供給口２１Ｃを経てろ過室２０Ａに水を供給することにより、上記第一圧搾工程で圧搾脱水されたアブラヤシ空果房（脱水草本系バイオマス）に加水する。圧搾用空気の排出によりダイヤフラムろ過床２４は、ろ板２１から離れる方向（図３（Ｃ）での右方）へ向けて移動し、アブラヤシ空果房Ｐは上記第一圧搾脱水工程で加えられていた圧力が解放される。そして、アブラヤシ空果房Ｐに加水することにより、該アブラヤシ空果房Ｐは、膨張しながら水分を吸収するので、該アブラヤシ空果房Ｐに水分が吸収される効率が高く短時間で吸収されるとともに、内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００７５】
本実施形態では、供給口から水を供給することとしたが、これに代えて、例えば、排水口を供給口としても利用することにより該排水口から水を供給することとしてもよい。また、ろ過床に給水系（図示せず）を別途設けて該ろ過床から水を供給するようにしてよい。
【００７６】
＜第二圧搾脱水工程＞
次に、図３（Ｂ）に見られるように、第一圧搾脱水工程と同様に、ダイヤフラム室２６へ圧搾用空気を供給して該ダイヤフラム室２６を膨張させ、ダイヤフラムろ過床２４を圧搾位置にもたらすことにより、アブラヤシ空果房Ｐを再び圧搾脱水する。加水され水分を吸収したアブラヤシ空果房（加水草本系バイオマス）を再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水と同様の原理で、該アブラヤシ空果房中のカリウム含有率をさらに低減することができる。以上のように、第一圧搾工程、加水工程および第二圧搾脱水工程にてアブラヤシ空果房を処理することにより前処理が完了する。
【００７７】
＜バイオマス排出工程＞
図３（Ｄ）に示されるように、ダイヤフラムろ板２２をろ板２１から離れる方向（図３（Ｄ）での右方）に移動させて開位置にもたらすとともに、空気口２２Ｅから圧搾用空気を排出して、ダイヤフラムろ過床２４をろ板２２の凹部２２Ａ内へ移動させる。この結果、ろ過室２０Ａが大きく開放され、圧搾脱水されたアブラヤシ空果房Ｐ（脱水草本系バイオマス）がろ過室２０Ａ外へ落下排出される。
【００７８】
本実施形態では、圧搾脱水装置２０のろ過室２０Ａに供給されたアブラヤシ空果房Ｐが、該ろ過室２０Ａ内に留まったまま第一圧搾脱水、加水及び第二圧搾脱水の各処理を施され、カリウム含有率を低減させたアブラヤシ空果房Ｐが排出されるようになっている。このように、第一圧搾脱水工程、加水工程及び第二圧搾脱水工程の三つの工程が一つの圧搾脱水装置２０で行われるので、設備がコンパクトであり、設備コストを低くすることができ、運転操作を簡便に行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、二回の圧搾脱水工程と一回の加水工程を行うこととしたが、必要に応じて、一つの圧搾脱水装置に設ける圧搾脱水工程と加水工程の回数を増加させてもよい。この場合、圧搾脱水工程と加水工程は交互に行われる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 圧搾脱水装置（スクリュープレス装置）
１１ 第一圧搾脱水部
１２ 加水部
１３ 第二圧搾脱水部
２０ 圧搾脱水装置（フィルタープレス装置）
２０Ａ ろ過室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理装置及び前処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の防止対策として、バイオマスエネルギーの有効利用に注目が集まっている。化石資源ではない、再生可能な、生物由来の有機性資源をバイオマスと呼ぶ。特に、バイオマスの中でも植物由来のバイオマスは、植物の成長過程で光合成により二酸化炭素から変換された炭素資源を有効利用できるため、資源のライフサイクルの観点からすると大気中の二酸化炭素の増加につながらない。バイオマスは有機物であるため、燃焼させると二酸化炭素が排出される。しかし、これに含まれる炭素は、そのバイオマスが成長過程で光合成により大気中から吸収した二酸化炭素に由来するので、バイオマスを使用しても全体として見れば大気中の二酸化炭素量を増加させていないと考えてよいとされる。この性質をカーボンニュートラルと呼ぶ。植物由来のバイオマスのうち、草本系バイオマス、特に以下に述べるアブラヤシ空果房やキンググラスを燃料として用いることにより、二酸化炭素排出量を削減する効果が期待されている。
【０００３】
アブラヤシの果実から搾油してパーム油を採取する際に、残る空果房を有効利用する検討がなされている。アブラヤシ果房には直径数ｃｍの小粒の果実が数百個ついており、この果実を脱果したものが空果房（Empty Fruit Bunch、EFB）と呼ばれている。果実は果房の芯に強く結合しているため、この結合を弱め分離しやすくするためと、搾油成分の変質を抑制するために、果房を蒸気加熱し、その後回転篩等により果実を脱果する。水分の多い空果房が大量に排出されるが、有効利用されることなく野外放置や野焼きなどで廃棄されていた。また、キンググラスは成長が著しく早いエネルギー作物であり、主に茎部を燃料として用いることが検討されている。
【０００４】
近年、ＣＯ２ガス排出量削減のためバイオマスをエネルギー源として利用することが着目され、アブラヤシ空果房をボイラ燃料として有効利用することが試みられている。特許文献１には、この目的に用いる装置が提案されている。この特許文献１の装置は、蒸気圧力下で回転篩により果実と空果房とに分離する蒸熱脱果機、脱果後の空果房を裁断する空果房裁断機、裁断後の空果房を圧搾する空果房圧搾機を備えている。空果房は空果房裁断機により繊維細片に裁断された後、空果房圧搾機により水分を除去され、ボイラ燃料として使用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１４６５９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アブラヤシ空果房やキンググラスなど草本系バイオマスをボイラ燃料として燃焼炉で燃焼しその燃焼熱エネルギーを回収する場合や、ガス化原料としてガス化炉でガス化し燃料ガスや化学原料ガスを得る場合に、草本系バイオマスにはカリウムなどアルカリ金属が含まれており（カリウム含有率３重量％程度（ドライベース））、草本系バイオマスを燃焼したりガス化した残渣の灰分にカリウムが多く含まれることにより問題が生じる。すなわち、灰分にカリウムが多く含まれていると、燃焼炉やガス化炉の内壁に灰分が融着して炉内ガスの流通を阻害するスラッギングが生じ燃焼炉やガス化炉の運転が不安定になったり、廃熱回収ボイラに灰分が融着してファウリングが生じ排ガスの流通を阻害したり伝熱管などの伝熱効率が低下して熱回収に支障が生じたり、流動層炉では珪砂などの流動粒子の表面に溶融灰が付着し流動粒子の凝集が生じ、炉の運転に支障が生じるなど、問題が生じる。
【０００７】
また、草本系バイオマスを炭化物原料として製造した炭化物中にカリウムが含まれると、炭化物を燃料として用いると同様の問題が生じ、また、草本系バイオマスの炭化物を高炉用吹込み微粉炭（高炉用還元材）として用いる場合に、カリウムが高炉内に滞留して炉内で閉塞や通気性の悪化が生じるなど問題が生じる。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑み、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する際に、草本系バイオマスにカリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができる草本系バイオマスの前処理装置及び前処理方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するため、草本系バイオマスを水洗浄して含まれるカリウムを除去することを試みたが、単に水又は温水で洗浄し脱水しただけでは、カリウムは草本系バイオマスの表面に付着しているのではないため、燃焼炉内等で支障が生じない程度にまでカリウム含有率を低減させることができないことが判明した。さらに、鋭意検討した結果、次の構成を備えることにより、カリウム含有率を十分に低減させることができることを見出し、本発明を導くに到った。
【００１０】
上述の課題は、本発明によると、草本系バイオマスの前処理装置及び前処理方法について、次のような構成で解決される。
【００１１】
＜前処理装置＞
本発明に係る草本系バイオマスの前処理装置は、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す。
【００１２】
かかる前処理装置において、本発明では、草本系バイオマスを圧搾脱水し、その後に加水し、再び圧搾脱水する手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有することを特徴としている。
【００１３】
圧搾脱水装置はスクリュープレス脱水装置であり、草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水部と、第一圧搾脱水部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水部と、加水部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水し脱水草本系バイオマスを排出する第二圧搾脱水部とを有することが好ましい。
【００１４】
圧搾脱水装置はフィルタープレス脱水装置であり、対面するろ材の間隙に草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水するろ過室と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水供給部とを有し、ろ過室内に受け入れた草本系バイオマスを圧搾脱水した後に、加水供給部から脱水草本系バイオマスに加水し、再び圧搾脱水し、脱水草本系バイオマスを排出することとしてもよい。
【００１５】
＜前処理方法＞
本発明に係る草本系バイオマスの前処理方法は、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す。
【００１６】
かかる前処理方法において、本願発明では、草本系バイオマスを圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、第一圧搾脱水工程で圧搾脱水された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、加水工程で加水された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有し、一つの圧搾脱水装置により上記三つの工程を行うことを特徴としている。
【００１７】
本発明では、スクリュープレス脱水装置の上流部において草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、スクリュープレス脱水装置の中流部において上流部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、スクリュープレス脱水装置の下流部において中流部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴としてもよい。
【００１８】
また、本発明では、フィルタープレス脱水装置のろ過室に草本系バイオマスを供給し圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、ろ過室内の加水された草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴としてもよい。
【００１９】
本発明の草本系バイオマスの前処理装置および前処理方法により前処理した前処理済み草本系バイオマスを、燃料として燃焼炉へ供給し燃焼し、ボイラで燃焼ガスから熱回収し蒸気を得て、蒸気タービン発電機により発電したり、温熱源として用いることができる。燃焼炉としては公知のバイオマス燃焼炉、例えば固定床炉、流動層炉、循環流動層炉、ロータリーキルンを用いることができ、前処理により草本系バイオマス中のカリウムを大幅に低減しているため、支障なく円滑に燃焼し熱回収することができる。
【００２０】
また、本発明の草本系バイオマスの前処理装置および前処理方法により前処理した前処理済み草本系バイオマスを、ガス化原料としてガス化炉へ供給し、部分燃焼・熱分解してガス化し燃料ガスを得て、燃料ガスをガスエンジン発電機に供給し発電したり、燃料ガスを燃焼装置で燃焼し燃焼熱を回収することができる。また、ガス化し化学原料ガスを得て、メタノールなどを合成することができる。ガス炉としては公知のバイオマスガス炉、例えば固定床炉、流動層炉を用いることができ、前処理により草本系バイオマス中のカリウムを大幅に低減しているため、支障なく円滑にガス化することができる。
【００２１】
さらには、前処理済み草本系バイオマスを炭化物原料として炭化炉へ供給し炭化し炭化物を得ることができ、炭化物を燃料として用いたり、高炉用吹込み微粉炭（高炉用還元材）として用いるようにしてもよい。炭化炉としては公知の炭化炉、例えば充填移動層炉、ロータリーキルンを用いることができ、前処理により草本系バイオマス中のカリウムを大幅に低減しているため、支障なく円滑に炭化することができる。
【００２２】
このように構成される本発明では、第一圧搾脱水、加水及び第二圧搾脱水の手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置および前処理方法にて、草本系バイオマスは次の要領で処理される。ここでは、圧搾脱水装置がスクリュープレス脱水装置である場合と、フィルタープレス脱水装置である場合とについて述べる。
【００２３】
＜スクリュープレス脱水装置＞
（１）スクリュープレス脱水装置の第一圧搾脱水部そして第一圧搾脱水工程では、草本系バイオマスが圧搾脱水される（第一圧搾脱水）。圧搾脱水することにより、草本系バイオマスから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することにより草本系バイオマスの茎等の細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、草本系バイオマスの芯等の細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させる。
【００２４】
（２）加水部そして加水工程では、上記（１）で圧搾脱水された草本系バイオマスに加水する。圧搾脱水された草本系バイオマスに加水することにより、圧搾により加えられていた圧力が解放され、膨張しながら水分を吸収するので、草本系バイオマスに水分が吸収される効率が高く短時間で吸収されるとともに、内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００２５】
（３）第二圧搾脱水部そして第二圧搾脱水工程では、上記（２）で加水された草本系バイオマスが再び圧搾脱水される（第二圧搾脱水）。加水され水分を吸収した草本系バイオマスを再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水と同様の原理で、草本系バイオマス中のカリウム含有率をさらに低減することができる。
【００２６】
かくして、草本系バイオマスを燃料として燃焼炉で燃焼する場合、ガス化する場合及び炭化する場合に、その燃焼や燃焼熱の回収、ガス化及び炭化に支障が生じない程度にまで、カリウム含有率を低減させた草本系バイオマスを得ることができるようになる。
【００２７】
＜フィルタープレス脱水装置＞
（１）フィルタープレス脱水装置のろ過室そして第一圧搾脱水工程では、草本系バイオマスが圧搾脱水される（第一圧搾脱水）。圧搾脱水することにより、草本系バイオマスから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することにより草本系バイオマスの茎等の細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、草本系バイオマスの芯等の細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させる。
【００２８】
（２）ろ過室そして加水工程では、上記（１）で圧搾脱水された草本系バイオマスに加水する。圧搾脱水された草本系バイオマスに加水することにより、圧搾により加えられていた圧力が解放され、膨張しながら水分を吸収するので、草本系バイオマスに水分が吸収される効率が高く短時間で吸収されるとともに、内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００２９】
（３）ろ過室そして第二圧搾脱水工程では、上記（２）で加水された草本系バイオマスが再び圧搾脱水される（第二圧搾脱水）。加水され水分を吸収した草本系バイオマスを再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水と同様の原理で、草本系バイオマス中のカリウム含有率をさらに低減することができる。
【００３０】
かくして、草本系バイオマスを燃料として燃焼炉で燃焼する場合、ガス化する場合、及び炭化する場合に、その燃焼や燃焼熱の回収、ガス化及び炭化に支障が生じない程度にまで、カリウム含有率を低減させた草本系バイオマスを得ることができるようになる。
【００３１】
フィルタープレス脱水装置のろ過室に供給された草本系バイオマスは、ろ過室内に留まったまま第一圧搾脱水、加水及び第二圧搾脱水の各処理をなされ、カリウム含有率を低減させた草本系バイオマスが排出される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明では、以上のように、草本系バイオマスに第一圧搾脱水を施した後に加水し、その後に第二圧搾脱水を施すことにより、草本系バイオマスのカリウム含有率を大幅に低減できる効果がある。その結果、草本系バイオマスを燃料、ガス化原料及び炭化原料として利用する場合に、炉内にスラッギングが生じたり、流動粒子の凝集が生じるなど、燃焼炉の運転に支障が生じることを防ぐことができ、また、廃熱回収ボイラにファウリングが生じ熱回収に支障が生じることを防ぐことができ、得られた炭化物を問題なく利用することができる。
【００３３】
また、本発明は、草本系バイオマスを圧搾脱水し、その後に加水し、再び圧搾脱水する手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有するため、草本系バイオマスのカリウム低減処理を一つの装置により行うことができ、設備がコンパクトであり、設備コストを低くすることができ、運転操作を簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一実施形態に係る前処理装置の構成の概略を示すブロック図である。
【図２】第一実施形態に係る圧搾脱水装置としてのスクリュープレス脱水装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、スクリュープレス脱水装置のスクリュー軸の軸線を含む面での断面図を示し、（Ｂ）は、該軸線に対して直角な面での断面図を示している。
【図３（Ａ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、バイオマス供給工程を示している。
【図３（Ｂ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、第一圧搾脱水工程および第二圧搾脱水工程を示している。
【図３（Ｃ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、加水工程を示している。
【図３（Ｄ）】本発明の第二実施形態に係る圧搾脱水装置の構成および動作を示す縦断面図であり、バイオマス排出工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態を説明する。
【００３６】
＜第一実施形態＞
本発明では、草本系バイオマスとして、アブラヤシ空果房やキンググラスを用いることができる。本実施形態では、草本系バイオマスとして、アブラヤシ空果房を用いるものとして説明する。
【００３７】
図１は、本実施形態に係る前処理装置の構成の概略を示すブロック図である。図２は、本実施形態に係る圧搾脱水装置としてのスクリュープレス脱水装置の構成を示す図であり、（Ａ）は、スクリュープレス脱水装置のスクリュー軸の軸線を含む面での断面図を示し、（Ｂ）は、該軸線に対して直角な面での断面図を示している。
【００３８】
図１に示されているように、本実施形態に係る前処理装置は、草本系バイオマスとしてのアブラヤシ空果房を圧搾脱水装置１０へ供給するに備え、アブラヤシ空果房を破砕する破砕装置３と、破砕された空果房を水に分散させる分散装置４とが設けられている。また、アブラヤシ果房からアブラヤシ空果房を取り出す装置として、アブラヤシ果房を水蒸気で加熱する蒸気加熱装置１と、加熱されたアブラヤシ果房から果実を脱果して空果房とする脱果装置２とが設けられている。
【００３９】
アブラヤシ果房は、後に空果房となる茎部分に３〜４ｃｍ程度の大きさの果実が数百〜２０００個位ついている。上記蒸気加熱装置１は、該アブラヤシ果房をケージに収容し、これに水蒸気を吹き付けて、水蒸気で加熱された状態を数十分程度維持するようになっている。この水蒸気で加熱されることにより、果実は茎部分から分離しやすい状態となる。
【００４０】
上記脱果装置２は、横筒状の回転篩を有していて、一端側から回転篩内へ上記アブラヤシ果房を投入すると他端側の出口に達する間に、回転により衝撃力を受けて果実が茎部分から分離して回転篩側面の篩目から落下し、残った空果房が上記出口から排出される。この空果房は、水分を７０重量％程度含んでおり、上記破砕装置３へもたらされる。
【００４１】
本実施形態では、草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を用いたので、蒸気加熱装置や脱果装置を設けたが、草本系バイオマスとして、例えばキンググラスを用いる場合には、該蒸気加熱装置や脱果装置を省略できる。
【００４２】
上記破砕装置３は、アブラヤシ空果房を前処理に適した寸法に破砕する。該破砕装置３は、その破砕形式に限定されないが、例えば、二軸破砕機を用いることができる。この二軸破砕機は、互いに逆回転する二つの平行な軸体にそれぞれ支持された胴体の周囲にカッタ刃が多数設けられていて、両胴体の間に入り込んだ草本系バイオマスが上記カッタ刃で所定の大きさに裁断されて落下するようになっている。本実施形態のように草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を用いる場合には、空果房は、例えば、１００ｍｍ未満の大きさに裁断される。上記分散装置４は、容器に収容された水中に破砕装置３により破砕されたアブラヤシ空果房を混合して分散させる。該アブラヤシ空果房は圧搾脱水装置１０へもたらされる。なお、該分散装置は、必須の構成ではなく、省略することも可能である。
【００４３】
圧搾脱水装置１０は、第一圧搾脱水部１１と加水部１２と第二圧搾脱水部１３とを順に有している。図２（Ａ），（Ｂ）に見られるように、圧搾脱水装置１０は、スクリュープレス脱水装置として構成されており、横型の円筒状のケーシング（図示せず）内に、横型の円筒状のスクリーン１４が設けられ、スクリーン１４内に該スクリーンと同軸に延びるスクリュー軸１５が配されている。該圧搾脱水装置１０は、破砕されたアブラヤシ空果房を、上流側（図２（Ａ）の左方側）に位置する供給口１０Ａから受け、前処理したアブラヤシ空果房を、下流側（図２（Ａ）の右方側）に位置する排出口１０Ｂから排出する。該圧搾脱水装置１０は、上流部に位置する第一圧搾脱水部１１、中流部に位置する加水部１２、下流部に位置する第二圧搾脱水部１３の三つの領域で形成されている。
【００４４】
スクリーン１４は、例えば、パンチングメタルやウェッジワイヤスクリーンで作られていて、孔径が数百μｍ〜数ｍｍ程度の細孔（図示せず）が無数に設けられている。該スクリーン１４は、第一圧搾脱水部１１、加水部１２、第二圧搾脱水部１３にそれぞれ対応して、第一脱水スクリーン１４Ａ、加水スクリーン１４Ｂ、第二脱水スクリーン１４Ｃの三つの領域が形成されている。
【００４５】
スクリュー軸１５は、供給口１０Ａ側から排出口１０Ｂ側に向け次第に外径が大きくなるようなテーパ状をなしている。すなわち、スクリュー軸１５とスクリーン１４との間の半径方向間隔が軸方向での供給口１０Ａ側から排出口１０Ｂ側に向け次第に小さくなっている。該スクリュー軸１５の外周面には、軸方向（図２（Ａ）の左右方向）のほぼ全域にわたって延びる螺旋状の羽根１５Ａが設けられている。該スクリュー軸１５は、該スクリュー軸１５に接続されたスクリュー駆動機１６によって軸線まわりに回転駆動され、上記羽根１５Ａの回転によってアブラヤシ空果房を排出口１０Ｂ側へ向けて移送するようになっている。
【００４６】
図２（Ａ）に見られるように、上記加水部１２における加水スクリーン１４Ｂの外側には、加水配管１７から供給される水を該加水スクリーン１４Ｂへ向けて噴射する複数のノズル１８がスクリュー軸１５の軸方向に複数設けられている。また、図２（Ｂ）に見られるように、該ノズル１８は周方向に複数配されている。該ノズル１８は、周方向で揺動可能となっていることが好ましい。該ノズル１８から上記加水スクリーン１４Ｂへ向けて噴射された水は該加水スクリーンの細孔を経てアブラヤシ空果房に供給される。
【００４７】
以下、圧搾脱水装置１０によるアブラヤシ空果房の前処理について説明する。
【００４８】
破砕装置３で破砕され分散装置４で分散されたアブラヤシ空果房は、圧搾脱水装置１０の第一圧搾脱水部１１において、上記スクリュー軸１５とスクリーン１４との間の半径方向間隔へ供給口１０Ａから投入された後、スクリュー軸１５の回転により、排出口１０Ｂ側へ移送される。上記間隔は排出口１０Ｂ側へ向かうにつれて狭くなっているので、アブラヤシ空果房は、スクリュー軸１５とスクリーン１４とによって圧搾されて、水分が第一脱水スクリーン１４Ａから排出される。圧搾中に、アブラヤシ空果房から搾り出された水分（圧搾水という）は第一脱水スクリーン１４Ａでろ過されてケーシング外へ排水される。この圧搾水には、カリウムが含まれているので、圧搾水の排出によってアブラヤシ空果房からのカリウム溶出排除がなされる。
【００４９】
加水部１２では、ノズル１８から加水スクリーン１４Ｂへ向けて散水されることにより、第一圧搾脱水部１１で圧搾脱水されたアブラヤシ空果房（脱水草本系バイオマス）が加水される。圧搾脱水されたアブラヤシ空果房に加水することにより、該アブラヤシ空果房には、水分が吸収され内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００５０】
第二圧搾脱水部１３では、加水部１２で加水されたアブラヤシ空果房（加水草本系バイオマス）が第一圧搾脱水部１１と同じ要領で再び圧搾されて、圧搾水が第二脱水スクリーン１４Ｃから排出される。該圧搾水は、第二脱水スクリーン１４Ｃでろ過されてケーシング外へ排水される。該圧搾水には、カリウムが含まれているので、圧搾水の排出によってアブラヤシ空果房からのカリウム溶出排除がなされる。そして、圧搾脱水されたアブラヤシ空果房（脱水草本系バイオマス）は、第二圧搾脱水部１３において、カリウム溶出排除がなされた状態で排出口１０Ｂ側から排出される。
【００５１】
第一圧搾脱水部１１そして第二圧搾脱水部１３から搾り出される圧搾水を油水分離装置により油水分離して得られる水分は、カリウムを高濃度に含有しているために肥料として有用であり、そのまま、農場に散布あるいは濃縮後に肥料として用いることができる。第二圧搾脱水部１３から搾り出される圧搾水も高濃度のカリウムを含有する理由は、カリウムを溶出させるために加水部１２にて加水する水の量が脱水されたアブラヤシ空果房に水を含ませる程度の量で足りるため、相対的に圧搾液中のカリウムが高濃度になるからである。このため圧搾脱水された圧搾水を油水分離した水分の肥料としての価値が高いものとなっている。
【００５２】
このような本実施形態に係る前処理装置では、草本系バイオマスは、破砕装置３で所定の大きさに破砕され、第一圧搾脱水部１１で圧搾脱水されて水分が大幅に低減された脱水草本系バイオマスとなる。この脱水草本系バイオマスは、加水部１２で加水され水分を適度に吸収し、再び第二圧搾脱水部１３で圧搾脱水され、さらに水分が大幅に低減される。
【００５３】
破砕された草本系バイオマスを第一圧搾脱水部１１で圧搾脱水することにより、草本系バイオマスから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することにより草本系バイオマスの茎等の細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、草本系バイオマスの芯等の細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させることができる。加水部１２で圧搾脱水された脱水草本系バイオマスに加水することにより、水分が吸収され内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。加水され水分を吸収した加水草本系バイオマスを第二圧搾脱水部１３で再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水部１１と同様の原理で、草本系バイオマス中のカリウム含有率をさらに低減することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、草本系バイオマスを圧搾脱水する手段、その後に加水する手段および再び圧搾脱水する手段が一つのスクリュープレス脱水装置に構成された圧搾脱水装置を有するため、草本系バイオマスのカリウム低減処理を一つの装置により行うことができ、設備がコンパクトであり、設備コストを低くすることができ、運転操作を簡便に行うことができる。
【００５５】
本実施形態では、二つの圧搾脱水部と一つの加水部を設けることとしたが、必要に応じて、一つの圧搾脱水装置に設ける圧搾脱水部と加水部の数を増加させてもよい。この場合、圧搾脱水部と加水部は交互に設けられる。
【００５６】
＜燃焼・熱回収＞
圧搾脱水装置１０から取り出された前処理済みの脱水草本系バイオマスは、燃料として燃焼炉へ供給し燃焼し、ボイラにて燃焼ガスから熱回収し蒸気を得て、蒸気タービン発電機により発電したり、温熱源として用いることができる。該燃焼炉としては公知のバイオマス燃焼炉、例えば固定床炉、流動層炉、循環流動層炉、ロータリーキルンを用いることができる。燃焼炉で圧搾バイオマスを燃焼して生じる燃焼熱を熱回収する熱回収装置としては蒸気を発生させるボイラ、熱交換して温水や加熱空気を得る熱交換器などを用いる。発生した蒸気を用いて蒸気タービンを駆動し発電する発電機を接続して電力を得ることもできる。
【００５７】
また、前処理済みの脱水草本系バイオマスは、カリウム含有率が大幅に低減されているので、燃料として燃焼炉で燃焼される際に、カリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができ、支障なく円滑に安定して燃焼することができ、燃焼熱を効率的に回収することができる。また、圧搾脱水部から搾り出される圧搾水を油水分離して得られる水分は、カリウムを含んでおり、上述のごとく、肥料として使用される。
【００５８】
また、草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を用いる場合、前処理済みのアブラヤシ空果房を燃焼炉に供給するとともに、アブラヤシ果実から搾油した搾粕であるFiberやアブラヤシ種子から核油を搾油した残渣であるＰＫＳ（Palm Kernel Shell）をも燃焼炉へ供給し混合燃焼するようにしてもよい。このようにアブラヤシ空果房とパーム油搾油工場で排出される他のバイオマスとを混合燃焼する場合においても、アブラヤシ空果房中のカリウムを大幅に低減しているため、カリウムが含まれることに起因する問題の発生を防ぐことができ、燃焼するバイオマス全体に対するアブラヤシ空果房の比率を、大幅に増大させることができる。
【００５９】
＜塩素除去効果＞
草本系バイオマスには、塩素を含むものがあり、塩素を含む草本系バイオマスを燃焼すると、塩化水素が生成され熱回収ボイラに腐食が生じる問題が生じる。本実施形態に係る前処理装置を用いて、草本系バイオマスに第一圧搾脱水を施した後に加水し、その後に第二圧搾脱水を施すことにより、カリウムを低減するとともに草本系バイオマスの塩素を大幅に低減できる効果がある。その結果、草本系バイオマスを燃料として利用する場合に、塩素による熱回収ボイラの腐食を防ぐことができる。また、熱回収ボイラに導入する燃焼ガスを高温にすることができるので、発生させる蒸気温度をより高温にでき発電効率を向上させることができる。さらに、草本系バイオマスの塩素を低減するので、ダイオキシンの発生を抑制できる。
【００６０】
＜第二実施形態＞
本実施形態は、圧搾脱水装置がフィルタープレス脱水装置である点で、圧搾脱水装置がスクリュープレス脱水装置である第一実施形態と構成が異なっている。本実施形態においても、草本系バイオマスが圧搾脱水装置へ供給されるまでの構成は第一実施形態と同じであるので、説明を省略し、圧搾脱水装置の構成を中心に説明する。以下、草本系バイオマスとしてアブラヤシ空果房を処理する例を説明するが、キンググラス等の他の草本系バイオマスを処理できる点は第一実施形態と同様である。
【００６１】
図３（Ａ）ないし図３（Ｄ）は、本実施形態の第二実施形態に係る圧搾脱水装置２０の構成および動作を示す縦断面図であり、図３（Ａ）はバイオマス供給工程、図３（Ｂ）は第一圧搾脱水工程および第二圧搾脱水工程、図３（Ｃ）は加水工程、図３（Ｄ）はバイオマス排出工程を示している。
【００６２】
図３（Ｄ）を用いて、圧搾脱水装置２０の構成を詳細に説明する。圧搾脱水装置２０は、ろ板２１とダイヤフラムろ板２２とから成る対がその板厚方向でガードレール（図示せず）上に複数配列されて構成されている。図３（Ｄ）には、一対のろ板２１とダイヤフラムろ板２２とが示されている。各対において、ダイヤフラムろ板２２は締付シリンダ等によりガードレール上を往復動可能となっている。本実施形態では、各対において、ダイヤフラムろ板２２が、ろ板２１と接触する閉位置（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）および該ろ板２１から離間した開位置（図３（Ｄ））の間で往復動するようになっている。また、ろ板２１とダイヤフラムろ板２２との間には、アブラヤシ空果房を受け入れるための空間であるろ過室２０Ａが形成されている。
【００６３】
図３（Ｄ）には、一対のろ板２１とダイヤフラムろ板２２とが互いに離間した開位置にある状態で示されている。ろ板２１は、ダイヤフラムろ板２２と対向する面に凹部２１Ａが形成されているとともに、該凹部２１Ａの内壁面のうち側板面（ダイヤフラムろ板２２と対向する面）がろ過床２１Ｆとして機能する。該ろ過床２１Ｆには、図３（Ｄ）の紙面に対して直角に延びる複数の溝部２１Ｂが形成されており、該複数の溝部２１Ｂは互いに連通している。上記凹部２１Ａの上方位置には、分散装置４からのアブラヤシ空果房および加水供給部（図示せず）からの水の供給のための供給口２１Ｃがろ板２１を貫通して形成されており、上記凹部２１Ａの下方位置には、外部への圧搾水の排出のための排出口２１Ｄがろ板２１を貫通して形成されている。上記供給口２１Ｃはろ過室２０Ａと連通しており、上記排出口２１Ｄは該ろ過室２０Ａおよび上記複数の溝部２１Ｂと連通している。
【００６４】
上記ろ板２１のろ過床２１Ｆには、上記複数の溝部２１Ｂを覆うようにろ材２３が設けられており、後述するように該ろ材２３がアブラヤシ空果房の圧搾水をろ過するようになっている。ろ材２３は、例えば、ろ布やウェッジワイヤフィルタ等の金属ろ材で形成されている。
【００６５】
ダイヤフラムろ板２２は、ろ板２１と対向する面に該ろ板２１の凹部２１Ａと対応する凹部２２Ａが形成されている。上記凹部２２Ａの上方位置には、分散装置４からのアブラヤシ空果房および加水供給部（図示せず）からの水を供給するための供給口２２Ｃがダイヤフラムろ板２２を貫通して形成されており、上記凹部２２Ａの下方位置には、外部への圧搾水の排出のための排出口２２Ｄがダイヤフラムろ板２２を貫通して形成されている。
【００６６】
上記供給口２２Ｃそして排出口２２Ｄはろ過室２０Ａと連通している。また、該供給口２２Ｃそして排出口２２Ｄは、ろ板２１とダイヤフラムろ板２２とが閉位置にあるときに、ろ板２１の供給口２１Ｃそして排出口２１Ｄとそれぞれ連通する（図３（Ａ）〜（Ｃ）参照）。また、上記供給口２２Ｃ，２２Ｄは、ろ板２１およびダイヤフラムろ板２２の複数の対同士間にわたって一本の供給管（図示せず）によって接続されており、該供給管から各対のろ過室２０Ａへアブラヤシ空果房および水が供給されるようなっている。また、上記凹部２２Ａには、後述するように圧搾用空気が送入および排出される空気口２２Ｅが該凹部２２Ａの側板（板面がろ板２１と対向する板部）を貫通して形成されている。本実施形態では、アブラヤシ空果房および水は供給口２１Ｃからろ過室２０Ａに供給される。また、閉位置にて該供給口２１Ｃと連通した供給口２２Ｃは、該供給口２１Ｃからのアブラヤシ空果房および水を、上記ろ板２１とダイヤフラムろ板２２との対に隣接する他の対におけるろ過室へ供給するようになっている。
【００６７】
上記凹部２２Ａ内には、該凹部２２Ａに適合して収容される板状のダイヤフラムろ過床２４が設けられている。該ダイヤフラムろ過床２４は、例えば、弾性ゴム等によって作られている。該ダイヤフラムろ過床２４は、ろ板２１と対向する面に、図３（Ｄ）の紙面に対して直角に延びる複数の溝部２２Ｂが形成されており、該複数の溝部２２Ｂは互いに連通している。また、該複数の溝部２２Ｂは、ダイヤフラムろ過床２４が後述する圧搾位置にあるとき（図３（Ｂ））、排出口２２Ｄと連通する。
【００６８】
上記ダイヤフラムろ板２２における上記溝部２２Ｂが形成されている板面には、該溝部２２Ｂを覆うようにろ材２５が設けられており、該ろ材２５がアブラヤシ空果房の圧搾水をろ過するようになっている。ろ材２５も上記ろ材２３と同様に、例えば、濾布やウェッジワイヤフィルタ等の金属ろ材で形成されている。
【００６９】
図３（Ｄ）に見られるように、上記凹部２２Ａの側板面と上記ダイヤフラムろ板２２との間にはダイヤフラム室２６として機能する空間が形成されている。後述するように、空気口２２Ｅから圧搾用空気が送入されると該ダイヤフラム室２６は膨張し（図２（Ｂ）参照）、該空気口２２Ｅから圧搾用空気が排出されると該ダイヤフラム室２６は収縮する（図３（Ｃ）参照）。
【００７０】
以下、図３（Ａ）ないし図３（Ｄ）を用いて圧搾脱水装置２０によるアブラヤシ空果房の前処理について説明する。
【００７１】
＜バイオマス供給工程＞
まず、図３（Ａ）に見られるように、ダイヤフラムろ板２２をろ板２１側へ移動させ、閉位置にもたらす。この結果、ダイヤフラムろ板２２の供給口２２Ｃおよび排出口２２Ｄがろ板２１の供給口２１Ｃおよび排出口２１Ｄとそれぞれ連通する。次に、ろ板２１のろ材２３とダイヤフラムろ板２２のろ材２５との間の空間、すなわちろ過室２０Ａ内へアブラヤシ空果房Ｐを供給口２１Ｃから投入する。
【００７２】
＜第一圧搾脱水工程＞
次に、図３（Ｂ）に見られるように、ダイヤフラムろ板２２の空気口２２Ｅからダイヤフラム室２６へ圧搾用空気を供給して該ダイヤフラム室２６を膨張させ、ダイヤフラムろ過床２４をろ板２１側へ向けて移動させる。この結果、図３（Ｂ）に示されるように、ダイヤフラムろ過床２４はアブラヤシ空果房Ｐを圧搾する圧搾位置にもたらされ、該アブラヤシ空果房Ｐがろ材２３とろ材２５とによって挟圧されて圧搾脱水される。アブラヤシ空果房Ｐから搾り出された圧搾水は、ろ材２３，２５でろ過されて、複数の溝部２１Ｂ，２２Ｂを通ってから排出口２１Ｄ，２２Ｄから外部へ排出される。この圧搾水には、カリウムが含まれているので、圧搾水の排出によってアブラヤシ空果房Ｐからのカリウム溶出排除がなされる。
【００７３】
このようにアブラヤシ空果房Ｐを圧搾脱水することにより、該アブラヤシ空果房Ｐから溶出したカリウムを含む水分を除くとともに、圧搾して加圧することによりアブラヤシ空果房Ｐの細片からカリウムを含む水分を滲出させ、さらに、該細片を軟らかくし、又、細胞膜を破壊し、細胞内のカリウムを周囲の水分中に滲出させる。
【００７４】
＜加水工程＞
次に、図３（Ｃ）に見られるように、空気口２２Ｅから圧搾用空気を排出するとともに、加水供給部（図示せず）から供給口２１Ｃを経てろ過室２０Ａに水を供給することにより、上記第一圧搾工程で圧搾脱水されたアブラヤシ空果房（脱水草本系バイオマス）に加水する。圧搾用空気の排出によりダイヤフラムろ過床２４は、ろ板２１から離れる方向（図３（Ｃ）での右方）へ向けて移動し、アブラヤシ空果房Ｐは上記第一圧搾脱水工程で加えられていた圧力が解放される。そして、アブラヤシ空果房Ｐに加水することにより、該アブラヤシ空果房Ｐは、膨張しながら水分を吸収するので、該アブラヤシ空果房Ｐに水分が吸収される効率が高く短時間で吸収されるとともに、内部にまで水分が行き渡り、残存するカリウムを水分中に十分に溶出させることができる。
【００７５】
本実施形態では、供給口から水を供給することとしたが、これに代えて、例えば、排水口を供給口としても利用することにより該排水口から水を供給することとしてもよい。また、ろ過床に給水系（図示せず）を別途設けて該ろ過床から水を供給するようにしてよい。
【００７６】
＜第二圧搾脱水工程＞
次に、図３（Ｂ）に見られるように、第一圧搾脱水工程と同様に、ダイヤフラム室２６へ圧搾用空気を供給して該ダイヤフラム室２６を膨張させ、ダイヤフラムろ過床２４を圧搾位置にもたらすことにより、アブラヤシ空果房Ｐを再び圧搾脱水する。加水され水分を吸収したアブラヤシ空果房（加水草本系バイオマス）を再び圧搾脱水することにより、第一圧搾脱水と同様の原理で、該アブラヤシ空果房中のカリウム含有率をさらに低減することができる。以上のように、第一圧搾工程、加水工程および第二圧搾脱水工程にてアブラヤシ空果房を処理することにより前処理が完了する。
【００７７】
＜バイオマス排出工程＞
図３（Ｄ）に示されるように、ダイヤフラムろ板２２をろ板２１から離れる方向（図３（Ｄ）での右方）に移動させて開位置にもたらすとともに、空気口２２Ｅから圧搾用空気を排出して、ダイヤフラムろ過床２４をろ板２２の凹部２２Ａ内へ移動させる。この結果、ろ過室２０Ａが大きく開放され、圧搾脱水されたアブラヤシ空果房Ｐ（脱水草本系バイオマス）がろ過室２０Ａ外へ落下排出される。
【００７８】
本実施形態では、圧搾脱水装置２０のろ過室２０Ａに供給されたアブラヤシ空果房Ｐが、該ろ過室２０Ａ内に留まったまま第一圧搾脱水、加水及び第二圧搾脱水の各処理を施され、カリウム含有率を低減させたアブラヤシ空果房Ｐが排出されるようになっている。このように、第一圧搾脱水工程、加水工程及び第二圧搾脱水工程の三つの工程が一つの圧搾脱水装置２０で行われるので、設備がコンパクトであり、設備コストを低くすることができ、運転操作を簡便に行うことができる。
【００７９】
また、本実施形態では、二回の圧搾脱水工程と一回の加水工程を行うこととしたが、必要に応じて、一つの圧搾脱水装置に設ける圧搾脱水工程と加水工程の回数を増加させてもよい。この場合、圧搾脱水工程と加水工程は交互に行われる。
【符号の説明】
【００８０】
１０ 圧搾脱水装置（スクリュープレス装置）
１１ 第一圧搾脱水部
１２ 加水部
１３ 第二圧搾脱水部
２０ 圧搾脱水装置（フィルタープレス装置）
２０Ａ ろ過室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理装置であって、
草本系バイオマスを圧搾脱水し、その後に加水し、再び圧搾脱水する手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有することを特徴とする草本系バイオマスの前処理装置。
【請求項２】
圧搾脱水装置はスクリュープレス脱水装置であり、草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水部と、第一圧搾脱水部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水部と、加水部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水し脱水草本系バイオマスを排出する第二圧搾脱水部とを有することを特徴とする請求項1に記載の草本系バイオマスの前処理装置。
【請求項３】
圧搾脱水装置はフィルタープレス脱水装置であり、対面するろ材の間隙に草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水するろ過室と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水供給部とを有し、ろ過室内に受け入れた草本系バイオマスを圧搾脱水した後に、加水供給部から脱水草本系バイオマスに加水し、再び圧搾脱水し、脱水草本系バイオマスを排出することとする請求項１に記載の草本系バイオマスの前処理装置。
【請求項４】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理方法であって、
草本系バイオマスを圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、第一圧搾脱水工程で圧搾脱水された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、加水工程で加水された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有し、一つの圧搾脱水装置により上記三つの工程を行うことを特徴とする草本系バイオマスの前処理方法。
【請求項５】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理方法であって、
スクリュープレス脱水装置の上流部において草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、スクリュープレス脱水装置の中流部において上流部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、スクリュープレス脱水装置の下流部において中流部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴とする草本系バイオマスの前処理方法。
【請求項６】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理方法であって、
フィルタープレス脱水装置のろ過室に草本系バイオマスを供給し圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、ろ過室内の加水された草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴とする草本系バイオマスの前処理方法。
【請求項１】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理装置であって、
草本系バイオマスを圧搾脱水し、その後に加水し、再び圧搾脱水する手段が一つの装置に構成された圧搾脱水装置を有することを特徴とする草本系バイオマスの前処理装置。
【請求項２】
圧搾脱水装置はスクリュープレス脱水装置であり、草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水部と、第一圧搾脱水部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水部と、加水部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水し脱水草本系バイオマスを排出する第二圧搾脱水部とを有することを特徴とする請求項1に記載の草本系バイオマスの前処理装置。
【請求項３】
圧搾脱水装置はフィルタープレス脱水装置であり、対面するろ材の間隙に草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水するろ過室と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水供給部とを有し、ろ過室内に受け入れた草本系バイオマスを圧搾脱水した後に、加水供給部から脱水草本系バイオマスに加水し、再び圧搾脱水し、脱水草本系バイオマスを排出することとする請求項１に記載の草本系バイオマスの前処理装置。
【請求項４】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理方法であって、
草本系バイオマスを圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、第一圧搾脱水工程で圧搾脱水された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、加水工程で加水された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有し、一つの圧搾脱水装置により上記三つの工程を行うことを特徴とする草本系バイオマスの前処理方法。
【請求項５】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理方法であって、
スクリュープレス脱水装置の上流部において草本系バイオマスを受け入れ圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、スクリュープレス脱水装置の中流部において上流部から移送された脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、スクリュープレス脱水装置の下流部において中流部から移送された加水草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴とする草本系バイオマスの前処理方法。
【請求項６】
草本系バイオマスを燃料、ガス化原料又は炭化物原料として利用する前に前処理を施す前処理方法であって、
フィルタープレス脱水装置のろ過室に草本系バイオマスを供給し圧搾脱水する第一圧搾脱水工程と、ろ過室内の脱水草本系バイオマスに加水する加水工程と、ろ過室内の加水された草本系バイオマスを再び圧搾脱水する第二圧搾脱水工程とを有することを特徴とする草本系バイオマスの前処理方法。
【図１】
【図２】
【図３（Ａ）】
【図３（Ｂ）】
【図３（Ｃ）】
【図３（Ｄ）】
【図２】
【図３（Ａ）】
【図３（Ｂ）】
【図３（Ｃ）】
【図３（Ｄ）】
【公開番号】特開２０１２−１５３７９０（Ｐ２０１２−１５３７９０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７０９（Ｐ２０１１−１３７０９）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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