JP2008274112A - Bio-coke manufacturing apparatus and method - Google Patents
Bio-coke manufacturing apparatus and method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008274112A JP2008274112A JP2007119272A JP2007119272A JP2008274112A JP 2008274112 A JP2008274112 A JP 2008274112A JP 2007119272 A JP2007119272 A JP 2007119272A JP 2007119272 A JP2007119272 A JP 2007119272A JP 2008274112 A JP2008274112 A JP 2008274112A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bio
- coke
- biomass
- reaction
- pulverized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Coke Industry (AREA)
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
Abstract
Description
本発明は、バイオマスを原料としたバイオコークスの製造技術に関し、特に石炭コークスの代替燃料として効果的に利用可能であるバイオコークスを工業的に大量生産することを可能としたバイオコークス製造装置及び方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technology for producing bio-coke using biomass as a raw material, and in particular, a bio-coke production apparatus and method capable of industrially mass-producing bio-coke that can be effectively used as an alternative fuel for coal coke. About.
近年、地球温暖化の観点からCO2排出の削減が推進されている。特に、ボイラ発電等の燃焼設備においては、燃料として石炭や重油等の化石燃料が用いられることが多いが、この化石燃料は、CO2排出の問題から地球温暖化の原因となり、地球環境保全の見地からその使用が規制されつつある。また化石燃料の枯渇化の観点からもこれに代替するエネルギー資源の開発、実用化が求められている。
そこで、化石燃料の代替として、バイオマスを用いた燃料の利用促進が図られている。バイオマスとは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスがある。このバイオマスを燃料化処理することにより、バイオマスをエネルギー源又は工業原料として有効に利用することができる。
In recent years, CO 2 emission reduction has been promoted from the viewpoint of global warming. In particular, in combustion facilities such as boiler power generation, fossil fuels such as coal and heavy oil are often used as fuels. However, these fossil fuels cause global warming due to the problem of CO 2 emissions, and are effective in protecting the global environment. Its use is being regulated from a viewpoint. In addition, from the viewpoint of depletion of fossil fuels, the development and commercialization of alternative energy resources are required.
Therefore, as an alternative to fossil fuels, the use of fuel using biomass has been promoted. Biomass is an organic substance resulting from photosynthesis, and includes biomass such as wood, vegetation, crops, and moss. By biomass-treating this biomass, the biomass can be effectively used as an energy source or an industrial raw material.
バイオマスを燃料化する方法としては、バイオマスを乾燥させて燃料化する方法、加圧して燃料ペレット化する方法、炭化、乾留させて燃料化する方法等が知られている。しかし、バイオマスを乾燥させるのみでは、空隙率が大きくみかけ比重が低くなるため、輸送や貯留が困難であり、長距離輸送や貯留して使用する燃料としては有効とはいえない。
一方、バイオマスを燃料ペレット化する方法は、特許文献1(特公昭61−27435号公報)に開示されている。この方法は、細断された有機繊維材料の含水量を16〜28%に調節し、これをダイス内で圧縮して乾燥し燃料ペレットを製造するようにしている。
また、バイオマスを乾留して燃料化する方法は、特許文献2(特開2003−206490号公報)等に開示されている。この方法は、酸素欠乏雰囲気中において、バイオマスを200〜500℃、好適には250〜400℃で加熱して、バイオマス半炭化圧密燃料前駆体を製造する方法となっている。
As a method of converting biomass into fuel, a method of drying biomass into fuel, a method of pressurizing to form fuel pellets, a method of carbonizing and carbonizing to dry distillation, and the like are known. However, simply drying the biomass makes it difficult to transport and store because the porosity is large and the specific gravity is low, so it cannot be said that it is effective as a fuel for long-distance transport or storage.
On the other hand, a method for converting biomass into fuel pellets is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 61-27435). In this method, the water content of the chopped organic fiber material is adjusted to 16 to 28%, and this is compressed in a die and dried to produce fuel pellets.
Further, a method for carbonizing biomass to produce fuel is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-206490) and the like. This method is a method in which biomass is heated at 200 to 500 ° C., preferably 250 to 400 ° C. in an oxygen-deficient atmosphere to produce a biomass semi-carbonized consolidated fuel precursor.
しかしながら、特許文献1に記載される方法では、圧縮成形を行うことによりバイオマスを燃料化しているが、生成した燃料ペレットは水分量が多いため発熱量が低く、燃料としては適していない。
また、特許文献2等に記載されるように乾留によりバイオマスを燃料化する方法では、加工処理を施さないバイオマスに比べると燃料として価値が高いものとなっているが、やはり石炭コークスに比べてみかけ比重が低く、発熱量が低い。さらに、石炭コークスに比べて硬度が低いため、石炭コークスの代替として利用するには不十分である。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、バイオコークスを効率的に大量生産することを可能としたバイオコークス製造装置及び方法を提供することを目的とする。
However, in the method described in
In addition, as described in
Accordingly, in view of the above-described problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a bio-coke manufacturing apparatus and method that can efficiently mass-produce bio-coke.
近年、石炭コークスの代替として、バイオコークスが研究されている。
バイオコークスは、バイオマス原料を加圧、加熱した状態で一定時間保持した後、冷却することにより製造される。加圧、加熱条件は、バイオマス粉砕物中のヘミセルロース、リグニンの熱分解又は熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲に設定する。これにより以下の反応機構が成立し、高硬度で高発熱量を有するバイオコークスが製造できる。
その反応機構は、上記した条件で反応を行うことにより、バイオマス粉砕物の繊維成分であるヘミセルロースが熱分解し接着効果を発現させ、バイオマス粉砕物から発生する過熱水蒸気によりリグニンがその骨格を維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、高硬度で高発熱量のバイオコークスが製造できるものである。熱硬化反応は、リグニン等に含まれるフェノール性の高分子間で反応活性点が誘発することにより進行する。
In recent years, bio-coke has been studied as an alternative to coal-coke.
Bio-coke is produced by holding a biomass material in a pressurized and heated state for a certain period of time and then cooling it. The pressurization and heating conditions are set to a pressure range and a temperature range that induce thermal decomposition or thermosetting reaction of hemicellulose and lignin in the pulverized biomass. Thereby, the following reaction mechanism is established, and bio-coke having high hardness and high calorific value can be produced.
The reaction mechanism is that the reaction is carried out under the conditions described above, so that the hemicellulose, which is the fiber component of the pulverized biomass, is thermally decomposed to exhibit an adhesive effect, and the lignin maintains its skeleton by superheated steam generated from the pulverized biomass. By reacting at low temperature and acting synergistically with the consolidation effect, bio-coke with high hardness and high calorific value can be produced. The thermosetting reaction proceeds when a reactive site is induced between phenolic polymers contained in lignin and the like.
図5に、バイオコークスの物性値を他の燃料と比較した表を示す。尚、この表は実験的に得られた数値を記載しているのみであり、本発明はこの数値に限定されるものではない。
この表に示されるように、バイオコークスは、みかけ比重1.2〜1.38、最高圧縮強度60〜200MPa、発熱量18〜23MJ/kgの物性値を示す硬度、燃焼性ともに優れた性能を有しており、未加工の木質バイオマスが、みかけ比重約0.4〜0.6、発熱量約17MJ/kg、最高圧縮強度約30MPaであるのと比べると、発熱量及び硬度の点において格段に優れていることが判る。また、石炭コークスの物性値である、みかけ比重約1.85、最高圧縮強度約15MPa、発熱量約29MJ/kgに比しても、バイオコークスは燃焼性、硬度とも遜色ない性能を有する。
従って、バイオコークスは石炭コークスの代替として有効な燃料であるとともに、マテリアル素材としての利用価値も高い。
FIG. 5 shows a table comparing the physical properties of bio-coke with other fuels. Note that this table only describes experimentally obtained numerical values, and the present invention is not limited to these numerical values.
As shown in this table, the bio-coke has excellent performance in both hardness and flammability with physical properties of apparent specific gravity of 1.2 to 1.38, maximum compressive strength of 60 to 200 MPa, and calorific value of 18 to 23 MJ / kg. The raw woody biomass has an apparent specific gravity of about 0.4 to 0.6, a calorific value of about 17 MJ / kg, and a maximum compressive strength of about 30 MPa. It turns out that it is excellent in. Further, even when compared with physical properties of coal coke, apparent specific gravity of about 1.85, maximum compressive strength of about 15 MPa, and calorific value of about 29 MJ / kg, bio-coke has performance comparable to that of combustibility and hardness.
Therefore, bio-coke is an effective fuel as an alternative to coal-coke and has a high utility value as a material material.
しかし、このバイオコークスは未だ実験段階にとどまっており、反応容器にバイオマス粉砕物を人手で充填して一つの反応容器で少量ずつ製造しているのが実状であった。
そこで本発明は、上記したバイオコークスを効率的に製造する装置及び方法を提案する。
However, this bio-coke is still in the experimental stage, and the actual condition is that the reaction vessel is filled with pulverized biomass manually and manufactured in small amounts in one reaction vessel.
Therefore, the present invention proposes an apparatus and a method for efficiently producing the above-described bio-coke.
本発明は、所定の含水率に水分調整されたバイオマス粉砕物を加熱しながら加圧成形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、
複数の円筒状反応シリンダを備え、該反応シリンダの一端側にバイオマス粉砕物の供給部が、他端側にバイオコークスの排出部が設けられるとともに、該反応シリンダに摺動可能な押込み側ピストンと引抜き側ピストンが対向して配置されており、
前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲が設定され、
前記反応シリンダには、前記供給部から前記排出部に向けて順に、バイオマス粉砕物を前記温度範囲に加熱する加熱反応領域と、該加熱されたバイオマス粉砕物を冷却する冷却領域とが形成され、
前記押込み側ピストンと前記引抜き側ピストンの間に充填されたバイオマス粉砕物を前記圧力範囲に加圧しながら、これらのピストン間の差圧を調整して、バイオマス粉砕物が各領域にて所定時間滞留されるように移送することを特徴とする。
The present invention is a bio-coke production apparatus for producing bio-coke by pressure forming while heating a pulverized biomass adjusted to a predetermined moisture content,
A plurality of cylindrical reaction cylinders, a supply portion of the pulverized biomass on one end side of the reaction cylinder, a biocoke discharge portion on the other end side, and a push-side piston slidable on the reaction cylinder; The pull-out side pistons are arranged facing each other,
The pressure range and temperature range in which hemicellulose in the pulverized biomass is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction are set,
In the reaction cylinder, a heating reaction region for heating the pulverized biomass to the temperature range and a cooling region for cooling the heated pulverized material are sequentially formed from the supply unit to the discharge unit.
While pressurizing the biomass pulverized material filled between the pushing side piston and the extraction side piston to the pressure range, the differential pressure between these pistons is adjusted, and the biomass pulverized material stays in each region for a predetermined time. It is transported as described above.
本発明によれば、石炭コークスの代替として利用可能なバイオコークスを効率的に製造可能である。即ち、複数の反応シリンダ内で同時にバイオマス粉砕物を処理することにより、バイオコークスを工業的に大量生産することができるようになる。
また、各処理領域における滞留時間を自在に調整可能であるため、異なる種類のバイオマス粉砕物にも好適に適用できる。さらに、本実施例では長尺状のバイオコークスが製造できるため、バイオコークス製品の大きさを調整できる。
According to the present invention, bio-coke that can be used as an alternative to coal coke can be efficiently produced. That is, it is possible to industrially mass produce bio-coke by simultaneously processing the pulverized biomass in a plurality of reaction cylinders.
Moreover, since the residence time in each processing region can be adjusted freely, it can be suitably applied to different types of pulverized biomass. Furthermore, since a long bio-coke can be produced in this embodiment, the size of the bio-coke product can be adjusted.
また、前記押込み側ピストンと前記引抜き側ピストンの夫々において、複数のピストンが駆動装置に一体的に連結されていることを特徴とする。
このように、複数のピストンにおいて駆動装置を一体に形成することにより、装置の簡素化、制御の容易化が達成できる。
Further, in each of the pushing side piston and the drawing side piston, a plurality of pistons are integrally connected to a driving device.
As described above, by integrally forming the drive device in the plurality of pistons, simplification of the device and ease of control can be achieved.
さらに、前記押込み側ピストンと前記引抜き側ピストンの夫々において、複数のピストンが駆動装置に一体的に連結されたバイオコークス製造装置が複数設けられ、
該複数のバイオコークス製造装置にて、互いに異なる処理領域に前記ピストンが位置するようにしたことを特徴とする。
さらにまた、前記押込み側ピストンと前記引抜き側ピストンの夫々において、複数のピストンが駆動装置により独立制御されるように構成され、
前記複数の反応シリンダにて、互いに異なる処理領域にピストンが位置するようにしたことを特徴とする。
これらの発明によれば、一つの処理領域に複数のバイオマス粉砕物が存在することを回避でき、加熱反応領域や冷却領域における熱負荷を軽減することができる。
Furthermore, in each of the pushing-side piston and the extraction-side piston, a plurality of bio-coke manufacturing apparatuses in which a plurality of pistons are integrally connected to a driving device are provided,
The plurality of bio-coke production apparatuses are characterized in that the pistons are positioned in different processing areas.
Furthermore, each of the pushing side piston and the drawing side piston is configured such that a plurality of pistons are independently controlled by a driving device,
The plurality of reaction cylinders are characterized in that pistons are positioned in different processing areas.
According to these inventions, it is possible to avoid the presence of a plurality of pulverized biomass in one processing region, and to reduce the thermal load in the heating reaction region and the cooling region.
また、所定の含水率に水分調整されたバイオマス粉砕物を、反応シリンダ内にて加熱しながら加圧成形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、
前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲が予め設定されており、
前記反応シリンダが複数設けられ、該反応シリンダ内に供給されたバイオマス粉砕物を、押込み側ピストンと引抜き側ピストンにより前記圧力範囲に加圧した状態でシリンダ内を移動させ、該反応シリンダ内にて、バイオマス粉砕物を前記温度範囲に加熱する加熱反応工程と、該加熱されたバイオマス粉砕物を冷却する冷却工程とを行うようにしたことを特徴とする。
さらに、前記複数のシリンダにて、互いに時間差を以って各処理工程を行うようにしたことを特徴とする。
In addition, a bio-coke production method for producing bio-coke by pressure-molding a biomass pulverized product whose water content is adjusted to a predetermined moisture content while heating in a reaction cylinder,
The pressure range and temperature range in which hemicellulose in the biomass pulverized product is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction are preset,
A plurality of the reaction cylinders are provided, and the pulverized biomass supplied into the reaction cylinders is moved in the pressure range while being pressurized to the pressure range by the pushing side piston and the drawing side piston. The heating reaction step for heating the pulverized biomass to the above temperature range and the cooling step for cooling the heated pulverized biomass are characterized.
Further, the processing steps are performed with a time difference between the plurality of cylinders.
以上記載のごとく本発明によれば、石炭コークスの代替として利用可能な高硬度で高発熱量を有するバイオコークスを、効率的に生産することが可能となる。
即ち、複数の反応シリンダ内でバイオマス粉砕物を押出しながら処理を行うことにより、バイオコークスを工業的に大量生産することができるようになる。
また、各処理領域における滞留時間を自在に調整可能であるため、異なる種類のバイオマス粉砕物にも好適に適用できる。
また、複数のピストンにおいて駆動装置を一体に形成することにより、装置の簡素化、制御の容易化が達成できる。
さらに、複数のシリンダ若しくは装置において互いにピストン位置を異ならせることにより、一つの処理領域に複数のバイオマス粉砕物が存在することを回避でき、加熱反応領域や冷却領域における熱負荷を軽減することができる。
As described above, according to the present invention, bio-coke having high hardness and high calorific value that can be used as an alternative to coal coke can be efficiently produced.
That is, it is possible to industrially mass-produce bio-coke by performing the treatment while extruding the pulverized biomass in a plurality of reaction cylinders.
Moreover, since the residence time in each processing region can be adjusted freely, it can be suitably applied to different types of pulverized biomass.
Further, by integrally forming the drive device with a plurality of pistons, it is possible to simplify the device and facilitate control.
Furthermore, by making piston positions different from each other in a plurality of cylinders or devices, it is possible to avoid the presence of a plurality of pulverized biomass in one processing region, and to reduce the thermal load in the heating reaction region and the cooling region. .
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。
図1は本実施例のバイオコークス製造装置の全体構成図、図2は本実施例の反応シリンダの配置構成を説明する図、図3は本実施例の充填装置を示す側断面図、図4は充填装置と各シリンダの動作タイミングを示す図である。
本実施例において、バイオコークスの原料となるバイオマスは、光合成に起因する有機物であって、木質類、草木類、農作物類、厨芥類等のバイオマスであり、例えば、廃木材、間伐材、剪定枝、植物、農業廃棄物、コーヒー粕や茶粕等の厨芥廃棄物等が挙げられる。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
1 is an overall configuration diagram of the bio-coke production apparatus of the present embodiment, FIG. 2 is a diagram for explaining the arrangement configuration of the reaction cylinder of the present embodiment, FIG. 3 is a side sectional view showing the filling apparatus of the present embodiment, FIG. These are figures which show the operation timing of a filling apparatus and each cylinder.
In this embodiment, the biomass used as a raw material for bio-coke is an organic substance resulting from photosynthesis, and is a biomass such as wood, grass, crops, and moss. For example, waste wood, thinned wood, pruned branches, etc. , Plants, agricultural waste, and coffee waste such as coffee and tea.
本実施例では、バイオマスを予め所定の含水率になるように水分調整するとともに、所定粒径以下まで粉砕する前処理を行ったバイオマス粉砕物を原料としている。
本実施例のバイオコークス装置は、このバイオマス粉砕物を所定の圧力、温度条件にて加圧、加熱して一定時間保持した後、冷却することによりバイオコークスを製造するものである。上記した圧力、温度条件は、バイオマス粉砕物中のヘミセルロース、リグニンの熱分解又は熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲とする。即ち、前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲である。
In the present embodiment, the biomass is adjusted in advance so that the biomass has a predetermined moisture content, and a biomass pulverized product that has been pretreated to pulverize to a predetermined particle size or less is used as a raw material.
The bio-coke apparatus of the present embodiment produces bio-coke by cooling the biomass pulverized product under a predetermined pressure and temperature condition, holding it for a certain period of time and then cooling it. The above pressure and temperature conditions are a pressure range and a temperature range that induce thermal decomposition or thermosetting reaction of hemicellulose and lignin in the pulverized biomass. That is, the pressure range and the temperature range in which hemicellulose in the biomass pulverized product is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction.
まず、図1を参照して、本実施例のバイオコークス製造装置の全体構成を説明する。
バイオコークス製造装置は、バイオマス粉砕物が供給され上記した反応を行ってバイオコークスを製造する反応シリンダ5と、シリンダ内のバイオマス粉砕物を供給側から押し込む押込み側ピストンユニットと、このバイオマス粉砕物を排出側から押圧する引抜き側ピストンユニットと、を備える。
前記反応シリンダ5は、横置き円筒状に形成され、その一端側にバイオマス粉砕物の供給部が設けられ、該供給部にバイオマス粉砕物供給装置(図示略)に接続されている。他端側には、反応容器内で生成したバイオコークスを排出する排出部が設けられている。本実施例では、複数の反応シリンダ5が所定間隔を隔てて並列配置された構成となっている。
図2に反応シリンダ5の配置構成の一例を示す。同図では、反応シリンダ5を放射状に複数設けた構成としている。
First, with reference to FIG. 1, the whole structure of the bio-coke manufacturing apparatus of a present Example is demonstrated.
The bio-coke manufacturing apparatus is supplied with a pulverized biomass and performs the reaction described above to produce bio-coke, a push-side piston unit that pushes the pulverized biomass in the cylinder from the supply side, and this pulverized biomass. A drawing-side piston unit that presses from the discharge side.
The
FIG. 2 shows an example of the arrangement configuration of the
前記押込み側ピストンユニットは、反応シリンダ5に摺動可能に嵌挿されるピストン4と、該ピストン4に連結されたピストンロッド3と、該ピストンロッド3の端部に形成されたピストンヘッド2と、がシリンダ毎に設けられており、複数のピストンヘッド2が油圧駆動装置1に一体に連結された構成となっている。即ち、油圧駆動装置1により、複数のピストン4が反応シリンダ5内を同時に往復動するようになっている。
同様に、引抜き側ピストンユニットは、前記押込み側ピストン4に対向して配置される引抜き側ピストン9と、引抜き側ピストンロッド8と、引抜き側ピストンヘッド7とが複数設けられ、これらが引抜き側油圧駆動装置6に一体に連結された構成となっている。
これらの押込み側ピストン4と引抜き側ピストン9の間に、バイオマス粉砕物が充填され、ピストン4、9により該バイオマス粉砕物を加圧するとともに反応シリンダ5内を移動させるようになっている。
The pushing side piston unit includes a piston 4 slidably fitted into the
Similarly, the extraction-side piston unit is provided with a plurality of extraction-side pistons 9, extraction-side piston rods 8 and extraction-side piston heads 7 that are arranged to face the pushing-side piston 4, and these are the extraction-side hydraulic heads. The
The pulverized biomass is filled between the pushing side piston 4 and the extraction side piston 9, and the pulverized biomass is pressurized by the pistons 4 and 9 and moved in the
反応シリンダ5には、バイオマス粉砕物供給側から排出側に向けて順に、充填領域10と、加熱反応領域20と、冷却領域30が形成されている。
前記充填領域10は、バイオマス粉砕物を反応シリンダ5内に充填させる領域である。その具体的な構成の一例を図3に示す。同図に示されるようにこの充填領域10は、粉砕物ホッパ11から投入されたバイオマス粉砕物が、回転駆動するシャフト12に固定された螺旋状ブレード13により反応シリンダ5側に移送され、所定量のバイオマス粉砕物が反応シリンダ5内に充填される構成となっている。このとき、ピストン4は反応シリンダ5から取り外しておき、バイオマス粉砕物を充填後にピストン4を挿入する。
尚、図示されないが本実施例では、バイオマス粉砕物供給装置より上流側に、バイオマス原料を所定の含水率に水分調整するとともに所定粒径以下まで粉砕する前処理装置と、製造された大径のバイオコークスを所望の大きさまで破砕する破砕装置と、を備えることが好ましい。
In the
The filling
Although not shown in the drawings, in the present embodiment, upstream of the biomass pulverized product supply device, the pretreatment device for adjusting the moisture content of the biomass raw material to a predetermined moisture content and pulverizing it to a predetermined particle size or less, and the large diameter produced And a crushing device for crushing bio-coke to a desired size.
前記加熱反応領域20は、シリンダ内のバイオマス粉砕物を上記した温度範囲に加熱する加熱手段21が設けられる。該加熱手段21としては、熱媒による加熱、蒸気による加熱、高圧加熱水による加熱、誘導加熱機による加熱等が挙げられる。図1には、一例として熱媒を用いて加熱する構成を示している。これは、反応シリンダ5の加熱反応領域20を、熱媒が貯留された熱媒槽に浸漬し、該熱媒槽内の熱媒を、外部に設けた熱媒タンク22との間で循環させて加熱温度を維持するようにしている。熱媒タンク22には、誘導加熱機23等の加熱手段が具備され、温度センサ24により熱媒タンク22内の温度を検出し、誘導加熱機23へ供給する電流量を制御して熱媒温度を調整する構成となっている。
The
前記冷却領域30には、加熱されたバイオマス粉砕物を冷却する冷却手段31が設けられる。該冷却手段31としては、冷媒による冷却、空冷、水冷等が挙げられ、反応シリンダ5内の処理物を80℃以下、好適には40℃以下まで冷却する能力を有することが好ましい。
The
さらに本実施例では、押込み側油圧駆動装置1と、引抜き側油圧駆動装置6の油圧を夫々検出する圧力センサ41、42を設け、検出された圧力に基づいて制御装置45により押込み側ピストン4と引抜き側ピストン9の圧力を調整し、シリンダ内のバイオマス粉砕物に加える圧力を設定するとともに、該バイオマス粉砕物の移送を制御している。
ここで、本実施例のバイオマス粉砕物の処理方法としては以下の2通りある。
一つは、夫々の処理領域にてバイオマス粉砕物を一旦保持し、処理終了後に再度移送を開始して次の処理領域まで到達したら停止し、保持することを繰り返し行う方法である。
もう一つは、バイオマス粉砕物が夫々の処理領域にて所定時間滞留されるように一定速度で常時移送しながら処理を行う方法である。
Further, in this embodiment,
Here, there are the following two methods for treating the pulverized biomass of this example.
One is a method of repeatedly holding the pulverized biomass once in each processing region, starting transfer again after the end of processing, stopping when it reaches the next processing region, and holding it.
The other is a method in which the biomass pulverized product is processed while being constantly transferred at a constant speed so that the pulverized biomass is retained in each processing region for a predetermined time.
前者の方法では、制御装置45によりピストン4、9間のバイオマス粉砕物に加える圧力を上記した圧力範囲内に維持するとともに、押込み側油圧駆動装置1と引抜き側油圧駆動装置6の差圧を変化させて、ピストン4、9の運転と停止を制御する。即ち、移送時には、押込み側ピストン4の圧力P1が引抜き側ピストン9の圧力P2より大きくなるようにし、この差圧ΔP=P1−P2が一定となるように制御し、処理領域まで到達したらΔP=0にして所定時間保持する。処理が終了したらΔPを所定の値として移送を開始し、次の処理領域まで移送する。この動作を全処理領域において繰り返し行う。処理領域まで確実にバイオマス粉砕物を移送する場合、シリンダ内のバイオマス粉砕物の位置を検出する構成を備えることが好ましい。位置の検出は、ピストンのストローク長から処理物の位置を検出する方法、位置センサを設けて処理物の位置を検出する方法などがある。
In the former method, the pressure applied to the pulverized biomass between the pistons 4 and 9 by the
後者の方法では、制御装置45により、ピストン4、9間のバイオマス粉砕物に加える圧力を上記した圧力範囲内に維持するとともに、押込み側油圧駆動装置1と引抜き側油圧駆動装置6により発生させるピストン間の差圧を一定に維持しながら一定速度で移送するようにしている。即ち、押込み側ピストン4の圧力P1が引抜き側ピストン9の圧力P2より大きくなるようにし、この差圧ΔP=P1−P2が一定となるように制御する。
In the latter method, the
上記した構成を有するバイオコークス製造装置の作用につき、操作方法を含めて説明する。ここではバイオマス粉砕物を各処理領域にて一旦保持する場合につき説明する。尚、ここで記載する温度、圧力、含水率、大きさ等の数値範囲は、本装置における好適な一例であるが、これに限定されるものではない。
まず、原料となるバイオマス粉砕物の前処理として、バイオマスの含水率を5〜10%に乾燥させる水分調整を行い、該乾燥したバイオマスを粒子径3mm以下、好ましくは0.1mm以下に粉砕する。また、バイオマスの種類によっては乾燥・粉砕後に調湿する物もある。これにより、バイオマスを反応シリンダ5に充填する際、嵩密度が向上し均質な充填が可能となり、加熱成形においてバイオマス間の接触が高まり、成形後の硬度も向上する。
粉砕したバイオマスを粉砕物ホッパ11に投入する。粉砕物ホッパ11に貯留されたバイオマス粉砕物は、充填領域10にて充填装置14により反応シリンダ5内に適宜供給される。このとき、充填装置14によりバイオマス粉砕物を2本〜4本の反応シリンダ5に同時に押出し、比重が0.6〜1.0となるように充填することが好ましい。
その後、充填した反応シリンダ5を、ピストン4、6を備えた油圧システムにセットする。
The operation of the bio-coke production apparatus having the above-described configuration will be described including the operation method. Here, a case where the pulverized biomass is temporarily held in each processing region will be described. The numerical ranges such as temperature, pressure, moisture content, size, and the like described here are a preferred example in the present apparatus, but are not limited thereto.
First, as a pretreatment of the pulverized biomass as a raw material, moisture adjustment is performed to dry the moisture content of the biomass to 5 to 10%, and the dried biomass is pulverized to a particle size of 3 mm or less, preferably 0.1 mm or less. Some types of biomass are conditioned after drying and pulverization. As a result, when the biomass is filled into the
The pulverized biomass is put into the pulverized
Thereafter, the filled
押込みピストン4と引抜きピストン9の間に充填されたバイオマス粉砕物は、加熱反応領域20に移送される。移送する際に、押込み側ピストン4の油圧を引抜き側ピストン9の圧力より1〜5Mpa大きくし、引抜き側ピストン9の速度に基づいて押込み側ピストン4の油圧を制御するようにしてもよい。これにより、一定以上の加圧が掛かっていることが確認できる。
前記加熱反応領域20におけるバイオマス粉砕物の圧力は、油圧駆動装置1、6により調整され、8〜25MPaに維持される。該加熱反応領域20では、加圧しながら加熱手段21を作動してバイオマス粉砕物が115〜230℃になるように加熱し、一定時間保持する。保持時間は、反応シリンダの径によって設定されるが、例えばシリンダ径が50mmの場合、保持時間は10〜20分間で、150mmの場合は30〜60分間とする。
上記した条件で反応を行うことにより、バイオマス粉砕物の成分であるヘミセルロースが熱分解し接着効果を発現させ、反応シリンダ内に発生する過熱水蒸気によりリグニンがその骨格を維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、高硬度で高発熱量のバイオコークスが製造できる。熱硬化反応は、リグニン等に含まれるフェノール性の高分子間で反応活性点が誘発することにより進行する。
The pulverized biomass filled between the pushing piston 4 and the drawing piston 9 is transferred to the
The pressure of the pulverized biomass in the
By carrying out the reaction under the conditions described above, hemicellulose, which is a component of the biomass pulverized product, is thermally decomposed to develop an adhesive effect, and lignin reacts at a low temperature while maintaining its skeleton by superheated steam generated in the reaction cylinder, By acting synergistically with the compaction effect, bio-coke with high hardness and high calorific value can be produced. The thermosetting reaction proceeds when a reactive site is induced between phenolic polymers contained in lignin and the like.
その後、シリンダ内のバイオマス粉砕物を加熱反応領域20から冷却領域30に移動させ、該冷却領域30にて冷却手段により80℃以下、好適には40℃以下になるまで冷却する。尚、この温度より高い温度でバイオコークスを取り出すと、ヘミセルロースによる接着効果が低下するため、冷却した後に排出するようにする。
冷却後、生成したバイオコークスは反応シリンダ5より排出される。該排出されたバイオコークスは、不図示の切断手段により所望の長さに切断することが好ましい。
Thereafter, the pulverized biomass in the cylinder is moved from the
After cooling, the produced bio-coke is discharged from the
本実施例のバイオコークス製造装置及び方法を用いることにより、石炭コークスの代替として利用可能な高硬度で高発熱量のバイオコークスを効率的に製造することが可能となる。また、本実施例にて製造されたバイオコークスは、鋳物製造或いは製鉄において、キュポラ、高炉における熱源・還元剤等として利用可能であり、また発電用ボイラー燃料、消石灰等の焼成燃料等の燃料需要にも利用可能であり、更に高い圧縮強度等の特性を活かして、マテリアル素材としての使用も可能である。 By using the bio-coke production apparatus and method of the present embodiment, it is possible to efficiently produce high-hardness and high calorific bio-coke that can be used as an alternative to coal coke. In addition, the bio-coke produced in this example can be used as a heat source / reducing agent in a cupola, blast furnace, etc. in casting production or iron production, and fuel demand for fired fuel such as boiler fuel for power generation, slaked lime, etc. It can also be used as a material material by taking advantage of properties such as higher compressive strength.
即ち、本実施例によれば、複数の反応シリンダ5内で同時にバイオマス粉砕物を処理することにより、バイオコークスを工業的に大量生産することが可能となる。また、駆動装置1、6は複数のピストン4、9において一体に形成されているため、装置の簡素化、制御の容易化が可能となる。また、加熱反応領域20と冷却領域30を異なる位置で行うようにしたため、単独の加熱手段、或いは冷却手段を具備すればよく、装置構成が簡単化する。さらに、各処理領域における滞留時間を自在に調整可能であるため、異なる種類のバイオマス粉砕物にも好適に適用できる。
また、バイオマス粉砕物を各処理領域毎に一旦停止させ、一定時間保持させる構成とした場合、反応シリンダ5の長さを短くすることができ、装置の小型化、省スペース化が可能となる。
さらに、バイオマス粉砕物を常時移送しながら処理を行う構成とした場合、バイオコークスの製造量を増大することができる。
That is, according to the present embodiment, it is possible to industrially mass-produce bio-coke by simultaneously processing the pulverized biomass in the plurality of
Further, when the pulverized biomass is temporarily stopped for each processing region and held for a certain period of time, the length of the
Furthermore, when it is set as the structure which carries out a process, always transferring a biomass ground material, the amount of bio-coke manufactured can be increased.
また、上記したバイオコークス製造装置において、各シリンダ毎にピストンが独立制御されるように駆動装置を構成し、複数の反応シリンダにて、互いに異なる処理領域にピストンが位置するように制御してもよい。
具体例として、図4に、充填装置と各シリンダの動作タイミングを示す。図4(a)は充填装置の動作タイミング、(b)はシリンダAの動作タイミング、(c)はシリンダBの動作タイミングである。ここでは、連続移動させながら処理を行う場合につき説明する。
Further, in the bio-coke production apparatus described above, the drive device may be configured such that the piston is independently controlled for each cylinder, and the plurality of reaction cylinders may be controlled so that the pistons are positioned in different processing regions. Good.
As a specific example, FIG. 4 shows the operation timing of the filling device and each cylinder. 4A shows the operation timing of the filling device, FIG. 4B shows the operation timing of the cylinder A, and FIG. 4C shows the operation timing of the cylinder B. Here, a case where processing is performed while continuously moving will be described.
まず、充填装置14をセットし、シリンダAにバイオマス粉砕物を充填する。そしてシリンダAでは、充填されたバイオマス粉砕物をピストン4、9により加圧しながら加熱反応領域20に移動し、加熱反応処理を行う。このとき、充填装置14では、シリンダBにバイオマス粉砕物を充填する。
シリンダAにて加熱反応処理が終了し、冷却領域に移動して冷却処理を行っている時に、シリンダBでは、充填されたバイオマス粉砕物の移動、加熱反応処理を行う。このようにして、他のシリンダにおいても、処理領域が異なるように時間差を以って充填操作を行うようにする。
First, the filling
When the heating reaction process is completed in the cylinder A and the cooling process is performed by moving to the cooling region, the cylinder B performs the movement of the filled biomass and the heating reaction process. In this way, the filling operation is performed with a time difference so that the processing areas are different in the other cylinders.
本構成とすることにより、一つの処理領域に複数のバイオマス粉砕物が存在することを回避でき、加熱反応領域や冷却領域における熱負荷を軽減することができる。
さらに上記した構成を、バイオコークス製造装置を複数設けて、これに適用してもよい。これは、一体化された油圧駆動装置を備えたバイオコークス製造装置を複数設け、夫々のバイオコークス製造装置において、互いに時間差を以って処理を行うようにする。これにより、一体化された油圧駆動装置により装置の簡素化が可能であるとともに、熱負荷の軽減が可能となる。
By setting it as this structure, it can avoid that several biomass ground material exists in one process area | region, and can reduce the thermal load in a heating reaction area | region and a cooling area | region.
Further, the above-described configuration may be applied to a plurality of bio-coke production apparatuses. This is provided with a plurality of bio-coke production apparatuses provided with an integrated hydraulic drive device, and each bio-coke production apparatus performs processing with a time difference from each other. Thus, the apparatus can be simplified by the integrated hydraulic drive device, and the thermal load can be reduced.
本実施例に係るバイオコークス製造装置を用いることにより、石炭コークスの代替として利用可能な高硬度で高発熱量のバイオコークスを効率的に製造することが可能となる。また、本実施例にて製造されたバイオコークスは、鋳物製造或いは製鉄において、キュポラ、高炉における熱源・還元剤等として利用可能であり、また発電用ボイラー燃料、消石灰等の焼成燃料等の燃料需要にも利用可能であり、更に高い圧縮強度等の特性を活かして、マテリアル素材としての使用も可能である。 By using the bio-coke production apparatus according to this embodiment, it is possible to efficiently produce high-hardness and high calorific bio-coke that can be used as an alternative to coal coke. In addition, the bio-coke produced in this example can be used as a heat source / reducing agent in a cupola, blast furnace, etc. in casting production or iron production, and fuel demand for fired fuel such as boiler fuel for power generation, slaked lime, etc. It can also be used as a material material by taking advantage of properties such as higher compressive strength.
1 押込み側油圧駆動装置
4 押込み側ピストン
5 反応シリンダ
6 引抜き側油圧駆動装置
9 引抜き側ピストン
10 充填領域
11 粉砕物ホッパ
20 加熱反応領域
21 加熱装置
22 熱媒タンク
23 誘導加熱機
30 冷却領域
40、41 圧力センサ
45 油圧制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
複数の円筒状反応シリンダを備え、該反応シリンダの一端側にバイオマス粉砕物の供給部が、他端側にバイオコークスの排出部が設けられるとともに、該反応シリンダに摺動可能な押込み側ピストンと引抜き側ピストンが対向して配置されており、
前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲が設定され、
前記反応シリンダには、前記供給部から前記排出部に向けて順に、バイオマス粉砕物を前記温度範囲に加熱する加熱反応領域と、該加熱されたバイオマス粉砕物を冷却する冷却領域とが形成され、
前記押込み側ピストンと前記引抜き側ピストンの間に充填されたバイオマス粉砕物を前記圧力範囲に加圧しながら、これらのピストン間の差圧を調整して、バイオマス粉砕物が各領域にて所定時間滞留されるように移送することを特徴とするバイオコークス製造装置。 A bio-coke production apparatus for producing bio-coke by pressure-molding while heating a pulverized biomass adjusted to a predetermined moisture content,
A plurality of cylindrical reaction cylinders, a supply portion of the pulverized biomass on one end side of the reaction cylinder, a biocoke discharge portion on the other end side, and a push-side piston slidable on the reaction cylinder; The pull-out side pistons are arranged facing each other,
The pressure range and temperature range in which hemicellulose in the pulverized biomass is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction are set,
In the reaction cylinder, a heating reaction region for heating the pulverized biomass to the temperature range and a cooling region for cooling the heated pulverized material are sequentially formed from the supply unit to the discharge unit.
While pressurizing the biomass pulverized material filled between the pushing side piston and the extraction side piston to the pressure range, the differential pressure between these pistons is adjusted, and the biomass pulverized material stays in each region for a predetermined time. The bio-coke manufacturing apparatus is characterized by being transported as described above.
該複数のバイオコークス製造装置にて、互いに異なる処理領域に前記ピストンが位置するようにしたことを特徴とするバイオコークス製造装置。 A plurality of bio-coke production apparatuses according to claim 1, wherein a plurality of pistons are integrally connected to a driving device in each of the push-side piston and the extraction-side piston,
The bio-coke production apparatus characterized in that the plurality of bio-coke production apparatuses are configured such that the pistons are located in different treatment areas.
前記複数の反応シリンダにて、互いに異なる処理領域にピストンが位置するようにした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。 In each of the pushing side piston and the drawing side piston, a plurality of pistons are configured to be independently controlled by a driving device,
The bio-coke production apparatus according to claim 1, wherein pistons are positioned in different treatment areas in the plurality of reaction cylinders.
前記バイオマス粉砕物中のヘミセルロースが熱分解されるとともにリグニンが熱硬化反応を誘起する圧力範囲及び温度範囲が予め設定されており、
前記反応シリンダが複数設けられ、該反応シリンダ内に供給されたバイオマス粉砕物を、押込み側ピストンと引抜き側ピストンにより前記圧力範囲に加圧した状態でシリンダ内を移動させ、該反応シリンダ内にて、バイオマス粉砕物を前記温度範囲に加熱する加熱反応工程と、該加熱されたバイオマス粉砕物を冷却する冷却工程とを行うようにしたことを特徴とするバイオコークスの製造方法。 A bio-coke production method for producing bio-coke by pressure-molding a biomass pulverized product whose water content has been adjusted to a predetermined moisture content while heating in a reaction cylinder,
The pressure range and temperature range in which hemicellulose in the biomass pulverized product is thermally decomposed and lignin induces a thermosetting reaction are preset,
A plurality of the reaction cylinders are provided, and the pulverized biomass supplied into the reaction cylinders is moved in the pressure range while being pressurized to the pressure range by the pushing side piston and the drawing side piston. A method for producing bio-coke, wherein a heating reaction step of heating the pulverized biomass to the above temperature range and a cooling step of cooling the heated pulverized biomass are performed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007119272A JP2008274112A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Bio-coke manufacturing apparatus and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007119272A JP2008274112A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Bio-coke manufacturing apparatus and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008274112A true JP2008274112A (en) | 2008-11-13 |
Family
ID=40052509
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007119272A Pending JP2008274112A (en) | 2007-04-27 | 2007-04-27 | Bio-coke manufacturing apparatus and method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008274112A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013184175A (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Chugai Ro Co Ltd | Heat/pressure forming apparatus |
WO2015002175A1 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | 中外炉工業株式会社 | Molding device |
US10450386B2 (en) | 2012-04-11 | 2019-10-22 | Kinetic Biofuel A/S | Method for processing a biomass containing lignocellulose |
-
2007
- 2007-04-27 JP JP2007119272A patent/JP2008274112A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013184175A (en) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Chugai Ro Co Ltd | Heat/pressure forming apparatus |
US10450386B2 (en) | 2012-04-11 | 2019-10-22 | Kinetic Biofuel A/S | Method for processing a biomass containing lignocellulose |
WO2015002175A1 (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-08 | 中外炉工業株式会社 | Molding device |
JP2015013934A (en) * | 2013-07-04 | 2015-01-22 | 中外炉工業株式会社 | Molding apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5216963B2 (en) | Bio coke production apparatus, control method therefor, and production method | |
US8460515B2 (en) | Biocoke producing apparatus and process therefor | |
US20030221363A1 (en) | Process and apparatus for making a densified torrefied fuel | |
JP4088933B2 (en) | Biomass solid and production method thereof | |
US20110290788A1 (en) | Method and apparatus for processing fragmented material by pyrolysis | |
JP2008274107A (en) | Apparatus for producing biocoke and method for producing the same | |
US20120168296A1 (en) | Biocokes producing method and apparatus | |
CN101709880A (en) | Combustion power generating process of lignite processing and upgrading long-distance transportation power plant boiler | |
US20130319261A1 (en) | Method and Apparatus for Material Densification | |
JP2008274112A (en) | Bio-coke manufacturing apparatus and method | |
JP2009185183A (en) | Device for producing biocoke | |
US20150197457A1 (en) | Flatbed Energy Biomass to Char Conversion Apparatus and Methods of Use | |
US20150307798A1 (en) | Method and process for producing a water-resistant, mechanically stable form of torrefied biomass | |
JP2013539852A (en) | Device for guiding biomaterials into a combustion chamber or carburetor chamber | |
JP2008274111A (en) | Method for producing biocoke and the production product | |
JP2008274109A (en) | Bio-coke manufacturing apparatus | |
RU2402598C1 (en) | Method of obtaining solid biofuel from granular wood material | |
CN101503641B (en) | Heat pressing moulding process and equipment for lignite rich in water after drying process | |
JP2015221868A (en) | Material accumulation type production facility for biomass pellet | |
KR20220095008A (en) | Apparatus and method for manufacturing biochar to make bioplastic | |
JP2009183875A (en) | Apparatus for manufacturing biocoke | |
JP2009185180A (en) | Device for producing biocoke | |
CN104087359A (en) | Material integration manufacturing method for biomass particle | |
EP2415852A1 (en) | Biocoke manufacturing method and manufacturing device | |
JP2024025560A (en) | Method for producing biomass molding |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20090918 |