JP2006282934A

JP2006282934A - 固体燃料及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006282934A
Application number: JP2005107543A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kowaki; 幸男小脇
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】植物質原料の配合比率が高く、成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比である体積圧縮比εが大きくなる場合であっても、安定して大量の成型固体燃料を製造することができるようにすること。
【解決手段】植物質原料比率が５０質量％を超える原料を、回転する２つのロール間に供給し、圧縮成型する固体燃料の製造方法において、ロール直径Ｄ（インチ）を、Ｄ＞１３×ｌｎ（ε）−４（ε：成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比（体積圧縮比））の範囲に設定する。
【選択図】なし

Description

本発明は、植物質原料を主成分とした固体燃料及びその製造方法に関する。

再生可能な植物質原料の有効利用促進のため、従来、植物質原料と石炭粉を主成分とした混合物を圧縮成型して固体燃料を製造する方法が知られており、例えば特許文献１には、粉状石炭と廃木材粉の混合物から低ばい煙成型炭を製造する方法が開示されている。しかし、この方法は、加熱装置付きの金型により成型するものであるため、その生産性が低く、また、粉状石炭と廃木材粉の組成比は９：１〜５：５に限定されていた。

また、特許文献２には、石炭粉末に植物質粉末を混合した原料をダブルロール成型機（ロールプレス）で圧縮成型する固体燃料の製造方法が開示されている。このダブルロール成型機による製造方法によれば、固体燃料の生産性を向上させることはできるが、植物質粉末の配合比率が２０〜２５質量％という低くて狭い範囲に限定されていた。

この理由は、稲わらや木材粉等の植物質原料はかさ密度が極端に小さく、その配合比率が高いほど、成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比である体積圧縮比が大きくなり、ダブルロール成型機で成型する際に、原料食い込み部分のロール間隙への原料供給が安定せず、成型物が製造できない、又は成型できてもハンドリングに耐えうる充分な強度を得ることができないためである。

したがって、従来、ダブルロール成型機による成型においては、上記特許文献２に見られるように、植物質原料の配合比率を低く抑えざるを得ず、植物質原料の配合比率が高く、体積圧縮比が大きい原料の場合、ダブルロール成型機による成型は有効な成型手段ではなかった。

その他に植物質原料の配合比率の高い原料の成型方法として、押出成型によるペレット製造が実用化されているが、圧縮成型時に高温に加熱する工程が必要なため熱消費量が高く、さらに成型装置の生産能力は最も大型のものでもせいぜい１〜２ｔ／ｈ程度と生産性が低く、発熱量当たりの単価が高くなるため、数十ｔ／ｈの大量生産設備には適用できない。
特開昭５７−７８４９２号公報特開平６−９９７４号公報

本発明が解決しようとする課題は、植物質原料の配合比率が高く、成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比である体積圧縮比εが大きくなる場合であっても、安定して大量の成型固体燃料を製造することができるようにすることにある。

本発明は、ダブルロール成型機による成型を採用したもので、従来のダブルロール成型機による成型では、植物質原料の配合比率の高い原料が成型できないという問題を以下の手段によって解決したものである。

すなわち、本発明は、植物質原料比率が５０質量％を超える原料を、回転する２つのロール間に供給し、圧縮成型する固体燃料の製造方法において、ロール直径Ｄ（インチ）を、Ｄ＞１３×ｌｎ（ε）−４（ε：成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比（体積圧縮比））の範囲に設定することを特徴とするものである。

図１は、ダブルロール成型機のロール部分を模式的に示す正面図である。一般的に、ダブルロール成型機では、同図に示すように、成型体の母型であるポケットＰを表面に刻んだ２つの回転するロール１ａ，１ｂ間に、上方から原料を供給すると、ポケットＰを刻んだロール面と原料との間の摩擦力によって、ロール間に原料が食い込み、ロールの矢印方向の回転に伴って圧縮成型され、ポケットＰの形状と同じ成型体が作られる。

このとき、原料が食い込み始める食い込み点ａとロール１ａ（１ｂ）の中心点とを結ぶ線と、２つのロールの中心点を結ぶ線Ｏ−Ｏ’との成す食い込み角（ニップアングル）θは、主として原料粉体の性状によって個々に決まり、ロール直径が変わってもほとんど変わらない。したがって、ロール直径が大きくなるほど、食い込み点ａの位置が高くなり、圧縮成型過程での体積圧縮比を大きくとることができる。このため、従来はダブルロール成型機では安定した連続成型が困難とされていた体積圧縮比の高い原料でも、十分なハンドリング強度を持つ成型物に成型することができる。

本発明者は、この考え方のもと種々の実験を行い、その実験結果から、植物質原料比率が５０質量％を超える原料を圧縮成型する場合、ロール直径Ｄ（インチ）を、Ｄ＞１３×ｌｎ（ε）−４の範囲に設定することにより、十分なハンドリング強度を持つ成型物を安定して連続成型することが可能になることを回帰的に導き出し、本発明を完成するに至った。

ここで、植物質原料の配合比率を５０質量％以下にすると、燃料としての着火性が非常に悪くなり、成型物の中心付近での燃え残りが多くなるため、燃料としての効率が悪くなる。このため、本発明では、植物質原料の配合比率を５０質量％超とした。

そして、本発明においては、高圧縮の条件下で発現する植物質原料の可塑性を利用するため、原料を成型時に加熱したり、特別な粘結剤を添加したりしなくても、高強度の成型物を得ることができる。より高い強度を必要とする場合には、廃糖蜜や澱粉といった公知の粘結剤を数質量％程度添加してもよい。

本発明によれば、体積圧縮比が高くなる植物質原料の配合比率が高い原料であっても、ダブルロール成型機で安定して成型することが可能となるため、固体燃料の安定供給が可能となる。

また、ダブルロール成型機では、１台当たり１０〜２０ｔ／ｈを超える大量生産が可能となり、これは従来の押し出し成型（ペレット）方式に比べておよそ１０倍程度の生産性向上となるため、大型設備での実機化がより現実的なものとなり、且つ設備費も低減できる。

以上のとおり、本発明によれば、石炭等の化石燃料の代替資源として、カーボンニュートラルである植物質原料の有効利用分野の拡大を図ることができ、ＣＯ_２量削減を実現でき、技術的・経済的効果も大きい。

以下、植物質原料と石炭粉の混合物をダブルロール成型機により成型した例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

表１には、成型条件及び成型結果を示す。

まず、稲わら、トウモロコシの茎、オガ粉の３種類の植物質原料をそれぞれ適当な水分に乾燥した後、平均粒子径２ｍｍ以下に粉砕し、これに平均粒子径２ｍｍ以下に乾燥、粉砕した石炭粉を配合した。植物質原料と石炭粉との配合比率は、植物質原料が２０質量％、５０質量％、７５質量％、１００質量％とした。

圧縮成型のためのダブルロール成型機は、ロール直径が１０、１６、２０．８、２４、２６インチのものを使用した。成型圧力は２９４Ｍｐａ、ロール回転数は１０ｒｐｍとした。なお、ロール回転数を２〜５ｒｐｍ程度に極端に低くすると成型しやすくなるが、生産性も比例して減少するため能率的でない。生産性を考慮する場合、実機計画では一般的に１０ｒｐｍ前後が多いことから、低回転数域での成型性は評価対象から外した。

成型性の評価としては、得られた成型物の圧縮破壊強度がハンドリングに充分耐えうる強度である１００Ｎ／ｃｍ^２を超えるものを○、１００Ｎ／ｃｍ^２以下を△、成型不可を×、とした。

この成型性の評価結果を表１及び図２に示す。図２は、横軸を体積圧縮比、縦軸をロール直径Ｄ（インチ）として、成型性の評価結果をプロットしたものである。図２に示すとおり、実験結果から求めた回帰式Ｄ（インチ）＞１３×ｌｎ（ε）−４（Ｄ：ロール直径、ε：体積圧縮比））を境に、これより大きいロールで成型すれば、植物質原料の配合比率が高く、成型前後での体積圧縮比εが大きい原料でも、安定して成型可能であることがわかる。植物質原料の発熱量は一般的に３０００〜４０００ｋｃａｌ／ｋｇであり、石炭（５０００〜７０００ｋｃａｌ／ｋｇ）に比べて低いものとなっている。したがって、成型物中の植物質原料の配合比率を増加すると、成形物の発熱量は減少するが、例えば、ボイラーで燃焼する際に成型物を石炭と混焼することにより、燃料として必要な発熱量を確保することができ、さらに燃料トータルでの着火性が向上することから、燃焼効率を改善することができる。

なお、上記の試験では、植物質原料と石炭粉のみを混合したが、原料に含有される硫黄分を除去する目的で消石灰などの脱硫剤を少量添加してもよい。

ダブルロール成型機のロール部分を模式的に示す正面図である。表１に示す条件で植物質原料と石炭粉の混合物をダブルロール成型機により成型したときの成型性の評価結果を示す。

符号の説明

１ａ、１ｂロール
Ｐロール表面のポケット
ａ食い込み点

Claims

植物質原料比率が５０質量％を超える原料を、回転する２つのロール間に供給し、圧縮成型する固体燃料の製造方法において、
ロール直径Ｄ（インチ）を、Ｄ＞１３×ｌｎ（ε）−４（ε：成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比（体積圧縮比））の範囲に設定することを特徴とする固体燃料の製造方法。
植物質原料比率が５０質量％を超える原料を回転する２つのロール間に供給して製造する固体燃料において、
ロール直径Ｄ（インチ）を、Ｄ＞１３×ｌｎ（ε）−４（ε：成型前のかさ密度と成型後の見掛け密度の比（体積圧縮比））の範囲で設定して製造する固体燃料。