JP2019000765A

JP2019000765A - バイオマスの処理方法

Info

Publication number: JP2019000765A
Application number: JP2017115318A
Authority: JP
Inventors: 森平安井; Morihei Yasui; 佑子小林; Yuko Kobayashi
Original assignee: Daiken Corp
Current assignee: Daiken Corp
Priority date: 2017-06-12
Filing date: 2017-06-12
Publication date: 2019-01-10

Abstract

【課題】バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減する。【解決手段】植物由来のバイオマス材料に水を加えて湿式粉砕することにより、そのバイオマス材料に含有する塩素成分及びカリウム成分を低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスの処理方法に関するものである。

近年、地球温暖化の防止対策として、バイオマスの有効利用が注目されており、その中でもバイオマスの燃焼利用が注目されている。特に、最近、注目されている草本系の（非木質）バイオマスでは、カリウム成分等の無機質分や塩素成分が木本系の（木質）バイオマスよりも多く含まれているので、燃焼時に炉を損傷する懸念がある。

例えば、特許文献１には、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草本系バイオマスの前処理方法が開示されている。

特開２０１２−１５３７９０号公報

ところで、植物由来の燃料用のバイオマスとして期待されるオイルパームの空果房（ＥＦＢ：Empty Fruit Bunch）は、上述したように、燃焼時に発生した塩素ガスにより、例えば、燃焼炉等の炉の内壁が腐食したり、燃焼後に残る灰分にカリウムが多く含まれていることにより、炉の内壁に灰分が付着したりするので、炉の運転に支障を来すおそれがある。ここで、上記特許文献１の草本系バイオマスの前処理方法では、草本系バイオマス中の塩素成分及びカリウム成分を低減することができるものの、第一圧搾脱水工程、加水工程及び第２圧搾脱水工程を含むので、処理工程が複雑になり、改善の余地がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るバイオマスの処理方法は、植物由来のバイオマス材料に水を加えて湿式粉砕することにより、該バイオマス材料に含有する塩素成分及びカリウム成分を低減することを特徴とする。

上記の方法によれば、植物由来のバイオマス材料を加水して湿式粉砕するので、バイオマス材料が粉砕されると共に、その粉砕されたバイオマス材料が水で洗浄される。これにより、バイオマス材料に水がよく接触するので、バイオマス材料から塩素成分及びカリウム成分を抽出することができる。ここで、バイオマス材料を処理する湿式粉砕は、大気圧で処理することができ、例えば、圧力容器を備えた特殊な機械等を用いる必要がないので、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することができる。

上記湿式粉砕をエクストルーダーで行ってもよい。

上記の方法によれば、湿式粉砕をエクストルーダーで行うので、汎用性のある湿式粉砕機によって、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することができる。

上記バイオマス材料に対する上記水の重量比は、２〜８であってもよい。

上記の方法によれば、バイオマス材料に対する水の重量比が２〜８であるので、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を具体的に低減することができる。ここで、バイオマス材料に対する水の重量比が２よりも小さい場合には、加水によるバイオマス材料の水分量が不足するので、エクストルーダーのバレル内でバイオマス材料が空回りして、バイオマス材料を湿式粉砕することが困難になってしまう。また、バイオマス材料に対する水の重量比が８よりも大きくなっても、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分の減少率が頭打ちになるので、バイオマス材料に対する水の重量比は、８までが好ましい。これにより、バイオマス材料の洗浄に多量の水を必要としないので、バイオマス材料の処理で発生する洗浄汚水を少なくすることができる。また、発生した洗浄汚水をバイオマス材料の洗浄に繰り返し使用することもできる。

上記バイオマス材料は、オイルパームの空果房であってもよい。

上記の方法によれば、バイオマス材料がオイルパームの空果房であるので、パーム油を採取した後に大量に発生するオイルパームの空果房を有効に利用することができる。

本発明によれば、植物由来のバイオマス材料を加水して湿式粉砕するので、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することができる。

本発明の実施形態に係るバイオマスの処理方法のフローを示す説明図である。本発明の実施形態に係るバイオマスの処理方法の各実施例における実験条件及び実験結果を示す表である。本発明の実施形態に係るバイオマスの処理方法の各実施例における塩素及びカリウムの減少率を示すグラフである。本発明の実施形態に係るバイオマスの処理方法の各比較例における実験条件及び実験結果を示す表である。本発明の実施形態に係るバイオマスの処理方法の各比較例における塩素及びカリウムの減少率を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本実施形態のバイオマスの処理方法のフローを示す説明図である。

本実施形態のバイオマスの処理方法は、植物由来のバイオマス材料を加水して湿式粉砕することにより、そのバイオマス材料に含有する塩素成分及び無機成分（例えば、カリウム成分）を低減する。ここで、本実施形態のバイオマスの処理方法では、図１に示すように、例えば、２軸エクストルーダーＭの材料投入口にバイオマス材料（図中の「ＥＦＢ」参照）及び清浄水を投入することにより、エクストルーダーＭのバレル内において、バイオマス材料を加水した状態で湿式粉砕する。これにより、本実施形態のバイオマスの処理方法では、エクストルーダーＭのバレル内において、バイオマス材料が粉砕されると共に、その粉砕されたバイオマス材料が清浄水で洗浄されて、バイオマス材料に含有する塩素成分とカリウム成分等の無機成分とが低減される。なお、２軸エクストルーダーＭの排出口からは、塩素成分及び無機成分が低減されたバイオマス材料と洗浄汚水との混合物が排出されるので、その排出された混合物を漉して、塩素成分及び無機成分が低減されたバイオマス材料（図１中の「塩素灰分低減ＥＦＢ」参照）と洗浄汚水とに分離する。

バイオマス材料は、例えば、オイルパームの空果房（ＥＦＢ）、木材、竹、ケナフ等の木本系又は草本系の植物由来のバイオマス材料である。ここで、２軸エクストルーダーＭに投入する際のバイオマス材料に対する清浄水の重量比は、２〜８であれば、バイオマス材料に含有する塩素成分とカリウム成分等の無機成分とを容易に低減することができる。

本実施形態のバイオマスの処理方法で処理されたバイオマス材料は、バイオマス燃料として利用することができる。

次に、具体的に行った実験について説明する。ここで、図２は、本実施形態のバイオマスの処理方法の各実施例における実験条件及び実験結果を示す表である。また、図３は、各実施例における塩素及びカリウムの減少率を示すグラフである。また、図４は、本実施形態のバイオマスの処理方法の各比較例における実験条件及び実験結果を示す表である。また、図５は、各比較例における塩素及びカリウムの減少率を示すグラフである。

まず、各実施例及び各比較例に用いたバイオマス材料は、オイルパームの空果房（ＥＦＢ）であり、含水率が６０％程度のものである。なお、ＥＦＢに対する清浄水の重量比（水／ＥＦＢ）は、完全に乾燥したＥＦＢに対する清浄水の重量比で規定したものである。また、各実施例に用いたエクストルーダーは、モリマシナリー（株）製の２軸タイプの「ＭＯＲＩ−ＬＥＨＭＡＮＮエクストルーダー」である。ここで、このエクストルーダーは、バレル内の温度を調節する機能を備えていないため、湿式粉砕した後のバイオマス材料が摩擦熱により５０℃〜８０℃程度に加温される。

＜実施例１及び２＞
エクストルーダーの材料注入口に所定の重量比（図２の表参照）のＥＦＢ及び清浄水を投入し、エクストルーダー（スクリューの回転数：１２０ｒｐｍ程度）によりＥＦＢを湿式粉砕した後に、洗浄汚水と分離したＥＦＢを乾燥し、乾燥したＥＦＢの元素分析を行うことにより、そのＥＦＢに含有された塩素及びカリウムの含有量（重量％）を求めた。なお、図２の表中の「処理時間」とは、エクストルーダーのバレル内でＥＦＢが粉砕処理される時間である。また、図２の表中の「ＥＦＢの中の減少率」とは、処理前（湿式粉砕前）の含有量に対する減少率である。

＜実施例３＞
実施例２による処理（湿式粉砕）を２回行った後に、洗浄汚水と分離して乾燥したＥＦＢの元素分析を行うことにより、そのＥＦＢに含有された塩素及びカリウムの含有量（重量％）を求めた。

＜比較例１〜４＞
５００ｍｌのディスポ（ザーブル）カップ内に所定の重量比（図４の表参照）のＥＦＢ及び清浄水を投入し、マグネチックスターラー（回転子の回転数：５００ｒｐｍ程度）で所定の時間（図４の表参照）撹拌した後に、洗浄汚水と分離したＥＦＢを乾燥し、乾燥したＥＦＢの元素分析を行うことにより、そのＥＦＢに含有された塩素及びカリウムの含有量（重量％）を求めた。なお、図４の表中の「処理時間」とは、マグネチックスターラーで撹拌する時間である。また、図４の表中の「ＥＦＢの中の減少率」とは、処理前（撹拌前）の含有量に対する減少率である。

実験結果としては、以下の内容が確認された。

エクストルーダーでの湿式粉砕を行わない比較例２〜４では、図５のグラフに示すように、塩素を７０％以上減少させることができるものの、カリウムを７０％以上減少させるには、５分以上の処理時間が必要であった。なお、比較例１では、清浄水が不足して、撹拌による洗浄を行うことができなかった。これに対して、エクストルーダーでの湿式粉砕を行う実施例１〜３では、ＥＦＢに対する水の重量比が８である実施例２において、図３のグラフに示すように、塩素及びカリウムの双方を７０％以上減少させることができた。また、ＥＦＢに対する水の重量比が２である実施例１では、図３のグラフに示すように、塩素及びカリウムの減少率が実施例２よりも低くなるものの、ＥＦＢに対する水の重量比が２であっても、塩素及びカリウムをある程度減少させることができた。なお、実施例２の処理を繰り返す実施例３では、塩素及びカリウムの双方を７０％以上減少させることができるものの、実施例２における減少率のほぼ同じであった。これにより、ＥＦＢに対する水の重量比の上限は、８で十分であることが分かった。また、ＥＦＢに対する水の重量比が２よりも小さい場合には、エクストルーダーのバレル内でＥＦＢが空回りして、ＥＦＢを湿式粉砕することが難しいこと分かった。

以上説明したように、本実施形態のバイオマスの処理方法によれば、植物由来のバイオマス材料を加水して湿式粉砕するので、バイオマス材料が粉砕されると共に、その粉砕されたバイオマス材料が水で洗浄される。これにより、バイオマス材料に水がよく接触するので、バイオマス材料から塩素成分及びカリウム成分を抽出することができる。ここで、バイオマス材料を処理する湿式粉砕は、大気圧で処理することができ、例えば、圧力容器を備えた特殊な機械等を用いる必要がないので、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することができる。そのため、湿式粉砕により処理されたバイオマス材料をバイオマス燃料として利用した場合には、例えば、燃焼炉等の炉の内壁における腐食及び灰分の付着を抑制することができる。

また、本実施形態のバイオマスの処理方法によれば、湿式粉砕をエクストルーダーＭで行うので、汎用性のある湿式粉砕機によって、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することができる。

また、本実施形態のバイオマスの処理方法によれば、バイオマス材料に対する水の重量比が２〜８であるので、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を低減することができると共に、バイオマス材料の処理で発生する洗浄汚水を少なくすることができる。

また、本実施形態のバイオマスの処理方法によれば、バイオマス材料がオイルパームの空果房であるので、パーム油を採取した後に大量に発生するオイルパームの空果房を有効に利用することができる。

なお、本実施形態では、塩素成分及びカリウム成分を低減するバイオマスの処理方法を例示したが、本発明は、塩素成分及びカリウム成分だけでなく、カリウム成分以外の二酸化ケイ素等の無機成分を低減するバイオマスの処理方法にも適用することができる。

以上説明したように、本発明は、バイオマス材料中の塩素成分及びカリウム成分を容易に低減することができるので、極めて有用である。

Ｍエクストルーダー

Claims

植物由来のバイオマス材料に水を加えて湿式粉砕することにより、該バイオマス材料に含有する塩素成分及びカリウム成分を低減することを特徴とするバイオマスの処理方法。
請求項１に記載されたバイオマスの処理方法において、
上記湿式粉砕をエクストルーダーで行うことを特徴とするバイオマスの処理方法。
請求項２に記載されたバイオマスの処理方法において、
上記バイオマス材料に対する上記水の重量比は、２〜８であることを特徴とするバイオマスの処理方法。
請求項１〜３の何れか１つに記載されたバイオマスの処理方法において、
上記バイオマス材料は、オイルパームの空果房であることを特徴とするバイオマスの処理方法。