JP-2026077449-A - バイオマス固体燃料の製造システム

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Abstract

【課題】本開示は、バイオマス固体燃料の製造コストを抑制することが可能なバイオマス燃料の製造システムを説明する。【解決手段】バイオマス固体燃料の製造システムは、第１のバイオマス原料から第１のバイオマス固体燃料を製造するように構成された第１の燃料製造設備と、原料から燃料を製造するように構成された第２の燃料製造設備とを備える。第１の燃料製造設備は、第１のバイオマス原料を加熱して第１のバイオマス固体燃料を生成するように構成された第１の加熱装置と、第１の加熱装置における第１のバイオマス原料の加熱により発生した第１の熱分解ガスを燃焼して第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼炉と、第１の燃焼ガスのうち第１の燃焼炉から排出される第１の高温燃焼ガスを、燃料の製造に用いるために、第２の燃料製造設備に導入するように構成された第１の流路とを含む。【選択図】図１

Inventors

平岩友祐
中村敏明

Assignees

ＵＢＥ三菱セメント株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (20)

第１のバイオマス原料から第１のバイオマス固体燃料を製造するように構成された第１の燃料製造設備と、原料から燃料を製造するように構成された第２の燃料製造設備とを備え、前記第１の燃料製造設備は、前記第１のバイオマス原料を加熱して前記第１のバイオマス固体燃料を生成するように構成された第１の加熱装置と、前記第１の加熱装置における前記第１のバイオマス原料の加熱により発生した第１の熱分解ガスを燃焼して第１の燃焼ガスを生成するように構成された第１の燃焼炉と、前記第１の燃焼ガスのうち前記第１の燃焼炉から排出される第１の高温燃焼ガスを、前記燃料の製造に用いるために、前記第２の燃料製造設備に導入するように構成された第１の流路とを含む、バイオマス固体燃料の製造システム。
前記第１の加熱装置は、前記第１のバイオマス原料が投入される一端部と、前記第１のバイオマス固体燃料が排出される他端部とを含む第１の筒状本体と、前記第１の筒状本体の外周部を覆うように配置され、前記第１の筒状本体内を流動する前記第１のバイオマス原料を加熱するように構成された第１の加熱部とを含む、請求項１に記載のシステム。
前記第１の加熱装置は、前記第１の筒状本体の一端部及び他端部にそれぞれ位置するように前記第１の筒状本体の外周面に設けられた一対の第１のタイヤと、前記一対の第１のタイヤをそれぞれ支持するように構成された一対の第１の支持部とをさらに含み、前記第１の加熱部は、前記一対の第１のタイヤの間において、前記第１の筒状本体の延在方向に沿って延びている、請求項２に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記原料として第２のバイオマス原料を加熱して前記燃料として第２のバイオマス固体燃料を生成するように構成された第２の加熱装置と、前記第２の加熱装置における前記第２のバイオマス原料の加熱により発生した第２の熱分解ガスを燃焼して第２の燃焼ガスを生成するように構成された第２の燃焼炉とを含み、前記第１の流路は、前記第１の高温燃焼ガスを前記第２の加熱装置に導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記第１の加熱装置における熱状態を測定するように構成された第１の測定部と、前記第２の加熱装置における熱状態を測定するように構成された第２の測定部と、前記第２の加熱装置に向けて前記第１の流路を流れる前記第１の高温燃焼ガスの流量及び温度の少なくとも一方を調節するように構成された調節部と、制御部とをさらに備え、前記制御部は、前記第１の測定部によって測定された熱状態と、前記第２の測定部によって測定された熱状態とに基づいて、前記調節部を制御する処理を実行するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
前記第１の測定部は、前記第１の加熱装置における熱状態として、前記第１の加熱装置に導入される前記第１の燃焼ガスの温度と、前記第１の加熱装置によって生成された前記第１のバイオマス固体燃料の温度との少なくとも一方を測定するように構成されており、前記第２の測定部は、前記第２の加熱装置における熱状態として、前記第２の加熱装置に導入される前記第１の燃焼ガス及び前記第２の燃焼ガスの少なくとも一方のガスの温度と、前記第２の加熱装置によって生成された前記第２のバイオマス固体燃料の温度との少なくとも一方を測定するように構成されている、請求項５に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記第２の燃焼ガスのうち前記第２のバイオマス原料を加熱した後に前記第２の加熱装置から排出される第２の低温燃焼ガスを、前記第２のバイオマス原料の加熱のために前記第２の加熱装置に戻すように構成された第２の流路をさらに含む、請求項４に記載のシステム。
前記第２の加熱装置は、前記第２のバイオマス原料が投入される一端部と、前記第２のバイオマス固体燃料が排出される他端部とを含む第２の筒状本体と、前記第２の筒状本体の外周部を覆うように配置され、前記第２の筒状本体内を流動する前記第２のバイオマス原料を加熱するように構成された第２の加熱部とを含む、請求項４に記載のシステム。
前記第２の加熱装置は、前記第２の筒状本体の一端部及び他端部にそれぞれ位置するように前記第２の筒状本体の外周面に設けられた一対の第２のタイヤと、前記一対の第２のタイヤをそれぞれ支持するように構成された一対の第２の支持部とをさらに含み、前記第２の加熱部は、前記一対の第２のタイヤの間において、前記第２の筒状本体の延在方向に沿って延びている、請求項８に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記原料として第２のバイオマス原料を加熱して前記燃料として第２のバイオマス固体燃料を生成するように構成された第２の加熱装置と、前記第２の加熱装置における前記第２のバイオマス原料の加熱により発生した第２の熱分解ガスを燃焼して第２の燃焼ガスを生成するように構成された第２の燃焼炉と、前記第２の熱分解ガスを燃焼するための酸素含有ガスを加熱するように構成された熱交換器とを含み、前記第１の流路は、前記酸素含有ガスとの熱交換のために、前記第１の高温燃焼ガスを前記熱交換器に導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記第２の燃焼ガスのうち前記第２のバイオマス原料を加熱した後に前記第２の加熱装置から排出される第２の低温燃焼ガスを、前記第２のバイオマス原料の加熱のために前記第２の加熱装置に戻すように構成された第２の流路をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
前記第１の流路は、前記第１の高温燃焼ガスを、前記熱交換器と前記第２の加熱装置とのそれぞれに導入するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。
前記第２の加熱装置は、前記第２のバイオマス原料が投入される一端部と、前記第２のバイオマス固体燃料が排出される他端部とを含む第２の筒状本体と、前記第２の筒状本体の外周部を覆うように配置され、前記第２の筒状本体内を流動する前記第２のバイオマス原料を加熱するように構成された第２の加熱部とを含む、請求項１０に記載のシステム。
前記第２の加熱装置は、前記第２の筒状本体の一端部及び他端部にそれぞれ位置するように前記第２の筒状本体の外周面に設けられた一対の第２のタイヤと、前記一対の第２のタイヤをそれぞれ支持するように構成された一対の第２の支持部とをさらに含み、前記第２の加熱部は、前記一対の第２のタイヤの間において、前記第２の筒状本体の延在方向に沿って延びている、請求項１３に記載のシステム。
前記第１のバイオマス原料及び前記第２のバイオマス原料の少なくとも一方は、粉状のバイオマスが所定形状に加圧成型された成型体である、請求項４～１４のいずれか一項に記載のシステム。
前記第１のバイオマス固体燃料の炭化度は、前記第２のバイオマス固体燃料の炭化度よりも高い、請求項４～１４のいずれか一項に記載のシステム。
前記第１の燃料製造設備は、前記第１のバイオマス原料を乾燥して、乾燥後の前記第１のバイオマス原料を前記第１の加熱装置に導入するように構成された第１の乾燥機と、前記第１の燃焼ガスのうち前記第１のバイオマス原料を加熱した後に前記第１の加熱装置から排出される第１の低温燃焼ガスを前記第１の乾燥機に導入するように構成された第３の流路とをさらに含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記原料として第２のバイオマス原料を前記第１の高温燃焼ガスによって加熱して、前記燃料として第２のバイオマス固体燃料を生成するように構成された第２の加熱装置と、前記第２の加熱装置における前記第２のバイオマス原料の加熱により発生した第２の熱分解ガスから液体燃料を回収する回収装置とをさらに含み、前記第１の流路は、前記第１の高温燃焼ガスを前記第２の加熱装置に導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記第２のバイオマス原料を乾燥して、乾燥後の前記第２のバイオマス原料を前記第２の加熱装置に導入するように構成された第２の乾燥機と、前記第１の高温燃焼ガスのうち前記第２のバイオマス原料を加熱した後に前記第２の加熱装置から排出される第２の低温燃焼ガスを前記第２の乾燥機に導入するように構成された第４の流路とをさらに含む、請求項１８に記載のシステム。
前記第２の燃料製造設備は、前記原料として廃棄物を加熱して前記燃料として炭化物製品を生成するように構成された第２の加熱装置と、前記第２の加熱装置における前記廃棄物の加熱により発生した第２の熱分解ガスから所定のガス成分を吸収液に回収する吸収塔とをさらに含み、前記第１の流路は、前記第１の高温燃焼ガスを前記第２の加熱装置に導入するように構成されている、請求項１に記載のシステム。

Description

本開示は、バイオマス固体燃料の製造システムに関する。特許文献１は、バイオマス固体燃料（ＰＢＴ（登録商標）：Pelletizing Before Torrefaction）の製造装置を開示している。特許文献１の装置は、外熱式のロータリキルンと、燃焼炉とを備える。ロータリキルンは、原料として投入されるペレット状のバイオマス成型体（ＷＰ：White Pellet）を加熱（低温炭化）して、バイオマス固体燃料を生成するように構成されている。ロータリキルンは、加熱前のバイオマス成型体が一端側から投入され、加熱後のバイオマス固体燃料が他端側から排出される筒状本体と、筒状本体の外周部を覆うように配置され、筒状本体内を流動するバイオマス成型体を加熱するように構成された加熱部とを含む。筒状本体の内部は、不活性ガスの供給により、低酸素雰囲気（還元雰囲気）に維持されている。筒状本体の内部においてバイオマス成型体が加熱されることで発生する熱分解ガス（バイオガス）は、燃焼炉に供給される。燃焼炉は、ロータリキルンから供給された熱分解ガスを燃焼して燃焼ガスを生成し、当該燃焼ガスを加熱部に供給するように構成されている。すなわち、ロータリキルンにおいてバイオマス成型体の加熱により生じた熱分解ガスを燃焼炉の燃料とし、燃焼炉において熱分解ガスの燃焼により生じた燃焼ガスの熱をロータリキルンにおけるバイオマス成型体の加熱に用いることにより、自己完結型のバイオマス固体燃料の製造を可能としている。国際公開第２０２２／２０９１９６号図１は、バイオマス固体燃料の製造システムの一例（第１の例）を概略的に示す図である。図２は、図１の製造システムの主要部の一例を示すブロック図である。図３は、コントローラのハードウェア構成の一例を示す概略図である。図４は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第２の例）を概略的に示す図である。図５は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第３の例）を概略的に示す図である。図６は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第４の例）を概略的に示す図である。図７は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第５の例）を概略的に示す図である。図８は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第６の例）を概略的に示す図である。図９は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第７の例）を概略的に示す図である。図１０は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第８の例）を概略的に示す図である。図１１は、バイオマス固体燃料の製造システムの他の例（第９の例）を概略的に示す図である。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。なお、本明細書において、図の上、下、右、左というときは、図中の符号の向きを基準とすることとする。［バイオマス固体燃料の製造システム］まず、図１を参照して、バイオマス固体燃料の製造システム１（第１の例）の構成について説明する。製造システム１は、バイオマス原料ＢＭ１（第１のバイオマス原料）からバイオマス固体燃料ＢＦ１（第１のバイオマス固体燃料）を製造すると共に、バイオマス原料ＢＭ２（原料、第２のバイオマス原料）からバイオマス固体燃料ＢＦ２（燃料、第２のバイオマス固体燃料）を製造するように構成されている。すなわち、製造システム１は、図１に例示されるように、バイオマス固体燃料ＢＦ１を製造する燃料製造設備１００（第１の燃料製造設備）と、バイオマス固体燃料ＢＦ２を製造する燃料製造設備２００（第２の燃料製造設備）と、コントローラＣｔｒ（制御部）とを備える。製造システム１において用いられるバイオマス原料ＢＭ１，ＢＭ２は、特に限定されない。バイオマス原料ＢＭ１，ＢＭ２は、一例として、木質系バイオマスであってもよいし、草本系バイオマスであってもよい。木質系バイオマスは、木チップ及び廃木材の少なくとも一方を粉砕したものであってもよい。木質系バイオマスは、例えば、建設系廃木材、林地残材、製材工場の残材、パームヤシ殻、籾殻、稲藁、麦藁、飼料、廃棄紙などであってもよいし、これらの破砕物などであってもよい。製造システム１において用いられるバイオマス原料ＢＭ１，ＢＭ２は、成型機（例えば、ペレタイザ、ブリケットマシン）によって所定形状（例えば、ペレット状、ブリケット状）に加圧成型されたバイオマス成型体であってもよい。製造システム１において製造されるバイオマス固体燃料ＢＦ１，ＢＦ２の炭化度は、特に限定されない。すなわち、バイオマス固体燃料ＢＦ１，ＢＦ２の炭化度は、高くてもよいし、低くてもよい。あるいは、バイオマス固体燃料ＢＦ１の炭化度は、バイオマス固体燃料ＢＦ２の炭化度よりも高くてもよい。［燃料製造設備１００］燃料製造設備１００は、図１に例示されるように、加熱装置１１０（第１の加熱装置）と、燃焼炉１２０（第１の燃焼炉）とを備える。加熱装置１１０は、燃焼炉１２０から供給される燃焼ガスＣＧ１（第１の燃焼ガス）でバイオマス原料ＢＭ１を加熱することにより、バイオマス原料ＢＭ１を炭化して、バイオマス固体燃料ＢＦ１を生成するように構成されている。加熱装置１１０は、筒状本体１１１（第１の筒状本体）と、ガースギア１１２と、複数のタイヤ１１３（第１のタイヤ）と、複数の支持部１１４（第１の支持部）と、排出部１１５と、加熱部１１６（第１の加熱部）とを含む。加熱装置１１０は、例えば、外熱式のロータリキルンであってもよい。筒状本体１１１は、略円筒形状を呈する長尺物である。筒状本体１１１は、バイオマス原料ＢＭ１が投入される一端部１１１ａ（入口部）と、バイオマス固体燃料ＢＦ１が排出される他端部１１１ｂ（出口部）とを含む。すなわち、バイオマス原料ＢＭ１は、一端部１１１ａから他端部１１１ｂに向けて筒状本体１１１の内部を流動する。筒状本体１１１は、その長手方向が水平方向に沿って延びるように設置されていてもよいし、その長手方向が水平方向に対して傾斜するように設置されていてもよい。後者の場合、筒状本体１１１は、一端部１１１ａから他端部１１１ｂに向かうにつれて下方に傾斜するように設置されていてもよい。ガースギア１１２は、筒状本体１１１の周方向に沿って延びるように、筒状本体１１１の外周面に固定されている。すなわち、ガースギア１１２は、略円環状を呈している。ガースギア１１２は、その周方向において凹凸が交互に並ぶ歯車形状を呈している。ガースギア１１２は、図示しないピニオンギアと噛み合っており、図示しない駆動源（例えば、電動モータ）がピニオンギアを回転駆動することによって回転する。これにより、ピニオンギアの回転力が、ガースギア１１２を介して筒状本体１１１に伝達される。その結果、筒状本体１１１が、その長手方向に沿って延びる回転軸周りに回転する。筒状本体１１１に対するガースギア１１２の設置位置は、特に限定されない。ガースギア１１２は、図１に例示されるように、筒状本体１１１の長手方向において、筒状本体１１１の一端部１１１ａ寄りに位置していてもよい。筒状本体１１１の外周面に、複数のガースギア１１２が設けられていてもよい。複数のタイヤ１１３はそれぞれ、筒状本体１１１の周方向に沿って延びるように、筒状本体１１１の外周面に固定されている。すなわち、複数のタイヤ１１３はそれぞれ、略円環状を呈している。各タイヤ１１３はそれぞれ、支持部１１４（例えば、支持ローラ）によって支持されている。すなわち、タイヤ１１３の外周面は、支持部１１４の外周面と直接接触している。そのため、タイヤ１１３の外周面及び支持部１１４の外周面は、摩擦抵抗の低減のために、平滑化処理されていてもよい。複数のタイヤ１１３は、筒状本体１１１の長手方向において所定間隔をもって並んでいてもよい。図１に例示されるように、加熱装置１１０は、２つのタイヤ１１３（一対の第１のタイヤ）と、各タイヤ１１３を支持する２つの支持部１１４（一対の第１の支持部）とを含んでいてもよい。この場合、一方のタイヤ１１３は、筒状本体１１１のうち一端部１１１ａ寄りに位置しており、他方のタイヤ１１３は、筒状本体１１１のうち他端部１１１ｂ寄りに位置していてもよい。排出部１１５は、筒状本体１１１の他端部１１１ｂに接続されており、筒状本体１１１の内部空間に接続された排出空間を形成する。排出部１１５は、筒状本体１１１の他端部１１１ｂから排出されるバイオマス固体燃料ＢＦ１を受け入れて、下端部に設けられた排出口からバイオマス固体燃料ＢＦ１を排出する。排出部１１５は、筒状本体１１１内におけるバイオマス原料ＢＭ１の加熱によって発生した熱分解ガスＰＧ１（第１の熱分解ガス）を受け入れて、上端部に設けられた排気口から燃焼炉１２０に向けて、配管Ｄ１１を通じて熱分解ガスＰＧ１を排出する。図１に例示されるように、排出部１１５には、センサＳＥ１１（第１の測定部）が設けられている。センサＳＥ１１は、加熱装置１１０における熱状態を測定するように構成されている。センサＳＥ１１は、当該熱状態の一例として、加熱装置１１０において生成されたバイオマス固体燃料ＢＦ１の温度を測定するように構成された温度計であってもよい。センサＳＥ１１は、測定した温度のデータをコントローラＣｔｒに送信するように構成されている。加熱部１１６は、筒状本体１１１の外周部を覆うように配置されており、全体として筒状を呈している。加熱部１１６は、筒状本体１１１のうちその延在方向における中央部に配置されていてもよい。図１に例示されるように、加熱部１１６は、２つのタイヤ１１３の間において、筒状本体１１１の延在方向に沿って延びていてもよい。加熱部１１６は、配管Ｄ１２によって燃焼炉１２０と接続されている。そのため、加熱部１１６内には、配管Ｄ１２を通じて、燃焼炉１２０から排出された高温の燃焼ガスＣＧ１（高温燃焼ガスＣＧ１ａ（第１の高温燃焼ガス））が導入される。すなわち、加熱部１１６は、高温燃焼ガスＣＧ１ａによって筒状本体１１１の外壁（外表面）を加熱することにより、筒状本体１１１の内部を流動するバイオマス原料ＢＭ１を間接的に加熱するように構成されている。高温燃焼ガスＣＧ１ａの温度は、例えば、１０００℃程度であってもよい。加熱部１１６は、例えば、バイオマス原料ＢＭ１を低酸素雰囲気下（例えば、筒状本体１１１内の酸素濃度が１０％以下）で４００℃～７００℃程度に加熱してもよい。加熱部１１６によって筒状本体１１１内のバイオマス原料ＢＭ１が加熱されることにより、バイオマス原料ＢＭ１から熱分解ガスＰＧ１が発生し、バイオマス原料ＢＭ１が炭化されて炭化物となる。熱分解ガスＰＧ１は、ガス状の有機成分と、水蒸気との混合ガスである。加熱部１１６に導入された高温燃焼ガスＣＧ１ａが筒状本体１１１の外壁（外表面）を加熱することで、高温燃焼ガスＣＧ１ａの温度が低下して、低温の燃焼ガスＣＧ１（低温燃焼ガスＣＧ１ｂ（第１の低温燃焼ガス））となる。低温燃焼ガスＣＧ１ｂの温度は、例えば、２００℃～５００℃程度であってもよい。低温燃焼ガスＣＧ１ｂは、送風機Ｆ１によって、加熱部１１６に接続された配管Ｄ１３を通じて系外（例えば、大気）に排気されてもよい。送風機Ｆ１は、コントローラＣｔｒからの制御信号に基づいて制御される。これにより、送風機Ｆ１の動作（駆動又は停止）や、送風機Ｆ１による送風流量の調節が行われる。送風機Ｆ１は、例えば、誘引ファンであってもよい。また、配管Ｄ１３のうち送風機Ｆ１と加熱部１１６との間には、低温燃焼ガスＣＧ１ｂに含まれるダストを捕集するように構成された集塵機（例えば、サイクロン）が設けられていてもよい。配管Ｄ１３のうち送風機Ｆ１の上流側には、バルブＶ１１が設けられている。バルブＶ１１は、コントローラＣｔｒからの制御信号に基づいて制御され、バルブＶ１１の前後において配管Ｄ１３を開放及び閉塞さ