专利名称：固体燃料及其制造方法、制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过加热生物质而得到的固体燃料及其制造方法、制造装置。
背景技术：
作为防止地球变暖的对策之一，利用作为生物来源的燃料的生物质作为能源。例如，在煤火力发电设备中使用生物质作为煤的部分代替燃料。为了在煤火力发电设备中使用生物质并为了使燃烧效率提高，需要进行生物质的微粉碎化。煤火力发电设备中由于具有粉碎煤的煤粉碎机，因此将生物质与煤一起用煤粉碎机进行粉碎，将粉碎后的生物质和微粉碳进行混合燃烧(混烧)。另外，由于生物质通常空隙率高，因此能量的运输性不足，另外，由于含水率高，因此热能密度低、作为燃料直接利用的情况下热值小。因此，将生物质进行干燥、粉碎、造粒，或对生物质进行碳化处理后利用。例如，专利文献I中记载了将生物质的碳化物和煤混烧的生物质类燃料的燃烧方法。另外，专利文献2中公开了如下内容将椰子壳破碎物压缩，将椰子壳不是作为燃料而是作为食物垃圾处理用的微生物基材使用。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2005-114261号公报专利文献2 :日本特开2002-316128号公报
发明内容
发明所需要解决的课题但是，将生物质用煤粉碎机进行微粉碎化并不容易，特别是生物质为从椰子果实的种子榨取核油后的壳(棕榈仁壳)的情况下，与煤相比粉碎性差，无法充分地微粉碎化。另外，专利文献I中使用的生物质的碳化物是在40(T50(TC的高温下碳化而成的物质，在碳化时损失的能量多，另外，在运输时粉化，有可能导致环境污染。另外，专利文献2中虽然在压缩椰子壳的方面进行了记载，但关于将压缩后的椰子壳用作生物质燃料却没有记载。本发明的课题在于提供将棕榈仁壳用作生物质、粉碎性优良、高热量且没有起尘性的固体燃料及其制造方法、制造装置。用于解决课题的方法本发明人等进行了各种研究，结果发现，通过对棕榈仁壳进行低温碳化处理能够得到解决上述课题的固体燃料。本发明是基于上述见解而完成的，因此本发明提供一种通过对从椰子果实的种子榨取核油后的壳进行加热而得到的固体燃料，其以风干基计含有2(Γ60质量％的固定碳、3(Γ66质量％的挥发成分、3飞质量％的灰分，且含有6质量％以下的水分，并且高热值以风干基计为2(T30MJ/kg。
另外，还提供一种固体燃料，其中，当将氢分H相对于碳分C的摩尔比记为Η/C、将氧分O相对于碳分C的摩尔比记为0/C时，O. 65〈H/C〈1. I以及O. 15〈0/C〈0. 5。另外，本发明还提供一种固体燃料的制造方法，其特征在于，所述固体燃料的制造方法具有下述工序将从椰子果实的种子榨取核油后的壳供给到加热机构的供给工序；和在上述加热机构中加热上述壳、得到上述固体燃料的加热工序；其中，将上述加热工序中的加热温度设定为24(T350°C。另外，本发明还提供一种用于由从椰子果实的种子榨取核油后的壳得到固体燃料的固体燃料的制造装置，其特征在于，其具有下述机构加热上述壳、得到上述固体燃料的加热机构，和向上述加热机构供给上述壳的供给机构；其中，上述加热机构中的加热温度为24(T350°C。发明效果根据本发明，能够使用作为生物质的棕榈仁壳，得到容易粉碎、粉碎能量少且高热量的固体燃料。另外，由于，没有起尘性，因此能够得到在空气中不会飞散、安全且没有环境污染的固体燃料。需要说明的是，虽然在本发明的范围之外，但作为参考例也可以将棕榈仁壳加压压缩、平板化而成的材料用作燃料。
图I是表示表2所示的加热处理温度与HGI相当数的关系的图。图2是表示PKS的加热处理固体的FT-IR分析结果的图。图3是表示木屑的加热处理固体的FT-IR分析结果的图。图4是表示PKS和木屑的加热处理固体的WI相当数与加热处理温度的关系的5是表示PKS和木屑的加热处理固体的粉化试验的结果的图。图6是表示PKS的粒径与筛下累积(cumulative undersize)的关系的图。图7是表示各种原料的元素组成比的比较的图。图8是表示PKS和木屑的加热处理温度与Η/C和0/C的值的变化的图。图9是表示空气中的PKS与木屑、以及煤的热重量分析的图。图10是表示02 :4%、N2 :96%中的PKS与木屑、以及煤的热重量分析的图。图11是表示PKS的水中浸溃试验结果的图。图12是表示木屑的水中浸溃试验结果的图。图13 Ca)是加热前的PKS的截面的30倍的SEM照片，图13 (b)是加热前的PKS的截面的200倍的SEM照片，图13 (c)是加热前的PKS的截面的1000倍的SEM照片。图14 (a)是300°C下进行加热处理后的PKS的截面的30倍的SEM照片，图14 (b)是300°C下进行加热处理后的PKS的截面的200倍的SEM照片，图14 (c)是300°C下进行加热处理后的PKS的截面的1000倍的SEM照片。
具体实施例方式基于其优选的制造方法对本发明的固体燃料进行说明。本发明中作为生物质使用的“从椰子果实的种子榨取核油后的壳”被称为棕榈仁壳(以下有时也简单记为PKS)。上述PKS优选含水率为40质量％以下，更优选含水率为15质量％以下。上述PKS的加热处理是所谓的低温碳化处理，其中，在限制或阻断空气供给的状态或不活泼性气体气氛下，在22(T400°C的温度、优选24(T350°C、更优选296 350°C、特别优选30(T33(TC的温度下进行。在此，本发明中所说的温度是指加热处理固体的温度。另外，低温碳化是指在400°C以下的还原气氛下进行有机固体的热分解。此外，还原气氛是指限制或阻断空气供给的状态或者不活泼性气体气氛。还原气氛(加热处理气氛)的氧浓度优选为5容量％以下。该加热处理的温度低于220°C时，与没有进行低温碳化的情况相比，粉碎性提高。该加热处理的温度超过350 V时，加热处理后的固体收率小，具有在加热处理时损失能量增多的倾向。另外，该加热处理的温度为296°C以上的情况下，粉碎性显著提高。用于该加热处理的加热装置可以使用在生物质的碳化处理中一直以来使用的加热装置，可以为内热式，也可以为外热式，另外，可以为分批式也可以为连续式。具体而言，可以列举例如内热式旋转窑炉、外热式旋转窑炉、移动层式加热装置、填充层式加热装置
坐寸ο对升温速度没有特别限定，为从大气温度至所期望的加热温度，通常为flO°C /分钟即可，更优选为f5°C /分钟。上述加热处理的时间在达到22(T400°C的温度内后，在该温度内优选为90分钟以内，更优选为50分钟以内。加热处理时间过长时,加热处理后的固体收率变小,对固体的热能回收率降低，因此根据所期望的固体燃料的性状，适当确定升温速度以及加热处理时间。通过上述PKS的加热处理，得到作为加热处理固体的本发明的固体燃料和作为气体成分的第一气体。第一气体含有焦油和挥发成分。因此，从抑制能量损失的观点出发，优选第一气体在从上述加热装置排出后，供给到燃烧装置，燃烧第一气体中的焦油和挥发成分，得到热气形式的第二气体，然后将该第二气体返回至上述加热装置，作为用于PKS的加热处理的能量的一部分回收。燃烧装置中的第一气体的燃烧温度优选为50(Ti20(rc、更优选为850 1000°C。作为用于燃烧第一气体的燃烧装置，只要是能够燃烧第一气体中的焦油和挥发成分的燃烧装置，则没有特别限制，可使用耐火材料内衬气体燃烧炉等通常的燃烧装置，但除此之外，利用后文所述的“本发明的固体燃料所使用的热利用设备”也可以与本发明的固体燃料一起使第一气体燃烧。另外，也可以冷却第一气体，分离焦油。对通过上述PKS的加热处理得到的本发明的固体燃料的性状进行说明。固体燃料的固定碳以风干基计为25飞O质量％、优选为35飞O质量％、更优选为45飞5质量％。另外，挥发成分以风干基计为3(Γ66质量％、优选为35 55质量％、更优选为35 45质量％。此外，灰分以风干基计为3飞质量％、优选为3飞质量％。另外，含有6质量％以下的水分，优选5质量％以下。此外，高热值以风干基计为2(T30MJ/kg、优选为2r30MJ/kg、更优选为25 30MJ/kg。在此,风干基是指通过日本工业规格JIS M8811中记载的气干试样的制备方法测定的固体重量。另外，本发明的固体燃料的固定碳、挥发成分、灰分以及水分的测定方法依据日本工业规格JIS M8812中记载的方法。此外，高热值是指总热值，其测定方法依据日本工业规格JIS M8814中记载的方法。该固体燃料中所含的上述挥发成分为单环芳香族等。本发明的固体燃料通过上述PKS的加热处理后与未加工的PKS的粒径基本相等，不会发生粉化。因此，在运输低温碳化后的固体燃料时，也不会造成由产生的灰尘引起的周围的污染。未加工的PKS的平均粒径通常为5_左右，本发明的固体燃料的平均粒径也基本为5mm左右。在此，本发明中所说的平均粒径是指中位直径，其通过JIS M8801中记载的粒度试验方法求出。通过本发明的加热处理得到的固体燃料与进行加热处理前的固体燃料相比，粉碎性提高。本发明中得到的固体燃料的WI相当数为O. 7 2. 5。为了比较，在所测定的一般的燃料用煤中，WI相当数为I. (Γ2. O,因此固体燃料可以评价为与煤具有基本同程度的粉碎性。在此，WI相当数是指粉碎性的相对评价，其通过测定使用球磨机的初始粉碎速度而求出。WI相当数的值越小,表示越容易粉碎(后文叙述)。另外，本发明中得到的固体燃料的HGI相当数为16 25，是保持适度的硬度的固体，不具有起尘性。在此，HGI相当数是指通过与JIS M8801中记载的HGI类似的测定方法得到的粉碎性指数，其利用使用了球磨机的一定转速下的粉碎程度来求出。HGI相当数的值越大，表示粉碎越容易(后文叙述)。从固体燃料的粉碎所需动力的角度出发，本发明中认为WI相当数为2. 5以下，HGI相当数为15以上、特别是16以上为优选的范围。关于WI相当数以及HGI相当数的评价方法的详细内容，在以下的实施例会更详细地进行说明。本发明的固体燃料通过供给至热利用设备、使其烧热，可作为热利用设备的能源使用。特别优选本发明的固体燃料供给至热利用设备、使其烧热以作为煤的部分代替燃料。作为使用本发明的固体燃料的热利用设备，没有限制，可以使用已知的热利用设备，可以列举例如微粉碳焚烧锅炉、水泥熟料制造设备的旋转窑炉、水泥熟料制造设备的煅烧炉、制铁设备的炼焦炉、高炉等，其中，优选微粉碳焚烧锅炉、水泥熟料制造设备的旋转窑炉、煅烧炉等。从提高燃烧效率等角度出发，本发明的固体燃料可以在粉碎后供给至上述热利用设备。该粉碎的程度根据供给固体燃料的热利用设备而定，但通常以平均粒径达到1000 μ m以下的方式进行粉碎即可，更优选以平均粒径达到750 μ m以下的方式进行粉碎。本发明的固体燃料的粉碎性优良、利用竖型辊磨机、管磨机、锤击式粉碎机、风扇型粉碎机等能够容易地进行粉碎，并且利用煤火力发电设备中具备的煤粉碎机能够与煤一起容易地微粉碎化。另外，还可以将固体燃料与煤一起供给至热利用设备来进行燃烧。实施例以下，列举实施例和比较例对本发明具体地进行说明，但本发明不受这些实施例和比较例的任何限制。[固体燃料的WI相当数的测定]WI相当数是与固体燃料的每单位重量的粉碎动力成比例的数值，该值越小，表示粉碎动力越小。WI相当数的测定方法如下。固体中，将4. 75mm筛下物作为WI相当数测定用试样。将该试样480g在投入有直径为36. 5mm的钢制球43个、直径为30. 2mm的钢制球67个、直径为25. 4mm的钢制球10个、直径为19. Imm的钢制球71个、直径为15. 9mm的钢制球94个的球磨机中以每分钟70转的旋转速度粉碎I分钟、2分钟、4分钟、10分钟，使用筛孔为150 μ m的标准筛子测定各粉碎时间的筛下重量，计算其质量百分率。接着，将上述求出的质量百分率与粉碎时间的关系绘制成图，由其斜率求出粉碎速度常数kxc (分钟―1)，通过下式求出WI相当数。 WI 相当数=Xc0.5 · (kxc · Ws) 482Xe :标准筛的筛孔=150 ( μ m)
kxc :粉碎速度常数(分钟
Ws :480 (g)
[固体燃料的HGI相当数的测定]
固体燃料的HGI相当数通过下述方法测定。HGI相当数是评价固体燃料的粉碎能力的数值，该数值越大，粉碎性越好。HGI相当数的测定方法如下。
将固体用切碎机进行粉碎，将500 μ m筛上、1000 μ m筛下的试样作为HGI相当数测定用试样。将该测定用试样50g在投入有直径为25. 4mm的钢制球8个的球磨机中以每分钟15 20转的速度进行60转运转，将所得到的粉碎试样使用75 μ m筛测定筛下的试样重量(Wg)0使用如此得到的数值《，通过下式求出HGI相当数。
HGI 相当数=13+6. 93 X w
w 75 μ m筛下重量(g)
[加热处理后的固体收率]
加热处理后的固体收率通过下式求出。
Y=WlX (l-hl/100) /{WOX (1-hO/lOO) } X 100
Y :固体收率(质量％)
Wl :加热处理后的固体重量(g)
hi :加热处理后固体的水分比例(质量％)
WO :加热处理前的固体重量(g)
h0 :加热处理前固体的水分比例(质量％)
[试样的高热值]
高热值根据JIS M8814求出。
[能量固定化率的计算]
由上述加热处理后的固体收率和加热处理前后的试样的高热值计算能量固定化率。该值越大，表示能够作为加热处理固体利用的能量越大。能量固定化率通过下式求出。本发明中，从能量的有效利用的观点出发，认为能量固定化率为65%以上为容许范围。
Ye=HlXfflX (l-hl/100) / {HOXffOX (1-hO/lOO) } X 100
Ye :能量固定化率(％)
Hl :加热处理后的固体高热值(MJ/kg)
Wl :加热处理后的固体重量(g)
hi :加热处理后固体的水分比例(质量％)
HO :加热处理前的固体高热值(MJ/kg)
WO :加热处理前的固体重量(g)
h0 :加热处理前固体的水分比例(质量％)
[实施例I]
使用从油棕果实的种子榨取核油后的壳(PKS)。使用的PKS为印度尼西亚产油棕的壳，元素组成如下。碳(无水基％) 52. I氢(无水基％)4.8氮(无水基％)0.4总硫(无水基％) O. 03氯(无水基％)0.007另外，工业分析值如下。水分(风干基％) 9. O灰分(风干基％) 2. 4挥发成分(风干基％) 70. 7固定碳(风干基％) 17.9HGI相当数为14，WI相当数为11。使PKS在太阳光下干燥，使含水率为12质量％，使用粒径为f 16mm、平均粒径为5mm 的 PKS。将上述PKS 4kg投入内径600mmX长500mm的试样容器中，各试样容器安装到外热式旋转窑炉上，在使作为不活泼性气体的氮气流通的情况下，以升温速度为2V /分钟进行加热，从大气温度升温至320°C。其中，将试样容器的轴中心中央部的气相环境的温度作为成为基准的加热温度。另外，旋转窑炉中，上述气相环境的温度与加热处理固体的温度一致。加热温度达到320°C后，在320°C的温度下保持I分钟，然后迅速冷却至160°C，然后，将试样容器从旋转窑炉中取出，将试样取出到大气中，冷却至室温。如此制造作为加热处理固体的固体燃料和第一气体。与固体燃料一起制造出的第一气体将PKS在加热处理中连续地供给至燃烧装置、进行燃烧，得到第二气体。将固体燃料的化学组成、平均粒径、高热值、HGI相当数、WI相当数、固体收率、能量固定化率示于表I。表I中同时记载了 PKS的含水率、PKS的平均粒径以及PKS的加热处理条件(加热处理温度以及加热处理时间)。另外，表I中也同时记载了加热处理前的未加工的PKS (未加热处理固体)的各物性。HGI相当数达到24，与未加工的PKS相比大幅增大。另外，WI相当数达到未加工的PKS的O. I倍以下，粉碎性变得良好。另外，加热处理固体的粒径分布与未加工的PKS基本相同，通过低温碳化，固体粒子没有发生粉化。[实施例2]除了使实施例I中的PKS的加热处理温度为240°C以外，与实施例I同样地实施，制造作为加热处理固体的固体燃料和第一气体。将固体燃料的化学组成、平均粒径、高热值、HGI相当数、WI相当数、PKS的含水率、PKS的平均粒径以及PKS的加热处理条件示于表I。HGI相当数达到16，与未加工的PKS相比增大。WI相当数达到未加工的PKS的约O. 2倍，粉碎性变得良好。另外，加热处理固体的粒径分布与未加工的PKS基本相同，通过低温碳化，固体粒子没有发生粉化。[实施例3]除了使实施例I中的PKS的加热处理温度为350°C以外，与实施例I同样地实施，制造作为加热处理固体的固体燃料和第一气体。
将固体燃料的化学组成、平均粒径、高热值、HGI相当数、WI相当数、PKS的含水率、PKS的平均粒径以及PKS的加热处理条件示于表I。HGI相当数达到23，比未加工的PKS大 幅上升。此外，WI相当数达到未加工的PKS的约O. I倍，粉碎性变得良好。另外，加热处理固体的粒径分布与未加工的PKS基本相同，通过低温碳化，固体粒子没有发生粉化。[参考例I]除了使实施例I中的PKS的加热处理温度为220°C以外，与实施例I同样地实施，制造作为加热处理固体的固体燃料和第一气体。将固体燃料的平均粒径、HGI相当数、PKS的含水率、PKS的平均粒径以及PKS的加热处理条件示于表I。HGI相当数为15，为与未加工的PKS相比粉碎性些许提高的程度。另外，WI相当数与煤相比约为3倍，为粉碎性些许提高的程度。[参考例2]除了使实施例I中的PKS的加热处理温度为400°C以外，与实施例I同样地实施，制造作为加热处理固体的固体燃料和第一气体。将固体燃料的化学组成、平均粒径、高热值、HGI相当数、WI相当数、PKS的含水率、PKS的平均粒径以及PKS的加热处理条件示于表I。HGI相当数、WI相当数均观察到粉碎性的改善。但是，能量固定化率降低至60%左右。[通过HGI的粉碎性的详细评价]根据上述结果，对加热温度和粉碎性进行更详细的研究。[实施例6 16]除了使加热处理温度如表2所示地变化以外，通过与实施例I同样的方法进行加热处理。将其结果示于表2和图I。可知，加热处理温度从296°C开始，HGI相当数上升，300°C以上时，HGI相当数急剧上升。这表示粉碎性大幅提高。另外，固体燃料的粒子没有发生粉化。表I
权利要求
1.一种通过对从椰子果实的种子榨取核油后的壳进行加热而得到的固体燃料，其以风干基计含有20飞0质量％的固定碳、30飞6质量％的挥发成分、3飞质量％的灰分，且含有6质量％以下的水分，并且高热值以风干基计为2(T30MJ/kg。
2.根据权利要求I所述的固体燃料，其中，当将氢分H相对于碳分C的摩尔比记为H/C、将氧分O相对于碳分C的摩尔比记为Ο/C时， O. 65<H/C<1. I O.15〈0/C〈0. 5。
3.—种权利要求I或2所述的固体燃料的制造方法，其特征在于，具有下述工序 将从椰子果实的种子榨取核油后的壳供给到加热机构的供给工序，和 在所述加热机构中加热所述壳从而得到所述固体燃料的加热工序； 其中，将所述加热工序中的加热温度设定为24(T350°C。
4.根据权利要求3所述的固体燃料的制造方法，其中，将所述加热工序中的加热温度设定为 30(T330°C。
5.一种用于由从椰子果实的种子榨取核油后的壳得到固体燃料的制造装置，其特征在于，具有下述机构 加热所述壳从而得到所述固体燃料的加热机构，和 向所述加热机构供给所述壳的供给机构； 其中，所述加热机构中的加热温度为24(T350°C。
全文摘要
一种固体燃料，其以风干基计含有20~60质量%的固定碳、30~66质量%的挥发成分、3~6质量%的灰分，且含有6质量%以下的水分，并且高热值以风干基计为20~30MJ/kg。该固体燃料可以通过具有下述工序的固体燃料的制造方法制造将从椰子果实的种子榨取核油后的壳供给到加热机构的供给工序；和在上述加热机构中在240~350℃的温度下加热上述壳、从而得到上述壳的加热处理固体的加热工序。
文档编号B09B3/00GK102959059SQ201180027939
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月10日 优先权日2010年8月17日
发明者林茂也, 天野宏 申请人:宇部兴产株式会社