特開 2022-129326 木質爆炎ペレット燃料の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022129326

(43)【公開日】2022-09-05

(54)【発明の名称】木質爆炎ペレット燃料の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10L 5/44 20060101AFI20220829BHJP

   C10L 5/48 20060101ALI20220829BHJP

【ＦＩ】

C10L5/44

C10L5/48

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021064566

(22)【出願日】2021-04-06

(31)【優先権主張番号】P 2021027650

(32)【優先日】2021-02-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】521080521

【氏名又は名称】細川 豪邦

(74)【代理人】

【識別番号】100177220

【弁理士】

【氏名又は名称】小木 智彦

(72)【発明者】

【氏名】細川 豪邦

【テーマコード（参考）】

4H015

【Ｆターム（参考）】

4H015AA02

4H015AA13

4H015AB01

4H015AB03

4H015AB05

4H015BA01

4H015BA06

4H015BA08

4H015BA13

4H015BB03

4H015BB10

4H015CB01

(57)【要約】

【課題】簡便且つ低コストで、ハンドリング性及び単位重量当たりの燃焼発熱量の向上を図り、且つ耐水性・撥水性の高い木質ペレット燃料の製造方法を提供する。
【解決手段】予熱又は焙煎されたバークペレット１を１４０℃～２８０℃に加熱された廃油４に投入して油調（フライ）処理する（ステップＳ２及びステップＳ３）。水分の蒸発が進行するに従い、泡の発生量は減少していく過程を確認し、泡の発生が少なくなった時点から計測して、１０分間以上油調（フライ）処理して取り出す（ステップＳ４）、ステンレス製のザル６を別のアルミ鍋の上に置き、廃油４とバークペレット１を分別して爆炎ペレット（製品）７を得る（ステップＳ５及びステップＳ６）。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペレット状の木質原料を油調（フライ）してなることを特徴とする木質爆炎ペレットの製造方法。

【請求項2】

ペレット状の木質原料を予熱又は焙煎する工程、予熱した木質原料を廃油で油調（フライ）処理する工程、油調（フライ）処理した木質原料に付着した廃油を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の木質爆炎ペレットの製造方法。

【請求項3】

可燃性硬化剤を廃油に添加した可燃性硬化剤添加合成油液で油調（フライ）したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の木質爆炎ペレットの製造方法。

【請求項4】

可燃性硬化剤を廃油に添加した可燃性硬化剤添加合成油液を含浸してなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の木質爆炎ペレットの製造方法。

【請求項5】

木質原料が、樹皮、端材、間伐材、剪定材、鋸屑、建築廃材、梱包廃材、パレット廃材、籾殻及び竹類から選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の木質爆炎ペレットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、木材を原料とする木質ペレット燃料、とくに、ハンドリング性に優れ、単位重量当りの燃焼発熱量が高い爆炎ペレットの製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化を阻止するべく、世界的に大気中への二酸化炭素の排出量の抑制削減を図るため、再生可能エネルギー源となるバイオマス資源を利用した燃料が種々研究開発されている。そのバイオマス燃料の中でも、とくに、従来は単に焼却処分されていた産業廃棄物である間伐材等を原料とする木質燃料は石油や石炭等の化石燃料の代替燃料として注目されている。実際に近年ではホワイトペレットを製造する為に植林や間伐材の伐採が増加している。

【0003】

現在、蒸気ボイラーや温水ボイラー、暖房設備、調理用熱源で使用されている木質原料は下記である。
（ａ）建築用材木を製造する工程中に発生する廃材及び間伐材を所定の大きさに破砕しただけのチップペレット。
（ｂ）建築用材木を製造する工程中に発生する端材や鋸屑及び梱包材やパレット廃材を粉砕し、圧縮固形化したホワイトペレット。
（ｃ）建築用材木を製造する工程中に発生する樹皮を粉砕し、圧縮固形化したバークペレット。
（ｄ）（ｂ）及び（ｃ）の原料粉砕物を混合して、圧縮固形化した全木ペレット。
（ｅ）建築用材木を製造する工程中に発生する鋸屑を圧縮固形化したウッドペレットを半炭化（トレファクション）したもの。
（ｆ）森林雑木を炭化加工した木炭。
（ｇ）暖房等で使用される木枝の乾燥材（薪）。
（ｈ）籾殻を圧縮固化成形した燃料。
（ｉ）竹を所定の長さと所定の縦割りにし、高温焙煎して炭化処理を施した竹炭。

【0004】

一般的に木質ペレット燃料は、乾燥した木材を細粉し、圧力をかけて直径６ｍｍ～８ｍｍ、長さ１０ｍｍ～２５ｍｍの円筒形状に圧縮成形した固形燃料であり、他のバイオマス資源を利用した燃料に比べて、取り扱いが簡便であり、長距離輸送にも適している。また、加熱処理され含水量も少ないため、長期間の貯蔵も可能であるとされている。

【0005】

代替化石燃料として、とくに注目されているのは、上記（ｂ）のホワイトペレット（樹皮を除いた木材のみを原料とするもの）と上記（ｃ）のバークペレット（樹皮のみを原料とするもの；例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）と（ｄ）全木ペレットである。こうした木質ペレットは、間伐材や製材工程で発生する樹皮、鋸屑、端材の粉砕物を圧縮加工して粒状に成形したものである。木材の成分であるリグニンを熱で融解し固着させることでペレット状に形成される（例えば、特許文献３参照。）。また、米及び麦を精米した工程で発生する籾殻を原料とする（ｈ）籾殻圧縮成形燃料も処理に困っている地方では注目される原料である。籾殻圧縮燃料は籾殻をスクリュウー押込圧縮式で固化成形したものである。

【0006】

しかしながら、これら木質ペレットは、化石燃料と比較すると下記のような問題点を擁している。
（１）単位重量当たりの燃焼発熱量が低い。
（２）製造工程が複雑であるためコストが嵩む。
（３）水に接触すると膨張して形状が崩れるため、石炭のような屋外での保管が困難である。

【0007】

そこで、例えば、木質ペレット用のオガ粉と粉炭用のオガ粉、すなわち木炭を含有させて発熱量の向上を図る方法（特許文献４参照。）。パーム油等の植物油脂や、牛脂、豚脂由来の脂肪酸又はそのエステルを含有させてコーティングして耐水性を向上させたもの（特許文献５参照。）等が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００６－２６６５４６号公報

【特許文献2】特開２００８－２９７５３２号公報

【特許文献3】特開２００７－４０５４２号公報

【特許文献4】特開２００８－３０３３０５号公報

【特許文献5】特開２００８－７７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

上記問題（１）及び（２）につき、単位重量当たりの燃焼発熱量を向上するために、木質ペレットを圧縮固形化した後にリアクター装置を使用して高温焙煎を行い半炭化させて、トレファイドペレット、いわゆるブラックペレット化することで解決できるが、リアクター装置の導入コストが嵩むこと、準じてランニングコストも嵩み石炭と比較して不経済である。

【0010】

上記問題（３）につき、木質ペレット専用の屋根・壁を備えた巨大な倉庫を要する。すなわち、従来の木質ペレットは、石炭等の化石燃料と同等の発熱量を得るためには石炭より多くの貯蔵容積が必要となるという欠点があった。

【0011】

本発明は上記のような従来技術の課題に鑑み、簡便且つ低コストで、ハンドリング性及び単位重量当たりの燃焼発熱量の向上を図り、且つ耐水性の高い木質ペレット燃料の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

そこで本発明の木質爆炎ペレット燃料の製造方法は、ペレット状の木質原料を油調（フライ）してなることを第１の特徴とする。これは油調（フライ）することにより無酸素状態でペレット燃料を熱分解させ半炭化させるためである。また、ペレット状の木質原料を予熱又は焙煎する工程、予熱した木質原料を植物性油脂・動物性油脂（本試験では安価に入手できる廃油を使用した。以下廃油とする）で油調（フライ）処理する工程、油調（フライ）処理した木質原料に付着した余分な廃油を除去する工程を含むことを第２の特徴とする。さらに、可燃性硬化剤を廃油に添加した可燃性硬化剤合成油液で油調したことを第３の特徴とする。さらにまた、可燃性硬化剤合成油液を含浸してなることを第４の特徴とする。尚、木質原料は、樹皮、端材、間伐材、剪定材、鋸屑、建築廃材、梱包材廃材、パレット廃材、籾殻及び竹類から選択される少なくとも一種であることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、下記の優れた効果がある。
（１）バイオマス資源（木材）を利用した燃料であるため、二酸化炭素の排出量を軽減でき、環境保護の観点から優れた燃料となる。
（２）油調（フライ）することにより、従来の木質ペレットよりも高い発熱量の燃料を得ることができる。これにより、すなわち、単位熱量を増加できることにより、貯蔵容積の省スペース化を図ることができる。
（３）木質ペレットの含水率が下限付近まで低減するので、微生物による組織分解の影響を受けにくく長期間の貯蔵が可能になる。
（４）ペレットの過乾燥、油分含有、タール含有で耐水性・撥水性が格段に
向上し、屋外での保管が可能であることから巨大な倉庫の設置を不要にする。

【図面の簡単な説明】

【0014】

次に、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。

【図1】本発明に係る木質爆炎ペレットの製造工程を示すフローチャートである。

【図2】本発明に係る木質爆炎ペレットの他の製造工程を示すフローチャートである。

【図3】本発明に係る木質爆炎ペレットの他の製造工程を示すフローチャートである。

【図4】本発明に係る木質爆炎ペレットの製造装置構成の一例を模式的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0015】

本発明に係る木質爆炎ペレットの製造方法を図１にしたがって説明する。木質原料としては、樹皮のみを原料とするバークペレット１を使用した。

【0016】

先ず、紙コップに入れたバークペレット１を卓上式計量器で１００ｇを計量して電子レンジ２を使用して６００Ｗで１分間加熱してバークペレット１の温度を１００℃近くまであげて予熱した（ステップＳ１）。これは通常のペレット燃料を製造する工程でディスク回転圧縮押出式ディスクペレッタから排出されるときのペレットの温度である７０℃～１００℃を再現するためである。アルミ製鍋３に廃油４（１リットル）を入れガスコンロ５で加熱し、測温抵抗体式温度計を利用して１４０℃～１５０℃の範囲に温度保持した。バークペレット１と同じコントロールバークペレットの水分を計測するために卓上式グラインダーで粉砕して近赤外線水分計で予め計量した。

【0017】

ステップＳ１で予熱されたバークペレット１を加熱された廃油４に投入して油調（フライ）処理した（ステップＳ２及びステップＳ３）。ここでは、先ずバークペレット１に含まれる水分を蒸発させる。一旦、廃油４の温度は下がるが温度域が１８０℃～２４０℃になるようにガスコンロ５の火力を調整しながら蒸発する水分の泡の状況を確認した。投入当初は勢いよく蒸発水分の泡が発生するが、水分の蒸発が進行するに従い、泡の発生量は減少していく過程を確認し、泡の発生が少なくなった時点で取り出し（ステップＳ４）、ステンレス製のザル６を別のアルミ鍋の上に置き、そのザル６の上に廃油４でフライ処理されたバークペレットを廃油ごと投入し、廃油４とバークペレット１を分別して爆炎ペレット（製品）７を得た（ステップＳ５及びステップＳ６）。ここで、ザル６に残ったバークペレット１に付着した廃油４を可能な限り除去するために、数回にわたり上下に振動させて廃油４の除去を行う。この作業は遠心分離機を使用すればなおよいと考察する。廃油４の除去後冷却して本発明の成果品である爆炎ペレット７を得た。

【0018】

得られた爆炎ペレット７を紙コップに移して、その重量を卓上式計測器で計量した。その後、得られた爆炎ペレット７の水分を計測するために、卓上式グラインダーで粉砕し、近赤外線水分計で計測した。

【0019】

[撥水性・疎水性試験]
爆炎ペレット７の撥水性・疎水性を確認するために、紙コップに水を入れ、その中にフライ処理されたバークペレット（製品）を投入して、形状の変化を観察すると共に、形状保持された時間を計測した。水中での保形時間は６時間を目標とした。単位重量当たりの燃焼熱量は、外部の試験機関で計測する。目標熱量は５４００Ｋカロリーとした。

【0020】

[試験結果１]
フライ処理されたバークペレット１は当初の焦げ褐色の色が真っ黒に変化していた。これは１８０℃以上の温度域で微粉原料が炭化し、また原料の表面にタールが合成された結果、変色したものである。単位重量当たりの燃焼発熱量は、処理前の４２００Ｋカロリーから５８６０Ｋカロリーに上昇した。この値は粗石炭に匹敵する数値であり、代替石炭の可能性が見い出された。処理前のバークペレットの水分値は１３．２％であり、処理後は１．８％に低下した。また、重量は当初１００ｇが処理後は１０２ｇであり、蒸発した水分量と浸透した廃油量のほぼ完全な入れ替わりが確認された。

【0021】

ここで、以下３つの問題点が発生した。
問題点（１）：撥水性・疎水性確認のための水中保形性は２時間経過後までは変化が観察されないが、その後は徐々に膨らみ６時間後には手で掴むと崩れ、目標とする６時間の保形はできなかった。
問題点（２）：フライ処理されたバークペレットは周囲温度が３０℃を越えると表面が廃油でベトつき、ハンドリングに問題があることが判明した。この問題により、ホッパなどに投入され排出される際に、ブリッジを起こす可能性があることと、屋外保管する際に、廃油が地面に沁み出して土壌汚染を引き起こすおそれがある。
問題点（３）油調（フライ）を終了して空気と接触させて自然冷却を行う時に品温が高温であることから自然発火する危険性がある可能性が懸念される。

【0022】

そこで、上記３つの問題点の解消と、さらに単位重量当たりの燃焼発熱量を上げるために、ペレット中の不可燃性（揮発性）物質をガス化して排除するために、加熱温度域を１４０℃～２８０℃に範囲を拡大した。

【0023】

水中保形性を保つため、ペレットを過乾燥させて撥水効果を上げること、また構成する小さな粒の表面とペレット内部により多くのタールを合成させること、炭化した木質成分の割合を増加させること、さらにリグニンのさらなる高温溶融させて粘性と撥水性を持たせ水分がペレット内部に浸透することを阻むことを目的として、長めの時間フライ処理を行った。油温度が１４０℃～１６０℃付近の状態で、蒸発水分の泡の発生量が減少し、泡の発生が極力少なくなった時点から計測して、フライ時間は油の温度を１８０℃～２８０℃の範囲に上げて保持した状態で５分、１０分、１５分及び２０分と５分間刻みで行った。温度域を投入時に１４０℃～１６０℃付近にする理由は木質ペレットの水分率が高い原料が投入された時、突然沸騰や水蒸気爆発を防ぐために行うものである。また高温での油調（フライ）処理後の低温油調（フライ）工程は自然発火を防ぐために品温を下げる目的と廃油に添加された可燃性硬化剤が高温油調（フライ）工程で揮発消滅する懸念があるため、低温油調（フライ）の工程で可燃性硬化剤を廃油に調合して含浸させる目的で設けた。

【実施例0024】

実施例１で行った、バークペレット１の電子レンジ２処理を焙煎により行った。図２にその工程を示す。まず、加熱焙煎機２ａを事前予熱した（ステップＴ１）。バークペレット１に含まれる水分の蒸発を短時間に行うため、加熱焙煎機２ａの加熱接触部の温度を２４０℃まで予熱して、ペレットを加熱焙煎機２ａに投入しペレットの温度を１８０℃まで加熱し、水分を蒸発させると共に、ペレットに含まれる不燃性（揮発性）物資がガス化しはじめるまで乾燥・焙煎を行った（ステップＴ２～ステップＴ４）。

【0025】

ステップ（Ｔ１～Ｔ４）で乾燥・焙煎されたバークペレット１をアルミ製鍋３Ａで加熱された廃油４に投入してガスコンロ５ａを熱源で油調（フライ）処理した（ステップＴ５及びＴ６）。ここでは、廃油４の温度は２４０℃～２８０℃になるようにガスコンロ５ａの火力を調整しながら５分・１０分・１５分フライしてザル６ａに取り出し一旦油分分離した（ステップＴ７）。次にあらかじめ別のガスコンロ５ｂでアルミ製鍋３Ｂの中に可燃性硬化剤８を配合した廃油を温度１００℃～１１０℃になるように準備しておき、その合成油液に原料の品温が１６０℃以下になるまで油調（フライ）して取り出し（ステップＴ８及びステップＴ９）、振動篩装置６ｃで廃油４とバークペレット１を固液分離し（ステップ１０）、可燃性硬化剤添加廃油液の除去後冷却して本発明の成果品である爆炎ペレット７を得た（ステップ１１）。

【0026】

ペレットから廃油が沁み出す状態を防止するため、可燃性硬化剤８を廃油に添加した合成油液で油調（フライ）した。廃油：可燃性硬化剤＝９：１、８：２、７：３及び６：４の割合とした。これにより、可燃性硬化剤８の融点である６５℃までは廃油の沁み出しを抑制することが可能であることが分かった。低温での油調（フライ）工程で可燃性硬化剤を廃油に添加したのは、高温での油調（フライ）で可燃性硬化剤が高温域で揮発ガス化して消滅し、硬化剤の効果が薄れることを防止するためである。

【0027】

フライ処理されたバークペレット１は、当初の焦げ褐色から真っ黒に変色していた。単位重量当たりの燃焼発熱量は処理前の４２００Ｋカロリーから５７８０Ｋカロリーに上昇した。この値は粗石炭に匹敵する数値であり、代替石炭の可能性が見いだされた。

【0028】

処理前のバークペレット１の水分値は１２．８％であり、処理後は１．２％に下がっていた。また、重量は当初１００ｇが処理後は１０１ｇであり、蒸発した水分量及び揮発して消失した不燃性（揮発性）物質量と浸透した廃油量のほぼ完全な入れ替わりが確認された。

【0029】

フライ処理されたバークペレットは、可燃性硬化剤８と油の配合割合に関係なく、周囲温度が３０℃を越えても表面から廃油が沁み出すことはなく、サラサラとした乾いた状態となりハンドリング性が格段に向上した。可燃性硬化剤を使用した廃油８の硬化剤効果が有効であった。

【0030】

撥水性・疎水性確認のための水中保形性は、数日間水に漬け込んでも形状の変化は見られず、目標としていた６時間を大幅に延長することができた。フライ時間は１０分以上が顕著に良い結果が得られた。

【0031】

以上、撥水性・疎水性確認のための水中保形性は、数日間水に漬け込んでも、形状の変化は見られず、目標としていた保形時間６時間を大幅に延長できることが分かった。また、油温度２４０℃以上を保持したフライ時間は１０分以上が顕著に良かった。

【0032】

[追加実験結果]
以上、各実験の結果、以下の事実が明らかになった。
（１）バークペレットを事前焙煎し、廃油と可燃性硬化剤８を混合した合成油液を使用して１６０℃～２８０℃の範囲で１０分間以上油調（フライ）処理して製造された爆炎ペレットは、粗石炭に匹敵する燃焼熱量を持つこと。
（２）撥水性・疎水性に優れるため、屋外保管が可能で、トンバック（フレコンバック）に詰め込んで屋内保管するための巨大な倉庫が不要となること、さらに、現在の石炭の保管状況と同様に野積することが可能になること。
（３）可燃性硬化剤８を添加した合成油液を使用することで、成果品からの廃油の沁み出しを抑制できること。とくに、廃油：可燃性硬化剤＝９：１以上の割合が好ましい。
（４）油調（フライ）後の製品温度が１６０℃以下になっていればその後の冷却工程で空気との接触による自然発火は見られず安全に製品を製造出来ることが確認できた。