特許 7435921 炭化物製造システム及び炭化物製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】炭化物製造システム及び炭化物製造方法

(51)【国際特許分類】

   C10B 49/20 20060101AFI20240214BHJP

   C10B 53/00 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

C10B49/20

C10B53/00 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023553093

(86)(22)【出願日】2023-04-20

(86)【国際出願番号】 JP2023015778

【審査請求日】2023-09-13

(31)【優先権主張番号】P 2022102517

(32)【優先日】2022-06-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100170575

【弁理士】

【氏名又は名称】森 太士

(72)【発明者】

【氏名】成澤 道則

【審査官】森 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０７０２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８８３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３６３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１２４４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８４５６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１０Ｂ ４７／２２

Ｃ１０Ｂ ４９／２０

Ｃ１０Ｂ ５３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１バイオマスを供給する第１バイオマス供給口を有し、前記第１バイオマスを空気で燃焼する燃焼室を含む燃焼炉と、
前記燃焼炉と接続され、第２バイオマスから連続的に生成された炭化物を回収する炭化物回収装置と、
を備え、
前記第２バイオマスは、前記第１バイオマス供給口よりも下流に設けられた第２バイオマス供給口を介し、前記第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、前記第１バイオマスの燃焼によって前記空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給され、
前記炭化物回収装置はサイクロンを含み、
前記燃焼炉は炉床を含む、炭化物製造システム。

【請求項2】

前記燃焼炉は竪型燃焼炉である、請求項１に記載の炭化物製造システム。

【請求項3】

前記燃焼室には前記第２バイオマスを前記燃焼室内に供給する前記第２バイオマス供給口が設けられ、
前記炭化物は前記燃焼室内で生成される、請求項１又は２に記載の炭化物製造システム。

【請求項4】

前記燃焼炉と前記炭化物回収装置とは接続流路を介して接続され、
前記接続流路には前記第２バイオマスを前記接続流路内に供給する前記第２バイオマス供給口が設けられ、
前記炭化物は前記接続流路内で生成される、請求項１又は２に記載の炭化物製造システム。

【請求項5】

前記燃焼炉と前記炭化物回収装置とは接続流路を介して接続され、
前記接続流路には空気を前記接続流路内に供給する空気供給口が設けられている、請求項１又は２に記載の炭化物製造システム。

【請求項6】

前記炭化物回収装置から排出されたガスを利用するガス利用装置をさらに備え、
前記炭化物は、前記炭化物回収装置において、前記炭化物回収装置から排出されたガスに由来し、前記ガス利用装置で熱交換によって冷却されたガスにより冷却される、請求項１又は２に記載の炭化物製造システム。

【請求項7】

前記燃焼炉は、流動層式燃焼炉、火格子式燃焼炉、又は回転式燃焼炉である、請求項１又は２に記載の炭化物製造システム。

【請求項8】

燃焼炉の燃焼室に供給された第１バイオマスを空気で燃焼する工程と、
前記第１バイオマスよりも下流であって、前記第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、前記第１バイオマスの燃焼によって前記空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に第２バイオマスを供給する工程と、
前記燃焼炉と接続された炭化物回収装置で前記第２バイオマスから連続的に生成された炭化物を回収する工程と、
を含み、
前記炭化物回収装置はサイクロンを含み、
前記燃焼炉は炉床を含む、炭化物製造方法。

【請求項9】

第１バイオマスを供給する第１バイオマス供給口を有し、前記第１バイオマスを空気で燃焼する燃焼室を含む燃焼炉と、
前記燃焼炉と接続され、第２バイオマスから生成された炭化物を回収する炭化物回収装置と、
前記炭化物回収装置から排出されたガスを利用するガス利用装置と、
を備え、
前記第２バイオマスは、前記第１バイオマス供給口よりも下流に設けられた第２バイオマス供給口を介し、前記第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、前記第１バイオマスの燃焼によって前記空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給され、
前記炭化物は、前記炭化物回収装置において、前記炭化物回収装置から排出されたガスに由来し、前記ガス利用装置で熱交換によって冷却されたガスにより冷却される、炭化物製造システム。

【請求項10】

第１バイオマスを供給する第１バイオマス供給口を有し、前記第１バイオマスを空気で燃焼する燃焼室を含む燃焼炉と、
前記燃焼炉と接続され、第２バイオマスから連続的に生成された炭化物を回収する炭化物回収装置と、
を備え、
前記第２バイオマスは、前記第１バイオマス供給口よりも下流に設けられた第２バイオマス供給口を介し、前記第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、前記第１バイオマスの燃焼によって前記空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給され、
前記炭化物回収装置はサイクロンを含み、
前記燃焼炉は、流動層式燃焼炉、火格子式燃焼炉、又は回転式燃焼炉である、炭化物製造システム。

【請求項11】

燃焼炉の燃焼室に供給された第１バイオマスを空気で燃焼する工程と、
前記第１バイオマスよりも下流であって、前記第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、前記第１バイオマスの燃焼によって前記空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に第２バイオマスを供給する工程と、
前記燃焼炉と接続された炭化物回収装置で前記第２バイオマスから連続的に生成された炭化物を回収する工程と、
を含み、
前記炭化物回収装置はサイクロンを含み、
前記燃焼炉は、流動層式燃焼炉、火格子式燃焼炉、又は回転式燃焼炉である、炭化物製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、炭化物製造システム及び炭化物製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、バイオマスを加熱することにより炭化物を製造する方法が知られている。バイオマスから炭化物を製造することにより、バイオマス中の炭素が炭化物として固定されるため、バイオマスを燃焼した場合と比較し、大気中への二酸化炭素の放出を抑制することができる。

【0003】

特許文献１には、筒状の本体部と、本体部の上方開口部を閉止する蓋体と、底板から離れた位置に配置された通気孔付きの隔壁板と、底板と隔壁板との間に形成された給気室に空気を導入する給気経路とを備える自燃炭化熱処理装置が開示されている。また、特許文献１には、自燃炭化熱処理装置が、隔壁板の通気孔と連通した状態で隔壁板上に立設された通気孔付きの複数の給気用筒体を備えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６２８５５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記自燃炭化熱処理装置は、バッチ式で炭化物を生成しており、炭化物取り出し時の冷却時間、原料投入時間が別々に必要となるため、連続処理ができず、生産性が低い。また、上記自燃炭化熱処理装置では、原料が酸素不足状態で自発燃焼し、燃焼領域と同じ領域で原料が炭化される。そのため、炭化物を生成するための条件が安定しないおそれがある。このような場合、バイオマスが必要以上に燃焼してしまい、得られる炭化物の量が低減するなど、炭化物の性状が安定しないおそれがある。

【0006】

そこで、本開示は、バイオマスから安定した炭化物を連続的に製造することが可能な炭化物製造システム及び炭化物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】

【0007】

本開示に係る炭化物製造システムは、第１バイオマスを供給する第１バイオマス供給口を有し、第１バイオマスを空気で燃焼する燃焼室を含む燃焼炉と、燃焼炉と接続され、第２バイオマスから生成された炭化物を回収する炭化物回収装置とを備えている。第２バイオマスは、第１バイオマス供給口よりも下流に設けられた第２バイオマス供給口を介し、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給される。

【0008】

燃焼炉は竪型燃焼炉であってもよい。

【0009】

燃焼室には第２バイオマスを燃焼室内に供給する第２バイオマス供給口が設けられてもよい。炭化物は燃焼室内で生成されてもよい。

【0010】

燃焼炉と炭化物回収装置とは接続流路を介して接続されていてもよい。接続流路には第２バイオマスを接続流路内に供給する第２バイオマス供給口が設けられていてもよい。炭化物は接続流路内で生成されてもよい。

【0011】

燃焼炉と炭化物回収装置とは接続流路を介して接続されてもよい。接続流路には空気を接続流路内に供給する空気供給口が設けられていてもよい。

【0012】

炭化物回収装置はサイクロンを含んでいてもよい。

【0013】

炭化物製造システムは炭化物回収装置から排出されたガスを利用するガス利用装置をさらに備えていてもよい。炭化物は、炭化物回収装置において、炭化物回収装置から排出されたガスに由来し、ガス利用装置で熱交換によって冷却されたガスにより冷却されてもよい。

【0014】

本開示に係る炭化物製造方法は、燃焼炉の燃焼室に供給された第１バイオマスを空気で燃焼する工程を含んでいる。炭化物製造方法は、第１バイオマスよりも下流であって、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に第２バイオマスを供給する工程を含んでいる。炭化物製造方法は、燃焼炉と接続された炭化物回収装置で第２バイオマスから生成された炭化物を回収する工程を含んでいる。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、バイオマスから安定した炭化物を連続的に製造することが可能な炭化物製造システム及び炭化物製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、一実施形態に係る炭化物製造システムを示す概略図である。

【図2】図２は、第２バイオマス供給口の付近の状態を示す概略図である。

【図3】図３は、図２をＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図である。

【図4】図４は、別の実施形態に係る第２バイオマス供給口の付近の状態を示す概略図である。

【図5】図５は、図４をＶ－Ｖ線で切断した断面図である。

【図6】図６は、別の実施形態に係る第２バイオマス供給口の付近の状態を示す概略図である。

【図7】図７は、図６をＶＩＩ－ＶＩＩ線で切断した断面図である。

【図8】図８は、一実施形態に係る炭化物製造システムを示す概略図である。

【図9】図９は、一実施形態に係る炭化物製造システムを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、いくつかの例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

【0018】

［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る炭化物製造システム１について図１～図７を用いて説明する。図１に示すように、本実施形態に係る炭化物製造システム１は、燃焼炉１０と、炭化物回収装置４０とを備えている。燃焼炉１０は、第１バイオマスが燃焼するように構成されている。炭化物回収装置４０は、炭化物を回収する。後述するように、炭化物は第２バイオマスから生成される。

【0019】

燃焼炉１０は、本実施形態においては、竪型の流動層式燃焼炉である。なお、竪型燃焼炉は多くの設置面積を必要としない点で優れているが、燃焼炉１０は、竪型燃焼炉に限られず、横型燃焼炉であってもよい。また、燃焼炉１０は、流動層式燃焼炉に限定されず、火格子式燃焼炉、又はキルン式燃焼炉のような回転式燃焼炉であってもよい。

【0020】

燃焼炉１０は、風箱１１と、風箱１１よりも鉛直方向上側に設けられた燃焼室１２とを含んでいる。風箱１１は、燃焼用空気を供給するための部屋である。燃焼室１２は、第１バイオマスを空気で燃焼する部屋である。風箱１１と燃焼室１２とは、空気分散板１３によって区画されている。空気分散板１３は、複数の第１空気供給孔１４を有している。

【0021】

複数の第１空気供給孔１４は、空気を燃焼室１２に供給する第１空気供給口である。第１空気供給孔１４を介して供給される空気は、一次空気である。一次空気は、流動媒体１５に供給され、主として燃焼に用いられる。空気供給部２０から供給された空気は、風箱１１及び複数の第１空気供給孔１４を介して燃焼室１２に供給される。なお、本実施形態では、燃焼炉１０の散気方式は、分散板式であるが、散気管式であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。

【0022】

風箱１１には空気供給部２０が接続されている。空気供給部２０は、空気流路２１と、空気取り込み口２２と、送風機２３とを含んでいる。空気流路２１には、空気取り込み口２２と送風機２３とが設けられている。また、空気流路２１には、空気取り込み口２２と送風機２３との間に流量調整ダンパ２４が設けられている。また、空気流路２１には、送風機２３と風箱１１との間に流量調整ダンパ２５が設けられている。そして、流量調整ダンパ２４及び流量調整ダンパ２５を開いた状態で送風機２３を駆動することにより、空気を空気取り込み口２２から風箱１１に連続的に供給することができる。

【0023】

燃焼室１２内において、空気分散板１３の上には流動媒体１５が配置されている。流動媒体１５は、珪砂などの不活性粒子を含んでいてもよい。空気分散板１３の第１空気供給孔１４を介し、空気が風箱１１から燃焼室１２へ供給されると、流動媒体１５は流動状態となり、流動層を形成する。流動層における空気比は、０．５～１．５程度であってもよい。

【0024】

燃焼室１２には、第２空気供給口１６と、第１バイオマス供給口１７と、第２バイオマス供給口１８ａと、排出口１９とが設けられている。

【0025】

第２空気供給口１６は、空気を燃焼室１２に供給する供給口である。第２空気供給口１６は、燃焼室１２を構成する側壁に設けられている。第２空気供給口１６は、第１空気供給孔１４よりも鉛直方向上側であって、第２バイオマス供給口１８ａ及び排出口１９よりも鉛直方向下側に設けられている。第２空気供給口１６を介して供給される空気は、二次空気である。二次空気を燃焼室１２に供給することにより、一次空気による燃焼温度よりも高い温度で段階燃焼することができるため、熱により流動媒体１５が固着するのを抑制することができる。また、二次空気により、後述する炭化領域の酸素濃度を調整することもできる。

【0026】

第２空気供給口１６には、空気流路２１が接続されている。空気流路２１は、送風機２３と流量調整ダンパ２５との間において分岐している。分岐した空気流路２１には、流量調整ダンパ２６と、流量調整ダンパ２７とが設けられている。そして、流量調整ダンパ２４、流量調整ダンパ２６及び流量調整ダンパ２７を開いた状態で送風機２３を駆動することにより、空気取り込み口２２から第２空気供給口１６を介して空気を燃焼室１２に連続的に供給することができる。

【0027】

第１バイオマス供給口１７は、第１バイオマスを燃焼室１２に供給する供給口である。第１バイオマス供給口１７を介して第１バイオマスを燃焼室１２に供給することができるため、第１バイオマスを燃焼室１２に連続的に供給することができる。バイオマスは再生可能エネルギーとして位置づけられており、カーボンニュートラルの考え方から、バイオマスを燃焼しても大気中へ放出される二酸化炭素の増加につながらないと考えられている。第１バイオマスが燃焼することにより、化石燃料の使用を低減することができ、大気中への二酸化炭素の放出を抑制することができる。

【0028】

第１バイオマス供給口１７は、燃焼室１２を構成する側壁に設けられている。第１バイオマス供給口１７は、第１空気供給孔１４よりも鉛直方向上側に設けられている。第１バイオマス供給口１７には、第１バイオマスを燃焼炉１０の燃焼室１２に供給する第１バイオマス供給部３０が接続されている。第１バイオマス供給部３０によって燃焼室１２に供給された第１バイオマスは、流動媒体１５と一緒に撹拌され、燃焼される。

【0029】

第２バイオマス供給口１８ａは、第２バイオマスを燃焼室１２内に供給する供給口である。第２バイオマスを燃焼室１２内に供給する場合、炭化物は燃焼室１２内で生成される。第２バイオマス供給口１８ａを介して第２バイオマスを燃焼室１２に供給することができるため、第２バイオマスを燃焼室１２に連続的に供給することができる。第２バイオマス供給口１８ａは、燃焼室１２を構成する側壁に設けられている。第２バイオマス供給口１８ａは、第１バイオマス供給口１７よりも下流に設けられている。具体的には、第２バイオマス供給口１８ａは、第１バイオマス供給口１７よりも鉛直方向上側に設けられている。また、第２バイオマス供給口１８ａは、第１空気供給孔１４よりも下流に設けられている。第２バイオマス供給口１８ａには、第２バイオマスを燃焼室１２に供給する第２バイオマス供給部３１が接続されている。第２バイオマス供給部３１によって燃焼室１２に供給された第２バイオマスは、後述するように炭化され、第２バイオマスから炭化物が生成される。

【0030】

第２バイオマスは、第２バイオマス供給口１８ａを介し、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給される。炭化領域は、炭化物の生成に適した温度かつ低い酸素濃度に維持されており、このような制御された雰囲気下に第２バイオマスが供給される。第２バイオマスは第１バイオマスの燃焼によって生成された高温ガスにより加熱される。そのため、第２バイオマスの熱分解が安定的に進行し、第２バイオマスから炭化物を安定的に生成することができる。

【0031】

生成される炭化物の性状は、第２バイオマスの種類及び乾燥状態、第２バイオマス供給量、炭化領域の温度、及び炭化領域の酸素濃度などの条件によって変化する。そのため、製造したい炭化物の性状に応じ、第２バイオマス供給量、炭化領域の温度、及び炭化領域の酸素濃度の条件を事前に試運転にて決定しておいてもよい。

【0032】

排出口１９は、第１バイオマス燃焼後のガスを排出する排出口である。燃焼室１２内で第２バイオマスから炭化物が生成される場合、炭化物も排出口１９を介して排出される。炭化物は、燃焼によって体積が膨張した燃焼ガスに乗って、排出口１９から排出することができる。排出口１９は、第１空気供給孔１４、第２空気供給口１６及び第１バイオマス供給口１７及び第２バイオマス供給口１８ａよりも鉛直方向上側に設けられている。具体的には、排出口１９は、燃焼室１２を構成する天井に設けられている。排出口１９は、第１接続流路３６と接続されている。

【0033】

第１バイオマス及び第２バイオマスは同じ種類のバイオマスであってもよく、それぞれ異なる種類のバイオマスであってもよい。バイオマスは、例えば、木材、草本、家畜排せつ物、下水汚泥及び浄化槽汚泥などの生活排水、並びに食品廃棄物などの有機物を含んでいてもよい。バイオマスは、廃棄物系バイオマス及び未利用系バイオマスの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。廃棄物系バイオマスは、鶏糞のような家畜排泄物を含んでいてもよい。未利用系バイオマスは、農作物非食用部、林地残材、竹及び笹の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。農作物非食用部は、もみ殻、稲わら、麦わら、トウモロコシ茎、パーム空果房（ＥＦＢ）、パーム古木（ＯＰＴ）及びパーム核殻（ＰＫＳ）からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。バイオマスは、草本系バイオマス及び木質バイオマスの少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。木質バイオマスは、間伐材及び剪定枝の少なくともいずれか一方を含んでいてもよい。これらの中でも、バイオマスは、存在量及び重量の観点から、もみ殻、稲わら、麦わら、鶏糞，トウモロコシ茎、竹、笹、間伐材及び剪定枝からなる群より選択される少なくとも一種を含んでいることが好ましい。

【0034】

第１バイオマス供給部３０及び第２バイオマス供給部３１は、スクリューフィーダ及びテーブルフィーダなどのような連続供給方式の供給機をそれぞれ含んでいてもよい。また、第１バイオマス供給部３０及び第２バイオマス供給部３１は、ロスインウェイト式のような重量式フィーダ又は容積式フィーダを含んでいてもよい。また、第２バイオマス供給部３１から供給される第２バイオマスの量は、第１バイオマス供給部３０から供給される第１バイオマスの量よりも多くてもよい。第２バイオマス供給部３１から供給される第２バイオマスの量は、第１バイオマス供給部３０から供給される第１バイオマスの量に対し、例えば２倍以上１０倍以下であってもよい。

【0035】

炭化物製造システム１は、第１粉砕機３２と、第２粉砕機３３とを含んでいてもよい。第１粉砕機３２は、第１バイオマス及び第２バイオマスを粉砕している。第２粉砕機３３は、第１粉砕機３２で粉砕した第２バイオマスをさらに粉砕している。第１粉砕機３２で第１バイオマスを粉砕することにより、第１バイオマスを燃焼に適した大きさに粉砕することができる。また、第１粉砕機３２及び第２粉砕機３３で第２バイオマスを粉砕し、粒子径を小さくすることにより、第２バイオマスの炭化を容易にし、炭化物回収装置４０への移送を容易にすることができる。第２バイオマス供給口１８ａを介して供給される第２バイオマスは、第１バイオマス供給口１７を介して供給される第１バイオマスよりも小さいサイズであってもよい。なお、第１バイオマス及び第２バイオマスが最適な大きさである場合、第１バイオマス及び第２バイオマスを第１粉砕機３２及び第２粉砕機３３で粉砕しなくてもよい。

【0036】

炭化物製造システム１は、図示しない磁力選別機、風力選別機及び粒度選別機からなる群より選択される少なくとも一種を備えていてもよい。これらの選別機により、第１バイオマス供給部３０で供給される第１バイオマス及び第２バイオマス供給部３１で供給される第２バイオマスから、金属やコンクリート片などの異物を除去することができる。

【0037】

燃焼炉１０は、燃焼室１２において、第２空気供給口１６よりも鉛直方向上側であって、排出口１９よりも鉛直方向下側の温度を測定する温度計３４を含んでいてもよい。温度計３４によって炭化領域の温度を測定することにより、炭化温度を容易に制御することができる。炭化領域の温度は、７００℃～１２００℃程度であってもよい。炭化領域の温度を７００℃以上にすることにより、第２バイオマスに水分が多く含まれる場合であっても、炭化を容易に進行させることができる。また、炭化領域の温度を１２００℃以下とすることにより、第２バイオマスの成分などが部分的に溶融し、燃焼炉１０の内壁に付着するのを抑制することができる。

【0038】

燃焼炉１０は、燃焼室１２において、第２空気供給口１６よりも鉛直方向上側であって、排出口１９よりも鉛直方向下側の酸素濃度を測定する酸素濃度計３５を含んでいてもよい。酸素濃度計３５によって炭化領域の酸素濃度を測定することにより、酸素濃度を容易に制御することができる。炭化領域の酸素濃度は、０体積％～７体積％程度であってもよい。酸素濃度を０体積％以上とすることにより、第２バイオマスの揮発分が多い場合であっても、炭化物を容易に生成することができる。また、酸素濃度を７体積％以下とすることにより、燃焼によって二酸化炭素の生成が促進され、炭素の残存量が低減するのを抑制することができる。

【0039】

燃焼炉１０と炭化物回収装置４０とは第１接続流路３６を介して接続されている。第１接続流路３６には、第２バイオマスを第１接続流路３６内に供給する第２バイオマス供給口１８ｂが設けられている。第２バイオマスが第１接続流路３６内に供給される場合、炭化物は第１接続流路３６内で生成される。具体的には、第２バイオマスは、第２バイオマス供給口１８ｂを介し、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給される。第１接続流路３６内は、燃焼炉１０内のガスが通過するため、高温かつ低酸素雰囲気となっている。このような雰囲気下に第２バイオマスを供給することにより、第２バイオマス供給口１８ａを介して第２バイオマスを燃焼室１２内に供給した場合と同様に、第２バイオマスから炭化物を安定的に生成することができる。

【0040】

なお、本実施形態では、図２及び図３に示すように、第１接続流路３６の円筒部分の中心軸方向からみて略中央部分に第２バイオマス供給口１８ｂが設けられている。第１接続流路３６は、燃焼炉１０と接続され、鉛直方向に延びる第１円筒管３６ａと、炭化物回収装置４０と接続され、水平方向に延びる第２円筒管３６ｂとを含んでいる。図３に示すように、第２円筒管３６ｂの中心軸の方向から見て、第１円筒管３６ａの中心軸が第２円筒管３６ｂの中心軸と水平方向に異なる位置になるように第１円筒管３６ａと第２円筒管３６ｂとが接続されている。そのため、図２及び図３の矢印で示すように、第１接続流路３６は、燃焼炉１０から送られてきたガスが第２円筒管３６ｂ内を螺旋状に流れるように構成されている。そして、第２円筒管３６ｂの中心軸の方向から見て、第２バイオマス供給口１８ｂは第２円筒管３６ｂの中心軸と概ね一致するように第１接続流路３６に接続されている。そのため、第２バイオマスは、螺旋状に流れるガスの中心部に供給され、螺旋状に流れる。これにより、第２バイオマスの滞留距離を長くすることができる。

【0041】

ただし、第１接続流路３６において、第２バイオマス供給口１８ｂが設けられる位置はこのような形態に限定されない。例えば図４及び図５に示すように、第２バイオマス供給口１８ｂは、第２円筒管３６ｂの側壁に設けられていてもよい。第２バイオマス供給口１８ｂが第２円筒管３６ｂの側壁に設けられていると、供給された第２バイオマスが第２円筒管３６ｂ内に落下する。すなわち、内部の螺旋状流れに第２バイオマスが同伴されやすくなり、比較的粒度の大きいバイオマスも燃焼炉１０の流動層に落下しにくいため、燃焼炉１０内で安定した燃焼条件を保つことができる。また、供給するバイオマスの粒度を大きくすることができるため、炭化物製造の自由度を広げることができる。

【0042】

また、第１円筒管３６ａは垂直方向に延び、第２円筒管３６ｂは水平方向に延びているが、このような形態に限定されない。例えば図６及び図７に示すように、第２円筒管３６ｂは、第１円筒管３６ａとの接続部から炭化物回収装置４０に向かうにつれ、鉛直方向下側に傾くように設けられていてもよい。また、本実施形態では、第１円筒管３６ａ及び第２円筒管３６ｂは、円筒状をしているが、例えば楕円筒状の形状をしていてもよい。また、本実施形態では、第１円筒管３６ａと第２円筒管３６ｂとが接続されて角張ったＬ字状をしているが、第１接続流路３６は、湾曲部を有し、湾曲部を介して第１円筒管３６ａと第２円筒管３６ｂとが接続されていてもよい。

【0043】

また、本実施形態では、第２バイオマス供給口１８は、燃焼室１２に設けられた第２バイオマス供給口１８ａと、第１接続流路３６に設けられた第２バイオマス供給口１８ｂとを含んでいる。しかしながら、第２バイオマス供給口１８は、第２バイオマス供給口１８ａ又は第２バイオマス供給口１８ｂのいずれか一方のみを含んでいてもよい。すなわち、第２バイオマス供給口１８は、第２バイオマス供給口１８ａ及び第２バイオマス供給口１８ｂの少なくともいずれか一方を含んでいればよい。

【0044】

図１に示すように、第１接続流路３６には、空気を第１接続流路３６内に供給する第３空気供給口３７が設けられていてもよい。第１接続流路３６内の温度は、第２バイオマスを熱分解することによってエネルギーが消費され、低くなる場合がある。また、第２バイオマスが水分を多く含む場合、水分の気化に熱エネルギーが使用され、第１接続流路３６内の温度が低くなる場合がある。そこで、第３空気供給口３７から第１接続流路３６内に空気を供給し、第１接続流路３６内で第２バイオマスの一部を燃焼することにより、第１接続流路３６内の温度の低下を抑制することができる。これにより、第１接続流路３６内を炭化に適した温度に維持することができる。

【0045】

第３空気供給口３７は、第１接続流路３６において、炭化物回収装置４０よりも第２バイオマス供給口１８ｂに近い位置に設けられていてもよい。これにより、第２バイオマス供給口１８ｂから炭化物回収装置４０に至るまでの第１接続流路３６内の温度にムラが生じるのを抑制することができる。

【0046】

第３空気供給口３７には、空気流路２１が接続されている。空気流路２１は、送風機２３と流量調整ダンパ２５との間において分岐している。分岐した空気流路２１には、流量調整ダンパ２６と、流量調整ダンパ２８とが設けられている。そして、流量調整ダンパ２４、流量調整ダンパ２６及び流量調整ダンパ２８を開いた状態で送風機２３を駆動することにより、空気取り込み口２２から第３空気供給口３７を介して空気を第１接続流路３６内に連続的に供給することができる。

【0047】

炭化物回収装置４０は、燃焼炉１０と接続され、第２バイオマスから生成された炭化物を回収する。炭化物回収装置４０はバグフィルタなどのような粉末回収装置であってもよいが、本実施形態では炭化物回収装置４０はサイクロンを含んでいる。サイクロンは、炭化物を遠心力によって分離捕集する装置である。炭化物回収装置４０には、燃焼炉１０でのバイオマスの熱分解に由来するガス状のタールも供給される。サイクロンはタールが凝縮しない高温状態でフィルタを介さずにガスと炭化物とを分離することができるため、タールの付着が少ない炭化物を容易に回収することができる。

【0048】

サイクロンは、炭化物が分散されたガスが供給される供給口４１と、炭化物を遠心分離する本体部４２と、炭化物を収集する集塵室４３と、炭化物が除去されたガスを排出する円筒状の排出管４４とを含んでいる。本体部４２は、上部に配置された円筒部４２ａと、円筒部４２ａよりも鉛直方向下側に設けられた円錐部４２ｂとを有している。排出管４４は、円筒部４２ａの内側に配置されている。炭化物は、本体部４２内を落下し、集塵室４３内に収集される。炭化物が除去されたガスは、排出管４４を通じて炭化物回収装置４０から排出される。

【0049】

集塵室４３には、２つのダンパが連なった二重ダンパ４５が接続されている。各ダンパは蓋４６を含んでおり、一方の蓋４６を開き、もう一方の蓋４６を閉じることにより、大気中の空気が入らないように炭化物回収装置４０から炭化物を取り出すことができる。なお、二重ダンパ４５に代え、ロータリーバルブなどのような回転式の取出し装置を用いてもよい。また、取出し装置として本体部４２に接続された水封装置を用いてもよい。水封装置は水を貯水する貯水タンクを含んでいてもよい。本体部４２の一端は貯水タンクの水で封じられるため、本体部４２で分離された炭化物は貯水タンク内の水に接触して冷却される。なお、上記取出し装置はサイクロン以外の炭化物回収装置４０に適用してもよい。

【0050】

回収された炭化物は、第２バイオマスに由来する炭素を有している。第２バイオマスを燃焼せずに炭化することにより、大気中への二酸化炭素の放出を抑制することができる。得られた炭化物は、例えば採石場の採石跡に埋め戻し材として利用してもよい。このような場合、ＣＣＳ（二酸化炭素回収・貯留）と同様の効果が得られる。また、炭化物は、土壌へ炭素隔離することもできる。炭化物は、田畑などの農地で用いる場合、炭素隔離に加え、土壌改良材としての役割も果たす。本実施形態に係る炭化物製造システム１は、炭化領域の温度及び酸素濃度を安定的に制御することができるため、炭化物中の炭素量、植物に必須の栄養素である窒素、リン及びカリウムなどの成分量を任意に調整することもできる。また、炭化物は、光を吸収して加熱しやすいため、融雪剤として用いてもよい。また、炭化物は、脱臭剤として用いることもできる。

【0051】

炭化物製造システム１は、炭化物回収装置４０から排出されたガスを利用するガス利用装置５０をさらに備えていてもよい。本実施形態において、ガス利用装置５０はボイラを含んでいる。具体的には、ガス利用装置５０は排熱回収ボイラ５１を含んでいる。排熱回収ボイラ５１は、炭化物回収装置４０から排出されたガスの熱を熱交換によって回収して水蒸気及び温水の少なくともいずれか一方を生成する。排熱回収ボイラ５１で回収された熱は、工場などで熱エネルギーとして利用することができる。

【0052】

ガス利用装置５０は、炭化物回収装置４０と第２接続流路５２を介して接続されている。第２接続流路５２には第４空気供給口５３が設けられている。第４空気供給口５３には、空気流路２１が接続されている。空気流路２１は、送風機２３と流量調整ダンパ２５との間において分岐している。分岐した空気流路２１には、流量調整ダンパ２６と、流量調整ダンパ２９とが設けられている。そして、流量調整ダンパ２４、流量調整ダンパ２６及び流量調整ダンパ２９を開いた状態で送風機２３を駆動することにより、空気取り込み口２２から第４空気供給口５３を介して空気を第２接続流路５２に連続的に供給することができる。空気が第２接続流路５２内に供給されることにより、残存した可燃成分を燃焼させることができる。

【0053】

炭化物製造システム１は、第４空気供給口５３よりも下流に設けられ、第２接続流路５２の内部の温度を測定する温度計５４を備えていてもよい。これにより、ガス利用装置５０に供給されるガスの温度を管理することができる。また、炭化物製造システム１は、第４空気供給口５３よりも下流に設けられ、第２接続流路５２の内部の酸素濃度を測定する酸素濃度計５５を備えていてもよい。これにより、ガス利用装置５０に供給されるガスの酸素濃度を管理することができる。

【0054】

灰分離装置５６は排熱回収ボイラ５１に接続されている。灰分離装置５６は排熱回収ボイラ５１から排出されたガスから灰分を除去する。灰分離装置５６にはサイクロン５７が接続されている。灰分離装置５６で灰分が分離されたガスは、サイクロン５７に供給される。サイクロン５７に供給されるガスには微量の微粒子が残存しているおそれがあるため、微粒子をサイクロン５７で分離した後に大気中に放出することができる。

【0055】

サイクロン５７のガス排出口は、炭化物回収装置４０の集塵室４３と冷却ガス流路５８を介して接続されている。冷却ガス流路５８には流量調整ダンパ５９及び循環冷却ファン６０が設けられている。そして、流量調整ダンパ５９を開いた状態で循環冷却ファン６０を駆動することにより、サイクロン５７から炭化物回収装置４０にガスが供給される。そのため、炭化物は、炭化物回収装置４０において、炭化物回収装置４０から排出されたガスに由来し、ガス利用装置５０で熱交換によって冷却されたガスにより冷却される。炭化物回収装置４０で回収されたばかりの炭化物は、高温であり、空気と触れると、空気中の酸素によって燃焼してしまうおそれがある。しかしながら、炭化物回収装置４０から排出されたガスの酸素濃度は低い。また、炭化物回収装置４０から排出されたガスの熱は、ガス利用装置５０によって回収されて冷却される。そのため、このようなガスを回収された炭化物の冷却に用いることにより、低酸素濃度の冷却用ガスを別途準備しなくても、炭化物を冷却することができる。

【0056】

なお、本実施形態のようなガス利用装置５０を利用せず、図示しない冷却装置により、酸素濃度が低いガスを２００℃以下の低温で炭化物回収装置４０に導入してもよい。このような構成によっても、炭化物回収装置４０で回収された炭化物の燃焼を抑制することができる。また、上述したような水封装置を用いる場合には、炭化物を水によって冷却することができるため、酸素濃度が低い低温ガスを用いずに炭化物を冷却することができる。

【0057】

以上の通り、本実施形態に係る炭化物製造システム１は、第１バイオマスを供給する第１バイオマス供給口１７を有し、第１バイオマスを空気で燃焼する燃焼室１２を含む燃焼炉１０を備えている。炭化物製造システム１は、燃焼炉１０と接続され、第２バイオマスから生成された炭化物を回収する炭化物回収装置４０を備えている。第２バイオマスは、第２バイオマス供給口１８を介し、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給される。第２バイオマス供給口１８は、第１バイオマス供給口１７よりも下流に設けられている。

【0058】

また、本実施形態に係る炭化物製造方法は、燃焼炉１０の燃焼室１２に供給された第１バイオマスを空気で燃焼する工程を含んでいる。炭化物製造方法は、第１バイオマスよりも下流であって、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に第２バイオマスを供給する工程を含んでいる。炭化物製造方法は、燃焼炉１０と接続された炭化物回収装置４０で第２バイオマスから生成された炭化物を回収する工程を含んでいる。

【0059】

そのため、本実施形態に係る炭化物製造システム１によれば、バイオマスから安定した炭化物を連続的に製造することができる。例えば，もみ殻などのバイオマス原料は保管状態により水分濃度が異なり、性状が変化するが、本実施形態に係る炭化物製造システム１によれば、安定した高温雰囲気を制御して維持できる。

【0060】

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る炭化物製造システム１について図８を用いて説明する。第２実施形態に係る炭化物製造システム１は、第１実施形態に係る炭化物製造システム１と比較し、ガス利用装置５０の形態が異なっている。第２実施形態に係る炭化物製造システム１は、これ以外の点については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0061】

図８に示すように、本実施形態に係るガス利用装置５０は、排熱回収ボイラ７０を備えている。また、炭化物製造システム１は、タービン７２と、発電機７３と、空冷式蒸気復水器７４と、復水タンク７５とを備えている。

【0062】

排熱回収ボイラ７０には、第２接続流路５２が接続されている。排熱回収ボイラ７０は、炭化物回収装置４０から排出されたガスの熱を熱交換によって回収し、水蒸気を生成する。水蒸気となって体積が膨張した水蒸気は、タービン７２を通過し、タービン７２を回転させる動力として用いられる。タービン７２は、発電機７３と機械的に接続されており、タービン７２の回転によって発電機７３が発電するように設けられている。タービン７２から排出された水蒸気は、空冷式蒸気復水器７４に供給される。空冷式蒸気復水器７４に供給された水蒸気は冷却されて凝縮し、凝縮した水は復水タンク７５に貯水される。復水タンク７５内の水は、ポンプ７６の駆動によって排熱回収ボイラ７０に供給され、循環する。

【0063】

排熱回収ボイラ７０のガス排出口は、炭化物回収装置４０の集塵室４３と冷却ガス流路７７を介して接続されている。冷却ガス流路７７には、バグフィルタ７８と、流量調整ダンパ７９と、誘引ファン８０と、流量調整ダンパ８１と、循環冷却ファン８２とが、排熱回収ボイラ７０のガス排出口から炭化物回収装置４０の集塵室４３に向かってこの順番で設けられている。排熱回収ボイラ７０から排出されたガス中の微粒子は、バグフィルタ７８で集塵される。そして、流量調整ダンパ７９を開いた状態で誘引ファン８０を駆動することにより、微粒子が取り除かれたガスの一部は、煙突８３から大気中へ排出される。また、流量調整ダンパ８１を開いた状態で循環冷却ファン８２を駆動することにより、微粒子が取り除かれたガスの一部は、炭化物回収装置４０の集塵室４３に供給される。そのため、炭化物は、炭化物回収装置４０において、炭化物回収装置４０から排出されたガスに由来し、ガス利用装置５０で熱交換によって冷却されたガスにより冷却される。

【0064】

本実施形態に係る炭化物製造システム１によれば、バイオマスから安定した炭化物を連続的に製造することができ、発電することもできる。

【0065】

［第３実施形態］
次に、第３実施形態に係る炭化物製造システム１について図９を用いて説明する。第３実施形態に係る炭化物製造システム１は、第１実施形態に係る炭化物製造システム１と比較し、ガス利用装置５０の形態が異なっている。第３実施形態に係る炭化物製造システム１は、これ以外の点については第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0066】

図９に示すように、本実施形態に係るガス利用装置５０は、石炭焚きボイラ９０を備えている。また、本実施形態に係る炭化物製造システム１は、サイクロン９７を備えている。

【0067】

石炭焚きボイラ９０は、石炭を燃料とするボイラである。石炭焚きボイラ９０の燃焼室９１には、石炭供給機９２によって石炭が供給され、空気供給部９３によって空気が供給される。具体的には、空気供給部９３は、空気取り込み口９４と、流量調整ダンパ９５と、送風機９６とを含んでおり、流量調整ダンパ９５を開いた状態で送風機９６を駆動することにより、空気取り込み口９４から燃焼室９１に空気が供給される。

【0068】

石炭焚きボイラ９０には、第２接続流路５２が接続されている。本実施形態では、第１実施形態と異なり、第４空気供給口５３は、第２接続流路５２において、炭化物回収装置４０よりも石炭焚きボイラ９０に近い位置に設けられている。そのため、炭化物回収装置４０から排出された可燃成分を石炭焚きボイラ９０内で燃焼させることができる。この燃焼熱を石炭焚きボイラ９０で熱交換によって回収することができるため、石炭焚きボイラ９０で使用される石炭を削減することができる。なお、石炭焚きボイラ９０に代え、重油焚きボイラ又はガス焚きボイラを用いてもよい。このような場合であっても、化石燃料を削減することができる。

【0069】

石炭焚きボイラ９０のガス排出口は、サイクロン９７と接続されている。燃焼室９１内のガスは、熱交換によって冷却され、冷却されたガスがサイクロン９７を通過する。サイクロン９７では、微粒子が集塵され、一部のガスがサイクロン９７から大気中へ放出される。

【0070】

サイクロン９７と炭化物回収装置４０の集塵室４３とは、冷却ガス流路９８を介して接続されている。冷却ガス流路９８には、流量調整ダンパ９９と循環冷却ファン１００とが設けられている。そして、流量調整ダンパ９９を開いた状態で循環冷却ファン１００を駆動することにより、微粒子が取り除かれたガスの一部は、炭化物回収装置４０の集塵室４３に供給される。そのため、炭化物は、炭化物回収装置４０において、炭化物回収装置４０から排出されたガスに由来し、ガス利用装置５０で熱交換によって冷却されたガスにより冷却される。

【0071】

本実施形態に係る炭化物製造システム１によれば、バイオマスから安定した炭化物を連続的に製造することができ、石炭焚きボイラ９０に必要な石炭の使用を低減することもできる。

【0072】

なお、第１実施形態から第３実施形態では、１つの送風機２３を用い、空気を複数の空気供給口を介して炭化物製造システム１に供給している。しかしながら、流量調整ダンパの上流に送風機をそれぞれ配置し、各々の空気供給口を介して空気を炭化物製造システム１に供給してもよい。

【0073】

特願２０２２－１０２５１７号（出願日：２０２２年６月２７日）の全内容は、ここに援用される。

【0074】

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。上記実施形態のすべての構成要素、及び請求の範囲に記載されたすべての特徴は、それらが互いに矛盾しない限り、個々に抜き出して組み合わせてもよい。

【0075】

本開示は、例えば、国際連合が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標２「飢餓を終わらせ、食料安全保障及び栄養改善を実現し、持続可能な農業を促進する」、目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」、及び目標１５「陸域生態系の保護、回復、持続可能な利用の推進、持続可能な森林の経営、砂漠化への対処並びに土地の劣化の阻止・回復及び生物多様性の損失を阻止する」に貢献することができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 炭化物製造システム
１０ 燃焼炉
１２ 燃焼室
１７ 第１バイオマス供給口
１８ 第２バイオマス供給口
３６ 第１接続流路
３７ 第３空気供給口
４０ 炭化物回収装置
５０ ガス利用装置

【要約】

炭化物製造システム（１）は、第１バイオマスを供給する第１バイオマス供給口（１７）を有し、第１バイオマスを空気で燃焼する燃焼室（１２）を含む燃焼炉（１０）と、燃焼炉（１０）と接続され、第２バイオマスから生成された炭化物を回収する炭化物回収装置（４０）とを備え、第２バイオマスは、第１バイオマス供給口（１７）よりも下流に設けられた第２バイオマス供給口（１８）を介し、第１バイオマスの燃焼によって加熱され、かつ、第１バイオマスの燃焼によって空気よりも酸素濃度が低くなった低濃度酸素ガスが存在する炭化領域に供給される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】