專利名稱：固體燃料及其制造方法、制造裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過加熱生物質而得到的固體燃料及其制造方法、制造裝置。
背景技術：
作為防止地球變暖的對策之一，利用作為生物來源的燃料的生物質作為能源。例如，在煤火力發(fā)電設備中使用生物質作為煤的部分代替燃料。為了在煤火力發(fā)電設備中使用生物質并為了使燃燒效率提高，需要進行生物質的微粉碎化。煤火力發(fā)電設備中由于具有粉碎煤的煤粉碎機，因此將生物質與煤一起用煤粉碎機進行粉碎，將粉碎后的生物質和微粉碳進行混合燃燒(混燒)。另外，由于生物質通常空隙率高，因此能量的運輸性不足，另外，由于含水率高，因此熱能密度低、作為燃料直接利用的情況下熱值小。因此，將生物質進行干燥、粉碎、造粒，或對生物質進行碳化處理后利用。例如，專利文獻I中記載了將生物質的碳化物和煤混燒的生物質類燃料的燃燒方法。另外，專利文獻2中公開了如下內容將椰子殼破碎物壓縮，將椰子殼不是作為燃料而是作為食物垃圾處理用的微生物基材使用?，F有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2005-114261號公報專利文獻2 :日本特開2002-316128號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所需要解決的課題但是，將生物質用煤粉碎機進行微粉碎化并不容易，特別是生物質為從椰子果實的種子榨取核油后的殼(棕櫚仁殼)的情況下，與煤相比粉碎性差，無法充分地微粉碎化。另外，專利文獻I中使用的生物質的碳化物是在40(T50(TC的高溫下碳化而成的物質，在碳化時損失的能量多，另外，在運輸時粉化，有可能導致環(huán)境污染。另外，專利文獻2中雖然在壓縮椰子殼的方面進行了記載，但關于將壓縮后的椰子殼用作生物質燃料卻沒有記載。本發(fā)明的課題在于提供將棕櫚仁殼用作生物質、粉碎性優(yōu)良、高熱量且沒有起塵性的固體燃料及其制造方法、制造裝置。用于解決課題的方法本發(fā)明人等進行了各種研究，結果發(fā)現，通過對棕櫚仁殼進行低溫碳化處理能夠得到解決上述課題的固體燃料。本發(fā)明是基于上述見解而完成的，因此本發(fā)明提供一種通過對從椰子果實的種子榨取核油后的殼進行加熱而得到的固體燃料，其以風干基計含有2(Γ60質量％的固定碳、3(Γ66質量％的揮發(fā)成分、3飛質量％的灰分，且含有6質量％以下的水分，并且高熱值以風干基計為2(T30MJ/kg。
另外，還提供一種固體燃料，其中，當將氫分H相對于碳分C的摩爾比記為Η/C、將氧分O相對于碳分C的摩爾比記為0/C時，O. 65〈H/C〈1. I以及O. 15〈0/C〈0. 5。另外，本發(fā)明還提供一種固體燃料的制造方法，其特征在于，所述固體燃料的制造方法具有下述工序將從椰子果實的種子榨取核油后的殼供給到加熱機構的供給工序；和在上述加熱機構中加熱上述殼、得到上述固體燃料的加熱工序；其中，將上述加熱工序中的加熱溫度設定為24(T350°C。另外，本發(fā)明還提供一種用于由從椰子果實的種子榨取核油后的殼得到固體燃料的固體燃料的制造裝置，其特征在于，其具有下述機構加熱上述殼、得到上述固體燃料的加熱機構，和向上述加熱機構供給上述殼的供給機構；其中，上述加熱機構中的加熱溫度為24(T350°C。發(fā)明效果根據本發(fā)明，能夠使用作為生物質的棕櫚仁殼，得到容易粉碎、粉碎能量少且高熱量的固體燃料。另外，由于，沒有起塵性，因此能夠得到在空氣中不會飛散、安全且沒有環(huán)境污染的固體燃料。需要說明的是，雖然在本發(fā)明的范圍之外，但作為參考例也可以將棕櫚仁殼加壓壓縮、平板化而成的材料用作燃料。


圖I是表示表2所示的加熱處理溫度與HGI相當數的關系的圖。圖2是表示PKS的加熱處理固體的FT-IR分析結果的圖。圖3是表示木屑的加熱處理固體的FT-IR分析結果的圖。圖4是表示PKS和木屑的加熱處理固體的WI相當數與加熱處理溫度的關系的5是表示PKS和木屑的加熱處理固體的粉化試驗的結果的圖。圖6是表示PKS的粒徑與篩下累積(cumulative undersize)的關系的圖。圖7是表示各種原料的元素組成比的比較的圖。圖8是表示PKS和木屑的加熱處理溫度與Η/C和0/C的值的變化的圖。圖9是表示空氣中的PKS與木屑、以及煤的熱重量分析的圖。圖10是表示02 :4%、N2 :96%中的PKS與木屑、以及煤的熱重量分析的圖。圖11是表示PKS的水中浸潰試驗結果的圖。圖12是表示木屑的水中浸潰試驗結果的圖。圖13 Ca)是加熱前的PKS的截面的30倍的SEM照片，圖13 (b)是加熱前的PKS的截面的200倍的SEM照片，圖13 (c)是加熱前的PKS的截面的1000倍的SEM照片。圖14 (a)是300°C下進行加熱處理后的PKS的截面的30倍的SEM照片，圖14 (b)是300°C下進行加熱處理后的PKS的截面的200倍的SEM照片，圖14 (c)是300°C下進行加熱處理后的PKS的截面的1000倍的SEM照片。
具體實施例方式基于其優(yōu)選的制造方法對本發(fā)明的固體燃料進行說明。本發(fā)明中作為生物質使用的“從椰子果實的種子榨取核油后的殼”被稱為棕櫚仁殼(以下有時也簡單記為PKS)。上述PKS優(yōu)選含水率為40質量％以下，更優(yōu)選含水率為15質量％以下。上述PKS的加熱處理是所謂的低溫碳化處理，其中，在限制或阻斷空氣供給的狀態(tài)或不活潑性氣體氣氛下，在22(T400°C的溫度、優(yōu)選24(T350°C、更優(yōu)選296 350°C、特別優(yōu)選30(T33(TC的溫度下進行。在此，本發(fā)明中所說的溫度是指加熱處理固體的溫度。另外，低溫碳化是指在400°C以下的還原氣氛下進行有機固體的熱分解。此外，還原氣氛是指限制或阻斷空氣供給的狀態(tài)或者不活潑性氣體氣氛。還原氣氛(加熱處理氣氛)的氧濃度優(yōu)選為5容量％以下。該加熱處理的溫度低于220°C時，與沒有進行低溫碳化的情況相比，粉碎性提高。該加熱處理的溫度超過350 V時，加熱處理后的固體收率小，具有在加熱處理時損失能量增多的傾向。另外，該加熱處理的溫度為296°C以上的情況下，粉碎性顯著提高。用于該加熱處理的加熱裝置可以使用在生物質的碳化處理中一直以來使用的加熱裝置，可以為內熱式，也可以為外熱式，另外，可以為分批式也可以為連續(xù)式。具體而言，可以列舉例如內熱式旋轉窯爐、外熱式旋轉窯爐、移動層式加熱裝置、填充層式加熱裝置
坐寸ο對升溫速度沒有特別限定，為從大氣溫度至所期望的加熱溫度，通常為flO°C /分鐘即可，更優(yōu)選為f5°C /分鐘。上述加熱處理的時間在達到22(T400°C的溫度內后，在該溫度內優(yōu)選為90分鐘以內，更優(yōu)選為50分鐘以內。加熱處理時間過長時,加熱處理后的固體收率變小,對固體的熱能回收率降低，因此根據所期望的固體燃料的性狀，適當確定升溫速度以及加熱處理時間。通過上述PKS的加熱處理，得到作為加熱處理固體的本發(fā)明的固體燃料和作為氣體成分的第一氣體。第一氣體含有焦油和揮發(fā)成分。因此，從抑制能量損失的觀點出發(fā)，優(yōu)選第一氣體在從上述加熱裝置排出后，供給到燃燒裝置，燃燒第一氣體中的焦油和揮發(fā)成分，得到熱氣形式的第二氣體，然后將該第二氣體返回至上述加熱裝置，作為用于PKS的加熱處理的能量的一部分回收。燃燒裝置中的第一氣體的燃燒溫度優(yōu)選為50(Ti20(rc、更優(yōu)選為850 1000°C。作為用于燃燒第一氣體的燃燒裝置，只要是能夠燃燒第一氣體中的焦油和揮發(fā)成分的燃燒裝置，則沒有特別限制，可使用耐火材料內襯氣體燃燒爐等通常的燃燒裝置，但除此之外，利用后文所述的“本發(fā)明的固體燃料所使用的熱利用設備”也可以與本發(fā)明的固體燃料一起使第一氣體燃燒。另外，也可以冷卻第一氣體，分離焦油。對通過上述PKS的加熱處理得到的本發(fā)明的固體燃料的性狀進行說明。固體燃料的固定碳以風干基計為25飛O質量％、優(yōu)選為35飛O質量％、更優(yōu)選為45飛5質量％。另外，揮發(fā)成分以風干基計為3(Γ66質量％、優(yōu)選為35 55質量％、更優(yōu)選為35 45質量％。此外，灰分以風干基計為3飛質量％、優(yōu)選為3飛質量％。另外，含有6質量％以下的水分，優(yōu)選5質量％以下。此外，高熱值以風干基計為2(T30MJ/kg、優(yōu)選為2r30MJ/kg、更優(yōu)選為25 30MJ/kg。在此,風干基是指通過日本工業(yè)規(guī)格JIS M8811中記載的氣干試樣的制備方法測定的固體重量。另外，本發(fā)明的固體燃料的固定碳、揮發(fā)成分、灰分以及水分的測定方法依據日本工業(yè)規(guī)格JIS M8812中記載的方法。此外，高熱值是指總熱值，其測定方法依據日本工業(yè)規(guī)格JIS M8814中記載的方法。該固體燃料中所含的上述揮發(fā)成分為單環(huán)芳香族等。本發(fā)明的固體燃料通過上述PKS的加熱處理后與未加工的PKS的粒徑基本相等，不會發(fā)生粉化。因此，在運輸低溫碳化后的固體燃料時，也不會造成由產生的灰塵引起的周圍的污染。未加工的PKS的平均粒徑通常為5_左右，本發(fā)明的固體燃料的平均粒徑也基本為5mm左右。在此，本發(fā)明中所說的平均粒徑是指中位直徑，其通過JIS M8801中記載的粒度試驗方法求出。通過本發(fā)明的加熱處理得到的固體燃料與進行加熱處理前的固體燃料相比，粉碎性提高。本發(fā)明中得到的固體燃料的WI相當數為O. 7 2. 5。為了比較，在所測定的一般的燃料用煤中，WI相當數為I. (Γ2. O,因此固體燃料可以評價為與煤具有基本同程度的粉碎性。在此，WI相當數是指粉碎性的相對評價，其通過測定使用球磨機的初始粉碎速度而求出。WI相當數的值越小,表示越容易粉碎(后文敘述)。另外，本發(fā)明中得到的固體燃料的HGI相當數為16 25，是保持適度的硬度的固體，不具有起塵性。在此，HGI相當數是指通過與JIS M8801中記載的HGI類似的測定方法得到的粉碎性指數，其利用使用了球磨機的一定轉速下的粉碎程度來求出。HGI相當數的值越大，表示粉碎越容易(后文敘述)。從固體燃料的粉碎所需動力的角度出發(fā)，本發(fā)明中認為WI相當數為2. 5以下，HGI相當數為15以上、特別是16以上為優(yōu)選的范圍。關于WI相當數以及HGI相當數的評價方法的詳細內容，在以下的實施例會更詳細地進行說明。本發(fā)明的固體燃料通過供給至熱利用設備、使其燒熱，可作為熱利用設備的能源使用。特別優(yōu)選本發(fā)明的固體燃料供給至熱利用設備、使其燒熱以作為煤的部分代替燃料。作為使用本發(fā)明的固體燃料的熱利用設備，沒有限制，可以使用已知的熱利用設備，可以列舉例如微粉碳焚燒鍋爐、水泥熟料制造設備的旋轉窯爐、水泥熟料制造設備的煅燒爐、制鐵設備的煉焦爐、高爐等，其中，優(yōu)選微粉碳焚燒鍋爐、水泥熟料制造設備的旋轉窯爐、煅燒爐等。從提高燃燒效率等角度出發(fā)，本發(fā)明的固體燃料可以在粉碎后供給至上述熱利用設備。該粉碎的程度根據供給固體燃料的熱利用設備而定，但通常以平均粒徑達到1000 μ m以下的方式進行粉碎即可，更優(yōu)選以平均粒徑達到750 μ m以下的方式進行粉碎。本發(fā)明的固體燃料的粉碎性優(yōu)良、利用豎型輥磨機、管磨機、錘擊式粉碎機、風扇型粉碎機等能夠容易地進行粉碎，并且利用煤火力發(fā)電設備中具備的煤粉碎機能夠與煤一起容易地微粉碎化。另外，還可以將固體燃料與煤一起供給至熱利用設備來進行燃燒。實施例以下，列舉實施例和比較例對本發(fā)明具體地進行說明，但本發(fā)明不受這些實施例和比較例的任何限制。[固體燃料的WI相當數的測定]WI相當數是與固體燃料的每單位重量的粉碎動力成比例的數值，該值越小，表示粉碎動力越小。WI相當數的測定方法如下。固體中，將4. 75mm篩下物作為WI相當數測定用試樣。將該試樣480g在投入有直徑為36. 5mm的鋼制球43個、直徑為30. 2mm的鋼制球67個、直徑為25. 4mm的鋼制球10個、直徑為19. Imm的鋼制球71個、直徑為15. 9mm的鋼制球94個的球磨機中以每分鐘70轉的旋轉速度粉碎I分鐘、2分鐘、4分鐘、10分鐘，使用篩孔為150 μ m的標準篩子測定各粉碎時間的篩下重量，計算其質量百分率。接著，將上述求出的質量百分率與粉碎時間的關系繪制成圖，由其斜率求出粉碎速度常數kxc (分鐘―1)，通過下式求出WI相當數。 WI 相當數=Xc0.5 · (kxc · Ws) 482Xe :標準篩的篩孔=150 ( μ m)
kxc :粉碎速度常數(分鐘
Ws :480 (g)
[固體燃料的HGI相當數的測定]
固體燃料的HGI相當數通過下述方法測定。HGI相當數是評價固體燃料的粉碎能力的數值，該數值越大，粉碎性越好。HGI相當數的測定方法如下。
將固體用切碎機進行粉碎，將500 μ m篩上、1000 μ m篩下的試樣作為HGI相當數測定用試樣。將該測定用試樣50g在投入有直徑為25. 4mm的鋼制球8個的球磨機中以每分鐘15 20轉的速度進行60轉運轉，將所得到的粉碎試樣使用75 μ m篩測定篩下的試樣重量(Wg)0使用如此得到的數值《，通過下式求出HGI相當數。
HGI 相當數=13+6. 93 X w
w 75 μ m篩下重量(g)
[加熱處理后的固體收率]
加熱處理后的固體收率通過下式求出。
Y=WlX (l-hl/100) /{WOX (1-hO/lOO) } X 100
Y :固體收率(質量％)
Wl :加熱處理后的固體重量(g)
hi :加熱處理后固體的水分比例(質量％)
WO :加熱處理前的固體重量(g)
h0 :加熱處理前固體的水分比例(質量％)
[試樣的高熱值]
高熱值根據JIS M8814求出。
[能量固定化率的計算]
由上述加熱處理后的固體收率和加熱處理前后的試樣的高熱值計算能量固定化率。該值越大，表示能夠作為加熱處理固體利用的能量越大。能量固定化率通過下式求出。本發(fā)明中，從能量的有效利用的觀點出發(fā)，認為能量固定化率為65%以上為容許范圍。
Ye=HlXfflX (l-hl/100) / {HOXffOX (1-hO/lOO) } X 100
Ye :能量固定化率(％)
Hl :加熱處理后的固體高熱值(MJ/kg)
Wl :加熱處理后的固體重量(g)
hi :加熱處理后固體的水分比例(質量％)
HO :加熱處理前的固體高熱值(MJ/kg)
WO :加熱處理前的固體重量(g)
h0 :加熱處理前固體的水分比例(質量％)
[實施例I]
使用從油棕果實的種子榨取核油后的殼(PKS)。使用的PKS為印度尼西亞產油棕的殼，元素組成如下。碳(無水基％) 52. I氫(無水基％)4.8氮(無水基％)0.4總硫(無水基％) O. 03氯(無水基％)0.007另外，工業(yè)分析值如下。水分(風干基％) 9. O灰分(風干基％) 2. 4揮發(fā)成分(風干基％) 70. 7固定碳(風干基％) 17.9HGI相當數為14，WI相當數為11。使PKS在太陽光下干燥，使含水率為12質量％，使用粒徑為f 16mm、平均粒徑為5mm 的 PKS。將上述PKS 4kg投入內徑600mmX長500mm的試樣容器中，各試樣容器安裝到外熱式旋轉窯爐上，在使作為不活潑性氣體的氮氣流通的情況下，以升溫速度為2V /分鐘進行加熱，從大氣溫度升溫至320°C。其中，將試樣容器的軸中心中央部的氣相環(huán)境的溫度作為成為基準的加熱溫度。另外，旋轉窯爐中，上述氣相環(huán)境的溫度與加熱處理固體的溫度一致。加熱溫度達到320°C后，在320°C的溫度下保持I分鐘，然后迅速冷卻至160°C，然后，將試樣容器從旋轉窯爐中取出，將試樣取出到大氣中，冷卻至室溫。如此制造作為加熱處理固體的固體燃料和第一氣體。與固體燃料一起制造出的第一氣體將PKS在加熱處理中連續(xù)地供給至燃燒裝置、進行燃燒，得到第二氣體。將固體燃料的化學組成、平均粒徑、高熱值、HGI相當數、WI相當數、固體收率、能量固定化率示于表I。表I中同時記載了 PKS的含水率、PKS的平均粒徑以及PKS的加熱處理條件(加熱處理溫度以及加熱處理時間)。另外，表I中也同時記載了加熱處理前的未加工的PKS (未加熱處理固體)的各物性。HGI相當數達到24，與未加工的PKS相比大幅增大。另外，WI相當數達到未加工的PKS的O. I倍以下，粉碎性變得良好。另外，加熱處理固體的粒徑分布與未加工的PKS基本相同，通過低溫碳化，固體粒子沒有發(fā)生粉化。[實施例2]除了使實施例I中的PKS的加熱處理溫度為240°C以外，與實施例I同樣地實施，制造作為加熱處理固體的固體燃料和第一氣體。將固體燃料的化學組成、平均粒徑、高熱值、HGI相當數、WI相當數、PKS的含水率、PKS的平均粒徑以及PKS的加熱處理條件示于表I。HGI相當數達到16，與未加工的PKS相比增大。WI相當數達到未加工的PKS的約O. 2倍，粉碎性變得良好。另外，加熱處理固體的粒徑分布與未加工的PKS基本相同，通過低溫碳化，固體粒子沒有發(fā)生粉化。[實施例3]除了使實施例I中的PKS的加熱處理溫度為350°C以外，與實施例I同樣地實施，制造作為加熱處理固體的固體燃料和第一氣體。
將固體燃料的化學組成、平均粒徑、高熱值、HGI相當數、WI相當數、PKS的含水率、PKS的平均粒徑以及PKS的加熱處理條件示于表I。HGI相當數達到23，比未加工的PKS大 幅上升。此外，WI相當數達到未加工的PKS的約O. I倍，粉碎性變得良好。另外，加熱處理固體的粒徑分布與未加工的PKS基本相同，通過低溫碳化，固體粒子沒有發(fā)生粉化。[參考例I]除了使實施例I中的PKS的加熱處理溫度為220°C以外，與實施例I同樣地實施，制造作為加熱處理固體的固體燃料和第一氣體。將固體燃料的平均粒徑、HGI相當數、PKS的含水率、PKS的平均粒徑以及PKS的加熱處理條件示于表I。HGI相當數為15，為與未加工的PKS相比粉碎性些許提高的程度。另外，WI相當數與煤相比約為3倍，為粉碎性些許提高的程度。[參考例2]除了使實施例I中的PKS的加熱處理溫度為400°C以外，與實施例I同樣地實施，制造作為加熱處理固體的固體燃料和第一氣體。將固體燃料的化學組成、平均粒徑、高熱值、HGI相當數、WI相當數、PKS的含水率、PKS的平均粒徑以及PKS的加熱處理條件示于表I。HGI相當數、WI相當數均觀察到粉碎性的改善。但是，能量固定化率降低至60%左右。[通過HGI的粉碎性的詳細評價]根據上述結果，對加熱溫度和粉碎性進行更詳細的研究。[實施例6 16]除了使加熱處理溫度如表2所示地變化以外，通過與實施例I同樣的方法進行加熱處理。將其結果示于表2和圖I?？芍?，加熱處理溫度從296°C開始，HGI相當數上升，300°C以上時，HGI相當數急劇上升。這表示粉碎性大幅提高。另外，固體燃料的粒子沒有發(fā)生粉化。表I
權利要求
1.一種通過對從椰子果實的種子榨取核油后的殼進行加熱而得到的固體燃料，其以風干基計含有20飛0質量％的固定碳、30飛6質量％的揮發(fā)成分、3飛質量％的灰分，且含有6質量％以下的水分，并且高熱值以風干基計為2(T30MJ/kg。
2.根據權利要求I所述的固體燃料，其中，當將氫分H相對于碳分C的摩爾比記為H/C、將氧分O相對于碳分C的摩爾比記為Ο/C時， O. 65<H/C<1. I O.15〈0/C〈0. 5。
3.—種權利要求I或2所述的固體燃料的制造方法，其特征在于，具有下述工序 將從椰子果實的種子榨取核油后的殼供給到加熱機構的供給工序，和 在所述加熱機構中加熱所述殼從而得到所述固體燃料的加熱工序； 其中，將所述加熱工序中的加熱溫度設定為24(T350°C。
4.根據權利要求3所述的固體燃料的制造方法，其中，將所述加熱工序中的加熱溫度設定為 30(T330°C。
5.一種用于由從椰子果實的種子榨取核油后的殼得到固體燃料的制造裝置，其特征在于，具有下述機構 加熱所述殼從而得到所述固體燃料的加熱機構，和 向所述加熱機構供給所述殼的供給機構； 其中，所述加熱機構中的加熱溫度為24(T350°C。
全文摘要
一種固體燃料，其以風干基計含有20~60質量%的固定碳、30~66質量%的揮發(fā)成分、3~6質量%的灰分，且含有6質量%以下的水分，并且高熱值以風干基計為20~30MJ/kg。該固體燃料可以通過具有下述工序的固體燃料的制造方法制造將從椰子果實的種子榨取核油后的殼供給到加熱機構的供給工序；和在上述加熱機構中在240~350℃的溫度下加熱上述殼、從而得到上述殼的加熱處理固體的加熱工序。
文檔編號B09B3/00GK102959059SQ201180027939
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2010年8月17日
發(fā)明者林茂也, 天野宏 申請人:宇部興產株式會社