植物性生物燃料的改性方法、系统及生产方法

摘要

本发明提供植物性生物燃料的改性方法、系统及生产方法。本发明的目的是提供用简单的手法就能够除去钾、氯的生物燃料的改性装置、方法。本发明的装置具有将作为原料的植物微粒化的微粒化装置(2)、在大气压环境下使水溶性物质从用微粒化装置(2)微粒化后的植物中溶出的溶出装置(6)、作为将从溶出装置(6)排出的植物脱水的脱水装置的脱水机(14)、储存用脱水装置(14)脱水后的植物的筒仓(17)以及储存从脱水装置(14)排出的溶液的溶出液罐(20)。

权利要求

1.一种植物性生物燃料的改性方法，其特征在于，将竹微粒化至粒径6mm以下，将微粒化后的竹浸渍到常压的水中，将在常压的水中浸渍后的前述竹脱水，将脱水后的前述竹用作燃料，

将通过脱水得到的溶液用作肥料，前述用作燃料的竹是不经高压环境而得到的。

2.如权利要求1所述的植物性生物燃料的改性方法，其特征在于，前述微粒化是通过在与竹的长度方向垂直的方向上进行剪裁而实现的。

3.如权利要求1所述的植物性生物燃料的改性方法，其特征在于，前述水是通过与外部热源的热交换而被加温后的热水。

4.一种生物燃料的改性系统，其特征在于，具有：将竹微粒化至粒径6mm以下的微粒化装置、在大气压环境下使水溶性物质从用前述微粒化装置微粒化后的竹中溶出的溶出装置、将从前述溶出装置排出的前述竹脱水的脱水装置、储存用前述脱水装置脱水后的前述竹的筒仓、以及储存从前述脱水装置排出的溶液的溶出液罐，储存于前述筒仓中的竹是不经高压环境而得到的物质。

5.如权利要求4所述的生物燃料的改性系统，其特征在于，前述微粒化是通过在与竹的长度方向垂直的方向上进行剪裁而实现的。

6.如权利要求4所述的生物燃料的改性系统，其特征在于，具有将前述溶出液罐中的溶液供给到前述溶出装置的溶出水水平调整系统。

7.一种植物性生物燃料的生产方法，其特征在于，将竹微粒化至粒径6mm以下，将微粒化后的竹浸渍到常压的水中而使肥料成分溶出，将在常压的水中浸渍后的前述竹脱水，前述竹是不经高压环境的。

说明书

植物性生物燃料的改性方法、系统及生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及植物性生物燃料。

背景技术

[0002] 使油椰子空果穗等生物质作为锅炉燃料在燃烧炉中燃烧时，由于含钾等碱金属而产生问题。除去该碱金属的技术已经被提出。

[0003] 专利文献1公开了，即使想要将草本系生物质水洗涤而除去所包含的钾，仅仅简单地用水或温水洗涤而脱水的话，不能使钾含有率降低到在燃烧炉内不产生障碍的程度。专利文献1中，基于该发现，为了除去钾，提出了将生物质压榨脱水，然后加水，再次压榨脱水的压榨脱水装置。

[0004] 此外，还提出有用加压蒸汽蒸或利用木醋液的钾除去法。

[0005] 现有技术文献

[0006] 专利文献

[0007] 专利文献1：日本特开2012－153790号公报

[0008] 专利文献2：日本特开2009－191229号公报

发明内容

[0009] 发明要解决的课题

[0010] 但是，如上所述施加压力来除去钾会花费很多功夫、费用。

[0011] 针对该现状，发明人独自研究，结果发现，生物质由多孔质的纤维形成，如果通过微粒化而使内部开放，则能够使作为水溶性无机物质的钾容易溶出。

[0012] 本发明是基于该发现而得到的，目的是提供可以用简单的手法除去钾、氯的生物燃料的改性方法、系统及生产方法。

[0013] 解决课题的手段

[0014] 将竹微粒化至粒径6mm以下，将微粒化后的竹浸渍到常压的水中，将在常压的水中浸渍后的竹脱水，将脱水后的竹用作燃料，将通过脱水得到的溶液用作肥料。

[0015] 本发明提供一种生物燃料的改性系统，其特征在于，具有：将竹微粒化至粒径6mm以下的微粒化装置、在大气压环境下使水溶性物质从用前述微粒化装置微粒化后的竹中溶出的溶出装置、将从前述溶出装置排出的前述竹脱水的脱水装置、储存用前述脱水装置脱水后的前述竹的筒仓、以及储存从前述脱水装置排出的溶液的溶出液罐。

[0016] 本发明提供一种植物性生物燃料的生产方法，其特征在于，将竹微粒化至粒径6mm以下，将微粒化后的竹浸渍到常压的水中而使肥料成分溶出，将在常压的水中浸渍后的前述竹脱水。

[0017] 发明的效果

[0018] 通过本发明，可以提供能够用简单的手法除去钾、氯的生物燃料的改性方法、系统及生产方法。

附图说明

[0019] 图1表示本实施例的系统。

[0020] 图2表示本实施例的整体构成。

[0021] 图3表示本实施例的溶出装置。

[0022] 图4表示改性系统启动方法。

[0023] 图5表示改性系统停止方法。

[0024] 图6表示长时间改性实施例的整体构成。

[0025] 图7a和图7b表示将生物质在水中浸渍后的残留浓度的时间推移，其中，图7a是将棕榈椰子空果穗(EFB)微粒化至20mm以下后的图表，图7b是孟宗竹碎片的图表。

[0026] 图8a和图8b表示将孟宗竹在水中浸渍后的残留浓度的时间推移，其中，图8a表示浸渍于热水的情况，图8b表示浸渍于常温水中的结果。

[0027] 图9表示孟宗竹的改性结果。

[0028] 图10表示使来自竹燃料的废弃物为0的周期的例子。

[0029] 符号说明

[0030] 1：接收料斗，2：微粒化装置，3：供给料斗，4：供给料斗水平计，5：旋转送料器，6：溶出装置，7：温度变送器，8：蒸汽流量调节阀，9：浓度调节阀，10：氯、钾浓度变送器，11：溶出水水平调节阀，12：溶出水水平变送器，13：溶出装置排出旋转送料器，14：脱水机，15：造粒机，16：斗式输送机，17：颗粒储存筒仓，18：出料阀门，19：输送用密闭型罐，20：溶出液罐，21：溶出液泵，22：溶出液罐水平变送器，23：溶出液罐水平调节阀，24：溶出水水平调节液集管，25：溶出液注入喷嘴，26：导溢流液管，27：溶出装置内壁，28：溶出装置螺杆，29：溶出装置蒸汽夹套，30：溢流管，31：工业用水注入集管，32：生物质投入口，33：生物质排出口，34：
生物质引导板，35：干燥装置，36：干燥装置出口温度，37：干燥蒸汽调节阀。

具体实施方式

[0031] 棕榈椰子的果实提取棕榈油后残留的壳和外壳一般被用作生物燃料，但生长果实的穗部分由于氯的含量高且灰的溶融温度低，因此不被用作燃料，而在露天堆放，被放置不用。灰的溶融温度低的原因是灰中的钾含量高达20-30％。

[0032] 另外，竹等，氯成分高等，虽想用作能再生的燃料，但因氯成分和钠、钾高而不能使用的未利用生物质有很多。

[0033] 作为一个例子，可以举出以下的物质。空果穗(EFB)、果肉纤维、棕榈椰子的修剪下来的枝条、棕榈椰子的古木(树干)、或南洋楹的壳、树皮(茎皮)、南洋楹(Falcata)的修剪下来的枝条、南洋楹的古木、或者尤加利树、槐树、油桐、红树的树皮(茎皮)、取得木质碎片后的芯材、修剪下来的枝条、或者香蕉的空果穗、香蕉树的修剪下来的枝条、香蕉树的叶子、香蕉树的古木、或菠萝、竹类等。也可以应用于褐煤、泥煤、次烟煤等碱成分高的物质。还有藻等水中植物类、蔬菜等。

[0034] 对于这些生物质，试着要通过碳化处理、用酸液使杂质溶出等方法进行改性，但未能改性至能够单独使用(燃烧状态下的单烧)的状态。

[0035] 进一步，碳化等虽然使碳化后的单一发热量增高，但由于可燃性物质实际上变为一氧化碳、苯酚等，因此变为生物质所具有的实质的单一发热量以下，可以说是能量损失。

[0036] 另一方面，一般的生物燃料在采伐、加工成片等后用作燃料。其燃渣、灰类作为废弃物而被处理掉。

[0037] 对于现状如此使用的生物质燃料，仅进行制成简单剪切形成的片、干燥后制成粉并再次捏成颗粒等的加工，而植物成长所必需的钾等被废弃。因此，植物成长所必需的钾等成分每次作为肥料来补给。

[0038] 但是，如果在用作燃料前将大半的钾等物质分离，使其再次返回农田的话，能够培育植物，再次用作生物质燃料。只要该循环系统不确立，生物质就会不成长而减少。

[0039] 以下说明的本发明实施例为：为了能够利用未利用生物质，将影响燃烧后的腐蚀、灰性状的物质预先分离，并且由于分离后的物质是植物成长必需的物质因此作为肥料再次返回生物质田或森林，从而能够持续供给生物燃料。

[0040] 以下，对后面说明的实施例的概要进行说明。

[0041] (1)氯、钾、钠、磷、镁等均是水溶性物质，因此将植物微粒化，以使得存在于植物内部的这些物质容易溶出。只要将微粒化后的植物浸渍于水中，就有几成开始溶出。

[0042] (2)在氯、钾类的植物残留浓度低的情况下，只要单纯地在水中浸渍数小时至数十小时，就成为能够用作燃料的状态。

[0043] (3)在氯、钾类的植物残留浓度高的情况下，通过在热水中浸渍能够获得更好的溶出效果。

[0044] (4)图7a和图7b、以及图8a和图8b表示未利用生物质(棕榈椰子空果穗、孟宗竹)的钾、氯的行为。在热水的情况下，开始数分钟后，大半的氯、钾均从植物内部溶出。另一方面，即使是常温的水，经过一些时间也确认到氯、钾均溶出。进而，植物的发热量在溶出前后没有差别，为3400～3600kcal/kg，由此可知碳水化合物不溶出。由此确认了没有发生作为生物燃料的发热量降低，能够高效地减少氯、钾。

[0045] (5)由于溶出后的物质存在于水溶液中，因此以该状态或者浓缩后的状态而返回农田的话，成为植物的肥料，促进生长。

[0046] 由以上的实施例而得到以下的效果。第一，氯、钾类的浓度高、不能用作植物生物质燃料的物质可以改性为在使用上没有问题的性状。第二，不仅如通常的生物质燃料那样在采取后使其燃烧来使用，而且还使改性过程中产生的水溶液返回植物工厂、农田等来作为用于培育植物的肥料。由此，不仅简单地消耗植物生物质燃料，而且可以将大半的植物必需物质再利用，从而能够半永久性地持续供给生物质燃料。

[0047] 顺便提及，专利文献1公开了与本发明的实施例相似的系统。但是它们是施加压力而除去钾。专利文献1公开了其理由是：即使想要用水洗涤草本系生物质而除去所含的钾，如果仅仅简单地用水或温水洗涤而脱水，不能使钾含有率降低至在燃烧炉内等不发生障碍的程度。

[0048] 另外，专利文献2虽然公开了使除去对象成分从破碎后的EFB溶出，但没有公开“生物质由多孔质的纤维形成，如果通过微粒化而使内部开放，则能够使作为水溶性无机物质的钾容易溶出”这样的发现。在专利文献2中虽然将EFB破碎，但这是为了制成适于作为燃料的尺寸(直径50～100mm程度)，关于内部开放带来的溶出效果，没有公开也没有启示。

[0049] 本发明正是因为有了该发现而得到的，有了该发现之后才想到了现实中能够实现的以下实施例。

[0050] 事实上，现在的植物生物质由于氯含量高或灰中的钾含量高，因腐食和熔渣(溶融灰)的影响而无法使用，被放置不用。可以使未利用生物质在使用前高效地溶出到水中，且改性为能利用的物质的是以下的实施例。抽取的物质是植物必不可少的营养素，再次用作肥料的意义重大。通过使碱成分等对植物的成长不可缺少的要素再次恢复为营养素，可以使循环周期成立。

[0051] 实施例1

[0052] 短时间改性的实例(用热水进行的改性)

[0053] 使用图1～3来说明本发明的实施例。

[0054] 原料生物质被投入接收料斗1内，在微粒化装置2中被微粒化。希望基本上尽可能地使其变细。如果考虑只用造粒机15颗粒化，则会裁断至适于作为燃料的尺寸(直径50～100mm程度)，但希望使其变得比该尺寸更细，即微粒化至粒径(粒子的直径)平均50mm以下的尺寸。考虑到溶出效率，更希望微粒化至平均10mm以下的尺寸。

[0055] 微粒化后的生物质落向供给料斗3。供给料斗3的水平用供给料斗水平计4来监视，水平高则使微粒化装置2停止。另一方面，如果水平降低，变为低水平，则使微粒化装置2启动。溶出装置6内部有溶出装置螺杆28，以一定转数运转，以预定时间在溶出装置内利用热水进行生物质的氯和碱成分的溶出。另外，溶出装置6内充水，为了使借助温度变送器7的内部温度达到一定，通过蒸汽流量调整阀8，用蒸汽加温。通过该加温，溶出装置6内的水变为热水。

[0056] 通过蒸汽流量调整阀8后的蒸汽进入溶出装置蒸汽夹套29内，通过加热溶出装置27内壁，使溶出装置6内的液体温度上升。另一方面，在溶出装置6内的液体温度过度上升的情况下，旋拧蒸汽流量调整阀8来控制在预定温度内。从蒸汽夹套29排出的蒸汽或冷凝水再次返回到蒸汽供给装置侧。

[0057] 微粒化后的生物质用旋转送料器5向溶出装置6供给。如果由于投入生物质而溶出装置液6内的液体的水平上升，则流到导溢流液管26中而通过溢流管30送到脱水机14。另一方面，在水平降低的情况下，通过溶出水水平变送器12而溶出水水平调整阀11打开，通过将溶出液罐20中的溶液供给到溶出装置6的溶出水水平调整系统而供给到溶出装置6，从而水平升高。用氯/钾浓度变送器10监视溶出装置内的液体，在氯或钾上升至预定浓度以上的情况下，打开浓度调整阀9，用工业用水稀释，使溶出装置6内液体的氯、钾的浓度降低至预定值。

[0058] 另外，进行溶出装置内部的生物质搅拌，为了高效地使其溶出，装入装置内的溶出液和工业用水的喷嘴做成与溶出液注入喷嘴25相同的形状，将停滞在溶出装置内壁27下部的生物质卷起而使其搅拌。

[0059] 被运送至溶出装置6的出口侧的生物质穿过生物质排出口33，在溶出装置排出旋转送料器13被定量化，与溶液一起被送到脱水装置14。为了使溶出装置6内部的生物质不停滞地流到生物质排出口33，将生物质引导板34设置在两侧，防止溶出装置6内部的生物质停滞。

[0060] 用脱水机14脱水后的生物质成为水分25％以下的状况，用造粒机15制成数厘米的颗粒。制造的颗粒通过斗式输送机16被储存在颗粒储存筒仓17中。输送用密闭罐19定期地进行输送，此时从出料阀门18装罐。

[0061] 另一方面，从脱水机14出来的溶液被储存在溶出液罐20中。在溶出液罐20出口有溶出液泵21，加压后通过溶出水水平调整阀11而用于调整溶出装置6的水平，用溶出液罐水平变送器22得知水平上升的话，通过溶出液罐水平调整阀23，溶出液被供给到肥料设备。

[0062] 图4、5表示本发明的实施例的改性系统启动、停止的流程图。

[0063] 首先，为了启动本装置，打开浓度调整阀9使工业用水在溶出装置6中充至预定水平。此时浓度调整阀9确保充水开度为一定开度，如果达到预定水平则关闭。如果溶出装置6内部的溶液达到预定水平，则蒸汽流量调整阀8缓慢打开至预定开度，使溶出装置蒸汽夹套29内部填充高温蒸汽，从而使溶出装置6内溶液的温度缓缓上升。

[0064] 如果溶液达到预定温度，则暂时关闭蒸汽流量调整阀8，进入系统加温的步骤。首先，溶出泵21启动，时限后脱水机14启动，之后排出旋转送料器13开始运转。如果排出旋转送料器13开始运转，则溶出装置6内的溶液被排出，因此溶出水水平调整阀11打开，调整水平。溶出装置6内的溶液水平发生急剧降低时，浓度调整阀9打开，进行提高溶液水平的动作。

[0065] 另外，由于溶液温度也降低，蒸汽流量调整阀8发生开动作，控制溶液温度。另外，本实施例由于仅高效地提取出与发热量无关的物质，因此有发热量变化少的优点。

[0066] 另一方面，为了系统加温一结束改性系统就开始启动，事先将微粒化后的生物质供给到供给料斗3，因此微粒化装置2成为自动运转模式。在供给料斗3内的生物质水平低的情况下，微粒化装置2运转，将生物质填充到供给料斗3。

[0067] 系统加温结束的判断是：如果蒸汽流量调整阀8达到10％开度以下，则判断为不需要大量的加温蒸汽的状况，从而结束加温。如果系统加温结束，则溶出装置6和旋转送料器5开始运转，开始生物质的改性。

[0068] 另外，如果生物质开始供给，则改性后的生物质从脱水机14排出，因而造粒机15和斗式输送机16运转，改性、颗粒化后的生物质被供给到颗粒储存筒仓17。

[0069] 继续运转，如果生物质的投入部分和溶液浓度上升，则浓度调整阀9打开，稀释浓度，因此体系内的溶液增加。在增加了的情况下，由于溶出液罐20水平上升，一旦达到预定值以上则位于溶出液泵21出口的溶出液罐水平调整阀23打开，向肥料设备供给溶出液。

[0070] 在停止改性系统的情况下，若不事先排出体系内的生物质，则再启动时发生堆积，有可能发生因粘结引起的不能启动，因此用以下的方法停止。

[0071] 若输入停止指令，则微粒化装置2强制停止，使向供给料斗3的生物质供给停止。停止指令的时限后，旋转送料器5停止。该时限是如下设定的：事先测定从通常运转的微粒化装置2停止水平至供给料斗3内的生物质全部被排出的时间，该时间加1分钟而设定为该时限。旋转送料器5停止后，溶出装置6和排出旋转送料器13运转，直到在到溶出装置内部的生物质辈出为止的时间上再加5分钟的时间，自动停止。

[0072] 另一方面，在该5分钟前的时点，生物质几乎都被排出，从而浓度调节阀9、蒸汽流量调节阀8和溶出水水平调整阀11强制关闭。

[0073] 由于溶出装置6和排出旋转送料器13停止，没有供给到脱水机14的生物质，因此时限后停止。之后，造粒机15和斗式输送机16分别在时限后停止。

[0074] 溶出水泵21由于溶出液罐水平调整阀23全关闭，如果继续20分钟则体系内的溶液不会返回罐内，因此使溶出泵21停止，改性系统会停止结束。

[0075] 实施例2

[0076] 长时间改性的实例(用水进行的改性)

[0077] 图6表示本发明的长时间改性的实施例的整体构成。与实施例1主要的区别在于不使用热水而是用水进行溶出。图6中，与图2共同的部分标注相同的符号，与实施例1共同的部分省略说明。

[0078] 能够浸渍于水中而高效地溶出氯和碱成分的植物性生物质，稍微需要一些时间，但耗能少，主构成是节能的。

[0079] 溶出装置6内部有溶出装置螺杆28，以一定转数运转，以预定时间在溶出装置内利用水进行生物质的氯和碱成分的溶出。

[0080] 用脱水机14脱水后的生物质为了达到水分25％以下的状况而被送到干燥装置35进行干燥。此时的热源是蒸汽，用干燥蒸汽调整阀37控制为干燥装置出口温度变送器36的温度达到预定值。干燥后的生物质用造粒机15制成数厘米的颗粒。

[0081] 以上说明的各实施例的生物燃料的改性系统具有：将作为原料的植物微粒化的微粒化装置2、在大气压环境下使水溶性物质从用微粒化装置2微粒化后的植物中溶出的溶出装置6、作为将从溶出装置6排出的植物脱水的脱水装置的脱水机14、储存用脱水装置14脱水后的植物的筒仓17、和储存从脱水装置14排出的溶液的溶出液罐20。

[0082] 将植物微粒化，将微粒化后的植物浸渍在常压的水中，将在常压的水中浸渍后的植物脱水，将脱水后的植物用作燃料，将通过脱水得到的溶液用作肥料，由此可以提供不需要高压环境，以简单的手法就能够除去钾、氯的生物燃料的改性装置、方法。

[0083] 用图7a和图7b表示将生物质浸渍在水中时的残留浓度的时间推移。图7a的图表是将棕榈椰子空果穗(EFB)微粒化至20mm以下后的图表，图7b的图表是孟宗竹碎片的图表。左侧图表分别是浸渍于热水的图表，右侧图表是浸渍于水的图表。关于各个图表的纵轴，左侧是残留钾浓度，右侧是残留氯浓度，横轴是时间的经过。

[0084] 由右侧的图表可知，(如果微粒化)即使仅浸渍于水中，也可以使钾、氯充分地溶出。还可知，如果浸渍于热水，比用水的情况更高效地使钾、氯溶出。

[0085] 图8a和图8b表示将孟宗竹浸渍于水中后的、氯和钾的残留浓度的时间推移。图8a表示浸渍于热水的情况，图8b表示浸渍于常温水中的结果。左侧图表的纵轴表示氯浓度，右侧图表的纵轴表示钾浓度，横轴表示浸渍的时间。各个图表中显示了粒径6mm以下的碎片与粒径150μm以下的粉末的对比数据。

[0086] 例如，由图8a和图8b的钾浓度的推移可以读取以下内容：在6mm碎片的情况下0.1％是下限值，但制成150μm粉末的话则0.05％是下限。即，充分的微粒化不仅简单地加快溶质速度，而且还有使溶出量自身增多的效果。

[0087] 图9中，作为孟宗竹的改性结果，关于氯浓度、钾浓度、发热量、灰软化温度、灰溶融温度、灰的流动温度，显示了改性前和改性后的数值。

[0088] 即使能够使碱成分大量地成为溶质，若与二氧化硅等软化温度高的物质相同地溶出，则结果是灰的软化温度不上升，变得不适于作为燃料。图9所示的改性结果是软化温度、溶融温度、流动温度全部上升，达到1100℃以上，可知成为适用于燃料的性状。

[0089] 实施例3

[0090] 图10表示使来自竹燃料的废弃物为0的周期的实施例。用微粒化装置微粒化后的竹在改性装置中被分为残渣、肥料原料、竹残料碎片(碎竹子、叶、小枝等破碎物)。

[0091] 残渣被锅炉的排热干燥后，作为燃料被供给到锅炉。残渣中没有被供给到锅炉的部分进行颗粒化等，能够作为生物燃料而出售。

[0092] 肥料原料和竹残料碎片与从锅炉排出的灰一起被放入搅拌器，加工成液体肥料。作为液体肥料，只要氮、磷酸、钾三要素中的二要素以上的合计为8％以上的浓度即可，本例满足该条件。

[0093] 在本实施例中，投入微粒化装置的全部竹用作燃料或肥料。即，来自竹的废弃物为零。如果将得到的液体肥料用于竹的成长，则可以形成循环周期。