(57)【要約】【課題】有機廃棄物を有効利用しつつ安定した品質を確保でき、設備をコンパクトにできるメタノールの製造システムおよび航空燃料の製造システムを提供する【解決手段】スラリー状の有機廃棄物Ｒを分解炉３で高温高圧で酸化分解して炭酸ガスを含むガス成分と水溶液に分解し、ガス成分と水溶液を触媒炉６に投入して無機化用触媒６ｂに接触させて水溶液を無機化水溶液にして、ガス成分は濃縮用容器９ａに流入させて、炭酸ガスのみを炭酸ガス吸着剤９ｂに吸着させた後、濃縮用容器９ａを減圧して炭酸ガスを炭酸ガス吸着剤９ｂから分離させて、この炭酸ガスと水素ガスをメタノール生成用触媒１０ｂが内設された反応用容器１０ａに流入させてその内部を所定の高温、高圧にしてメタノールと水とを生成し、このメタノールを燃料化用触媒１１ｂが内設された反応用容器１１ａに流入させて航空燃料Ｆを生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリー状の有機廃棄物が高温高圧で酸化分解されて炭酸ガスを含むガス成分と水溶液とに分解される分解炉と、前記水溶液が所定の無機化用触媒により無機化される触媒炉と、前記ガス成分と炭酸ガス吸着剤が収容される濃縮用容器を有して、前記ゼオライトに吸着された前記炭酸ガスが前記炭酸ガス吸着剤から分離されて取り出される炭酸ガス濃縮分離手段と、取り出された前記炭酸ガスと水素ガスと所定のメタノール生成用触媒とが収容される反応用容器を有して、これら材料が収容された前記反応用容器の内部が所定の温度範囲に加熱されるとともに所定の圧力範囲に加圧されることにより、メタノールと水とが生成されるメタノール生成手段とを備えたことを特徴とするメタノールの製造システム。
【請求項２】
前記メタノール生成用触媒がＣｕ／ＺｎＯ系である請求項１に記載のメタノールの製造システム。
【請求項３】
前記所定の温度範囲が２００℃以上３００℃以下、前記所定の圧力範囲が３ＭＰａ以上７ＭＰａ以下である請求項１または２に記載のメタノールの製造システム。
【請求項４】
前記有機廃棄物として、可燃ゴミ、生ゴミの少なくとも一方が使用される請求項１〜３のいずれかに記載のメタノールの製造システム。
【請求項５】
前記有機廃棄物として、災害により発生した流木、建築廃材の少なくとも一方が使用される請求項１〜４のいずれかに記載のメタノールの製造システム。
【請求項６】
予め指定されている所定の廃棄物処理施設に設置される請求項１〜５のいずれかに記載のメタノールの製造システム。
【請求項７】
予め指定されている所定の災害支援拠点に設置される請求項１〜５のいずれかに記載のメタノールの製造システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のメタノールの製造システムと、このメタノール製造システムにより製造されたメタノールおよび所定の燃料化用触媒を用いて航空燃料が生成される航空燃料生成手段とを備えた航空燃料の製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタノールの製造システムおよびこれを用いた航空燃料の製造システムに関し、さらに詳しくは、有機廃棄物を有効利用しつつ安定した品質を確保でき、設備のコンパクト化が可能なメタノールの製造システムおよびこれを用いた航空燃料の製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化を抑制するために炭酸ガス（ＣＯ2）の削減に対する種々の取り組みが行われている。これに伴い、バイオマスを原料して生産されるバイオ燃料が注目されている。バイオマスには、微細藻類、穀類、間伐材、都市ゴミ等が挙げられるが、微細藻類から抽出した燃料は、現状ではエネルギー効率が低く大量生産も難しい。穀類は、食料としての利用とのバランスや天候等により収穫量が大きく変動するという問題がある。また、間伐材は収集や運搬に手間を要する。一方、都市ゴミは安定量を確保し易いという利点があるが、ゴミの中身が多種多様であるため、品質の安定した燃料を得るには工夫が必要になる。
【０００３】
ところで、生ゴミ等の有機廃棄物をスラリー状にして湿式酸化容器中で高温高圧で酸化分解することで炭酸ガスを得て、この炭酸ガスを用いてメタンガスを生成する再資源化システムが提案されている（特許文献１参照）。この再資源化システムでは、有機廃棄物の酸化分解によって炭酸ガスとともに得られる無機水溶液は無害化される。この再資源化システムによれば、有機廃棄物を無駄なく有効利用できる。
【０００４】
本願発明者らは、航空燃料等を製造するに際して、この再資源化システムに着目して種々の実験、検討を進めた。これにより、有機廃棄物を有効利用しつつ安定した品質を確保でき、設備のコンパクト化が可能な本願発明を創作するに至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７１６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、有機廃棄物を有効利用しつつ安定した品質を確保でき、設備のコンパクト化が可能なメタノールの製造システムおよびこれを用いた航空燃料の製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のメタノールの製造システムは、スラリー状の有機廃棄物が高温高圧で酸化分解されて炭酸ガスを含むガス成分と水溶液とに分解される分解炉と、前記水溶液が所定の無機化用触媒により無機化される触媒炉と、前記ガス成分と炭酸ガス吸着剤が収容される濃縮用容器を有して、前記炭酸ガス吸着剤に吸着された前記炭酸ガスが前記炭酸ガス吸着剤から分離されて取り出される炭酸ガス濃縮分離手段と、取り出された前記炭酸ガスと水素ガスと所定のメタノール生成用触媒とが収容される反応用容器を有して、これら材料が収容された前記反応用容器の内部が所定の温度範囲に加熱されるとともに所定の圧力範囲に加圧されることにより、メタノールと水とが生成されるメタノール生成手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の航空燃料の製造システムは、上記のメタノールの製造システムと、この製造システムを用いて製造されたメタノールおよび所定の燃料化用触媒とを用いて航空燃料が生成される航空燃料生成手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、分解炉での酸化分解により有機廃棄物から炭酸ガスを含むガス成分と水溶液が得られ、得られた水溶液は触媒炉での処理により無機化される。得られたガス成分からは炭酸ガス濃縮分離手段を用いて、品質の安定した高濃度の炭酸ガスを得ることができる。次いで、メタノール生成手段を用いて、この炭酸ガスと水素ガスと所定のメタノール生成触媒とを所定の温度範囲および所定の圧力範囲で反応させることにより、品質の安定したメタノールを得ることができる。ひいては、この品質の安定したメタノールを用いて、航空燃料生成手段により品質の安定した航空燃料を得ることができる。
【００１０】
本発明では、炭酸ガスをメタンガス化させる工程を経ることなく、直接的にメタノールを得るので、設備をコンパクト化するには有利になっている。このように有機廃棄物を有効利用しつつ、環境保護に優れたバイオマス燃料として、安定した品質のメタノール、航空燃料を得ることができる。
【００１１】
しかも、様々なゴミ等の有機廃棄物を原料として用いるので、原料不足になることはなく、ゴミ等の処分もできるので極めて有益である。また、災害により発生した流木や建築廃材なども有機廃棄物として利用できるので、災害復興にも極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のメタノールの製造システムおよび航空燃料の製造システムの概要を例示する説明図である。
【図２】航空燃料を製造するプロセスを例示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のメタノールの製造システムおよび航空燃料の製造システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１４】
図１に例示するように、本発明の航空燃料の製造システム１は、本発明のメタノールの製造システム２と、航空燃料生成手段１１とで構成されている。即ち、この航空燃料の製造システム１は、メタノールの製造システム２を利用する。航空燃料のシステム１では、図２に例示するプロセスによって、有機廃棄物Ｒを原料としてメタノール製造システム２により製造されたメタノール（ＣＨ3ＯＨ）を用いて航空燃料Ｆが製造される。
【００１５】
航空燃料Ｆとは、航空機やヘリコプターに搭載された航空エンジン、その他にガスタービンを稼働させるための燃料である。具体的には、ケロシン（炭素数１０〜１５）を主成分にした燃料である。
【００１６】
メタノールの製造システム２は、分解炉５と、触媒炉６と、炭酸ガス濃縮分離手段９と、メタノール生成手段１０とを備えている。分解炉５、触媒炉６、炭酸ガス濃縮分離手段９、メタノール生成手段１０の順に、連続的に必要な処理が行われる。
【００１７】
分解炉５の上流側には破砕機３が配置され、破砕機３と分解炉５との間には圧送ポンプ４ａと熱交換器４ｂが配置されている。分解炉５と触媒炉６には空気供給器７が接続されている。触媒炉６と炭酸ガス濃縮分離手段９との間には気液分離器８が配置されている。
【００１８】
分解炉５および触媒炉６は、筒状の密閉式高圧容器であり、それぞれに内部を加熱する加熱手段が備わっている。分解炉５および触媒炉６には、流入路と流出路とが接続されていて、それぞれに開閉弁が備わっている。触媒炉６には所定の無機化用触媒６ａが内設されている。無機化用触媒６ａとしては例えば、粒状等のチタニアおよびアルミナに、ルテニウム、パラジウム等の貴金属を担持したものが用いられる。その他に、白金やゼオライト等を無機化用触媒６ａとして用いることもできる。
【００１９】
炭酸ガス濃縮分離手段９は、炭酸ガス吸着剤９ｂが内設された濃縮用容器９ａと減圧ポンプ９ｃとを有している。この実施形態では炭酸ガス吸着剤９ｂとしてゼオライトを使用しているが、その他に例えばアミン等を用いることもできる。濃縮用容器９ａには流入路と流出路と排気路が接続されていて、それぞれに開閉弁が備わっている。
【００２０】
メタノール生成手段１０は、所定のメタノール生成用触媒１０ｂが内設された反応用容器１０ａを有している。反応用容器１０ａには流入路と流出路と排水路が接続されていて、それぞれに開閉弁が備わっている。
【００２１】
航空燃料生成手段１１は、所定の燃料化用触媒１１ｂが内設された反応用容器１１ａを有している。反応用容器１１ａには流入路と流出路が設けられていて、それぞれに開閉弁が備わっている。
【００２２】
以下、メタノールおよび航空燃料Ｆを製造するプロセスの一例を説明する。
【００２３】
破砕機３には固体および液体の有機廃棄物Ｒが投入される。破砕機３では、有機廃棄物Ｒの固体分は細かく破砕されて液体分と混合される。これによりスラリー状の有機廃棄物Ｒが得られる。
【００２４】
有機廃棄物Ｒとしては、一般家庭や商店、事業所から出る可燃ゴミ、生ゴミに限らず、生活排水、産業排水、し尿、家畜の糞尿等の動物排泄物、動物の死骸等も用いることができる。或いは、災害により発生した流木、建築廃材等を有機廃棄物として使用することもできる。
【００２５】
スラリー状の有機廃棄物Ｒは、圧送ポンプ４ａによって圧送されて、熱交換器４ｂを経て分解炉５の下方から投入される。有機廃棄物Ｒは熱交換器４ｂによって余熱される。分解炉５では密閉状態でその内部を高温、高圧にして有機廃棄物Ｒを酸化分解する。酸化効率を向上させるために、空気供給器７によって分解炉５の下方から内部に所定量の空気ａが供給される。
【００２６】
有機廃棄物Ｒを酸化分解する際の分解炉５の内部温度は例えば２５０℃〜３００℃、圧力は７ＭＰａ〜９ＭＰａに制御される。この酸化分解によって有機廃棄物Ｒは、ガス成分（炭酸ガス、窒素ガスおよび酸素）と、少量の有機物と残渣を含む水溶液とに分解される。このガス成分と水溶液は混合状態で、圧送ポンプ４ａによる圧送力により分解炉５の上方から連続的に触媒炉６に送られる。分解炉５で発生した排熱は酸化分解に利用することができ、加熱用熱源のエネルギー消費を抑えることが可能となる。
【００２７】
触媒炉６は分解炉５と同等の内部温度、内部圧力に加熱、加圧されている。触媒炉６では、下方から投入されたガス成分と水溶液が無機化用触媒６ａに接触する。空気供給器７から供給される空気ａにより、この水溶液をガス成分とともに触媒炉６の内部で循環させることで、効率的に無機化用触媒６ａに接触させることができる。もしくは、空気供給機７を使わずに破砕機３でスラリー状になった有機廃棄物Ｒに、酸化力の高いガス、例えばオゾンを溶解させると、空気供給系統は不要となり、さらにコンパクトなシステムの構築が可能となる。これにより、水溶液に含まれている少量の有機物と残渣がさらに酸化分解されて、水溶液は完全に無機化された無機水溶液になる。
【００２８】
分解炉５および触媒炉６を経た処理（水の亜臨界状態での触媒による湿式酸化分解）により、分解された有機廃棄物Ｒは無機化されて残渣はほとんどない。触媒炉６で得られたガス成分と無機水溶液は、触媒炉６の開弁した流出路から気液分離器８に送られる。この際に、ガス成分と無機水溶液を熱交換器４ｂを経由させて熱を回収することにより、有機廃棄物Ｒの予熱と触媒炉６から排出する無機水溶液の温度を下げることができ、熱エネルギーの有効活用が図れるシステムとなる。
【００２９】
気液分離器８では、ガス成分Ｒ１と無機水溶液Ｒ２とを分離させ、ガス成分Ｒ１は炭酸ガス濃縮分離手段９に送られる。無機水溶液Ｒ２は、例えば、陰電荷に帯電したゼオライトおよび陽電荷に帯電したゼオライト、もしくはイオン交換樹脂によって金属成分が除去された後、浄水器により浄化され飲料水に供することができる。浄化の際に発生する廃棄水は、有機廃棄物Ｒとともに破砕機３に投入して、製造システム２にて繰り返し使用することができる。
【００３０】
炭酸ガス濃縮手段９に送られたガス成分Ｒ１は、窒素ガスおよび酸素も含んでいるので炭酸ガスの濃度は低い状態である。そこで、炭酸ガス濃縮分離手段９では、ガス成分Ｒ１を濃縮用容器９ａに流入させて炭酸ガス吸着剤９ｂに接触させる。これにより、ガス成分Ｒ１中の炭酸ガスだけが選択的に炭酸ガス吸着剤９ｂに吸着され、ガス成分Ｒ１から炭酸ガスだけを抽出することができる。
【００３１】
ガス成分Ｒ１中の窒素ガスおよび酸素は、濃縮用容器９ａの開弁した排気路から濃縮用容器９ａの外に排出させる。次いで、密閉状態にした濃縮用容器９ａの内部を減圧ポンプ９ｃにより減圧して、炭酸ガス吸着剤９ｂに吸着されている炭酸ガスを炭酸ガス吸着剤９ｂから分離させる。これにより、濃縮用容器９ａから高濃度の炭酸ガスを得ることができる。ここで得た炭酸ガスは、濃縮用容器９ａの流出路からメタノール生成手段１０に送られる。
【００３２】
尚、濃縮用容器９ａの内部を減圧するのではなく加熱しても、吸着された炭酸ガスを炭酸ガス吸着剤９ｂから分離させることができる。この時の加熱温度は例えば５０℃〜１００℃程度である。したがって、炭酸ガス濃縮分離手段９では、減圧と加熱の少なくとも一方、もしくは減圧と加熱の両方を用いて高濃度の炭酸ガスを得る構成にすればよい。
【００３３】
メタノール生成手段１０では、先の工程で得られた高濃度の炭酸ガスを流入路から反応用容器１０ａに流入させ、さらに水素ガスを流入させる。次いで、炭酸ガス、水素ガスをメタノール生成用触媒１０ｂに接触させて密閉状態の反応用容器１０ａの内部を所定の温度範囲に加熱するとともに所定の圧力範囲に加圧する。反応用容器１０ａの内部では、下記（１）の化学反応式の反応によってメタノールと水とが生成される。この反応は発熱反応なので、ここで発生した熱は、熱交換器４ｂ等で有機廃棄物Ｒの余熱等に利用する。
【００３４】
ＣＯ2＋３Ｈ2  →  ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ・・・（１）
この所定の温度範囲は２００℃〜３００℃、所定の圧力範囲は３ＭＰａ〜７ＭＰａにすることが好ましい。温度および圧力がこの範囲外になると、メタノールの生成効率が低下するためである。
【００３５】
メタノール生成用触媒１０ｂとしては、Ｃｕ／ＺｎＯ系の多成分触媒等を用いることができる。具体的にはＣｕ／ＺｎＯ、Ｃｕ／ＺｎＯ／ＡＬ2Ｏ3、Ｃｕ／ＺｎＯ／ＺｒＯ2／ＡＬ2Ｏ3、Ｃｕ／ＺｎＯ／ＺｒＯ2／ＡＬ2Ｏ3／Ｇａ2Ｏ3を触媒として例示できる。メタノールの生成効率をより高くするには、Ｃｕ／ＺｎＯ／ＺｒＯ2／ＡＬ2Ｏ3／Ｇａ2Ｏ3を触媒として用いるとよい。
【００３６】
使用する水素の供給源は特に限定されず、様々なルートや手段により得られる水素を使用することができる。近年、燃料電池自動車に水素を供給する水素ステーションが各地に整備されているので、水素ステーションに近接させて本発明の製造システム１（製造システム２）を設置すると水素を確保し易くなる。
【００３７】
メタノール生成手段１０で得たメタノールは反応用容器１０ａの開弁した流出路から航空燃料生成手段１１に送られる。生成された水は反応用容器１０ａの開弁した排水路から外に排出させる。この水は、有機廃棄物Ｒとともに破砕機３に投入して、製造システム２にて繰り返し使用することができる。
【００３８】
航空燃料生成手段では、メタノールから航空燃料を生成するには、公知の方法を用いることができるが、例えば、天ぷらや揚げ物などの料理で発生する廃食用油や牛脂や魚油などの動物性廃油とメタノールを混合し、塩基性の触媒を利用するエステル交換反応でディーゼル燃料（バイオディーゼル）を生成し必要な改質処理を行う。
【００３９】
反応用容器１１ａの内部の圧力範囲を０．２ＭＰａ〜１ＭＰａ、温度範囲を２００℃〜３００℃に設定する。この条件下で反応用容器１１ａの中に廃食用油や動物性廃油（食用廃油ｆｏ）と水素およびメタノールを投入し、燃料化用触媒１１ｂに接触させることで、−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−の形の炭化水素鎖を生じさせて所定の炭素数の航空燃料Ｆを生成する。燃料化用触媒１１ｂしては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ルテニウム、ゼオライトなどを組み合わせた複合触媒を用いる。生成した航空燃料Ｆは、反応用容器１１ａの開弁した流出路から取り出す。
【００４０】
上述したように、本発明の航空燃料の製造システム１あるいはメタノールの製造システム２は、炭酸ガス濃縮分離手段９により得た炭酸ガスをメタンガス化させることなく、メタノール生成手段１０により直接的にメタノールを得る。これに伴い、メタンガス化させるための設備やメタンガスを収容する設備が不要になることもあり、設備をコンパクト化し易い。そのため、例えば、既存の清掃工場や産廃処理場などの予め指定されている所定の廃棄物処理施設に設置できる。もちろん、新設される清掃工場や産廃処理場に設置することもできる。このような予め指定されている所定の廃棄物処理施設に設置することで、原料になる有機廃棄物Ｒを確保し易くなる。
【００４１】
家庭や商店、事業所から排出される可燃ゴミ、生ゴミは莫大な量なので、可燃ゴミおよび生ゴミの両方、または、そのうちの一方でも有機廃棄物Ｒとして使用すれば、有機廃棄物Ｆが不足することはない。これに伴い、本発明の製造システム１、２を安定的に稼働させて、メタノールや航空燃料Ｆを安定的に製造できる。加えて、可燃ゴミ、生ゴミの処分が同時にできるので、社会的には著しく大きな利益が得られる。
【００４２】
また、地震、台風、大雨、洪水、土砂崩れ、津波等の災害では、大量の流木が河川港湾等に発生することがある。また、損壊した建物によって大量の建築廃材が発生することがある。これら流木や建築廃材は、災害復興の際には円滑に処分できないことが多く、復興活動の障害にもなる。そこで、災害で発生した流木、建築廃材の両方、または、そのうちの一方でも有機廃棄物Ｒとして使用すれば、不要な流木や建築廃材を処分できるので迅速な災害復興に大きく寄与する。加えて、不要な流木や建築廃材を資源として有効に活用することにもなる。
【００４３】
さらには、災害地で発生した可燃ゴミ、生ゴミ、流木、建築廃材を原料として製造したメタノールや航空燃料Ｆを、災害復興に利用することもできる。例えば、災害地の近傍に位置する予め指定されている所定の災害支援拠点に航空燃料の製造システム１やメタノールの製造システム２を設置しておけば、その災害支援拠点で製造した航空燃料Ｆやメタノールを、災害復興に使用される機械、機器の燃料として活用できる。
【００４４】
例えば、災害時には機動性が高いヘリコプターが便利である。一方、災害地の近傍の災害支援拠点には外部から燃料が供給され難くなる、或いは、途絶えることもある。そこで、災害地の近傍の災害支援拠点において本発明を用いて航空燃料Ｆを製造する。そして、製造した航空燃料Ｆをその災害支援拠点を離陸するヘリコプターの燃料として使用する。これにより、その災害支援拠点では航空燃料Ｆの貯蔵量を削減できるとともに、航空燃料Ｆが不足するという問題を解消することが可能になる。山間部や離島での災害支援拠点にこの航空燃料の製造システム１やメタノールの製造システム２を設置しておくと非常に有益である。
【符号の説明】
【００４５】
１  航空燃料の製造システム
２  メタノールの製造システム
３  破砕機
４ａ  圧送ポンプ
４ｂ  熱交換器
５  分解炉
６  触媒炉
６ａ  無機化用触媒
７  空気供給器
８  気液分離器
９  炭酸ガス濃縮分離手段
９ａ  濃縮用容器
９ｂ  炭酸ガス吸着剤
９ｃ  減圧ポンプ
１０  メタノール生成手段
１０ａ  反応用容器
１０ｂ  メタノール生成用触媒
１１  航空燃料生成手段
１１ａ  反応用容器
１１ｂ  燃料化用触媒
【図１】
2018083760.tif 000003
【図２】
2018083760.tif 000004