(57)【要約】【課題】改質装置から廃液として排出されるグリセリンの処理と、排気ガスの臭気処理を図る。【解決手段】改質装置１で得られたグリセリンを、ガスタービン設備５から排出される排気ガスを脱臭する脱臭装置の燃焼手段であるバーナ８の燃料として使用し、排気ガス中の臭気成分を燃焼させ脱臭する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムとメタノールとを混合し反応させて得られたナトリウムメトキサイド若しくはカリウムメトキサイドを廃植物油に反応させてグリセリンと改質燃料であるメチルエステルを得る改質装置と、液体燃料と前記改質装置で得られた改質燃料とを併用して稼動させる熱機関と、この熱機関で発生した排気ガス中の臭気成分を燃焼手段により燃焼させて脱臭排出する脱臭装置と、を備えたことを特徴とする廃植物油の再利用システム。
【請求項２】
前記燃焼手段の燃料として、前記改質装置で得られたグリセリンを供給することを特徴とする請求項１に記載の廃植物油の再利用システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃植物油を改質し、熱機関であるマイクロガスタービン（出力が３００ＫＷ以下のガスタービン）、ディーゼルエンジン等の燃料とする廃植物油の再利用システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境や資源等への配慮から、家庭および外食産業などで使用されて捨てられる食用油をはじめとする廃植物油を改質してエステルを取り出し、改質燃料として再利用する方法が開発されている。
【０００３】
例えば、廃食用油にメタノールと苛性アルカリを作用させてメチルエステルを得る際に、残留する副産物を重油代替燃料等に有効利用する方法（例えば、特許文献１参照。）、廃食用油からメチルエステルとグリセリンを連続的に製造する方法及び装置等である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
エステル交換反応を用いて行われる廃植物油の改質の各工程を以下に説明する。
【０００５】
第１工程において、廃植物油に、水酸化ナトリウム（若しくは水酸化カリウム）とメタノールとを混合し反応させて得たナトリウムメトキサイド（若しくはカリウムメトキサイド）を反応させ、グリセリンとメチルエステル（改質燃料）に分解させる。この第１工程で得られたグリセリンとメチルエステルからグリセリンを排出し、メチルエステル（改質燃料）だけを第２工程で取り出す。この第２工程で取り出した改質燃料はアルカリ性となっているため、第３工程で塩酸等を用いて改質燃料を中和させる。第４工程で中和させた改質燃料に凝集剤を投入して不純物を、凝集、沈殿させて取り除く。その後、第５工程で改質燃料を温水にて洗浄し、グリセリンなどの不純物を完全に除いて、改質燃料を完成させる。
【０００６】
そして、上記工程を自動化した改質装置が既に製品化されている。
【０００７】
また、廃食用油をアルカリ還元水で処理し、再び食用油に供することができる程度に精製する技術や、廃食用油をアルカリ還元水で処理し、グリセリンを抽出する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００８】
また、燃料を熱機関に使用した際に出る排気ガス中の臭気成分を燃焼脱臭する技術も開示されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２３５５７３号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平１０−１８２５１８号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２００２−１１４９９２号公報
【００１２】
【特許文献４】
特開２００１−１２７１７号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
廃植物油をエステル交換反応により改質すると、グリセリンと改質燃料として使用されるメチルエステルが生成される。現状では、メチルエステルを取り出すことを主目的としている場合は、生成したグリセリンの有効な利用方法が無いことから、グリセリンは廃液として処理されている。
【００１４】
メチルエステルの生成量を１００％とすると、グリセリンはおよそその５〜２０％程度の量が生成される。このため、グリセリンを廃液処理する際の方法（例えば、再利用方法等。）や、処理コスト等が問題となっている。
【００１５】
また、改質装置により得た改質燃料を用いてディーゼルエンジン等の熱機関を運転した場合、未燃焼の改質燃料が排ガスと共に排気されると、独特の臭気を発生することから、脱臭を行うことも要望されている。
【００１６】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、その目的は、グリセリンの有効利用方法と、排気ガス中の臭気成分を除去するようにした廃植物油の再利用システムを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１の廃植物油の再利用システムは、水酸化ナトリウム若しくは水酸化カリウムとメタノールとを混合し反応させて得られたナトリウムメトキサイド若しくはカリウムメトキサイドを廃植物油に反応させてグリセリンと改質燃料であるメチルエステルを得る改質装置と、液体燃料と前記改質装置で得られた改質燃料とを併用して稼動させる熱機関と、この熱機関で発生した排気ガス中の臭気成分を燃焼手段により燃焼させて脱臭排出する脱臭装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明によれば、排気ガス中に含まれる臭気成分を処理することができる。
【００１９】
請求項２の廃植物油の再利用システムは、前記燃焼手段の燃料として、前記改質装置で得られたグリセリンを供給することを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明によれば、グリセリンの処理設備が不要になり、グリセリンを有効利用できる。また、排気ガス中に含まれる臭気成分を処理することができる。
【００２１】
なお、脱臭装置における臭気成分の燃焼は、直接燃焼式、触媒燃焼式のどちらを用いてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
出願人は、改質した廃植物油を熱機関の燃料として使用して発電を行う廃植物油の再利用システムについて、既に特願２００２−１７０７９３として特許出願している。
【００２３】
そこで先ず、特願２００２−１７０７９３の廃植物油の再利用システムについて、図面に基いて説明する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態を示す構成図である。１は、従来技術において説明した廃植物油を改質してグリセリンと改質燃料であるメチルエステルを得る改質装置である。
【００２５】
２は改質装置１で得られた改質燃料を貯蔵する改質燃料タンク、３は燃料供給部４に供給される灯油等の燃料を貯蔵する液体燃料タンクである。これら各タンクの送出管路１０、２０にはそれぞれ弁体としての電磁弁１１、２１とストレーナ１２、２２が配設されている。送出管路１０、２０の先端はそれぞれ調圧機能を有した燃料供給部４に連結している。なお、灯油のかわりとして軽油、Ａ重油等後述のガスタービン設備５の稼動に使用できる液体燃料であればよい。
【００２６】
燃料供給部４はガスタービン設備５に燃料を供給するものであり、ポンプ４１（４１ａ、４１ｂ）、流量計４２（４２ａ、４２ｂ）及びガスタービン設備５への燃料の供給圧力を所定値に維持するためのリリーフバルブ４３（４３ａ、４３ｂ）とリザーバータンク４４（４４ａ、４４ｂ）を有しており、リザーバタンク４４を流出した燃料はポンプ４１に返却される。４５（４５ａ、４５ｂ）はガスタービン設備５への燃料供給管に設けられた圧力ケージであり、また４６（４６ａ、４６ｂ）は燃料供給管路を流れる燃料温度を測定するための温度検出体である。
【００２７】
ガスタービン設備５は燃焼室、圧縮機、タービン、発電機等を有するマイクロタービンから構成されるシステムからなり、燃焼効率を考慮するとコーゼネシステム構成とすることにより、より有利なシステム構成となる。なお、ガスタービン設備５は、液体燃料から得られる熱エネルギーを力学的仕事に変化させる熱機関であれば他の装置を用いてもよい。
【００２８】
計測盤６は補機として設置され、この計測盤６は演算部６０を有してガスタービン設備５から運転開始信号ＤＲｓと負荷がかかったことを示すロード信号Ｌｓを貰い、計測盤６からガスタービン設備５には運転準備完了信号ＯＫが出力される。
【００２９】
また、この計測盤６には、改質燃料タンク２からの油量信号Ｏｓと燃料供給部４から燃料の流量、温度の検出信号Ｄｓ、及び廃植物油改質装置１からの流量、温度の検出信号や、燃料供給部４における運転準備完了信号等が入力される。なお、検出された流量信号は、燃料供給管路に流れる燃料詰まりや、燃料切れ等の異常事態を検出するためのもので、信号検出時には燃料供給路の切り換え等に使用される。
【００３０】
回収された廃植物油は改質装置１によりグリセリンと改質燃料であるメチルエステルに分解される。改質燃料は改質燃料タンク２に移送され貯蔵される。表１に改質燃料の一般的な物性を示す。これによると、改質燃料は引火点が１８０〜１９０℃と高いためガスタービンをコールドスタートさせることは出来ない。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
そのためガスタービンの始動時には、電磁弁２１の流路を開路することによって電磁弁２１、ポンプ４１ａおよび流量計４２ａを通してガスタービン設備５に灯油を供給し、この灯油によりガスタービンをスタートさせる。
【００３３】
このときリリーフバルブ４３ａはガスタービン設備５に供給される燃料が所定値となるよう微調整し、余分な燃料はリリーフバルブ４３ａを介してリザーバタンク４４ａに返送している。
【００３４】
任意時間が経過し、ガスタービン設備５の燃焼室温度が上昇して改質燃料の引火点に十分に達したとき電磁弁２１を閉じ、電磁弁１１を開き供給燃料を灯油から改質燃料に切り換える。灯油のときと同様にして改質燃料が燃料としてガスタービン設備５に供給される。このとき改質燃料に混入している比較的大きな異物は、ストレーナ１２によって除去される。
【００３５】
なお、廃植物油を回収できる量には限界があり、改質燃料がなくなってしなう場合がある。この場合は電磁弁を再度切り換えて灯油をガスタービン設備５に供給する。
【００３６】
ところで、改質燃料から灯油に切り換えたときには次のような問題が生じる。
【００３７】
廃植物油の油脂は、グリセリンに３つの脂肪酸が結合したトリアシルグリセリンが多数集まった混合物であり、グリセリンを含むことから粘度が高いものとなっている。そこで燃料として利用するには、アルカリ触媒を用いたメタノールとのエステル交換反応によってグリセリンと脂肪酸エステルに分解する必要がある。このときグリセリンの除去を行うために改質燃料を水で洗浄するが、改質燃料に水が残留する惧れがある。水が残留していると、水と極性の低い灯油とが攪拌されることによって乳化し、これが燃料切り換え時にガスタービン設備５の温度と出力に変動現象として現れる。
【００３８】
図３は、その実験データを示したもので、１２３分まではガスタービン設備５への燃料を灯油とし、それ以後は改質燃料としたものである。燃料を改質燃料に切り換えた１２５分過ぎにガスタービン設備５の温度と出力に変動現象が発生している。この変動現象は、実用的には差し支えないが、図１では変動現象防止のために灯油ルートと改質燃料ルートにそれぞれ個別の燃料供給ルートを設けている。なお、この燃料供給部４は灯油、改質燃料ルート共用でもよいことは勿論である。
【００３９】
しかし、燃料供給ルートをそれぞれ個別に設けても、改質燃料供給のまま燃料切れなどによりそのまま供給停止し、燃料供給管や燃焼室内に改質燃料が残った場合には、次回始動時に灯油での始動が出来なくなる。これを防止するために、停止時に室内燃料を灯油に切り換えておく必要がある。
【００４０】
また、改質燃料はその粘性が高いため、ある程度の温度以上でないと流動性が悪く、十分に燃焼しない可能性を有している。
【００４１】
そこで、停止時には燃焼室内の燃料を確実に灯油ルートに切り換えておくために計測盤６内に演算部６０を設置してある。
【００４２】
図２は演算部６０における燃料供給部４の操作フローチャートを示したものである。
【００４３】
演算部６０は、ステップＳ１においてガスタービン設備５よりの運転開始信号ＤＲｓの有無を判断し、信号なし時にはそのまま待機状態を継続するが、運転開始信号あり時には、ステップＳ２において電磁弁２１に対して開路命令を出力すると共に、ポンプ４１ａを起動する。演算部６０は、燃料供給部４側よりの準備完了信号がフィードバックされたことを受けてガスタービン設備５に対して起動ＯＫ信号を出力する。したがって、ガスタービン設備５は、ＯＫ信号入力を条件に起動され、燃焼室には燃料供給ルートを通った燃料が供給される。
【００４４】
ガスタービン設備５が運転状態ステップＳ３であることを条件に、ステップＳ５では改質燃料が規定値以上となって流動性が十分によくなったかが否かが判断され、規定値以上のときにはステップＳ６でガスタービン設備５よりのロード信号Ｌｓの有無を判断し、ガスタービン設備５に負荷がかかりロード信号Ｌｓありとなったときには、燃料供給部４に対して灯油ルートから改質燃料ルートへの切り換え信号を出力する。すなわち、電磁弁２１、ポンプ４１ａをオフとし、電磁弁１１、ポンプ４１ｂをオン状態に切り換えて以下は改質燃料ルートを通してガスタービン設備５の燃焼室には改質燃料が供給されて運転が継続される。
【００４５】
ステップＳ５において、何らかの理由で改質燃料の温度が規定値以上にならなかった場合にはステップＳ２に戻り、また、ステップＳ６においてロード信号Ｌｓなし時にもステップＳ２に戻り、共に灯油ルートを経て燃焼室には灯油の供給が継続される。
【００４６】
停止時には次のように制御される。
【００４７】
ガスタービン設備５の停止時には、一般に、負荷を切り離した後に無負荷にてアフタークリーニング運転が行われる。そこで、ガスタービンの負荷が切り離されたことをステップＳ６においてロード信号Ｌｓの有無で判断し、負荷がなくなったときにステップＳ２に戻り、演算部６０は燃料供給部４に対して灯油ルートに切り換えるべく信号を出力する。したがって、燃焼室内の燃料は灯油となり、その後のステップＳ３で運転開始信号ＤＲｓがなくなったときにステップＳ４で灯油の供給も停止して次回始動時に備える。
【００４８】
なお、燃料として改質燃料を供給しているとき、その改質燃料の残量が低下した場合においても改質燃料から灯油供給へと切り換え制御が行われる。
【００４９】
この場合、改質燃料タンク２には油量の上限、下限を検出するリミットスイッチ等の検出体が設置されており、油量信号Ｏｓとして計測盤６に入力されている。図２では省略されているが、演算部６０は、サブルーチン制御として、信号Ｏｓが下限量と判断したときと圧力計４５ｂにより検出された圧力が異常状態となったときには、改質燃料ルートから灯油ルートへの切り換え制御が行われる。
【００５０】
以上説明した廃植物油の再利用システムにおいては、ガスタービン設備５から未燃の改質燃料が排ガスとともに排気されると、独特の臭気が発生することがあり、必要に応じて脱臭を行うことが好ましいとの要望がある。
【００５１】
そこで本発明は、廃植物油の再利用システムにおいて、ガスタービン設備からの排ガス排出経路に脱臭装置を設けて構成したものである。
【００５２】
本実施の形態における脱臭装置は、図１中の脱臭炉７と燃焼手段であるバーナ８とを有して構成された燃焼式の脱臭装置である。燃焼式の脱臭装置としては、常時燃料を供給して８００℃以上の温度で悪臭成分を含んだ排ガスを燃焼処理することで、脱臭を行う直接燃焼式（又は気相燃焼式）と、燃焼触媒の存在下で５００℃あるいはそれ以下の比較的低温で悪臭成分を含む排ガスを処理する触媒燃焼式（接触燃焼式）等があり、本発明においては何れの燃焼処理方式を用いた脱臭装置も適用することができる。
【００５３】
ここで本実施の形態においては、脱臭装置の燃焼手段であるバーナ８の燃料として、改質装置１において改質燃料と共に生成される、この種のシステムにおいては廃液として処理されていたグリセリンを用いている。即ち、改質装置１において生成されたグリセリンは、図示省略したポンプ等の燃料供給手段により、配管を介して、バーナ８に燃料として供給されるよう構成されている。
【００５４】
そしてこの脱臭装置は、計測盤６からのガスタービン設備５の運転状態、即ち排ガスの排出状況に応じてポンプを調整してバーナ８の稼動状態を制御したり、任意の位置に臭いセンサを配置し、臭いセンサの測定値に応じてポンプを調整してバーナ８の稼動を制御するように構成しても良い。
【００５５】
以上の構成で、廃植物油の再利用システムを運転する際には常時若しくは臭気が気になる場合に脱臭装置を稼動することにより、臭気による問題を解消することができ、しかもこの種のシステムにおいては廃液として処理されていたグリセリンを脱臭装置の燃料として有効に活用することができる。
【００５６】
なお、廃植物油を改質した際に得られるグリセリンは粘度と灰分等が多く、バーナ８の燃料として使用することが困難な場合もあるが、そのような場合には図１に示すように、液体燃料タンク３から図示省略した燃料供給手段（ポンプ等）によって送出配管２０ａを介して燃料を導入し、グリセリンと混合して使用することで、グリセリンをバーナ８の燃料として有効活用することができる。
【００５７】
また、脱臭装置、改質装置１の運転状況等によっては、グリセリン生成量が不足する場合がある。その場合は、液体燃料タンク３から液体燃料を導入して脱臭装置を運転する。
【００５８】
つまり、脱臭装置の運転は、グリセリンのみを燃料とする、グリセリンと液体燃料を混合して燃料とする、液体燃料のみを燃料とする、場合の３通りの形態がある。
【００５９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は以下の効果を奏する。
【００６０】
熱機関から排ガスと共に排気される未燃の改質燃料により生じる臭気を脱臭することができる。
【００６１】
この種のシステムにおいては廃液として処理されていた改質装置において生成されるグリセリンを、バーナの燃料として有効活用でき、これによって排ガスの脱臭を行うと共にグリセリンの廃液処理も不要とすることができる。
【００６２】
改質装置で生成した改質燃料を用いて、熱機関を運転し、また、通常は廃液処理されるグリセリンを熱機関の排気ガス処理に利用することで、改質装置、熱機関、脱臭装置を一連のシステムとして稼動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す構成図。
【図２】本発明の演算部の動作を説明するフローチャート。
【図３】燃料切り換えによるガスタービンの出力特性図。
【符号の説明】
１…改質装置
２…改質燃料タンク
３…液体燃料タンク
４…燃料供給部
５…ガスタービン
６…計測盤
７…脱臭炉
８…バーナ
１０、２０…燃料供給管路
１１、２１…電磁弁
１２、２２…ストレーナ
４１（４１ａ、４１ｂ）…ポンプ
４２（４２ａ、４２ｂ）…流量計
４３（４３ａ、４３ｂ）…リリーフバルブ
４４（４４ａ、４４ｂ）…リザーバタンク
４５（４５ａ、４５ｂ）…圧力ゲージ
４６（４６ａ、４６ｂ）…温度検出体
６０…演算部
【図１】
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【図２】
2004156836.tif 000005
【図３】
2004156836.tif 000006