(57)【要約】【課題】廃動植物油や廃プラスチック等を常圧で熱分解する場合、熱分解反応時間が長く、熱分解油の品質、収率が低く経済性も悪い。【解決手段】効率よく安価な水素が供給できれば上記課題はかなり改善される。その安価な水素源として水素含有量の多い植物油、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂をアルカリ剤と混合したものを熱分解反応促進剤とし原料である動植物油又はプラスチックに一定量添加し、常圧で熱分解を行うと、熱分解反応時間の短縮及び熱分解油の収率と品質及び経済性が向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物から生成した第１熱分解促進剤を第１原料と共に熱分解槽に投入して常圧下で３５０〜５００℃で熱分解をすることを特徴とする第１熱分解促進剤を用いるバイオディーゼル燃料製造方法。
【請求項２】
前記第１熱分解促進剤は、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂及びその混合樹脂を原料に対して５〜４０ｗｔ％、アルカリ剤を原料に対して３〜１５ｗｔ％混合した物質とすることを特徴とする請求項１記載の熱分解促進剤を用いるバイオディーゼル燃料製造方法。
【請求項３】
前記記載の第１原料は、植物性廃食用油、動物性廃食用油、パ−ム花房、パーム果実、パーム粉末、パーム油、ＰＯＭＥ、ジャトロハ果実、ココヤシ果実、ココナッツ油、藻を原料とすることを特徴とする請求項１乃至２記載の熱分解促進剤を用いるバイオディーゼル燃料製造方法。
【請求項４】
廃棄物から生成した第２熱分解促進剤を第２原料と共に熱分解槽に投入して常圧下で３５０〜５００℃で熱分解を行うことを特徴とする第２熱分解促進剤を用いるバイオディーゼル燃料製造方法。
【請求項５】
前記第２熱分解促進剤は、植物性廃食用油、動物性廃食用油、パ−ム花房、パーム果実、パーム粉末、パーム油、ＰＯＭＥ、ジャトロハ果実、ココヤシ果実、ココナッツ油、藻を原料に対して５〜４０％、アルカリ剤を原料に対して３〜１５％混合した物質とすることを特徴とする請求項４記載の第２熱分解促進剤を用いるバイオディーゼル燃料製造方法。
【請求項６】
前記第２原料は、廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油、廃石油系油を原料とすることを特徴とする請求項４乃至５記載の第２熱分解促進剤を用いるディーゼル燃料製造方法。
【請求項７】
植物性廃食用油、動物性廃食用油、パ−ム花房、パーム果実、パーム粉末、パーム油、ＰＯＭＥ、ジャトロハ果実、ココヤシ果実、ココナッツ油、藻及びこれらの腐敗物の群から選ばれる１又は複数の原料及び第１熱分解促進剤を熱分解槽に投入して、常圧下で熱分解するバイオディーゼル燃料製造装置であって、１又は複数の第１原料を３５０℃以上５００℃以下の温度に加熱する加熱炉と、撹拌しながらある時間滞留させて熱分解を行う熱分解槽と熱分解後に気化する熱分解ベーパを分解ガス、軽質油、中重質油に分留する蒸留塔と、中重質油をバイオディーゼル燃料油とする溶剤抽出装置又は水素化処理装置とからなるバイオディーゼル燃料油の製造装置。
【請求項８】
上記熱分解槽の前段に設けられ、上記１又は複数の原料に第１熱分解促進剤を注入する溶融機を更に備えた請求項７記載のバイオディーゼル燃料油の製造装置。
【請求項９】
廃プラスチック原料が投入され、この原料に加熱された第２熱分解促進剤を熱分解槽に投入して常圧下で熱分解するディーゼル燃料製造装置であって、１又は複数の第２原料を３５０℃以上５００℃以下の温度に加熱する加熱炉と、撹拌しながらある時間滞留させて熱分解を行う熱分解槽と熱分解後に気化する熱分解ベーパを分解ガス、軽質油、中重質油に分留する蒸留塔と、中重質油をディーゼル燃料油とする溶剤抽出装置又は水素化処理装置とからなるディーゼル燃料油の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は廃食用油、パ−ム、ＰＯＭＥ（パーム油製造工場廃液）、ジャトロハ、藻及び廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油等石油系油の熱分解を効率的に行う為の熱分解促進剤の種類と添加量及びアルカリ剤の添加量に関する。
【背景技術】
【０００２】最近、化石燃料に代替されるバイオマスエネルギ−が盛んに研究され更に廃プラスチック等有機物からもボイラ−燃料、ディ−ゼル燃料化が期待されている。処理方法は熱分解法、水素化分解法、ガス化法、メチルエステル化法、酵素法等各種あるが一長一短があり平易なものとして常圧熱分解法がある。しかし本法は反応時間が長く且つ品質も良くない。【０００３】従来、それらを解決する方法として高温、高圧水素添加、高価な触媒、溶剤が使用されている。品質は大幅に改善されているが、高価格であり装置は大規模となり経済性は良くないのが実情であり、実用化されているのはほんの一部に過ぎない。【０００４】特許文献１に開示されている先行技術の場合、劣化した廃食油や不純物を含む油脂等から主としてディーゼルエンジン用燃料に適した高品質の燃料を、低コストで副生物なく合成しうる油脂の常圧・熱分解方法であり、高品質を得るために原料となる油脂から各酸素成分を除去し炭化水素化合物を合成しようとするものであるが、経済性は良くない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３５３１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】常圧・熱分解方法は反応に時間がかかり、また熱反応系の設備が大きくなるために余分な熱量が必要となり、結果経済性に悪い影響を与えることとなる。【０００７】本熱分解は熱分解油の収率、品質（燃焼性、酸化安定性等）面で市販の燃料油と比較し相当劣る。【０００８】本熱分解を長期に安定に運転する為には槽内壁、管内壁に生成するコ−キング問題を改善させなければならない。【０００９】高温、高圧、水素添加すれば良質の燃料油は得られる事は周知の事実であるが、高コストとなる欠点がある。常圧下で安価な反応促進剤の開発が必要とされる所以はこの点にあるといえる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】そこで、本発明に係るバイオディーゼル燃料油の製造方法は、第１原料を熱分解槽に投入して第１熱分解促進剤であるアルカリ剤を原料に対して３〜１５ｗｔ％及びポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びその混合樹脂を原料に対し５〜４０ｗｔ％添加して常圧下で３５０〜５００℃で熱分解を行う。第１熱分解促進剤は、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂及びその混合樹脂にアルカリ剤を混合した物質、第１原料は、植物性廃食用油、動物性廃食用油、パ−ム花房、パーム果実、パーム粉末、パーム油、ＰＯＭＥ、ジャトロハ果実、ココヤシ果実、ココナッツ油、藻を原料として、常圧下で高温熱分解を行わせ、得られた熱分解中質油から低粘性で低流動点、且つ高セタン価の燃料油を高収率に得るようにしたことを特徴とする。【００１１】本発明の特徴の１つは、原料であるプラスチックに第２熱分解促進剤であるアルカリ剤を原料に対して３〜１５ｗｔ％及び植物油等を５〜４０ｗｔ％添加し常圧下で３５０〜５００℃で熱分解を行う。
プラスチックに対する第２熱分解促進剤は、植物性廃食油、動物性廃食油、パーム花房、パーム果実、パーム粉末、パーム油、ＰＯＭＥ、ジャトロハ果実、ココヤシ果実、ココナッツ油、藻等全植物油にアルカリ剤を混合した物質、第２原料は廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油、廃石油系油を原料として、常圧下で高温熱分解を行わせ、得られた熱分解中質油から低粘性で低流動点、且つ高セタン価の燃料油を高収率に得るようにした点にある。【００１２】熱分解反応性、品質、コ−キング問題は明らかに水素の不足と云える。
石炭液化に於いてテトラリン、クレゾ−ル油やアントラセンが水素供与性溶剤として使用される。それら以外に水素を多く含むポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及びその混合物、且つ植物油（トリグリセリド）を選定し原料である廃植物性油、廃動物性油、廃プラスチック、廃タイヤ、パーム、ＰＯＭＥ、ジャトロハ等の実、果実にそれらを添加し且つアルカリ剤を添加すると熱分解時間が短縮し、熱分解油収率が増加し、熱分解油組成がパラフイン化し燃焼性が優れる事を見出した。【００１３】処理対象原料は廃食油、パーム等の植物系原料と廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油等の石油系油に適用される。植物系原料にはアルカリ剤を原料に対して３〜１５ｗｔ％、そして水素含有量の高いポリエチレン樹脂もしくはポリプロピレン樹脂又はその混合樹脂を原料に対して５〜４０ｗｔ％添加し熱分解する。
プラスチック原料に対してはアルカリ剤を原料に対して３〜１５ｗｔ％、そして水素含有量の高い植物油を原料に対して５〜４０ｗｔ％添加する。
タイヤ、廃潤滑油等石油系油に対してはアルカリ剤を原料に対して３〜１５ｗｔ％、ポリエチレン樹脂もしくはポリプロピレン樹脂又はその混合樹脂又は植物油を原料に対して５〜４０ｗｔ％添加し熱分解する。【００１４】アルカリ剤の添加は塩素等酸性物質の中和と緩い熱分解反応に寄与する。
ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂のポリオレフイン系樹脂はＣ／Ｈ比が高く即ち水素含有量が高い為に燃焼性に優れた（パラフイン多く、セタン価の高い）熱分解油が得られる。また水素がコ−キング生成を抑制し熱分解ガスの発熱量も高くなる。
植物油の主要組成であるトリグリセリドも水素含有量が高くプラスチック、タイヤ、石油系油にアルカリ剤一緒に熱分解すれば同様な効果を示す。【００１５】それらの熱分解反応条件は常圧で、温度３５０〜５００℃で行われ反応時間は原料の種類、処理目的で異なるが反応時間、収率、熱分解油の品質は大幅に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】廃食用油を原料とする場合の第１熱分解促進剤を使用した連続式バイ  オディーゼル燃料油の製造装置の好ましい実施形態を示す概念図。
【図２】廃プラスチックを原料とする場合の第２熱分解促進剤を使用した連続式バイオディーゼル燃料油の製造装置の好ましい実施形態を示す概念図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る原料が廃食用油のバイオディーゼル燃料油の製造装置の好ましい実施形態を示す。（名称）廃植物油を原料として熱分解促進剤（ポリエチレン樹脂、アルカリ剤）添加によるディ−ゼル燃料油の製造工程。【００１８】図２は本発明に係る廃食用油のディーゼル燃料油の製造装置の好ましい実施形態を示す。（名称）廃植物油を原料として熱分解促進剤（ポリエチレン樹脂、アルカリ剤）添加によるディ−ゼル燃料油の製造工程を示す。【００１９】原料として廃食用油を石油と同等の組成を有する熱分解油に転換する基本フロ−は図−１となる。廃食用油は熱分解油と熱交換され加熱器で４２０〜４５０℃に加熱され熱分解槽に導入する。熱分解促進剤ポリエチレン樹脂，ポリプロピレン樹脂とアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２は溶融機で約２５０〜３００℃に加熱され熱分解槽に一定量注入する。熱分解に必要な熱は直接加熱又は間接加熱で与え常圧下、４００〜４５０℃で反応時間は２〜５時間保持し熱分解する。熱分解残渣は熱分解槽底から一定量排出される。【００２０】  原料として廃プラスチックを石油と同等の組成を有する熱分解油に転換する為の基本フロ−は図−２となる。廃プラスチックにアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２を一定量添加し溶融機２５０〜３００℃に加熱し熱分解槽に張込む。植物油は熱分解油と熱交換し２５０〜３００℃で一定量熱分解槽に添加する。熱分解に必要な熱は直接加熱又は間接加熱で与え常圧下、４００〜４５０℃で３〜５時間保持し熱分解する。熱分解残渣は一定量熱分解槽底から抜出す。
【実施例１】
【００２１】原料として廃食用油を石油と同等の組成を有する熱分解油に転換する為の基本フロ−は図−１となる。図−１は連続式である。廃食用油を加熱炉４で４００〜４５０℃に加熱し熱分解槽の底部に直接張込む。同時に第１熱分解促進剤であるポリエチレン樹脂を原料に対して２５ｗｔ％及びアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２を原料に対して７ｗｔ％溶融機に投入し３００℃昇温溶融して熱分解槽に張込む。【００２２】熱分解槽で撹拌しながら滞留時間４時間維持し熱分解を行う。熱分解残油は濃縮され槽底から連続して系外に５ｗｔ％抜出す。気化した熱分解ベーパは蒸留塔３に張込まれ沸点範囲ごと分解ガス、軽質油、中重質油に分留される。分解ガス、軽質油の一部及び残油は自家燃料として使用される。【００２３】中重質油は冷却後溶剤抽出装置５に張込まれ抽出剤に有機塩素、窒素及び酸化安定性に悪影響を与えるオレフイン等を除去し安定したバイオディ−ゼル燃料となる。溶剤抽出法でなく水素化精製でも良い。本法で処理した場合の収率は分解ガス１６．０ｗｔ％、軽質油９．８ｗｔ％、残油４．２ｗｔ％、ディ−ゼル燃料油７０．０ｗｔ％となった。
【実施例２】
【００２４】原料として廃プラスチックを石油と同等の組成を有する熱分解油に転換する為の基本フロ−は図−２となる。図−２は連続式である。熱分解に必要な熱は熱分解して得られた中重質油必要量を加熱炉４にて４００〜４５０℃に再加熱し熱分解槽２の底部に直接張込む。同時に第２熱分解促進剤である植物油を原料に対して２５ｗｔ％及びアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２を原料に対して７ｗｔ％熱分解槽２に投入し且つ廃プラスチックは溶融機１で３００℃昇温溶融して熱分解槽２に張込む。【００２５】熱分解槽２で撹拌しながら滞留時間４時間維持し熱分解を行う。熱分解残油は濃縮され槽底から５ｗｔ％連続して系外に抜出す。気化した熱分解ベーパは蒸留塔３に張込まれ沸点範囲ごと分解ガス、軽質油、中重質油に分留される。分解ガス、軽質油の一部及び残油は自家燃料として使用される。【００２６】中重質油は冷却後溶剤抽出装置５に張込まれ抽出剤に有機塩素、窒素及び酸化安定性に悪影響を与えるオレフイン等を除去し安定したバイオディ−ゼル燃料となる。溶剤抽出法でなく水素化精製でも良い。本法で処理した場合の収率は分解ガス８．０ｗｔ％、軽質油１１．０ｗｔ％、残油２．０ｗｔ％、ディ−ゼル燃料油７９．０ｗｔ％となった。【００２７】テスト結果を下記に示す。
廃食用１００ｇにポリエチレン樹脂を廃食用油に対し０〜４０ｗｔ％添加し且つアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２を廃食用油に対して１０ｗｔ％添加した。また廃食用油単体にアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２を１０ｗｔ％添加し、またポリエチレン樹脂単体で、各常圧下、熱分解温度３５０〜４５０℃で熱分解を行い熱分解油収率と熱分解時間を比較した。
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備考  １）ポリエチレン単体での熱分解油収率８０ｗｔ％
２）廃食用油は全て１０ｗｔ％のＣａ（ＯＨ）２  添加
上記表のデ−タから１）熱分解油実績値は全て熱分解油目標値より高く増加率が３〜４ｗｔ％全て増えている。即ちポリエチレン樹脂を添加した反応面での効果が確認できた。熱分解時間は廃食用油と１０ｗｔ％のＣａ（ＯＨ）２添加で６時間要しているがポリエチレン樹脂３０ｗｔ％添加した場合、３時間１０分と約半減している。原料としてポリプロピレン樹脂、パームＣＰＯ、ジャトロハも同様に行った結果、ほとんど同じ傾向を示した。【００２８】植物油にポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂をアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２と伴に一定量添加し熱分解した場合、且つプラスチックに植物油をアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２と伴に一定量添加し熱分解した場合、廃タイヤ、石油系油にポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂をアルカリ剤Ｃａ（ＯＨ）２と伴に一定量添加し熱分解した場合に熱分解油収量は確実に増し且つ反応時間が大幅に短縮する事が実験により確認できた。さらにポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、植物油を熱分解すればパラフインが増大することから熱分解油の品質面に於いてセタン指数が増加し燃焼性が改善する。また熱分解促進剤であるポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、植物油も同時に熱分解する為に全体の熱分解油量は増大する。【００２９】上記効果が得られるのはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂及び植物油の水素含有量が高い場合で例えばポリエチレン樹脂（１４．３ｗｔ％）、ポリプロピレン樹脂（１４．３ｗｔ％）、植物油（トリグリセリドとして約１９．０ｗｔ％）に対し石炭は５．２ｗｔ％、ポリエチレン樹脂Ｔ樹脂４．２ｗｔ％と水素含有量は約１／３である。
【発明の効果】
【００３０】以上述べたように本発明によれば、廃棄物から生成した第１熱分解促進剤と植物性廃食用油、動物性廃食用油等を常圧下で熱分解を行うことで、熱分解反応時間が大幅に短縮され、熱分解油の収率が上昇し、且つ熱分解油の品質及び経済性が大きく向上する。
また、植物性廃食油、動物性廃食油等から生成した第２熱分解促進剤とプラスチック（ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂）を常圧下で熱分解を行うことで、熱分解反応時間が大幅に短縮され、熱分解油の収率が上昇し、且つ熱分解油の品質及び経済性が大きく向上する。
更に、廃棄物から生成した第１熱分解促進剤と廃タイヤ、廃潤滑油、廃石油系油を常圧下で熱分解を行うことで、熱分解反応時間が大幅に短縮され、熱分解油の収率が上昇し、且つ熱分解油の品質及び経済性が大きく向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】処理対象物は廃食用油、パーム、ＰＯＭＥ、ジャトロハ、ココナッツ、藻等からディ−ゼル燃料油、ボイラ−燃料油を製造する。【００３２】処理対象物が廃プラスチック、廃タイヤ、廃潤滑油等石油系油からボイラ−燃料、ディ−ゼル燃料を製造する。
【符号の説明】
【００３３】１    名称１  溶融機
２    名称２  熱分解槽
３    名称３  蒸溜塔
４    名称４  加熱炉
５    名称５  溶剤抽出装置又は水素化処理装置
ＰＥ：ポリエチレン樹脂
ＰＰ：ポリプロピレン樹脂
ＰＯＭＥ：パ−ム油製造工場廃液
【図１】
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【図２】
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