(57)【要約】【課題】有機系廃棄物やバイオマスの部分酸化ガス化により得られたバイオメタノールを利用する完全植物由来のバイオディーゼル燃料製造システムを提供する。【解決手段】バイオディーゼル燃料製造システム１０−１は、バイオマスをガス化してなるガス化生成ガス１１を圧縮機１２で圧縮してメタノール１３を合成するメタノール合成装置１４と、合成したメタノール１３と油脂１５とを用いてバイオ燃料成分１６を超臨界合成する超臨界合成装置１７と、超臨界合成装置１７からのバイオ燃料成分１６を気液分離し、バイオディーゼル燃料１８を得る気液分離装置１９とを具備する。【選択図】        図１
2009155544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス化生成ガスを圧縮機で圧縮してメタノールを合成するメタノール合成装置と、
合成したメタノールと油脂とを用いてバイオ燃料成分を超臨界合成する超臨界合成装置と、
超臨界合成装置からのバイオ燃料成分を気液分離し、バイオディーゼル燃料を得る気液分離装置とを具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システム。
【請求項２】
バイオマスをガス化してなるガス化生成ガスを圧縮機で圧縮してメタノールを合成するメタノール合成装置と、
合成したメタノールを液化する液化装置と、
液化したメタノールと油脂とを用いてバイオ燃料成分を超臨界合成する超臨界合成装置と、
超臨界合成装置からのバイオ燃料成分を気液分離し、バイオディーゼル燃料を得る気液分離装置とを具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システム。
【請求項３】
バイオマスをガス化してなるガス化生成ガスを圧縮機で圧縮してメタノールを合成するメタノール合成装置と、
合成したメタノールを液化する液化装置と、
液化したメタノールと油脂とを用いてバイオ燃料成分を超臨界合成する超臨界合成装置と、
超臨界合成装置からのバイオ燃料成分を気液分離し、バイオディーゼル燃料を得る気液分離装置と、
前記超臨界合成装置からの圧力を回収するタービン設備と、タービン設備からのオフガスを燃焼するエンジンとを具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システム。
【請求項４】
請求項３において、
ガス化生成ガス中の重質油を分離する分離装置を設け、分離した重質油をエンジンで燃焼させることを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばパーム油や油脂とメタノールとを用いてバイオディーゼル燃料を製造するバイオディーゼル燃料製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特に欧州で実用化されているバイオディーゼル燃料（以下、「ＢＤＦ：Bio Diesel Fuel」ともいう）製造には、塩基性触媒のもとで油脂にメタノールを加えてエステル交換反応を行うアルカリ触媒法が工業的に採用されている（特許文献１）。
【０００３】
他のＢＤＦ合成法として、超臨界メタノールを用いた製造法が提案されている（特許文献２、３、非特許文献１）。超臨界状態のメタノールはアルコリシスの機能を持つため、当手法では無触媒でトリグリセリドとのエステル交換反応が進行する。また遊離脂肪酸ともエステル化反応が進行するため、遊離脂肪酸を多く含む油脂類でも高収率で脂肪酸メチルエステルが得られ、アルカリセッケンなどを生成することもない。さらに、無触媒のプロセス故に反応後の分離・精製が容易であり、水の影響もアルカリ触媒法と比べて小さいという利点も併せ持っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５４６４７号公報
【特許文献２】特開２００５−６０５９１号公報
【特許文献３】特開２００７−１５３９２８号公報
【非特許文献１】坂志朗  「超臨界メタノール法によるバイオディーゼル燃料」  Journal of the Institute of Energy 84,416-419 (2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の提案では、油脂中に含まれる水や遊離脂肪酸の影響で脂肪酸メチルエステル収率の低下を招き、さらに触媒やアルカリセッケンを除去するためのプロセスも必要となる。従って、アルカリ触媒法ではこれら不純物の割合の多い廃食油などからのＢＤＦ製造は困難である。
【０００６】
また、特許文献２、３の提案では、メタノールを超臨界状態にするには、８１ａｔｍ以上の条件とする必要があり、概算では生成物のＢＤＦの２０〜４０％のエネルギを要するため、未だ工業的に利用されている例は見当たらない。
【０００７】
さらに、実用化されているアルカリ触媒法では、ＢＤＦのもう一つの原料となるメタノールは依然として化石燃料である天然ガス由来のものを使用しているのが現状である。
【０００８】
従って真の意味でカーボンニュートラルなＢＤＦを得るためには、例えば有機系廃棄物やバイオマスの部分酸化ガス化により得られたバイオメタノールを利用するプロセスを確立することが切望されている。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑み、有機系廃棄物やバイオマスの部分酸化ガス化により得られたバイオメタノールを利用する完全植物由来のバイオディーゼル燃料製造システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、ガス化生成ガスを圧縮機で圧縮してメタノールを合成するメタノール合成装置と、合成したメタノールと油脂とを用いてバイオ燃料成分を超臨界合成する超臨界合成装置と、超臨界合成装置からのバイオ燃料成分を気液分離し、バイオディーゼル燃料を得る気液分離装置とを具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システムにある。
【００１１】
第２の発明は、バイオマスをガス化してなるガス化生成ガスを圧縮機で圧縮してメタノールを合成するメタノール合成装置と、合成したメタノールを液化する液化装置と、液化したメタノールと油脂とを用いてバイオ燃料成分を超臨界合成する超臨界合成装置と、超臨界合成装置からのバイオ燃料成分を気液分離し、バイオディーゼル燃料を得る気液分離装置とを具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システムにある。
【００１２】
第３の発明は、バイオマスをガス化してなるガス化生成ガスを圧縮機で圧縮してメタノールを合成するメタノール合成装置と、合成したメタノールを液化する液化装置と、液化したメタノールと油脂とを用いてバイオ燃料成分を超臨界合成する超臨界合成装置と、超臨界合成装置からのバイオ燃料成分を気液分離し、バイオディーゼル燃料を得る気液分離装置と、前記超臨界合成装置からの圧力を回収するタービン設備と、タービン設備からのオフガスを燃焼するエンジンとを具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システムにある。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、ガス化生成ガス中の重質油を分離する分離装置を設け、分離した重質油をエンジンで燃焼させることを特徴とするバイオディーゼル燃料製造システムにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、バイオマスを原料としてガス化炉でガス化したガス化ガスを用いたメタノールの合成反応は高圧下で行われるので、メタノール合成設備とＢＤＦ合成設備とを組み合わせて、後者に必要な外部エネルギをセーブすることができる。
【００１５】
また、メタノール合成に用いるＣＯ＋Ｈ2を有機系廃棄物のガス化ガスから得ることとし、且つパーム油や菜種油等の植物油等を油脂として用いることにより、１００％自然エネルギから合成したＢＤＦが得られ、ＣＯ2排出無しのバイオディーゼル燃料を得ることができることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１７】
本発明による実施例に係るバイオディーゼル燃料製造システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施例に係るバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。図１に示すように、バイオディーゼル燃料製造システム１０−１は、バイオマスをガス化してなるガス化生成ガス１１を圧縮機１２で圧縮してメタノール１３を合成するメタノール合成装置１４と、合成したメタノール１３と油脂１５とを用いてバイオ燃料成分１６を超臨界合成する超臨界合成装置１７と、超臨界合成装置１７からのバイオ燃料成分１６を気液分離し、バイオディーゼル燃料１８を得る気液分離装置１９とを具備するものである。
ここで、メタノール合成装置１４での反応条件は、８０〜２００ａｔｍ、１５０〜２３０℃としており、超臨界合成装置１７での反応条件は、８０〜２００ａｔｍ、２５０〜４５０℃としている。
【００１８】
ここで、バイオマスとは、エネルギ源または工業原料として利用することのできる生物体（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物、更に食品廃棄物等、有機系物質を含む）をいい、太陽エネルギ、空気、水、土壌等の作用により生成されるので、無限に再生可能である。
【００１９】
上記バイオマスを利用することで燃料用のガス及びメタノール等のクリーンなエネルギ源の製造が可能となる。また、廃棄物としてのバイオマスを処理できるので、環境の浄化にも役立つとともに、新規に生産されるバイオマスも光合成によりＣＯ2の固定により生育される。大気のＣＯ2を増加させないので、ＣＯ2の抑制につながることとなり、好ましい技術である。
【００２０】
ここで、供給するバイオマスとしては、生産または廃棄されたバイオマスを粉砕・乾燥したものを供給するのが好ましい。本発明でバイオマスとは、エネルギ源または工業原料として利用することのできる生物資源（例えば、農業生産物または副産物、木材、植物等）をいい、例えば、スイートソルガム、ネピアグラス、スピルリナ等が用いられている（特許文献４：特開２００１−２４０８７７号公報、特許文献５：特開２００１−２４０８７８号公報、非特許文献２：坂井正康著、「バイオマスが拓く２１世紀エネルギ」、森北出版株式会社、１９９８年１０月２８日発行）。
【００２１】
バイオマスを用いたガス化システムは、ガス化炉内にバイオマスを供給し、燃焼酸化剤により部分燃焼され、バイオマスガス化ガスを発生させる。この発生したガスは、集塵装置で除塵された後、ガス中の水蒸気を除去した後に、ＣＯシフト装置でＨ2 量を増大させ、ガス化生成ガス１１とし、次いで圧縮機１２で圧力をメタノール合成の圧力まで向上させてメタノール合成装置１４へ導かれ、ここで、メタノール（ガス状）１３Ｇが製造される。その後、ガス状のメタノール１３Ｇは、超臨界合成装置１７に導入され、別途供給される油脂１５と超臨界反応によりバイオ燃料成分１６を得る。その後、冷却器２１で冷却し、気液分離装置１９によりオフガス（ＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2、Ｎ2を含む）２０を分離して、バイオディーゼル燃料（ＢＤＦ）１８を得るようにしている。
【００２２】
前記分離除去されたオフガス２０は、超臨界合成装置１７の熱源として有効利用するようにしている。
【００２３】
ここで、ＢＤＦの超臨界合成には、分単位の反応時間を要するので、超臨界合成を行う超臨界合成装置１７は、シェル＆チューブ方式として全体を高圧容器に入れ、チューブの外側に熱源であるオフガス２０を通過させるようにすればよい。
【００２４】
メタノール合成装置１４と超臨界合成装置１７との合成筒を流調バルブのみで直結させることで、最も簡素なシステムとすることができる。
【００２５】
現在、油脂（パーム油や廃油など）をメタノールでエステル化してバイオディーゼル油を製造する際、アルカリ触媒法が実用化しているが、エンジン廃油などの硬化油には適用できず、複製廃棄物も出るなどの不具合があった。
【００２６】
そこで、メタノールを超臨界状態（８１ａｔｍ以上、２３９℃以上）で用いる手法が注目されているが、超臨界状態をつくるには大きなエネルギを要し（生成物の２０〜４０％）、実用化を図ることが困難であるが、バイオマス等の廃棄物をガス化した生成ガスからメタノールを合成するシステムと連動させることにより、この問題の解決を図るようにしている。
【００２７】
すなわち、本実施例では、ガス化ガスを用いたメタノールの合成反応は高圧下で行われるので、メタノール合成設備とＢＤＦ合成設備とを組み合わせて、後者に必要な外部エネルギをセーブすることができる。
【００２８】
また、メタノール合成に用いるＣＯ＋Ｈ2を有機系廃棄物（バイオマスを含む）のガス化ガスから得ることとし、且つパーム油や菜種油等の植物油を油脂として用いることにより、１００％自然エネルギから合成したＢＤＦが得られ、ＣＯ2排出無しのバイオディーゼル燃料を得ることができることとなる。
【００２９】
また、図２に示すバイオディーゼル燃料製造システム１０−２のように、前記分離除去されたオフガス２０は、燃焼炉５０に供給し、例えばバイオマス等の乾燥等として有効利用することもできる。
【実施例２】
【００３０】
本発明による実施例に係るバイオディーゼル燃料製造システムについて、図面を参照して説明する。
図３は、実施例に係るバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。図３に示すように、バイオディーゼル燃料製造システム１０−３は、バイオマスをガス化してなるガス化生成ガス１１を圧縮機１２で圧縮してメタノール１３を合成するメタノール合成装置１４と、合成したメタノール１３を第１の冷却器２１−１で冷却した後に液化する液化装置３１と、液化したメタノール１３Ｌと油脂１５とを用いてバイオ燃料成分１６を超臨界合成する超臨界合成装置１７と、超臨界合成装置１７からのバイオ燃料成分１６を第２の冷却器２１−２で冷却した後に気液分離し、バイオディーゼル燃料１８を得る気液分離装置１９とを具備するものである。
【００３１】
実施例１に対して、メタノール合成した後に第１の冷却器２１−１で冷却した後に、液化装置３１で液化した後に液体状態で超臨界合成装置１７に供給するので、超臨界反応で不要となるオフガス成分を予め除去することとなり、ＢＤＦ収率が向上する。
また、液化装置３１からのオフガス３４は、は熱交換器３３において熱交換され、超臨界合成装置１７に供給する窒素Ｎの熱源に使用できる。
【００３２】
メタノール合成のオフガス３４には、ＣＯ、Ｈ2が混在しており、これらはＢＤＦ合成への阻害物質となるが、特にガス化ガスを生成するガス化炉が部分酸化ガス化方式の場合には、オフガス中のＣＯとＨ2との合計は１５％以下程度なので、ＢＤＦ合成収率の低下は、少ないものとなる。
【実施例３】
【００３３】
本発明による実施例に係るバイオディーゼル燃料製造システムについて、図面を参照して説明する。
図４は、実施例に係るバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。図４に示すように、バイオディーゼル燃料製造システム１０−４は、バイオマスをガス化してなるガス化生成ガス１１を圧縮機１２で圧縮してメタノール１３を合成するメタノール合成装置１４と、合成したメタノール１３を第１の冷却器２１−１で冷却した後に液化する液化装置３１と、液化したメタノール１３Ｌと油脂１５とを用いてバイオ燃料成分１６を超臨界合成する超臨界合成装置１７と、超臨界合成装置１７からのバイオ燃料成分１６を第２の冷却器２１−２で冷却した後に気液分離し、バイオディーゼル燃料１８を得る気液分離装置１９と、前記超臨界合成装置１７からの圧力を回収するタービン圧縮機４２と、タービン圧縮機４２からのオフガスを燃焼するエンジン４３とを具備するものである。
【００３４】
また、ガス化生成ガス１１中の重質油を分離する循環型ジェットスクラバ４０を設け、分離した重質油４１をエンジン４３で燃焼させ、エンジンからの排ガス４４は熱交換器３３で超臨界合成装置１７に供給する窒素の加熱源とするようにしている。
この際のエンジンは、ガスと油の併用燃料エンジンとしている。
【００３５】
メタノール合成装置１４からのオフガス３４には、ＣＯやＨ2が混在しており、これらはＢＤＦ合成への阻害物質となるので、一旦液化装置３１により冷却してメタノールのみを凝縮させ、一方、オフガス３４からはその圧力をタービン設備のタービン圧縮機４２で回収するようにして熱利用を図るようにしている。
【００３６】
また、オフガス３４は、エンジン４３で発電に使用でき、その高温の排ガス４４は熱交換器３３において超臨界合成装置１７に供給する窒素Ｎの熱源に使用できる。またエンジン４３を併用することで、ガス化生成ガス１１の精製プロセスの循環型ジェットスクラバ４０で分離された重質油４１もエネルギ源として活用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明に係るバイオディーゼル燃料製造システムは、１００％自然エネルギから合成した燃料を得ることができ、ＣＯ2排出無しのバイオディーゼル燃料を得ることができることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１に係るバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。
【図２】実施例１に係る他のバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。
【図３】実施例２に係るバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。
【図４】実施例３に係るバイオディーゼル燃料製造システムの概略図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０−１〜１０−４  バイオディーゼル燃料製造システム
１１  ガス化生成ガス
１２  圧縮機
１３  メタノール
１４  メタノール合成装置
１５  油脂
１６  バイオ燃料成分
１７  超臨界合成装置
１８  バイオディーゼル燃料
１９  気液分離装置
【図１】
2009155544.tif 000003
【図２】
2009155544.tif 000004
【図３】
2009155544.tif 000005
【図４】
2009155544.tif 000006