JP2006028456A

JP2006028456A - 燃料油の製造方法および燃料油

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Publication number: JP2006028456A
Application number: JP2004213297A
Authority: JP
Inventors: Ichiya Matsubayashi; 市弥松林; Hisaaki Kitamura; 久朗北村; Hidetoshi Uno; 秀敏宇野; Hiroyuki Kurihara; 博之栗原; Katsunori Hiyoshi; 勝則日吉
Original assignee: SAN LIFE KK; T Rad Co Ltd
Current assignee: SAN LIFE KK; T Rad Co Ltd
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】大量に廃棄される廃ポリスチレンをディーゼル内燃機関用の燃料油としてリサイクルする。
【解決手段】廃ポリスチレンを熱分解して得られた沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油に廃食用油及び灯油の少なくとも一方を混合してディーゼル内燃機関用の燃料油として要求される範囲のセタン指数と動粘度に調整する。
【選択図】図１

Description

本発明はディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法および燃料油に関し、詳しくは廃ポリスチレンから得られた特定の分解生成油に廃食用油および灯油の少なくとも一方を混合することを特徴とするディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法及びそれによって製造された燃料油に関する。

工場や家庭からは多量のプラスチック類が排出されるが、この廃プラスチックを資源としてリサイクルする好適な方法として熱分解方法がある。この熱分解方法は廃プラスチックを酸素不存在下に加熱して熱分解し、生成する分解生成ガスを凝縮器で凝縮することにより分解生成油を回収する方法であり、回収した分解生成油の多くは燃料油としてリサイクルされている。

熱分解に適した廃プラスチックはポリスチレン、スチレン−アクリル共重合体（ＡＳ樹脂）、スチレン−アクリル−ブタジエン共重合体（ＡＢＳ樹脂）等のスチレン系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等の廃ポリオレフィンなどがあるが、廃ポリスチレンの排出容積量が著しく多い。そこで、この廃ポリスチレンを高い付加価値をつけてリサイクルすることが重要になる。なお、廃ポリスチレンには断熱材や緩衝材として使用される嵩密度の低い廃発泡ポリスチレンと、射出成型による嵩密度の比較的高い廃ポリスチレンが含まれる。

廃ポリスチレンを熱分解して得られたポリスチレン分解油のオクタン価は比較的高いものの、反応性に富み重質成分も含まれているので、ガソリン内燃機関のように火花点火方式の内燃機関用の燃料としては適さない。またセタン指数（もしくはセタン価）が低いために、そのままではディーゼル内燃機関用の燃料にも適さない。そのため現状ではポリスチレン分解油のほとんどはボイラ等のバーナ燃焼用の燃料として利用されている。

廃プラスチックの分解生成油を軽質化してディーゼル内燃機関用の燃料として利用することが特許文献１に提案されている。特許文献１の方法は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の各種廃プラスチックを混合し、その混合物を熱分解して得られた分解ガスを３５０℃程度の還流槽で気液分離し、気体成分を常温まで冷却して軽質化した分解生成油を得ており、その軽質化した分解生成油をディーゼル内燃機関用の燃料として利用する。

一方、廃揚げ物油のような廃食用油の一部は石鹸等の原料としてリサイクルされているが、石鹸の需要量が減少していることから、その多くが廃油として処理されている。そこで廃食用油を例えばディーゼル内燃機関用の燃料として利用することも考えられるが、油の種類によっては固化温度が低く粘度も高いためにそのままでは使用できない。

廃食用油をアルコールとエステル交換反応させてメチルエステル油を合成し、そのメチルエステル油を軽油と混合してディーゼル内燃機関用の燃料油（いわゆるバイオディーゼル油：BDF ）を製造することも試みられている。しかし廃食用油の BDF化は製造コストが高いことや製造過程で副生するグリセリン処理の問題がある。一方、分解生成油（軽油相当分であり沸点が３００℃前後にあるもの）と廃食用油を５０：５０で混合したものがディーゼル内燃機関用の燃料として利用することが特許文献２に提案されている。

特開平９−３１４７３号公報（段落番号００２８）特開２００３−５５６７３号公報（段落番号００１７）

ディーゼル内燃機関用の燃料油の特性として、所定範囲のセタン指数（もしくはセタン価）と動粘度が要求される。セタン指数は燃料中におけるセタン（Ｃ₁₆Ｈ₃₄）の含有割合であり、この値が低いとディーゼル内燃機関にノッキング現象を起こすので、通常３５以上、好ましくは４５〜５５の範囲であることが要求される。また動粘度はディーゼル内燃機関用の燃料油として使用する場合に、燃料噴射部品の焼き付けを防止するために重要であり、通常１．７cSt.（センチストークス）以上、好ましくは２．０〜２０．０cSt.程度の範囲であることが要求される。

一方、従来から廃ポリスチレンのようなオレフィン系の廃プラスチックを熱分解して得られた分解生成油はディーゼル内燃機関用の燃料油として適さないとされており、そのため特許文献１に提案されたように芳香族系の廃プラスチックに等量程度の廃ポリエチレン等の非芳香族系の廃プラスチックを混合したものを熱分解し、得られた分解生成油を軽質化してディーゼル内燃機関用の燃料油として利用する方法が一般に試みられている。また特許文献２には使用する分解生成油の原料についての記載はないが、上記と同様に混合したプラスチックの分解生成油と考えられる。

しかし廃プラスチックの排出量は前記のように廃ポリスチレン容積が著しく多い。そのため従来技術のように芳香族系と非芳香族系のプラスチックを混合して熱分解する方法では、原料供給のアンバランスが生じ、ディーゼル内燃機関用の燃料油の製造を継続的に安定して行うことが困難になる。そこで本発明はこのような従来のディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法における問題を解決することを課題とする。

前記課題を解決する本発明に係るディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法は、廃ポリスチレンを熱分解して得られた沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油に廃食用油及び灯油の少なくとも一方を混合してディーゼル内燃機関用の燃料油として要求される範囲のセタン指数と動粘度に調整することを特徴とする（請求項１）。

上記製造方法において、前記燃料油のセタン指数を３５以上、前記動粘度を１．７cSt.以上の範囲に調整することが好ましい（請求項２）。

上記いずれかの製造方法において、前記分解生成油に廃食用油を混合する場合には、その分解生成油と廃食用油の混合比を１０〜６０：９０〜４０の範囲に調整し、前記分解生成油に灯油を混合する場合には、その分解生成油と灯油の混合比を１０〜３０：９０〜７０の範囲に調整し、前記分解生成油に廃食用油と灯油を混合する場合には、その分解生成油と廃食用油と灯油の混合比を３０〜９０：１０〜７０：１０〜６０の範囲に調整することが好ましい（請求項３）。

また前記課題を解決する本発明に係るディーゼル内燃機関用の燃料油は、上記いずれかの製造方法によって得られることを特徴とする（請求項４）。

本発明の燃料油の製造方法は、廃ポリスチレンを熱分解して得られた沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油に廃食用油及び灯油の少なくとも一方を混合してディーゼル内燃機関用の燃料油として要求される範囲のセタン指数と動粘度に調整することを特徴とする。このように沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油に廃食用油及び灯油の少なくとも一方を混合することにより、ディーゼル内燃機関用の燃料油として要求される範囲のセタン指数と動粘度に容易に調整できる。そのため著しく多量に排出される廃ポリスチレンだけを原料として、ディーゼル内燃機関用の燃料油を継続的に安定して且つ安価に製造することができる。

なお本発明における「単環芳香族を主成分とする」とは、分解生成油中にスチレン、トルエン、エチルベンゼン、αメチルスチレン、クメン等の沸点が２００℃以下の単環芳香族を８５％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上含むことを意味する。このように沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油をディーゼル内燃機関用の燃料油の成分として使用すると、ディーゼル内燃機関からの排ガスに含まれる微粒子状物質（PM）を基準以下の低いレベルに抑制することができる。また単環芳香族を主成分とする分解生成油は、熱分解した粗分解生成油を例えば蒸留操作することにより、原料の７０％以上の割合で得ることができるので、その原料利用効率が著しく高い。

また本発明に係る燃料油はディーゼル内燃機関用として好適に使用できる。

次に本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明に使用する前記分解生成油は廃ポリスチレンを熱分解することにより得られる。すなわち発泡ポリスチレン等のポリスチレンを酸素不存在下で熱分解すると、スチレン、エチルベンゼン、トルエン、クメン等の単環芳香族を７０％程度含み、副成分として２環以上の多環芳香族を３０％程度含む分解ガスが生成する。

次いで上記分解ガスを凝縮器で冷却すると、常温で液体状の粗分解生成油と未凝縮ガスに分離するので、その粗分解生成油を例えば蒸留装置で蒸留することにより、スチレン、トルエン、エチルベンゼン、αメチルスチレン、クメン等の沸点が２００℃以下の単環芳香族を８５％以上含む分解生成油が得られる。なお未凝縮ガスは熱分解等の燃料として利用できる。

本発明の製造方法に用いる廃食用油は使用済み揚げ物油などであり、そのセタン指数は動物油、植物油などの種類によって多少変動するが、通常、５０以上あり比較的高い。また、その動粘度も３７．８℃において２８〜４８cSt.程度であり比較的高い。さらに廃食用油には多環芳香族を含まず酸素を含んでいるため、それを前記分解生成油に混合した燃料油はディーゼル内燃機関の排ガス中における黒煙の防止効果やＣＯ₂減少の効果がある。なお廃食用油に混入している固形物等の不純物はろ過等の簡単な操作で除去できる。

本発明の製造方法に用いる灯油は、暖房用燃料として用いられている一般的な灯油をそのまま使用できる。灯油のセタン指数は４２程度と比較的高く、動粘度は１．１cSt.程度であり比較的低い。また灯油は比較的市場に多く出回っており安定供給およびコストの点から有利である。

本発明に係るディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法では、前記のように沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油に廃食用油及び灯油の少なくとも一方を混合し、ディーゼル内燃機関用の燃料油として要求されるセタン指数と動粘度範囲に調整する。なお、これら分解生成油に廃食用油及び灯油を均一に混合するには、調整槽内にこれら各原料を投入して攪拌するだけでよい。

前記分解生成油と廃食用油または灯油の２成分を混合して所望のセタン指数および動粘度の範囲に調整するには、例えば最初に前記分解生成油を調整槽に投入し、セタン指数と動粘度を測定しながら廃食用油または灯油を徐々に添加していく方法を採用することができる。また前記分解生成油と、廃食用油および灯油の３成分を混合して所望のセタン指数および動粘度の範囲に調整するには、例えば最初に前記分解生成油と廃食用油を所定割合で調整槽に投入し、セタン指数と動粘度を測定しながら灯油を徐々に添加していく方法、または最初に前記分解生成油と灯油を所定割合で調整槽に投入し、セタン指数と動粘度を測定しながら廃食用油を徐々に添加していく方法などを採用することができる。

次に本発明の燃料油の製造方法の実施例を説明する。次に示す各実施例は廃ポリスチレンを酸素不存在下に７００℃程度で熱分解し、その分解ガスを凝縮した粗分解ガスを蒸留装置で蒸留して得られた沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油（以下、単に分解生成油という。）を使用した。内燃機関は最大出力１．７KWの４サイクルジーゼルエンジン駆動型発電機であり、燃料油を一定時間に供給して連続運転することにより燃料消費率やPM発生率をテストした。なお使用した廃食用油のうち廃揚げ物油は植物性食用油や動物性食用油が混合されたものであり、そのほかは未使用の食用油である。また各実施例に示す％は容量％である。

分解生成油４０％、市販の食用油（主成分菜種油）４０％、灯油２０％を攪拌槽で混合し、セタン指数４１．６、動粘度２．５cSt.の燃料油を製造した。内燃機関にこの燃料油を供給して７０％負荷で連続運転テストをした結果、燃料消費率、PM発生率はいずれも同一条件における軽油の場合と同様であった。

分解生成油２０％、市販の食用油（主成分大豆）５０％、灯油３０％を攪拌槽で混合し、セタン指数４５．７、動粘度９．０cSt.の燃料油を製造した。内燃機関にこの燃料油を供給して７０％負荷で連続運転テストをした結果、燃料消費率、PM発生率はいずれも同一条件における軽油の場合と同様であった。

分解生成油４０％、廃揚げ物油６０％攪拌槽で混合し、セタン指数４４．２、動粘度４．０cSt.の燃料油を製造した。内燃機関にこの燃料油を供給して１００％負荷で連続運転テストをした結果、燃料消費率は同一条件における軽油の場合と同様であり、PM発生率は同一条件における軽油の場合と比較して１５％減少した。なお用いた廃揚げ物油の主成分は動物性油（ラード）であり、常温（２５℃）では半固形状態であったので適当に加温して混合した。

分解生成油５０％、廃揚げ物油２０％、灯油３０％を攪拌槽で混合し、セタン指数３７．６、動粘度２．７cSt.の燃料油を製造した。内燃機関にこの燃料油を供給して１００％負荷で連続運転テストをした結果、燃料消費率は同一条件における軽油の場合と比較して７％増加したが、PM発生率は同一条件における軽油の場合と同様であった。

分解生成油１０％、廃揚げ物油８０％、灯油１０％を攪拌槽で混合し、セタン指数５１、動粘度７．０cSt.の燃料油を製造した。内燃機関にこの燃料油を供給して１００％負荷で連続運転テストをした結果、燃料消費率は同一条件における軽油の場合と同様であったが、PM発生率は同一条件における軽油の場合より２０％減少した。

分解生成油２０％、廃揚げ物油２０％、灯油６０％を攪拌槽で混合し、セタン指数４１．８、動粘度２．２cSt.の燃料油を製造した。内燃機関にこの燃料油を供給して１００％負荷で連続運転テストをした結果、燃料消費率は同一条件における軽油の場合と比較して５％減少し、PM発生率は同一条件における軽油の場合より２０％減少した。

図１は上記各実施例で使用した分解生成油、廃食用油および灯油等の混合割合を参考までに三角図で示したものである。なお上記各実施例において、内燃機関の連続運転中にノッキングなどの異常現象を生じることは無かった。

本発明の燃料油の製造方法は、廃ポリスチレンからディーゼル内燃機関として好適な燃料油を効率よく製造するために利用できる。

各実施例で使用した分解生成油、廃食用油および灯油等の混合割合を示す図。

Claims

廃ポリスチレンを熱分解して得られた沸点が２００℃以下の単環芳香族を主成分とする分解生成油（ＰＳオイル）に廃食用油及び灯油の少なくとも一方を混合してディーゼル内燃機関用の燃料油として要求される範囲のセタン指数と動粘度に調整することを特徴とするディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法。
請求項１において、前記燃料油のセタン指数を３５以上、前記動粘度を１．７cSt.以上の範囲に調整することを特徴とするディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法。
請求項１または請求項２において、前記分解生成油に廃食用油を混合する場合には、その分解生成油と廃食用油の混合比を１０〜６０：９０〜４０の範囲に調整し、前記分解生成油に灯油を混合する場合には、その分解生成油と灯油の混合比を１０〜３０：９０〜７０の範囲に調整し、前記分解生成油に廃食用油と灯油を混合する場合には、その分解生成油と廃食用油と灯油の混合比を３０〜９０：１０〜７０：１０〜６０の範囲に調整することを特徴とするディーゼル内燃機関用の燃料油の製造方法。
請求項１〜請求項３のいずれかによって製造されたディーゼル内燃機関用の燃料油。