JP2006282858A

JP2006282858A - 有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法、及びそれにより製造された液体燃料

Info

Publication number: JP2006282858A
Application number: JP2005104817A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Minowa; 智朗美濃輪; Hisaaki Hanaoka; 寿明花岡; Shinji Fujimoto; 真司藤本; Hideki Kawai; 秀樹河合
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】有機性廃棄物から、効率的に、高質の液体燃料を得ることができる高質な液体燃料の製造方法、及びその方法によって得られた液体燃料（例えば、ガソリン、灯油及び軽油等）を提供する。
【解決手段】有機性廃棄物を高温高圧下で油状物質に変換する液化処理工程と、吸引濾過により油状物質から水分を除去する分離処理工程と、水分が除去された油状物質を減圧状態で蒸留する減圧蒸留処理工程と、を有する有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、生ゴミ、微細藻類及び有機性汚泥等の有機性廃棄物から得られた高質な液体燃料の製造方法に関する。
より詳しくは、生ゴミ、微細藻類及び有機性汚泥等の有機性廃棄物から液化処理、分離処理、及び減圧蒸留処理を行って高質な液体燃料を製造する方法に関する。

従来、バイオマスを油化して燃料油を生成する方法が、種々開発されている（例えば、特許文献１ないし特許文献３参照）。
例えば、特許文献１に開示された方法は、生ゴミを、必要に応じてのアルカリ性物質の存在下、水性媒体の存在下で高温高圧に保持することによって油状物質に液化させ、得られた液化物を密度差を利用する分離手段により油状物質を分離する方法である。
また特許文献２に開示された方法は、光合成により炭酸ガスを固定する微細藻類をアルカリ性物質の存在下、水性媒体の存在下、高温高圧に保持し、重油状の物質に液化し、化石燃料の代替となる液体燃料を得る方法である。

更に、特許文献３に開示された方法は、環境汚染やコスト高などの問題を起こさずに有機性汚泥から燃料に使用される油状物を製造するものである。
具体的には、下水処理場から排出される下水汚泥、各種の有機性廃水を微生物処理した際に発生する有機性汚泥、食品工業や一般家庭から排出される生ゴミ等を原料にして油状物を得る方法である。
この油状物は燃焼可能な流動性液体であり、重油と同様に燃料油として使うことができる。

上述した公知技術は、生ゴミ、微細藻類及び有機性汚泥等のバイオマスを有用な油状物質に変換する手法である点で共通する。

特開平５−５１５８６号公報特開平６−４１５４５号公報特開平８−１９２１９９号公報

しかしながら、上述した従来の技術は、有機性廃棄物から油状物質に変換するだけのものであり、この変換された油状物質は、必ずしも高質の液体燃料とはなっていない。
そのため、燃焼した場合に燃料効率が必ずしも高くなく、また排気にも問題があることから、主として補助燃料として使用されるに止まっており用途も限定される。
また油状物質は種々の油分を含んでいる上、炭化した固形物や水と共に含まれる高粘性の性状で回収されるために、液体と固形物が混在している状態、すなわち水分を多く有する状態であることから、燃焼効率が悪く低質となっている。
そこで、有機性廃棄物から高質の液体燃料を回収できる技術の開発が求められていた。

本発明は、かかる背景技術をもとになされたもので、上記の背景技術の問題点を克服するためになされたものである。
すなわち、本発明は、有機性廃棄物から、効率的に、高質の液体燃料を得ることができる高質な液体燃料の製造方法、及びその方法によって得られた液体燃料（例えば、ガソリン、灯油及び軽油等）を提供することを目的とする。

かくして、本発明者は、このような課題背景に対して鋭意研究を重ねた結果、有機性廃棄物を液体処理して得られる油状物質の水分を確実に除去する分離工程を経ることにより、油状物質を出発原料とする蒸留処理工程が効率よく行われることを見出し、この知見により本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明は、（１）、有機性廃棄物を高温高圧下で油状物質に変換する液化処理工程と、油状物質から水分を除去する分離処理工程と、水分が除去された油状物質を減圧状態で蒸留する減圧蒸留処理工程と、を有する有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法に存する。

また、本発明は、（２）、前記分離処理工程は、吸引濾過により油状物質から水分を除去する工程である上記（１）記載の有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法に存する。

また、本発明は、（３）、液化処理工程において、炭酸ナトリウムを反応促進の触媒として用いる上記（１）に記載の有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法に存する。

また、本発明は、（４）、上記（１）、（２）、及び（３）に記載の高質の液体燃料を製造する方法によって得られたガソリン、灯油、及び軽油に存する。

なお、本発明の目的に添ったものであれば、上記（１）から（４）を適宜組み合わせた構成も当然採用可能である。

本発明によれば、有機性廃棄物を高温高圧下で油状物質に変換する液化処理工程と、油状物質から水分を除去する分離処理工程と、水分が除去された油状物質を分離する減圧蒸留処理工程と、を有するので、有機性廃棄物を原料として、高品質の液体燃料、例えば、ガソリン、灯油及び軽油相当留分等を効率的に得ることができる。
また、分離処理工程は、吸引濾過により油状物質から水分を除去する工程であるので、油状物質から簡易且つ迅速に水分を分離処理することができる。
また、液化処理工程で、炭酸ナトリウムを触媒として使用することで、水熱反応が促進され効率的である。

本発明の有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法では、有機性廃棄物を高温高圧下で油状物質に変換する液化処理工程と、油状物質から水分を除去する分離処理工程と、水分が除去された油状物質を減圧状態で蒸留する減圧蒸留処理工程と有するものである。
出発原料である有機性廃棄物としては、牛糞、鶏糞、豚糞等の家畜糞、食料残渣、生物生ゴミ等が対象となる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の有機性廃棄物の一実施形態の液化処理の流れをブロック図で示している。
このブロック図に沿って、本発明の処理工程について説明をすることにする。

〔液化処理工程〕
先ず、ステップＳ１において、有機性廃棄物を高温高圧下で液化する（液化処理工程）。
液化処理としては、有機性廃棄物に加水して、例えば、当該反応温度における飽和水蒸気圧力以上の２ＭＰａ〜２０ＭＰａの圧力環境で２５０℃〜３５０℃で加熱する。
なお、圧力環境は、自発発生圧で形成されるが、予め窒素等の不活性ガス圧を加えることもできる。
水熱反応によりスラリー状となり水と混在した油状物質が回収されるが、同時に生成される二酸化炭素等の不純ガスが脱気される。
この場合、触媒として炭酸ナトリウムを加えることにより、極めて効率良く有機物の水熱反応が促進する。

〔分離処理工程〕
次いで、ステップＳ２において、油状物質から水分を除去する（分離処理工程）。
有機性廃棄物を液化処理することにより得られた油状物質は、上述したように水分を多く含むものであるが、次の減圧蒸留工程における処理を効率良く遂行するために、その水分が除去される。このような油状物質の水分の除去は、吸引濾過を行うことで有効に油状物質から除かれる。
例えば、油状物質に含まれる、例えば７０％〜９０％程度の水分が除去される。
この水分を除去した油状物質は区分状態で容易に得られる。

〔減圧蒸留（処理）工程〕
次いで、ステップＳ３において、水分が除去された油状物質を蒸留して高質な液体燃料に分離する（減圧蒸留工程）。
具体的には、水分が除去された油状物質を蒸留装置を使って減圧し蒸留する。
前工程（ステップＳ２）において、水分は除去されているが、油状物質には炭化された固形物に油成分が混在している状態であるために、極力、気化し易い条件で蒸留する必要がある。
そのため、蒸留処理としては減圧蒸留を行って分離することが好ましい。
減圧は、例えば、０．０６Ｍｐａ〜０．０２Ｍｐａの範囲が適用される。
減圧蒸留処理は、蒸留作用により沸点の差を利用して残油と留出油とに分離した後、残油と分離された留出分を冷却して高質な液体燃料を得る処理である。
高質な液体燃料としては、ガソリン、灯油、及び軽油等を得ることができる。

以上、本発明の高質の液体燃料を製造する方法では、液化処理工程、分離処理工程、減圧蒸留工程の３つの工程を通過することにより、有機性廃棄物から、高質の液体燃料を効率良く得ることができる。
液化処理工程では、炭酸ナトリウムを触媒とすることで、水熱反応がより効率良く促進する。
また液化処理工程により製造された油状物質は、多くの水分を含んでおり、これを吸引濾過を使った分離処理工程を経ることにより、容易に油状物質から水分が除去される。
減圧蒸留工程においては、減圧状態で蒸留を行うために油状物質が炭化した固形物に含まれていても、成分が気化し易いものとなる。
以上、本発明を説明してきたが、本発明は上述した一実施形態にのみ限定されるものではなく、その本質を逸脱しない範囲で、他の種々の変形が可能であることはいうまでもない。

次に、実施例を挙げて説明するが、本発明は、当然、これらの実施例によって限定されるものではない。

実験装置（液化処理装置）として、内容量３００ｃｃを有するステンレス製オートクレーブを使用した。
原料となる有機廃棄物としては、１００ｇの牛糞を使い、反応促進のための触媒とし１ｇの炭酸ナトリウムを用いた。
さて原料である牛糞と触媒である炭酸ナトリウムとをオートクレーブに投入し、窒素ガスを３．０ＭＰａで充填し撹拌した。
その後、オートクレーブ内の温度を平均１０℃／分の昇温速度で３００℃まで上昇させた。

次いで、この３００℃の状態を３０分間維持した。
その後、オートクレーブを炉から取り出して送風により急冷し、６０分間で室温程度まで温度を降下させた。
反応終了後、減圧して不純ガス２ｇを脱気させた。また、油状物質を含む生成物を９８ｇを取り出した。
これで液化処理工程が終了する。
次に、分離処理装置によりこの生成物を吸引濾過して分離水９０ｇ（９１％）を除去して、固体状の油状物質８ｇと分離させた（分離処理工程）。
この水を分離除去した後の油状物質８ｇを、減圧蒸留装置を使って減圧状態（０．０３１ＭＰａ）で蒸留し、その温度毎に残油７ｇと留分であるガソリン、灯油及び軽油等を得た（減圧蒸留工程）。

図２は、出発材料である有機廃棄物（ここでは牛糞）から、その液化処理工程、分離除去工程及び減圧蒸留工程を通過して液体燃料（すなわち精製油）を得るための系統図を示す。

図３は、油状物質より分留された液体燃料のガスクロマトグラムを使って作成した蒸留曲線を示す図である。

図に示すように、蒸留により得られたガソリン質（ガソリン）は０．１２ｇ、灯油質（灯油）は０．０４ｇ、軽油質（軽油）は０．０４ｇであった。
０．１２ｇのガソリン質は４０℃〜１１５℃程の温度範囲、０．０４ｇの灯油質は１１５℃〜１８５℃の温度範囲、及び０．０４ｇの軽油質は１６０℃〜２３０℃の温度範囲で、それぞれ得られたものである。

本発明は、有機性廃棄物から液化処理、分離処理、及び減圧蒸留処理を行って高質な液体燃料を製造する方法に関するものであるが、その原理を応用する限り、有機性廃棄物の種類は制限されないものであり、バイオマス全体が対象となり、適用分野は広い。

図１は、本発明の有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法の一実施形態の流れを示す説明図である。図２は、出発材料である有機廃棄物から、その液化処理工程、分離除去工程及び減圧蒸留工程を通過して液体燃料（精製油）を得るための系統図を示す。図３は、水分が除去された油状物質の蒸留曲線をガスクロマトグラムで示す説明図である。

Claims

有機性廃棄物を高温高圧下で油状物質に変換する液化処理工程と、
油状物質から水分を除去する分離処理工程と、
水分が除去された油状物質を減圧状態で蒸留する減圧蒸留処理工程と、
を有することを特徴とする有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法。
前記分離処理工程は、吸引濾過により油状物質から水分を除去する工程であることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法。
液化処理工程において、炭酸ナトリウムを反応促進の触媒として用いることを特徴とする請求項１記載の有機性廃棄物から高質の液体燃料を製造する方法。
前記請求項１、２、及び３記載の高質の液体燃料を製造する方法によって得られたガソリン、灯油、及び軽油。