JP2010280794A - 動物性油脂の燃料化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】食肉加工後に残渣物として残る牛脂や豚脂などの動物性油脂を原料として、低温乃至常温域で固化せず、低粘度で流動性を保持するクリーンな燃料を得ることのできる燃料化方法および燃料化システムを提供する。
【解決手段】動物性油脂原料Ｍを破砕装置１により破砕し、破砕後の動物性油脂原料Ｍ_１を熱処理乾燥装置２内で加熱および攪拌して、液状の一次油成分と残渣物および水に分解し、熱分解後の一次油成分と残渣物および水の混合物Ｍ_２を遠心分離装置４に投入して、一次油成分と残渣物および水を遠心分離し、遠心分離後の一次油成分Ｏ_０をろ過して取り出し、分離ろ過後の一次油成分と過熱蒸気６を熱分解槽７に投入して、３００〜４００℃で加熱および攪拌して、一次油成分から還元反応により軽質油ガスＧを生成し、生成した軽質油ガスを凝縮器９で冷却して凝縮し、液状の軽質油を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、牛脂や豚脂等の動物性油脂から低粘度、低温乃至常温域で流動性を保持するクリーンな燃料を得る燃料化方法に関するものである。

近年、石油や石炭に代わるエネルギー源としてバイオマス資源の利用が行なわれている。たとえば、畜舎においては、大量に排出される畜産糞尿からメタンを生成し、メタンガスを畜舎の暖房や発電のエネルギーに利用している。また、建設廃材や間伐材はこれまで産業廃棄物として処分されていたが、これらの木材をチップ化し、木質系燃料として利用している。さらには、家庭や業務施設から排出される廃食油を精製し、これを自動車用のアルコール燃料として利用する例も検討されている。

このようなバイオマス資源の一つとして、食肉加工後に残渣物として残る牛脂や豚脂などの動物性油脂がある。これらの動物性油脂は、従来産業廃棄物として処理処分されてきたが、これを燃料として利用する方法が種々提案されている（例えば特許文献１、特許文献２等参照）。

特開２００７−２７７５０３号公報 特開２００８−０９１７３０号公報

本発明者は、これまで上記牛脂や豚脂などの動物性油脂を原料としてその燃料化の研究を鋭意検討してきたが、低温乃至常温域では燃料が固化してしまうという課題に直面していた。そして、さらなる研究の結果、かかる課題をようやく解決し、クリーンな燃料を得ることに成功し、本発明を完成するに至ったものである。

本発明は、食肉加工後に残渣物として残る牛脂や豚脂などの動物性油脂を原料として、低温乃至常温域でも固化せず、低粘度で流動性を保持するクリーンな燃料が得られる燃料化方法および燃料化システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る動物性油脂の燃料化方法は、加工後に排出される動物性油脂原料を破砕装置により細かく破砕する破砕工程と、細かく破砕した動物性油脂原料を一次熱分解槽内で加熱および攪拌し、液状の一次油成分と残渣物および水に分解する一次熱分解工程と、熱分解後の一次油成分と残渣物および水の混合物を遠心分離装置に投入し、一次油成分と残渣物および水を遠心分離し、遠心分離後の一次油成分をろ過して取り出す遠心分離・ろ過工程と、分離ろ過後の一次油成分と過熱蒸気を二次熱分解槽に投入し、加熱および攪拌して、一次油成分から還元反応により軽質油ガスを生成する二次熱分解工程と、生成した軽質油ガスを冷却して凝縮し、液状の軽質油を得る凝縮工程とを有することを第１の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化方法は、一次熱分解工程における加熱温度を１１０〜１５０℃とすることを第２の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化方法は、二次熱分解工程における加熱温度を３００〜４００℃とすることを第３の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化方法は、二次熱分解工程における過熱蒸気を、一次油成分１００重量％に対し３〜７重量％加えることを第４の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化方法は、凝縮工程において、未凝縮のオフガスを回収して燃焼させ、熱回収することを第５の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化方法は、凝縮工程において、未凝縮のオフガスを回収して燃焼させ、熱回収して、過熱蒸気の生成に用いることを第６の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化システムは、加工後に排出される動物性油脂原料を細かく破砕する破砕装置と、細かく破砕した動物性油脂原料を加熱および攪拌し、液状の一次油成分と残渣物および水に分解する一次熱分解槽と、熱分解後の一次油成分と残渣物および水の混合物を投入して遠心分離する遠心分離装置と、遠心分離後の一次油成分をろ過するろ過装置と、分離ろ過後の一次油成分と過熱蒸気を投入し、加熱および攪拌して、一次油成分から還元反応により軽質油ガスを生成する二次熱分解装置と、生成した軽質油ガスを冷却して凝縮し、蒸留油を得る凝縮装置とを有することを第１の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化システムは、凝縮装置において未凝縮のオフガスを燃焼させてその熱を回収する熱回収装置をさらに有することを第２の特徴とする。

本発明に係る動物性油脂の燃料化システムは、熱回収によって回収された熱により過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置をさらに有することを第３の特徴とする。

以上説明したように、本発明に係る動物性油脂の燃料化方法によると、加工後に排出される動物性油脂原料を破砕装置により細かく破砕する破砕工程と、細かく破砕した動物性油脂原料を一次熱分解槽内で加熱および攪拌し、液状の一次油成分と残渣物および水に分解する一次熱分解工程と、熱分解後の一次油成分と残渣物および水の混合物を遠心分離装置に投入し、一次油成分と残渣物および水を遠心分離し、遠心分離後の一次油成分をろ過して取り出す遠心分離・ろ過工程と、分離ろ過後の一次油成分と過熱蒸気を二次熱分解槽に投入し、加熱および攪拌して、一次油成分から還元反応により軽質油ガスを生成する二次熱分解工程と、生成した軽質油ガスを冷却して凝縮し、液状の軽質油を得る凝縮工程とを有するから、加工後に排出される動物性油脂原料から、過熱蒸気の還元反応を用いて、低粘度で低温乃至常温域の流動性を保持する軽質油燃料を得ることができる。

また、一次油成分から還元反応により軽質油ガスを生成する過程で、窒素酸化物（ＮＯＸ）等を分離除去できるから、排気ガスに窒素酸化物等が含まれないクリーンな軽質油燃料を生成することができる。

そして、これらにより、従来廃棄されていた牛脂や豚脂等の動物性油脂材料の有効活用、大量処理を可能とし、バイオマス燃料としての活用を多いに図れるという優れた効果を奏する。

また、本発明に係る動物性油脂の燃料化システムによると、大量の動物性油脂材料を安価なコストで効率的に処理し、安定的に燃料化することができるという優れた効果を奏する。

本発明を実施するための最良の形態を図１ないし図３を参照して説明する。図１および図２は本発明に係る燃料化システムＳの全体構成を、図３は燃料化方法の手順を示している。本実施形態では、動物性油脂の一例として牛脂を取り上げる。以下、工程順に牛脂を燃料化する手順を説明する。

（牛脂の破砕工程：Ｓ１）
最初に、動物性油脂原料として、図１に示すように、食肉加工後に排出される牛脂Ｍを、後工程の熱処理乾燥装置（一次熱分解装置）２に投入しやすいように破砕装置１によりミンチ状に破砕する。

（一次熱分解工程：Ｓ２）
次に、破砕工程Ｓ１でミンチ状に破砕された牛脂Ｍ_１を、熱処理乾燥装置２の炉内に投入し、炉内で加熱および攪拌羽根３で攪拌し、ミンチ状の牛脂を加熱乾燥させる。炉内温度を１３０℃程度に維持し、牛脂に含まれる油脂成分を液状の一次油成分と残渣物および水に熱分解させる。

（遠心分離・ろ過工程：Ｓ３）
熱処理乾燥装置２の炉内には、熱分解後の液状の一次油成分と残渣物および水の混合物Ｍ_２が残留する。これらの混合物Ｍ_２を、遠心分離装置４の遠心分離炉５に投入し、遠心分離炉５を回転させて、液状の一次油成分と残渣物および水を遠心分離する。残渣物は遠心分離炉５の側面に付着する。水は上の出口から排出される。液状の一次油成分Ｏ_０は下の出口から排出される。遠心分離炉５の側面に付着した残渣物はスラッジとなり除去される。これにより液状の一次油成分を１０ミクロン単位までろ過することができる。

（二次熱分解工程：Ｓ４）
次に、遠心分離装置４から取り出された液状の一次油成分Ｏ_０および後述する過熱蒸気生成装置１４（図２参照）により生成した４００℃以上の過熱蒸気Ｊを供給口６から熱分解槽（二次熱分解装置）７に投入し、３００℃〜４００℃の温度で攪拌羽根８により攪拌する。熱分解槽７に投入された一次油成分Ｏ_０は、過熱蒸気Ｊの還元反応によって分子鎖が切断されてより低い低分子に分解され、より軽い軽質の油成分に転換される。また、過熱蒸気Ｊの還元反応によって窒素酸化物（ＮＯＸ）等が分離除去される。軽質化された油成分は、熱分解槽７内の３００〜４００℃の温度で気化されることにより、軽質油ガスＧが生成される。

（凝縮工程：Ｓ５）
熱分解槽７内で気化された後の軽質油ガスＧは、凝縮器（凝縮装置）９に送られ、凝縮器９内で冷却されて凝縮し、液状の軽質油Ｏとして貯留される。液状の軽質油Ｏはその後、ポンプ１０により軽質油タンク１１に送られる。

（熱回収・脱臭工程：Ｓ６）
凝縮器９内には凝縮されなかった未凝縮のオフガス（プロパン、ブタン等）Ｇ_１が残る。凝縮器９内に残る高温のオフガスＧ_１は、図２に示す熱回収・脱臭炉（熱回収装置）１２に送られ、熱回収・脱臭炉１２内で燃焼される。なお、符号１３は初期着火用のパイロットバーナーを示す。熱回収・脱臭炉１２内で燃焼された後に生成される高温の燃焼ガスＧ_２は、熱回収・脱臭炉１２内から排出され、熱分解槽７を加熱するべく熱分解槽７へ向けて戻され、熱分解槽７内の一次油成分を過熱蒸気Ｊとともに加熱し、還元反応を促進する。

（過熱蒸気生成工程：Ｓ７）
熱回収・脱臭炉１２には図２に示すように、過熱蒸気生成装置１４の一部を構成する蒸気発生器１５が設けられている。蒸気発生器１５内の下部には水Ｗが貯留され、熱回収・脱臭炉１２の上面からの受熱により蒸気Ｊ_０を発生させる。発生された蒸気Ｊ_０は熱回収・脱臭炉１２内を通る熱交換部１６において燃焼ガスとの熱交換により４００℃以上の過熱蒸気Ｊとなり、配管を通して熱分解槽７へ送られ、図１に示すように供給口６から熱分解槽７内に投入される。なお、蒸気発生器１５および熱交換部１６は、過熱蒸気Ｊを生成する過熱蒸気生成装置１４を構成する。

かくして、各工程Ｓ１〜Ｓ７を経て、加工後に排出される動物性油脂から、低温乃至常温域で低粘性および流動性が保持されたクリーンな軽質油燃料が得られる。

また、本燃料化システムによると、凝縮器８内に残るオフガスを熱回収・脱臭炉１２内で燃焼させて、燃焼熱を回収し、これを熱分解槽７に対する加熱および熱分解槽７に投入する過熱蒸気Ｊの生成熱として有効利用し、これによって、軽質油燃料を生成するエネルギーコストを極力削減することができる。

本発明者は牛脂１００ｇをミンチ状に破砕し、熱処理乾燥装置２の炉内に投入し、炉内温度１３０℃で約１時間かけて加熱および攪拌し、液状の一次油成分と残渣物および水に熱分解し、さらに、これらを遠心分離装置４の回転炉５に投入して、遠心分離し、液状の一次油成分を１０ミクロン単位までろ過した。さらに、ろ過した後の一次油成分約６０ｋｇと過熱蒸気５ｋｇ（一次油成分に対し重量比で５％）を熱分解槽７に投入し、約４００℃の温度で加熱および攪拌した。そして、熱分解槽７内で生成した軽質油ガスＧを凝縮器８に送り、冷却して凝縮し、液状の軽質油約６０ｋｇを得た。得られた軽質油は、低温乃至常温域において低粘度で流動性を保持することが確かめられた。

本発明に係る動物性油脂の燃料化方法および燃料化システムは、加工後に排出される動物性油脂を有効利用して、低粘度で低温乃至常温域で流動性を保持する燃料を得ることのできる方法およびシステムとして幅広く利用可能である。

本発明に係る燃料化システムの一部を示す説明図である。 本発明に係る燃料化システムの一部を示す説明図である。 本発明に係る燃料化方法の手順を示すフローチャート図である。

１ 破砕装置
２ 熱処理乾燥装置（一次熱分解装置）
３，８ 攪拌羽根
４ 遠心分離装置
５ 遠心分離炉
６ 供給口
７ 熱分解槽（二次熱分解装置）
９ 凝縮器（凝縮装置）
１０ ポンプ
１１ 軽質油タンク
１２ 熱回収・脱臭炉（熱回収装置）
１３ パイロットバーナー
１４ 過熱蒸気生成装置
１５ 蒸気発生器
１６ 熱交換部
Ｇ 軽質油ガス
Ｇ_１ オフガス
Ｇ_２ 燃焼ガス
Ｊ 過熱蒸気
Ｊ_０ 蒸気
Ｍ 牛脂（動物性油脂材料）
Ｍ_１ ミンチ状に破砕された牛脂
Ｍ_２ 液状の一次油成分と残渣物および水の混合物
Ｏ_０ 液状の一次油成分
Ｓ 燃料化システム

Claims (9)

1. 加工後に排出される動物性油脂原料を破砕装置により細かく破砕する破砕工程と、細かく破砕した動物性油脂原料を一次熱分解槽内で加熱および攪拌し、液状の一次油成分と残渣物および水に分解する一次熱分解工程と、熱分解後の一次油成分と残渣物および水の混合物を遠心分離装置に投入し、一次油成分と残渣物および水を遠心分離し、遠心分離後の一次油成分をろ過して取り出す遠心分離・ろ過工程と、分離ろ過後の一次油成分と過熱蒸気を二次熱分解槽に投入し、加熱および攪拌して、一次油成分から還元反応により軽質油ガスを生成する二次熱分解工程と、生成した軽質油ガスを冷却して凝縮し、液状の軽質油を得る凝縮工程とを有することを特徴とする動物性油脂の燃料化方法。
2. 一次熱分解工程における加熱温度を１１０〜１５０℃とすることを特徴とする請求項１記載の動物性油脂の燃料化方法。
3. 二次熱分解工程における加熱温度を３００〜４００℃とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動物性油脂の燃料化方法。
4. 二次熱分解工程における過熱蒸気を、一次油成分１００重量％に対し３〜７重量％加えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の動物性油脂の燃料化方法。
5. 凝縮工程において、未凝縮のオフガスを回収して燃焼させ、熱回収することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の動物性油脂の燃料化方法。
6. 凝縮工程において、未凝縮のオフガスを回収して燃焼させ、熱回収して、過熱蒸気の生成に用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の動物性油脂の燃料化方法。
7. 加工後に排出される動物性油脂原料を細かく破砕する破砕装置と、細かく破砕した動物性油脂原料を加熱および攪拌し、液状の一次油成分と残渣物および水に分解する一次熱分解槽と、熱分解後の一次油成分と残渣物および水の混合物を投入して遠心分離する遠心分離装置と、遠心分離後の一次油成分をろ過するろ過装置と、分離ろ過後の一次油成分と過熱蒸気を投入し、加熱および攪拌して、一次油成分から還元反応により軽質油ガスを生成する二次熱分解装置と、生成した軽質油ガスを冷却して凝縮し、蒸留油を得る凝縮装置とを有することを特徴とする動物性油脂の燃料化システム。
8. 凝縮装置において未凝縮のオフガスを燃焼させてその熱を回収する熱回収装置をさらに有することを特徴とする請求項７記載の動物性油脂の燃料化システム。
9. 熱回収によって回収された熱により過熱蒸気を生成する過熱蒸気生成装置をさらに有することを特徴とする請求項８記載の動物性油脂の燃料化システム。

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