Joe.H のバイオマス・ECO活動

最新バイオマス・ガス化/オイル発電等再生可能エネルギ‐設備・最新技術情報の紹介と実践報告です!

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今回のテーマは、廃棄物から、目的の合成(分解)軽油(液体)燃料を直接、One-Stepでいかに製造するかの手法の全般的な紹介です。
 
軽油、重油など液体燃料費も高騰してます。
如何に、燃料費を下げるか、如何にエコ燃料ビジネスに参画するかを検討されている方、自社内の廃棄物処理に苦慮されている方の、少しは参考になればと思います
 
これまで、各種バイオマス、バイオマス廃棄物、廃食油、廃プラスチック、廃タイヤ。。。と言った原料物質、これらは何れも炭素(C)、水素(H)を基本に、酸素(O)、更には、硫黄(S)、窒素(N)、塩素(CL),、リン(P).、硫黄(S)..等の元素から構成されています。更には廃棄物には、無機物(金属類、ガラス、セラミック、。。)及び水分も含まれています。
 
これら廃棄物から、いかに目的の液体燃料を作るかについて、全体的な話題です。
燃料は、固体、液体、気体とありますが、最も使い易いのは液体燃料です。次は気体(ガス)燃料だと思います。
 
今回は廃棄物のガス(燃料)化,多段液化法は省きます。直接液化法のみです。
 
どの様な手法、技術が最適かは、その環境条件(廃原料の種類、量、資金、液体燃料の用途、受入側の技術レベル。。。)により、一義的には決まりません。
 
そこで、今回は油化原料から分類を行い、全体を纏めて見ました。
特に、3)廃プラティク、及び4)廃タイヤ項目に注力して纏めて見ました。
 
1)油脂(廃食油)原料
明らかに通常、液体燃料はバイオディーゼル(BDF、脂肪酸エステル)の製造が最も効率的です。
 
横道にそれますが、ご存知の様に、このBDFは、石油(軽油)が純水の炭化水素燃料(炭素・水素化合物)であるのに対し、BDFは炭化水素酸素燃料(炭素・水素・酸素化合物)です。BDFは、軽油と異なり、酸素原子を含んでいる為、その長所もありますが、短所もあります。
短所は軽油との親和性の低さ、燃焼エネルギー量の低さです。燃料に酸素が含まれているということは、少し酸化している、一部が燃えた残り(残渣)だともいえます。従って、何も燃えていない軽油に比べれば、まだ燃えますが、熱エネルギーが多少少なくなっています。
 
本題に戻ります。
処理量が少なければバッチ方式、多ければ連続方式がべストです。
加えて、廃油の劣化(酸価値)が低ければ、アルカリ法、高ければ、酵素法、酸法(限界あり)等になります。
 
特に、酵素法なら、酸価値が0〜200までの総ての油脂に対応できますので、下水回収ダーク油、魚介類回収油脂、パルプ廃液油(トール油)、食用油脱ガム処理液(アシッド油)。。等、脂肪酸が含まれていれば、総ての原料はBDF化(エステル)可能です。
最近、この酵素触媒(固定化酵素)も進歩しています。2年以上前から使っているものに比べ、格段に優れたものが、見つかりつつあります。加えて、米国でも、2社の大型酵素法のBDFプラントが新たに稼動し始めています。 
 
2)動物性、パーム油脂等(未使用油脂も含め)原料
燃料製品の製造は、1)の手法で製造できますが、常温で固化しますので、1)の手法は採用できません。
代わって、あらゆる油脂を原料として、油脂を分解し、そして脱酸素を行いますので、出来た燃料は純炭化・水素燃料となり、軽油と全く区別差はありません。
製造法は、触媒式熱分解法+水素添加法で、軽油と全く同じ様な合成軽油(軽油と同じ分子構造、高燃焼エネルギー燃料)の製造も可能です。
燃料物性のセタン価は、軽油より遥かに高く、優れた合成スーパー軽油です。 
当然、この方法は、グリセリン、石鹸の副生もありませんし、メタノール等も不要です。
 
本Blogsでも紹介している様に、但し、最低でも年間10〜30万KL生産規模と数百億円(+)規模の投資資金が必要になります。
最近、この技術使った米国Dynamic Fuel社(合成バイオ軽油能力:年産28万KL)は、米国Renewable Energy Group 社に完全に買収されました(今回は50%株式取得、昨年既に50%取得済、合計200億円規模の買収)。この買収により、同社の全バイオディーゼル生産能力は、126万KL/年となる様です。日本全体のBDF生産量より遥かに多い様です。
この1社で、米国のBDF生産規模の10%(+)程度もあります。
 
 イメージ 6
出来た合成軽油は、石油の軽油類と同じ純炭化水素燃料であり、望ましいのですが、原料は全油脂類に限定されることです。バイオマス等は使えません。
 
3)廃プラスティク原料
廃プラスティクス、及び次の4)廃タイヤは、石油由来の材料であり、他のバイオマス、油脂材料等ではありませんが、ここでは安価に燃料を如何に得るかに注目しています。この手法で得られる副生カーボンブラック(CB)は、固体炭素としてCO2を長期に閉じ込めることから、一部は、空中CO2の削減(温暖化防止)、ECOに貢献できると思います。
 
これらの材料を処理するのは、日本では油化装置と言われている装置で、国内製品も数多く存在します。
海外でも、中国製等は数え切れない位メーカーが存在します。
理由の一つは、これら汎用プラスティクの分解は簡単だからです!!
 
その概要は、過去にも本Blogs、紹介済みです。
 
規模により、バッチ式、及び連続式があります。
更に単純な高温熱分解法低温触媒熱分解法があります。
 
分解触媒を使えば、分解温度も低下できて(300〜350℃低下)、それだけ省エネ、環境負荷低減、危険性も低下、プラント劣化低減、分解油(合成軽油)の品質向上、。。。等も可能です。
但し、大型化が不可欠、設備費額も、やや高くなります。
 
規模が小さく、設備費が少ないのはバッチ方式です。
国内を含めて、殆どは無触媒バッチ法です。
但し、海外を含め、火災、爆発、人身事故も少なくない様です
理由はバッチ式の為、原料投入時などを含めて、装置の開閉等が必要だからです。
原料投入時の粉塵爆発、火災、空気中の酸素と反応装置内の高温ガス、油とが反応して、火災・爆発・人身事故となります。事故まで至らなくても、どうしても装置内に酸素が入り込んでしまいますので、分解油の収率低減、品質にも良からぬ影響がでる様です。反応終了後の残渣取り出し時も同様に問題です。
 
(低温)触媒連続法は、通常大型のものが主です。
連続法は、多少コストアップしますが、その代わり安全面では格段の進歩です。メーカーによっては、完全オートマティク運転可能であり、分解装置へは空気が完全に入らない方式(窒素封入)を取っていますし、更に、外部に副生ガスももれない様になっています。
反応温度も低温の為、ダイオキシン、塩素、窒素酸化物は生成しません。副生ガス中の硫黄ガス類も、除去機能がついている場合も多く環境面でも優れています。
 
下記はその1例です。
この写真の場合、日産20トンの原料処理が可能です。製造される合成分解油の収率は、プラスティク類であれば、80〜90%程度です。
未分解固形物はチャコール(炭、3〜5%)として回収され、カーボンブラック材料、肥料等に使用されます。他に、副生ガスが発生しますが、これらは総て、装置の加熱燃料として自己使用されます。従って、多くのバッチ式の様に原料を、別途電力ヒーターやガス、軽油バーナー等の加熱の必要性はありません(燃料自己完結型)。
 
イメージ 1
 
イメージ 5
 
本体の現地購入価格(触媒連続方式)は、20トン/日処理装置では、最低でも3.5億円から、EUの高額なものは10億円と幅があります。
類似の低温)触媒連続法装置は他にもあります。
下記は中国製の大型機ですが、高性能で年産10000トン(日産30トン)の処理能力があります。価格は現地価格で、3.5億円位です。
イメージ 9
 
この装置、プラスティクスも総ては使用出来ません、
通常の廃ポリエチレン(PE,HDPE,LDPE)、ポリプロピレン(PP)等が最も適した原料です。 
使用できないか、極少量(5%以下)と制限されるのは、塩ビ、PET類の廃プラスティク類です。
PETは、飲料容器として使用も増えていますが、これら装置では歓迎されません。
これらの制限条件は、国産機も同じです。
 
では、製造された分解油(合成油)の用途は何に使えるのでしょうか???
装置メーカーのいろいろ宣伝では、ガソリン、ジェット燃料、灯油、軽油。。等と言っていますが、これらの装置から得られるのは、炭化水素油であり、原則酸素、硫黄等は含まれていませんので、比較的良質燃料油が得られますが、無触媒熱分解油は、水素原子不足で二重、三重結合炭化水素油が多く含まれ、セタン価も低く、無難なのはボイラー等の向けの燃焼燃料です。 ディーゼルエンジン向けは、軽油、灯油とのブレンドは不可欠だと思います。
 
一方、触媒方式分解油では、収率の向上とともに、燃料品質も大幅に向上します。
上記、添付の装置を含め、装置の基本構成には、蒸留装置が付加してませんので、分解油(合成油)は、いわば、ガソリン、灯油、軽油、及び一部重油留分の広い分子量分布を持つ混合燃料となっています。
 
触媒方式の利点は、収率向上、安全性、環境面等のメリットを除くと、あまり受けてませんが、ボイラー燃料であれば安心して使えます。
装置によってはディーゼル発電機、建設機械で、100%燃料でも使えますが、安全なのは灯油、軽油等とのブレンド油だと言われています。50:50程度までなら全く問題なく使えそうです!!
蒸留し、それぞれの留分の燃料規格に合わせた燃料ができれば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンにも使えそうですが、この為には、各添加剤の添加も必要ですので、ブレンドが簡単だと思います。
 
4)廃タイヤ、ゴム類原料
基本的には、3)のプラスティク類の分解装置と類似の装置です。
プラスティク、及びタイヤを同じ装置で切り替え使用する方法と混合同時処理可の2タイプがあります。3)のプラスティク限定と言うタイプも少なくありません。
 
プラスティクに比べて、タイヤ分解装置は、遥かに困難です!!
 
3)、4)の油化装置で、70%はプラ類用、残り30%がタイヤ用だと海外では言われています。
 
バッチ方式は、タイヤ処理100%で可能と言っている製品は、国内では少ない(存在しない?)と思います。
海外(中国、インド)などでは、数多くのメーカー、製品があります。タイヤ分解油装置といえば、90%以上は、バッチ方式、タイヤ処理専用機です。
 
装置の釜を開けて、廃タイヤを投入後、燃料(ガス、バイオマス、油)、電力等で加熱し、高温になれば分解ガスが発生します。それを冷却し分解油を得ます。未液化ガスは、多くの場合大気放出されれています。装置は、その後冷却され、残留固形物(カーボン)を取り出します。以上で1サイクル終了です。1日当たり1〜2サイクルという状況の様です。YouTube等にも動画が多くあります。
 
連続方式は、上記写真の製品を含め、幾つか存在します。
 
イメージ 2
 
 
イメージ 3
 
 
更に、単純な高温熱分解方式低温触媒分解方式があります。
特に、タイヤもプラスティクも処理可能なのは、殆ど後者の低温触媒分解方式の製品だと思います。前者の高温熱分解方式では、実例は少ないと思います。
 
普通の廃プラスティウ処理に比べて、廃タイヤ処理は、例え同じ装置であっても、収率は大きく異なります
 
分解油収率は通常40〜55%程度と減少し、逆に残渣固形物カーボンは30〜35%と、廃プラスティクに比べて大きく増えます。理由は、元々、タイヤには、約25〜30%弱のカーボンブラック(CB)を加えて製造されています。他に、ラジアルタイヤのスチール類も残渣となります。
 
更に問題は、タイヤに含まれている硫黄分の処理です。他に珪素(Si)などもあります。更には、分解油中には、同じ炭化水素でも芳香属(低セタン価)が多く含まれます。タイヤ用ゴム材料として、天然ゴム、ブチルゴムに加え、スチレンブチルゴム、SBRが一部使用されている為です。ディーゼル・エンジン燃料に取っては、どれも好ましい物質ではありません。
硫黄分は、分解油や副生ガスにも含まれます。一部、残渣にも多く残ると思います。
 
ここでも、熱分解方式に比べて、触媒方式は有利です。
某メーカーの製品では、分解合成油の硫黄分は2500〜5000PPM程度ですし、副生ガスも硫黄を吸収する装置が付いている場合が多いです。従って、環境面でも優れています。硫黄関連の処理設備がない装置では、タイヤを分解処理しても、低硫黄の分解油は得られないばかりか、環境面でもよくありません。 
因みに、低硫黄軽油の硫黄分は10PPMですので、勿論、これを超えた数字ですが、A重油(1号、5、000PPM。2号、20、000PPM))に比べれば、問題にならないレベルです。
 
分解合成油の直鎖炭化水素の2重結合留分は殆ど存在しないと言うデータも得られています。触媒の効果です(芳香属は多い)。従って、この場合、勿論、低セタン価ですが、ディーゼル発電機燃料として使用出来ます。但し、他の燃料とのブレンドが無難です。
ボイラー燃料では、過剰規格油となると思います。但し、代わりにボイラー排ガス対策は楽です。
 
当然、蒸留装置を付加し、精製すれば、更に添加剤を使えば、ガソリン、灯油、軽油は、100%でも使えそうです。これはプラスティク原料でも同じことです。但し、コストも掛かり、それだけ費用を掛ける価値があるか、疑問です。
 
次の5)〜6)に比べれば、装置価格も安価ですので、原料が廃タイヤ、一般廃プラスティク限定であれば、ボイラ燃料向けが主なら、この低温触媒熱分解(解重合)装置で、おそらく必要、充分条件を満たす装置と言えそうです。
 
この様な意味では、今後国内でも導入がされるのではないかと、最近期待しています。
最低は、1系列の原料投入量2.5トン/日(分解油1.2トン)、5トン/日(2.4トン)、10トン/日(4.8トン)。。。とあります。更に大量処理が必要なら、複数並列導入で解決です。因みに、投資回収は2〜3年の見込です
 
燃料品質は、廃タイヤ100%より、プラスティク類(PE,PP)を混ぜた原料の方が、燃料品質は向上します。
この様な連続低温触媒タイヤ分解装置は、インド製が有名ですが、中国製でも1社あります。
 
他にもいろいろ製品があります。
次は、熱源として、最新技術のMicrwaveを使った製品です。
インドや中国製はありません。主に、欧米、カナダ製が中心です。
 
下記は、カナダEWS社製自動タイヤ連続処理専用機の例ですが、ほぼ完璧です!!!
いまの処、これ以上の製品は見出せていません。但し、タイヤ処理専用ですので、3)廃プラスチィク処理は使用できません。
 
写真にもある様に、タイヤはそのまま投入し(無触媒法)、細かく裁断やスティール除外等を行う必要は全くありません。そのままのタイヤが自動投入されます。
 
処理されれば、残り副生品(主製品?)はカーボン(CB:カーボンブラック材料)とスティール(鉄材)が最後に残るだけです。
加熱方式は、産業用電磁波(Microwave)を使い、効率的に燃料油ガス(合成ガス)を取り出すことが出来ます。現実には、燃料油の1.5〜2.0倍もCB材用の販売価格はしますので、主製品はカーボン、油は副製品といえなくもありません。いずれにしても、油、カーボンが好条件で販売でき、原料タイヤが無料なら、採算的には当然好結果のはずです。カーボンは2次処理すれば、活性炭もできる様です。
  
同社の製品(TR1500)の必要電力は400KW程度必要ですが、発生ガスの半分を自家発電すれば、まかなえる様です。
左の図面はTR1500型(タイヤ1日1500本処理、500,000本/年)、右の写真はセミコマーシャル版(900本/日、300,000本/年)となっています。
投資は3年で元がとれる(Pay−Out)とのことです。
 
下記に、投資家向けですが、動画中に設備もでてきます。
同社は、既にコンタクト済です、興味があれば、ご連絡ください。
 
この様な装置さえあれば、廃タイヤなど幾らでも処理し、油燃料とCBブラック材、そして廃鉄材が得られます。
因みに、TR1500を4系列構成のも(TR6000)なら、タイヤを毎日6000本も処理できます(2,000,000本/年)。
燃料油も6000〜7000KL/年以上も製造出来る計算です。但し、投資は30億円(+)程度もします
日本でも、廃タイヤ処理に困っている方、注目です。
 
因みに、国内の廃タイヤは、9400万本(@2010年)もあります。
従って、上記の機械が47台あれば、総て処理できr計算です。実際は、一部再生タイヤ、或いは中古タイヤとして再利用、。。等もありますので、恐らく20〜30台で充分と思われます。
 
 
イメージ 8
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MicroWave(電磁波)を使う連続タイヤ分解装置は、他にも1社(米国製)あります。
こちらは、連続低温触媒分解法で、低温処理できます。
原料はチップ化が必要で、48トン/日、72トン/日もの処理が可能ですが、極めてコンパクト化されている様です(本体設置面積:200m2)。現地価格は、7.5億円、8.6億円とのことです。
 
5)廃バイオマス(廃農・畜産産物、廃木材)原料
これらバイオマスの直接液化装置は国内製品では、ありません。
海外でも、数社以内です。
 
それだけ、バイオマス類の直接液化技術は難しい特殊技術です。
分解油が製造出来れば革新的ですし、常識を変えてしまう技術(Game Changing Technology)だと言われています。但し、最近実例は増えつつあります。チャレンジ精神が重要です!!
 
この製品は、1)〜4)に述べた特定原料に絞った、或いはバイオマス専門装置ではなく、原料にとらわれない汎用バイオマス分解液化装置と言えます。 その分だけ、装置は高価ですが、汎用性があります。
 
従って、勿論、各種バイオマス混合での処理も可能ですが、最大のメリットは、総ての炭素水素化合物が処理できる次の6)の装置と同じ様な装置となっています。
 
6)総てのバイオマス原料(一括処理)
この分野は、過去にも何回か紹介しています。
詳しくは、そちらを参照下さい。
 
イメージ 4
バイオマス原料を如何に安価に、安定的に得るかがバイオマス燃料ビジネスの最大課題です。
 
その意味からも、バイオマス原料の種類に限定されない技術・装置は貴重です。
 
右は、その様な装置の1例でAVIS Energy社低温触媒分解反応装置(Cold Catalytic Converter)の反応部分の写真です。写真の反応装置で、各種バイオマス原料を使い年産100、000KLの合成軽油が出来ます。
 
最難関のバイオマス分解液化(木質系、草系。。)を含め、1)〜5)の原料総て、及び、プラスティクであれば、塩ビ、PET,類も含めて処理できますし、高酸価廃棄油、石油系工業廃油、。。。。凡そ炭素と水素が含まれている原料物質は、原則総て処理可能な見込みの装置です
この分野の装置の導入は、当方の最重要課題fです!!!
 
。。。と言うことで、直接液化油を得る技術、装置について全般的な方式、技術等の紹介をしました。
但し、状況により、どの装置が最適化かは、異なってきます。念の為。。。。
 
本Blogs読者で、これら原料の有効利用、プロジェクトがあれば、ご参考までに、参照いただければと思います。
今後とも、軽油等液体燃料価格は、確実に上昇します。如何に安価な燃料得るか、更に製造し使用できるかは重要な課題です。そして、できればバイオマス燃料で。。。と考えるのは重要かと思います。
 
プラスティク、タイヤ類は、石油系化石燃料ですが、これらを燃料化とすることで、新たな石油燃料が節約できます。また触媒を有効利用すれば、低温・低エネルギーで分解油が製造できて、それだけCO2の放出減、エコ的です。加えて、何より経済的です。
 
では、また。。。。
Joe.H
 
追伸)
   上記Blog記事は、一般公開情報です。
 何かコメント、ご意見、及び質問等具体的な相談のある方は、
 ご本人氏名、連絡先電話番号等を添えて、下記メール・アドレス宛へ直接ご連絡下さい。
 非公開情報など内容によっては、お答えできない場合や条件付となりますが、
 可能な限り対応させて頂きますので。。。。
以上
 
 

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